CN105579887B - 能够佩戴到使用者头上且产生图像的显示装置的镜片 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种镜片，用于能够佩戴到使用者头上且产生图像的显示装置(1)，其中，镜片(3)具有正面(11)和背面(12)以及耦合输入分段(16)和耦合输出分段(14)，耦合输出分段(14)具有至少两个彼此并排布置的反射折转面(13)，镜片(3)适用于：将来自所产生的图像的像素的、借助于耦合输入分段(16)耦合输入到镜片(3)中的光束(9)在镜片(3)中引导至耦合输出分段(14)，并且在反射折转面(13)上发生反射之后，透过背面(12)从镜片(3)中耦合输出，反射折转面(13)构造在镜片(3)中的面状结构(23)上；镜片(3)具有带正面(11)和背面(12)的主体部件(20)，在主体部件中，存在从背面(12)或者从正面(11)延伸至面状结构(23)的凹部(21)，插入元件(22)置入所述凹部中，插入元件的面向面状结构(23)的第一端部(29)与面状结构(23)互补地设计，反射折转面(13)处在主体部件(20)的面状结构(23)与插入元件(22)的第一端部(29)之间。
Description
技术领域
本发明涉及一种能够佩戴到使用者头上且产生图像的显示装置的镜片，其中，镜片具有正面和背面以及耦合输入分段和耦合输出分段，其中，耦合输出分段具有至少两个彼此并排布置的反射折转面，镜片适用于：将来自所产生的图像的像素的、借助于镜片的耦合输入分段耦合输入到镜片中的光束在镜片中引导至耦合输出分段并且当在反射折转面上发生反射之后，透过背面从镜片中耦合输出。
背景技术
在这种镜片中，不希望的是，反射折转面布置在镜片中。这使得生产变得困难而且成本高昂。
发明内容
由此出发，对开头提到类型的镜片进行如下改进，使得镜片能够成本低廉而且精确地制造。
所述目的在开头所述类型的镜片中以如下方式实现，反射折转面构造在镜片中的面状结构上，镜片具有具备正面和背面的主体部件，在所述主体部件中，存在从背面或正面延伸至面结构的凹部，能够向所述凹部中置入插入元件，插入元件的面向面状结构的第一端部与面状结构互补地设计，其中，反射折转面处在主体部件的面状结构与插入元件的第一端部之间。
通过镜片的这种设计，主体部件和插入元件能够单独制造。为此，能够使用注塑方法。反射折转面则能够构造在主体部件的面状结构上或者插入元件的第一端部上，之后，插入元件能够被置入或者说插入主体部件的凹部中，以便制造镜片。
凹部特别是能够从背面延伸至面状结构。
镜片可以具有光导通道，光束在光导通道中从耦合输入分段引导至耦合输出分段。当凹部从背面延伸至面状结构时，光导通道延伸穿过主体部件与插入元件之间的分界面，使得光束当从耦合输入分段向耦合输出分段引导时，延伸穿过该分界面。分界面能够以如下方式定位，使得分界面与光束中的至少一个的主发射方向夹成一个处于70°至110°范围内、优选处于80°至100°范围内、特别是处于85°至95°范围内的角度。
由此，实现如下优点，使得分界面对于光学成像质量不产生干扰，或者仅产生非常小的、可以接受的像差。
插入元件特别是能够与主体部件的凹部互补地设计。在这种情况下，在插入元件与主体部件之间不可能存在空隙。特别是插入元件能够与主体部件相粘接。优选可以仅粘接当虚像成像时不被光束透射的面。当然，可替换地也可以对被光束透射的面加以粘接。
用作粘合剂的优选是具有与主体部件和/或插入元件相适配的折射率。
插入元件的背向面状结构的第二端部能够与背面或正面的环围的分段齐平地相接。由此，针对使用者提供了具有非常光滑的背面或正面的镜片。
反射折转面优选以如下方式布置在镜片中，使得反射折转面被埋入镜片中。反射折转面由此优选不延伸达到正面或背面。
插入元件和主体部件能够由同种材料形成。这是特别有利的，因为这样在热学上产生的伸展是相同的并且在光学上具有相同的折射率。
反射折转面特别是可以除了单纯的光线折转作用外，还一并具有成像特性。
反射折转面特别是以如下方式设计，使得反射折转面在其面上具有恒定的反射率。反射折转面在这种情况下则不具有反射率不同的分段。
主体部件能够单件式地或多件式地设计。插入部件同样可以单件式地或多件式地设计。
插入元件的横截面可以沿从背向第一端部的端部朝向第一端部的方向缩小。由此，插入元件朝向上述方向变细。插入元件特别是可以基本上呈金字塔形或截锥形地设计。
反射折转面可以是部分反射性或完全反射性(镜面)的。
另外，提供了一种显示装置，其具有能够佩戴在头上的保持装置；固定在保持装置上的、产生图像的图像产生模块；以及固定在保持装置上的成像光学器件，成像光学器件具有根据本发明的镜片并且将所产生的图像当保持装置佩戴于头上的状态下，以如下方式成像，使得图像对于使用者而言能够作为虚像被感知。
成像光学器件的镜片特别是可以具有根据本发明的改进方案。
根据本发明的显示装置可以具有其他对于本领域技术人员已知的元件，所述元件对于使显示装置运行是必需的。
另外，提供了一种用于制造根据本发明的镜片的方法，按照所述方法，主体部件和插入元件得以制造，在主体部件的面状结构和/或插入元件的第一端部上，产生用于形成反射折转面的反射涂层，之后将插入元件置入主体部件的凹部中。
主体部件和插入元件特别是能够单独制造。主体部件和插入元件例如通过注塑方法制造。当然也可行的是，应用单独但同时制造出两个部件的注塑模具。
插入元件能够与主体部件在置入时相粘接。为此，例如可以使用已知的光学器件粘合剂。特别是能够使用能热硬化或借助于紫外光硬化的粘合剂。
不言而喻的是，前面提到的以及后面还要阐释的特征能够不仅以给出的组合应用，而且也能够以其他组合或者单独应用，而不离开本发明的范围
附图说明
下面，借助于附图示例性地详细阐述本发明，附图同样公开了对于本发明关键的特征。其中：
图1示出按照本发明的显示装置的示意透视图；
图2示出第一镜片3的放大局剖图，包括图像产生模块的示意图；
图3示出第一镜片3的正面11的视图；
图4以第一镜片3的分解图示出放大局剖图；
图5示出第一镜片3的放大局剖图。
具体实施方式
在图1中所示的实施方式中，按照本发明的显示装置1包括：能够佩戴到使用者头上的保持装置2，该保持装置例如能够按照常规镜架的类型来设计；以及第一和第二镜片3、4，该第一和第二镜片固定在保持装置2上。保持装置2连同镜片3、4例如可以设计为运动眼镜、太阳镜和/或用于矫正缺陷视力的眼镜，其中，能够借助于第一镜片3为使用者将虚像映入其视场中，如在下面介绍那样。
为此，显示装置1包括图像产生模块5，图像产生模块能够布置在保持装置2的右侧镜腿的区域中，正如在图1中示意示出那样。图像产生模块5可以具有平面的图像产生元件6，例如OLED(有机发光二极管)芯片、CMOS(互补金属氧化物半导体)芯片、LcoS(液晶附硅)芯片或倾斜镜阵，具有大量例如成列和成行布置的像素。
镜片3和4以及特别是第一镜片3仅示例地连同根据本发明的显示装置1一起介绍。镜片3、4或者至少一个第一镜片3本身分别设计为根据本发明的镜片3、4或者设计为根据本发明的光学元件。根据本发明的光学元件也可以在其他关联意义上设计为具有这里介绍的显示装置1。另外，当光学元件设计为镜片时，光学元件当然也可以设计为第二镜片4。
正如最佳地由图2中的放大局剖图可见，显示装置1具有成像光学器件7，成像光学器件包括布置在图像产生元件6或图像生成器6与第一镜片3之间的光学元器件8。另外，第一镜片3本身用作成像光学器件7的部件。
从图像生成器6的每个像素都能够发出光束9。通过借助于控制单元19(其可以作为图像产生模块5的部件)对图像生成器6的像素的相应操控，能够产生所希望的图像。在图2中，针对光束9代表性地绘出光线的光路，从而在下面也说成光线9。
从图像生成器6发出的光线9延伸穿过光学元器件8，并且经第一镜片3的端面10射入第一镜片中。于是，光线9打到第一镜片3的正面11上，其中，入射角以发生内部全反射的方式来设定。当在第一镜片3的背面12上又发生内部全反射之后，光线9打到第一镜片3的耦合输出分段14的多个反射折转面13中的一个上，并且从该反射折转面13以如下方式反射到背面12上，使得光线经背面12从第一镜片3中射出。
由此，当使用者将根据本发明的显示装置1按照一定方式戴在头上时，如果使用者朝向耦合输出分段14看视的话，借助于图像生成器6产生的图像作为虚像被感知，在这里介绍的实施方式中，使用者必须就以直线看出的视向G而言，朝右一些看视。图2示出了使用者的眼睛的转动点15以及成像光学器件7的眼动区域18或出瞳18。眼动区域18是由显示装置1提供的、在其中使用者的眼睛能够运动的而且使用者始终还能够感知到所产生的虚像形式的图像的区域。
第一镜片3的、光束9经其耦合输入到镜片3中的分段能够称为耦合输入分段16。虽然在所介绍的实施方式中介绍了经端面10的耦合输入，但同样可行的是，经第一镜片3的背面12实现耦合输入。
第一镜片的正面11和背面12的在其中光线9借助于内部全反射从耦合输入分段16引导至耦合输出分段14的区域形成了光导通道17，在光导通道中，光束9从耦合输入分段16引导至耦合输出分段14。
在图2中的图示中，仅示出在正面11以及在背面12上的仅一个内部全反射。但也可以理解为纯示意的图示。当然也可以发生多个内部全反射。另外，同样可行的是，给正面和/或背面在光导通道17的区域中设有反射或部分反射的涂层，从而在光导通道17中的光线引导通过在相应的反射面上的常规反射来实现。另外，可行的是，在第一镜片3中布置在一个或两个反射层，所述反射层分别与正面11和背面12隔开并且用于引导光，从而(至少部分地)形成光导通道17。
在正面11的图3中所示的视图中，示意地示出耦合输入分段16、光导通道17以及耦合输出分段14，具有反射折转面13(或反射磨面13)。
如在图2中所示那样，第一镜片3具有带凹部21的主体部件20，插入元件22置入凹部中。通过这种设计方案的第一镜片3，使得第一镜片能够简便地制造，这与图4相联系地在下面得到介绍。
在图4中，以放大局剖图示出主体部件20和插入元件22，状态是插入元件22置入主体部件20的凹部21中之前。
如从图示中能够获悉地，凹部21从第一镜片的背面12朝向正面11的方向延伸，其中，凹部终止于面状结构23中，面状结构23具有弯曲设计的主壁面24，主壁面分别与副壁面25相连接，使得实现了在图4中所示的局剖图中的曲折结构。主壁面24在这里弯曲地示出。但主壁面也可以平整地设计。
凹部21基本上呈金字塔形地设计并且在y-z平面内具有四边形的横截面。凹部当然也可以具有任意其他横截面形状(例如三角形、边数多于四边的多边形、圆形、椭圆形等)。由此，凹部21在这里介绍的实施方式中由四个侧部分界面在主体部件20中限定边界，所述分界面分别从面状结构23延伸至背面12。在这四个侧部分界面中，能够在图4的剖视图中看到第一侧部分界面26以及第二侧部分界面27。侧部分界面以如下方式设计，使得凹部21从背面12朝向面状结构23变细。
插入元件22具有与凹部21(连同面状结构23)互补的形状，其中，与主壁面24互补的面区段28在插入元件22的面向面状结构23的端部29上设有反射涂层30(虚线示出)。仅在最靠右而置的面区段28上未设置反射涂层30。面区段28与副壁面33连接，使得端部29具有与面状结构23互补的曲折结构。
插入元件22基本上呈金字塔形地设计并且在y-z平面内具有四边形的横截面。插入元件22当然也可以具有与凹部21相关地介绍的横截面形状。
主体部件20和插入元件22例如可以借助于注塑方法来制造。
当插入元件22插入主体部件20的凹部21中时(如在图5中所示那样)，每个面区段28的反射涂层30则处在面区段28与主体部件20的相对置的主壁面24之间。为了简化图示，在图5中仅示出反射涂层30或面区段28。
当最靠右而置的面区段28不具有反射涂层30之后，面区段28设有附图标记28。
插入元件22在这里介绍的实施方式中以如下方式设计，使得插入元件的背向面状结构23的第二端部31无缝地延续了背面12的曲率分布，使得总体上存在连续的背面12。背面12特别是可以具有预先确定的曲率或者预先确定的曲率分布。
如在图4中另外示意示出那样，当将插入元件22置入凹部21中时，主体部件20可以处在型模壳32中。由此确保：正面11保持其预先确定的曲率分布。但是，型模壳32的设置仅是选择性的而且也可以去掉。
插入元件22特别是能够与主体部件20相粘接，从而实现牢固而且持久的连接。
如在图5中所示那样，第一分界面26以如下方式相对于在光导通道17中引导的光束9定向，使得光束9与分界面26夹成角α，该角度优选为90°。角α特别是可以处在70°至110°的范围内、特别优选处在80°至100°的范围内。所绘出的光束9是指从相应的像素发出的光束9的主光线。
在角α的情况下，光束9穿过界面26射入插入元件22中的过程不会产生光学缺陷。用于主体部件20和插入元件22的材料特别是可以具有不同的折射率，这在对表现虚像的成像加以优化时，表现为另一自由度。当然也可行的是，用于主体部件20和插入元件22的两种材料的折射率是相同的或者几乎相同的。特别是可以针对主体部件20和插入元件22应用相同的材料。
于是，在这里介绍的实施方式中，第一镜片3分两部分设计并且具有主体部件20以及插入元件22。主体部件20和插入元件22可以分别为单件式的。但也可行的是，主体部件20多件式地设计。相同的情况对于插入元件22是可行的。插入元件也可以设计为多件式的插入元件22。
另外，反射涂层30可以不设计在面区段28上，而是设计在主体部件20的主壁面24上。但优选的是，反射涂层30设计在插入元件22的面区段28上，插入元件(连同构造于其上的反射涂层30)于是置入主体部件20中。
由此，反射涂层30形成反射折转面13，反射折转面用于将光束9从第一镜片3中耦合输出。反射折转面13能够实现单纯的光线折转，或者附加地也可以具有成像特性。反射折转面特别是可以后续调整出依照菲涅耳类型的假想的弯曲光学折转面的成像特性。
如在图5的图示中所示那样，最靠右而置的面区段28不被设计为反射折转面，并且因此不用于成像。在这种情况下，例如可以取消主壁面24的区域中的相应的反射涂层30。当然可行的是，最靠右而置的面区段用于成像。在这种情况下，在其上当然也施加了反射涂层30。
在所介绍的根据本发明的显示装置1中，虚像经第一镜片3映入使用者的视场中。当然也可以经第二镜片4映入。另外，显示装置1能够以如下方式设计，使得信息或虚像经两个镜片3、4映入。在此，以产生三维图像观感的方式实现图像映入。但这不是强制需要的。
镜片3、4可以具有为零的折射率或不为零的折射率(特别是用于矫正缺陷视力)。如在图中所示那样，镜片3的正面11还有背面12弯曲地设计。当然，正面11和/或背面12也可以是平整的。正面11特别是可以呈球形弯曲。当镜片具有不为零的折射率(用以矫正视力缺陷)时，背面12的曲率通常被相应选定用以实现相应的矫正。于是，背面14可以具有不同于球形的曲率。
保持装置2不一定要设计为眼镜类型的保持装置。也可以是其他任意类型的保持装置，能够凭借这种保持装置实现将显示装置佩戴或穿戴在使用者头上。
Claims (13)
1.一种镜片，用于能够佩戴到使用者头上且产生图像的显示装置(1)，其中，
镜片(3)具有正面(11)和背面(12)以及耦合输入分段(16)和耦合输出分段(14)，
耦合输出分段(14)具有至少两个彼此并排布置的反射折转面(13)，镜片(3)适用于：将来自所产生的图像的像素的、借助于耦合输入分段(16)耦合输入到镜片(3)中的光束(9)在镜片(3)中引导至耦合输出分段(14)，并且在反射折转面(13)上发生反射之后，透过背面(12)从镜片(3)中耦合输出，
反射折转面(13)构造在镜片(3)中的面状结构(23)上；
镜片(3)具有带正面(11)和背面(12)的主体部件(20)，在主体部件中，存在从背面(12)或者从正面(11)延伸至面状结构(23)的凹部(21)，插入元件(22)被置入到所述凹部中，插入元件的面向面状结构(23)的第一端部(29)与面状结构(23)互补地设计，反射折转面(13)处在主体部件(20)的面状结构(23)与插入元件(22)的第一端部(29)之间。
2.根据权利要求1所述的镜片，其中，凹部(21)从背面(12)延伸至面状结构(23)，镜片(3)具有光导通道(17)，在光导通道中，光束(9)从耦合输入分段(16)引导至耦合输出分段(14)，光导通道延伸穿过主体部件(20)与插入元件(22)之间的分界面(26)，使得光束(9)当从耦合输入分段(16)引导至耦合输出分段(14)时，延伸穿过分界面(26)，其中，分界面(26)以如下方式定位，使得分界面与光束(9)中的至少一个的主光线夹成处于70°至110°范围内的角(α)。
3.根据权利要求1所述的镜片，其中，插入元件(22)与主体部件(20)的凹部(21)互补地设计。
4.根据权利要求1所述的镜片，其中，插入元件(22)的背向面状结构(23)的第二端部(31)与背面(12)或正面(11)的环围的分段齐平地相接。
5.根据权利要求1所述的镜片，其中，插入元件(22)与主体部件(20)相粘接。
6.根据权利要求1所述的镜片，其中，插入元件(22)和主体部件(20)由同种材料形成。
7.根据权利要求1所述的镜片，其中，反射折转面(13)共同具有成像特性。
8.根据权利要求1所述的镜片，其中，主体部件(20)单件式地设计。
9.根据权利要求1所述的镜片，其中，插入元件(22)单件式地设计。
10.根据权利要求1所述的镜片，其中，插入元件(22)的横截面沿从背向第一端部(29)的第二端部(31)朝向第一端部(29)的方向缩小。
11.根据权利要求1所述的镜片，其中，反射折转面(13)的反射率在其面上是恒定的。
12.一种显示装置，具有：
能够佩戴到使用者头上的保持装置(2)，
固定在保持装置(2)上的、产生图像的图像产生模块(5)，
固定在保持装置(2)上的成像光学器件(7)，成像光学器件具有根据前述权利要求中任一项所述的镜片(3)并且当保持装置(2)佩戴在头上的状态下，将所产生的图像以如下方式成像，使得图像对于使用者而言能够作为虚像得到感知。
13.一种用于制造根据权利要求1所述的镜片的方法，其中，制造主体部件和插入元件，在主体部件的面状结构和/或插入元件的第一端部上，产生用于形成反射折转面的反射涂层，之后将插入元件置入主体部件的凹部中。
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