CN106461941A - 用于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

Abstract

提供一种用于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(3)具有：正面(18)和背面(15)、耦合输入分段(11)以及与耦合输入分段(11)隔开间距的耦合输出分段(13)以及光导通道(12)，光导通道适合用于，将所产生的图像的像素的、经镜片(3)的耦合输入分段(11)耦合输入到镜片(3)中的光束在镜片(3)中引导至耦合输出分段(13)，光束由耦合输出分段从镜片(3)中耦合输出，光导通道(12)具有第一反射层(21、22)，第一反射层从耦合输入分段(11)延伸至耦合输出分段(13)，并且光束(9)在第一反射层上为了引导至耦合输出分段(13)而被反射，第一反射层(21、22)具有至少一个透明的缺口(24、26)。

Description

用于能够佩戴到使用者头上且产生图像的显示装置的镜片

技术领域

本发明涉及一种用于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、耦合输入分段以及与耦合输入分段隔开间距的耦合输出分段以及光导通道，光导通道适合用于，将所产生的图像的像素的、经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，光束由耦合输出分段从镜片中耦合输出，光导通道具有第一反射层，第一反射层从耦合输入分段延伸至耦合输出分段，并且光束在第一反射层上为了引导至耦合输出分段而被反射。

背景技术

在这种镜片中存在如下难点：基于光导通道的反射层的反射特性，在透过镜片观察环境时，光导通道对于使用者而言，明显从镜片的其他区域突出。

发明内容

由此出发，本发明的目的在于，对开头提到类型的镜片以如下方式加以改进，使得在一方面的光导通道与另一方面余下的镜片之间的光学投射方面的区别降低。

所述目的在开头提到类型的镜片中以如下方式实现，第一反射层具有至少一个透明的缺口。由此，光导通道的透射率相比于反射层连贯设置的解决方案提高。

在按照本发明的镜片中，反射层可以分区段地设置，并且具有彼此通过至少一个缺口分隔的反射区段。

第一反射层特别是具有多个彼此间隔的透明的缺口。多个缺口可以沿从耦合输出分段到耦合输出分段的第一方向上和/或横向于所述第一方向地隔开间距。

另外，多个缺口可以沿预先确定的方向(例如第一方向和/或横向于第一方向)等间距地布置。但这不是一定需要的。也可以存在不规则的间距。

至少一个缺口可以呈圆形、椭圆形或多边形地设计。但是也可以是各种其他几何形状。

特别是可以设置多个具有不同形状的缺口。

另外，在光导通道外部可以将角度可选的吸收层布置在第一反射层的至少一个缺口前面，以从一预先确定的第一极限角度直至90°的范围内的角度打到吸收层上的光被吸收，以从0°至一预先确定的小于或等于第一极限角度的第二极限角度的范围内的角度打上的光被透射。由此，例如可以使透过缺口从光导通道出射的光束同样被吸收。这产生如下优点，光束不会产生不希望的散射光，这种散射光可能当光束在例如材料界面上继续朝向返回光导通道的方向反射时出现。

在按照本发明的镜片中，可以在至少一个缺口与反射层之间构造过渡区域，在过渡区域中，反射率在从缺口到反射层的方向上增大。这种增大特别是可以为连续的和/或持续的。

光导通道特别是可以具有与第一反射层相对置的第二反射层。第二反射层也可以具有至少一个透明的缺口。

第一反射层的至少一个透明的缺口特别是可以与第二反射层的透明的缺口相对置。

另外，两个相对置的反射层可以相同地构造。这两个层特别是可以全等地构造。

第一反射层可以平坦或弯曲地构造。同样的方案适用于第二反射层。

反射层特别是镜面层，其对于可见光具有100％或接近100％的反射率。但也可行的是，反射层设计为部分透明的层。

至少一个缺口可以优选对于出自可见波长范围的光具有100％或接近100％的反射率。但也可行的是，透光的缺口设计为部分透明的层，所述部分透明的层具有一定的反射特性。而在任何情况下，透射性的缺口的反射特性小于反射层的反射特性。因此，反射层的反射率始终高于一个或多个缺口的反射率。

反射层还有缺口的区域可以分别设计为金属层或金属涂层。同样可行的是，反射层以及缺口设计如下，存在与偏振相关的反射。第一偏振状态的光束特别是可以被反射(至少部分被反射)，并且垂直于第一偏振状态的第二偏振状态的光束被透射。

在按照本发明的镜片中，正面和/或背面可以弯曲设计。背面特别是可以具有如下曲率，其以实现视力缺陷矫正的方式选定。这产生如下优点，同样针对耦合输出的光束存在所希望的视力缺陷矫正，这是因为光束以经背面从镜片中出射的方式耦合输出。

按照本发明的镜片可以多层设计，并且例如具有内壳层和外壳层。内壳层和外壳层特别是由相同的材料形成。

另外，内壳层与外壳层平面式连接(例如利用光学胶粘剂或光学粘接剂粘贴或胶粘)。

优选的是，内壳层和外壳层的彼此面向的侧面彼此互补地设计。

特别是彼此面向的侧面可以呈球面形地弯曲。

另外，外侧面和/或内侧面可以呈球面形地弯曲。

当然，也可以设置多于两个的壳层。

耦合输出分段可以具有多个彼此并排布置的反射转向面。反射转向面也可以称为反射磨面。反射磨面可以具有接近100％的反射率并且在这种情况下，称为镜面。同样可行的是，反射转向面具有较低的反射率，进而部分透明地设计。

反射转向面可以分别平坦或弯曲地设计。另外，转向面可以呈菲涅耳类型地调整出弯曲的反射面，其除了单纯的光线转向之外，还具有成像的特性。

耦合输出分段可以埋入镜片中。耦合输出分段特别是可以设计如下，镜片的正面是平滑连贯的面。

耦合输入分段可以构造在镜片的边缘区域中，耦合输出分段可以构造在镜片的中央区域中。

内壳层和外壳层(可能还有其他壳层)可以分别单件地构造。但也可行的是，内壳层和/或外壳层(和/或可能还有其他壳层)多件地设计。

还提供一种如下的显示设备，其具有：能够佩戴到使用者头上的保持装置；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，其具有根据前述权利要求中任一项所述的镜片并且在保持装置佩戴在使用者头上的状态下以如下方式将所产生的图像成像，使得图像能够作为虚像被使用者感知到。

成像光学器件可以具有作为唯一的光学元件的镜片。但也可行的是，成像光学器件除了镜片外还包括至少一个其他的光学元件。外壳层特别是可以与至少一个其他的光学元件一体地设计。可替换地可行的是，外壳层与至少一个其他的光学元件(例如通过粘贴或胶粘)相连接。另外，至少一个其他的光学元件可以与外壳层隔开间距。

至少一个其他的光学元件例如可以是准直光学器件，其布置在镜片与图像产生模块之间，使得光束可以从图像产生模块作为准直化的光束耦合输入到镜片中。

另外，显示设备可以具有控制单元，其对图像产生模块加以操控。

图像产生模块特别是可以具有平面式的成像装置，例如LCD模块、LCoS模块、OLED模块或倾斜镜阵列。成像装置可以具有多个像素，其例如可以成行和成列地布置。成像装置可以是自发光的或非自发光的。

图像产生模块特别是能够以如下方式构造，其产生单色或彩色的图像。

按照本发明的显示装置可以具有其他本领域技术人员已知的元件，所述元件对于其运行是必需的。

不言而喻的是，前面提到的和后面还有详细阐释的特征能够不仅以所给的组合使用，而且也能够以其他组合或单独使用，而不离开本发明的范围。

附图说明

下面，借助于同样公开了对于本发明关键的特征的附图更详细地阐述本发明。其中：

图1示出按照本发明的显示装置的实施方式的示意透视图；

图2示出第一镜片3的放大部分视图连同图像产生模块的示意图；

图3示出按照本发明的镜片的背面在光导通道12和耦合输出分段13的区域中的示意放大图示；

图4示出光导通道12的根据图2的示意放大剖视图，其中，为了简化图示，正面和背面18、15和反射层21、22以及耦合输出分段13直线式而且非弯曲地示出；

图5以根据图4的剖视图示出按照本发明的镜片的改动方案；

图6以根据图3的剖视图示出按照本发明的镜片的改动方案；

图7以根据图3的剖视图示出按照本发明的镜片的改动方案；

图8以根据图3的剖视图示出按照本发明的镜片的改动方案；

图9以根据图3的剖视图示出按照本发明的镜片的改动方案；

图10以根据图3的剖视图示出按照本发明的镜片的改动方案；

图11以根据图3的剖视图示出按照本发明的镜片的改动方案；

图12示出第一反射层21沿y方向的反射曲线的图示；

图13示出第一反射层21沿y方向的反射曲线的改进方案的图示；

图14示出第一反射层21沿y方向的反射曲线的改进方案的图示；

图15示出第一反射层21沿y方向的反射曲线的改进方案的图示；

图16以根据图2的剖视图示出按照本发明的镜片的另一实施方式；以及

图17以根据图2的剖视图示出按照本发明的镜片的又一实施方式。

具体实施方式

在图1中所示的实施方式中，按照本发明的显示设备1包括：能够佩戴到使用者头上的保持装置2，其例如可以呈传统镜架的类型来设计；以及第一和第二镜片3、4，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/或用于修正视力缺陷的眼镜，其中，对于使用者而言，借助于第一镜片3能够将虚像映入其视场中，正如下面介绍那样。

为此，显示装置1包括图像产生模块5，其能够布置在保持装置2的右侧的镜腿的区域中，正如在图1中示意示出那样。图像产生模块5可以具有平面式的成像装置6(图2)，例如OLED芯片、CMOS芯片、LCoS芯片或倾斜镜阵列，其具有多个例如成行和成列布置的像素。

镜片3和4以及特别是第一镜片3仅示例地连同按照本发明的显示设备1一起介绍。镜片3、4或至少是第一镜片3分别本身设计为按照本发明的镜片3、4或设计为按照本发明的光学元件。按照本发明的光学元件也可以在其他关联意义上用作这里介绍的显示设备1。因此，光学元件在其设计为镜片时，当然也可以设计为第二镜片4。

正如最佳地从图2中的放大的示意部分剖视图中可见那样，显示设备1具有成像光学器件7，其包括了布置在图像产生元件6或成像装置6与第一镜片3之间的光学元件8。另外，第一镜片3本身也用作成像光学器件7的一部分。

从成像装置6的每个像素中可以发出光束9。通过借助于可以作为图像产生模块5的一部分的控制单元10对成像装置6的像素的操控，可以产生所希望的图像。在图2中，代替光束9标绘出光线的光路，从而在下面也说成光线9。

从成像装置6发出的光线9穿过光学元件8并且经耦合输入分段11(在这里为镜片3的端面)入射到第一镜片3中，并且在其中沿光导通道12引导至耦合输出分段13。耦合输出分段13具有多个彼此并排布置的反射性转向面14(其也可以称为反射性的磨面)，在所述转向面上，光线9沿朝向第一镜片3的背面的方向发生反射，使得光线9经背面15从第一镜片3中出射。

由此，当使用者将按照本发明的显示设备1根据一定方式戴在头上时，使用者可以在其朝向耦合输出分段13看视时，作为虚像感知到借助于成像装置6产生的图像。在这里介绍的实施方式中，使用者就正面看视的看视方向G而言，必须向右转过约40°地观看。在图2中，为了阐明，而标绘出使用者的眼睛的转动点16以及成像光学器件的眼动区域17或出瞳17。眼动区域17是显示设备1所提供的并且使用者的眼睛能够在其中运动的区域，并且使用者能够始终作为虚像看到所产生的图像。

虽然在所介绍的实施方式中，耦合输入经第一镜片3的端面来实现并且进而耦合输入分段11构造在第一镜片3的端面上，但是可行的是，耦合输入经第一镜片的背面15来实现。

正如在图2中所示的图示中所示那样，第一镜片3的背面15还有正面18都弯曲地设计。

第一镜片3还分两层设计并且包括外壳层19和内壳层20。

光导通道12具有两个相对置的反射层21、22，这两个反射层分别从耦合输入分段11延伸至耦合输出分段13。第一反射层21构造在背面15上。第二反射层22构在内壳层20与外壳层19之间。

正如特别是从根据图3的镜片3的背面的放大视图获得那样，第一反射层21不设计为耦合输入分段11与耦合输出分段13之间的连贯的层，而是设计为分区段的层。因此，第一反射层21具有反射区段23，反射区段沿从耦合输入分段11至耦合输出分段13的第一方向彼此隔开间距，使得在反射区段23之间存在缺口24。在缺口24中未设有反射层21的材料。由此，缺口24是透明的。

在图4中的示意的放大剖视图中，可见的是，第二反射层22以与第一反射层21相同方式具有反射区段25，其具有设置于其间的缺口26。两个反射层21、22的反射区段23和25以相对置的方式来布置。由此，缺口24和26也相对而置，进而形成透明的区域，所述透明的区域延伸穿过两个反射层21和22。

正如在图4中另外所示那样，光束9借助于在反射层21和22上的反射或者在相应的反射区段23和25上的反射而从耦合输入分段11引导至耦合输出分段13。在耦合输出分段13上，光束则通过在磨面14上的反射而以如下方式朝向背面15的方向转向，使得光束从第一镜片3中耦合输出。

另外，可以基于所设置的缺口24、26使环境光27透射过光导通道12，并且由使用者在佩戴显示装置1时被感知到。

反射层21、22以及正面18和背面15还有耦合输出分段13为了简化图示而在图4中平坦示出。实际上，这些部件在所介绍的实施方式中是弯曲设计的。但在改动方案中，反射层21、反射层22、正面18、背面15和/或耦合输出分段13可以平坦设计。未平坦设计的层和/或侧面则是弯曲的。

因此，在按照本发明的镜片3中，可以通过反射区段23、25的尺寸和布置方式以及进而通过缺口24、26的尺寸和布置方式来调整光导通道12的透射。由此，对于使用者本人可以在光导通道12的区域中还能看到环境。

透过光导通道的透射基本上基于反射区段23或25的面积与缺口24或26的面积的比例以及基于第一反射层的反射区段23相对于第二反射层22的反射区段的相对布置方式来获得。

在图5中，以与图4相同的方式在剖视图中示出另一实施方式，其与前面介绍的实施方式的区别特别是在于，在光导通道12之外，将角度可选的吸收层28布置在第二反射层21的缺口24的前面。吸收层用于抑制散射光。于是，光束9’例如可以透过缺口26打到弯曲的正面18上，并且从正面沿返回光导通道12的方向反射。光束9’则能够以如下的角度打到吸收层28上，所述光束自该角度被吸收并且不再射入光导通道中。为此，角度可选的吸收层以如下方式设计，使得吸收层针对从0°至一预先确定的第一极限角度的入射角是透射性的，而针对大于预先确定的第二极限角度直至达到90°的入射角(始终相对于关于吸收层28的法线)是吸收性的，第二极限角度大于或等于第一极限角度。因此，吸收层28针对环境光27是透射性的，正如在图5中所示那样。

第一和第二反射层21和22的所介绍的分段方案仅应示例性理解，并且当然也可以执行各种其他几何划分或区段方案。

于是，反射分段23例如可以是方形的，其呈规则图案来布置，正如在图6中所示那样。

同样可行的是，反射区段23是矩形，其沿第一方向延伸并且横向于第一方向隔开间距，正如图7所示那样。

在根据图8的变型中，缺口24呈圆形设计并且呈规则图案布置。

同样可行的是，缺口可以呈梯形设计并且相应布置，如在图9中所示那样。

在图10中所示的实施方式中，反射区段23是不同尺寸的方形。

在图11中所示的实施方式中，反射区段基本上为以相对于x方向和y方向的角度延伸的条带。

当然，缺口的布置不一定是规则的。也可以考虑具有不同间距的布置方案。

另外，缺口24以及反射区段23也可以具有不同于上面已经介绍的方案的形状。于是，多边形、椭圆形等形状也可以使用。也不必使用相同的形状。对于缺口和/或区段可以使用不同的形状。

反射区段优选针对可见光具有100％或者接近100％的反射率。但也可行的是，反射区段具有较低的反射率。

缺口可以最多是100％透光的，或者具有一定的反射率。在后一种情况下，缺口是部分透明的。在任何情况下，缺口的反射率始终低于反射区段的反射率，相同地，缺口24、26的透射率始终大于反射区段23、25的透射率。

迄今的出发点在于，反射区段23与缺口24之间的过渡部是跳变或者说突变类型的。这对于根据图3和图4的实施方式而言，对于图12中的第一反射层21来说，放大地针对一些反射区段23和缺口24示出。在此，反射区段23具有反射率R2，缺口24具有反射率R1，其中，反射率R2大于反射率R1。于是，反射率R2例如可以为100％或接近100％，反射率R1可以为0％或接近0％。但也可以考虑R1和R2的其他数值。关键在于，R2始终大于R1。

在改进方案中，反射区段23与缺口24之间的过渡部不一定是跳变或者说突变类型的。可以存在连续的过渡部，正如通过根据图13的图示的侧壁30所示那样。

在这种实施方式中，虽然已经存在连续的过渡部。但是过渡部在反射区段23和缺口24上突然或不连续地分布，使得反射率图线在上述位置上具有拐点并且是不连续的。

当然，反射率图线也可以是连续的，正如在图14中所示那样。特别是在反射区段23和缺口24上的反射率图线也可以是连续的，正如在图15中所示那样。在此，关键在于，给出具有较高反射率的分段(反射区段23)和具有较低反射率的分段(缺口24)。

与图12至图15相结合介绍的改进方案当然也可以设置用于第二反射层22。

在按照本发明的镜片2中，背面15特别是可以具有实现视力缺陷矫正的曲率。由此，有利地实现：使所显示的虚像也能够被使用者清晰可见，这是因为光束9的耦合输出经作为使用者矫正面的背面15来实现。

在迄今介绍的实施方式中，镜片的结构是分两层的。但也可以是多于两层的构造。例如可以设置另一内壳层，该内壳层与内壳层20相贴靠。在这种情况下，两个反射层21和22埋入镜片3中。

在图16中，以与图2相同的方式示出按照本发明的镜片的改动方案，其中，在这种改动方案中，未设置第二反射层22，取而代之的是，内部全反射发生在正面18上。

在图17中，示出另一改动方案，其中，镜片3单层地设计。又设置两个反射层21和22，这两个反射层在这种情况下布置在背面15和正面18上。反射磨面14埋入式地设计并且优选以如下方式填充镜片3的材料，使得正面18是平滑而且连贯的侧面。

内壳层和外壳层20和19的材料优选是相同的，从而内、外壳层具有相同的折射率。内壳层和外壳层20和19优选整面地粘接，从而实现紧凑的第一镜片3。

在按照本发明的显示设备1中，虚像映入使用者视场中的过程借助于第一镜片3来实现。当然，也可以借助于第二镜片4来实现映入过程。另外，显示设备1能够设计如下，信息或虚像经两个镜片3、4映像。在此，映像过程以产生立体图像感觉的方式实现。但这不是一定需要的。

镜片3、4可以具有为零的折光力或者不为零的折光力(特别是用于修正视力缺陷)。正如在图中所示那样，镜片3的正面11还有背面12弯曲地设计。正面11特别是可以呈球形弯曲。当镜片具有不为零的折光力(用以修正视力缺陷)时，一般相应地选定背面15的曲率，用以实现相应的修正。背面15可以具有不呈球形的曲率。

保持装置2不一定设计为眼镜类型的保持装置。任何其他类型的如下保持装置也是可行的，凭借这种保持装置能够实现将显示设备安放或佩戴在使用者的头上。

Claims (14)

1.一种用于能够佩戴到使用者头上且产生图像的显示装置(1)的镜片，其中，

镜片(3)具有：正面(18)和背面(15)、耦合输入分段(11)和与耦合输入分段(11)隔开间距的耦合输出分段(13)以及光导通道(12)，所述光导通道适合用于，将经镜片(3)的耦合输入分段(11)耦合输入到镜片(3)中的、所产生的图像的像素的光束在镜片(3)中引导至耦合输出分段(13)，光束由耦合输出分段从镜片(3)中耦合输出，

光导通道(12)具有第一反射层(21、22)，所述第一反射层从耦合输入分段(11)延伸至耦合输出分段(13)，并且光束(9)在第一反射层上为了引导至耦合输出分段(13)而被反射，

其特征在于，第一反射层(21、22)具有至少一个透明的缺口(24、26)。

2.根据权利要求1所述的镜片，其特征在于，第一反射层(21、22)具有多个彼此间隔的、透明的缺口(24、26)。

3.根据权利要求2所述的镜片，其特征在于，多个缺口(24、26)在从耦合输出分段(11)到耦合输出分段(13)的第一方向上和/或横向于所述第一方向地隔开间距。

4.根据权利要求2或3所述的镜片，其特征在于，多个缺口(24、26)沿预先确定的方向等间距地布置。

5.根据前述权利要求中任一项所述的镜片，其特征在于，至少一个缺口(24、26)呈圆形、椭圆形或多边形地设计。

6.根据前述权利要求中任一项所述的镜片，其特征在于，第一反射层(21、22)分区段地构造有透明的缺口(24、26)。

7.根据前述权利要求中任一项所述的镜片，其特征在于，在光导通道(12)外部，将角度可选的吸收层(28)布置在第一反射层(21、22)的至少一个缺口(24、26)前面，以从一预先确定的第一极限角度直到90°的范围内的角度打到吸收层上的光被吸收，以从0°至一预先确定的第二极限角度的范围内的角度打上的光被透射，其中，第二极限角度小于或等于第一极限角度。

8.根据前述权利要求中任一项所述的镜片，其特征在于，在至少一个缺口(24、26)与反射层(21、22)之间存在过渡区域(30)，在所述过渡区域中，反射率沿从缺口(24、26)至反射层(21、22)的方向增大。

9.根据前述权利要求中任一项所述的镜片，其特征在于，光导通道(12)具有与第一反射层(21、22)相对置的第二反射层(22、21)。

10.根据权利要求9所述的镜片，其特征在于，第二反射层(22、21)具有至少一个透明的缺口(26、24)。

11.根据权利要求10所述的镜片，其特征在于，第一反射层(21、22)的至少一个透明的缺口(24、26)与第二反射层(22、21)的透明的缺口(24、26)相对置。

12.根据前述权利要求中任一项所述的镜片，其特征在于，耦合输出分段(13)具有多个彼此并排布置的反射性的转向面(14)。

13.根据前述权利要求中任一项所述的镜片，其特征在于，耦合输出分段(13)以埋入镜片(3)中的方式构造。

14.一种显示装置，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)；以及

固定在保持装置(2)上的成像光学器件(7)，所述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)并且在保持装置(2)佩戴在使用者头上的状态下，以如下方式将所产生的图像成像，使得图像能够作为虚像被使用者感知到。