CN108139586A - 成像光学系统及具有这样的成像光学系统的显示设备 - Google Patents
成像光学系统及具有这样的成像光学系统的显示设备 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108139586A CN108139586A CN201680055781.1A CN201680055781A CN108139586A CN 108139586 A CN108139586 A CN 108139586A CN 201680055781 A CN201680055781 A CN 201680055781A CN 108139586 A CN108139586 A CN 108139586A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- image
- optical system
- spectacle lens
- imaging optical
- bending
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 126
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 title claims abstract description 85
- 238000005452 bending Methods 0.000 claims abstract description 46
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 29
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims abstract description 26
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims abstract description 26
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims abstract description 26
- 230000004075 alteration Effects 0.000 claims abstract description 13
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 16
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims description 7
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 claims description 7
- 239000004425 Makrolon Substances 0.000 claims description 6
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 claims description 6
- 239000011800 void material Substances 0.000 claims 1
- 210000003128 head Anatomy 0.000 description 9
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 6
- 230000004438 eyesight Effects 0.000 description 5
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 4
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 4
- 210000001747 pupil Anatomy 0.000 description 4
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 210000004279 orbit Anatomy 0.000 description 2
- 238000007634 remodeling Methods 0.000 description 2
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 1
- 230000003466 anti-cipated effect Effects 0.000 description 1
- 230000008033 biological extinction Effects 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 239000005331 crown glasses (windows) Substances 0.000 description 1
- 150000001925 cycloalkenes Chemical class 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000005308 flint glass Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000002045 lasting effect Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000005304 optical glass Substances 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/01—Head-up displays
- G02B27/017—Head mounted
- G02B27/0172—Head mounted characterised by optical features
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
- G02B1/04—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements made of organic materials, e.g. plastics
- G02B1/041—Lenses
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
- G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
- G02B6/0033—Means for improving the coupling-out of light from the light guide
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
- G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
- G02B6/0033—Means for improving the coupling-out of light from the light guide
- G02B6/0035—Means for improving the coupling-out of light from the light guide provided on the surface of the light guide or in the bulk of it
- G02B6/0038—Linear indentations or grooves, e.g. arc-shaped grooves or meandering grooves, extending over the full length or width of the light guide
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/26—Optical coupling means
- G02B6/34—Optical coupling means utilising prism or grating
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/01—Head-up displays
- G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
- G02B2027/011—Head-up displays characterised by optical features comprising device for correcting geometrical aberrations, distortion
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/01—Head-up displays
- G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
- G02B2027/013—Head-up displays characterised by optical features comprising a combiner of particular shape, e.g. curvature
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/01—Head-up displays
- G02B27/017—Head mounted
- G02B2027/0178—Eyeglass type
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02C—SPECTACLES; SUNGLASSES OR GOGGLES INSOFAR AS THEY HAVE THE SAME FEATURES AS SPECTACLES; CONTACT LENSES
- G02C7/00—Optical parts
- G02C7/02—Lenses; Lens systems ; Methods of designing lenses
- G02C7/08—Auxiliary lenses; Arrangements for varying focal length
- G02C7/086—Auxiliary lenses located directly on a main spectacle lens or in the immediate vicinity of main spectacles
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Ophthalmology & Optometry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Lenses (AREA)
- Eyeglasses (AREA)
Abstract
提供了一种用于显示设备(1)的成像光学系统,所述成像光学系统能够安装在用户的头上,并且所述成像光学系统生成由多个像素构成的图像,光束(9)从所述多个像素出射,其中所述成像光学系统(7)包括光学元件(8)和眼镜片(3,4),所述光学元件具有第一进入表面(F1)和弯曲的离开表面(F3),眼镜片具有弯曲的第二进入表面(F4)和与弯曲的第二进入表面间隔开的耦合输出部(13),其中弯曲的离开表面(F3)连接至弯曲的第二进入表面(F4),成像光学系统(7)将所生成的图像成像为虚拟图像,其中光学元件(8)将经由所述第一进入表面(F1)馈送至光学元件(8)的光束(9)引导至弯曲的离开表面(F3),将来自弯曲的离开表面的光束经由弯曲的第二进入表面(F4)耦合到眼镜片(3,4)中,在眼镜片中光束被引导至耦合输出部(13)并经由耦合输出部(13)被耦合输出以生成虚拟图像,结果是光学元件(8)用作第一成像元件,眼镜片(3,4)用作第二成像元件,并且其中,为减小虚拟图像的成像方面的横向色差,上述两种成像元件(3,4;8)由不同的材料制成;对于虚拟图像成像,两种成像元件(3,4;8)中的一个具有正折射能力,并且两种成像元件(3,4;8)中的另一种具有负折射能力。
Description
技术领域
本发明涉及用于显示设备的成像光学系统及具有这样的成像光学系统的显示设备,该成像光学系统可安装在用户的头上,并且该成像光学系统由光束自其出射的多个像素生成图像。
背景技术
这样的成像光学系统通常包括具有弯曲后侧的眼镜片,图像的光束经由该弯曲后侧被耦合输出到眼镜片外用于为用户生成虚拟图像。该弯曲后侧处的此眼镜片-空气转变以不期望的方式导致横向色差。
发明内容
从这里出发,因此本发明的目的是开发一种在开头提及的类型的成像光学系统使得尽可能多地减小不期望的横向色差。
根据本发明,该目的通过一种用于显示设备的成像光学系统实现,所述成像光学系统可安装在用户的头上,并且所述成像光学系统生成由多个像素构成的图像,光束从所述多个像素出射,所述成像光学系统包括光学元件和眼镜片,所述光学元件具有第一进入表面和弯曲的离开表面,该眼镜片具有弯曲的第二进入表面、与该弯曲的第二进入表面间隔开的耦合输出部以及弯曲的后侧,其中该弯曲的离开表面连接至弯曲的第二进入表面,该成像光学系统将所生成的图像成像为虚拟图像,其中光学元件将经由第一进入表面馈送至光学元件的光束引导至弯曲的离开表面,将来自弯曲的离开表面的光束经由弯曲的第二进入表面耦合到眼镜片中,在眼镜片中光束被引导至耦合输出部并借助耦合输出部经由弯曲的后侧被耦合输出以生成虚拟图像,结果是光学元件用作第一成像元件,并且眼镜片用作第二成像元件,
并且其中,为减小虚拟图像的成像方面的横向色差,这两种成像元件由不同的材料制成;对于虚拟图像成像,这两种成像元件中的一种具有正折射能力,并且这两种成像元件中的另一种具有负折射能力。
由此,消色差系统通过两个成像元件的不同材料和导致横向色差的期望减小的、这两个成像元件经由弯曲的离开表面的连接来提供。
根据本发明的成像光学系统的有利改进在从属权利要求中表明。
眼镜片可以具有负折射能力,光学元件可以具有正折射能力,并且眼镜片可以具有比光学元件低的阿贝数。
此外,两个成像元件均可以由塑料材料制成。尤其,可使用适合注射成型的塑料。
光学元件可由聚碳酸酯制成,并且光学元件可由Zeonex制成,Zeonex是环烯烃聚合物的商品名。
两个成像元件的折射能力优选被选择为不同的,并且这两个成像元件的色散被选择为相反的,使得实现期望的横向色差校正。尤其,这两个成像元件的折射能力和材料被选择为使得满足条件f1v1=-f2v2,其中f1和f2是两个成像元件的焦距,v1和v2是两个成像元件的阿贝数。
光学元件至眼镜片的连接优选没有气隙。尤其,光学元件和连接至它的眼镜片可以没有气隙。
光学元件的弯曲的离开表面可以与眼镜片的弯曲的第二进入表面接合。
光学元件的弯曲的离开表面可以具有与眼镜片的弯曲的第二进入表面互补的形状。
尤其,光学元件的弯曲的离开表面可以是球面弯曲的。
另外,光学元件可以和眼镜片被布置成L形。
尤其,光学元件可以一个部件形成。然而,也可能的是,光学元件以多个部件形成并且这多个部件相互直接接触(例如,接合或胶合),结果是提供单个光学元件。尤其,光学元件的特征在于,所生成的图像或相应的光在光学元件中被引导,该光学元件可以在没有任何气隙的情况下例如由塑料或玻璃形成。
光学元件的第一进入表面优选被形成为平坦的。然而,它可替代地是弯曲的。
另外,进入表面可用作用于引导所生成的图像的反射表面。反射可例如借助全内反射引起。因而,进入表面可在所生成的图像的耦合输入期间透射式起作用,并在对所述耦合输入进行引导期间反射式起作用。此外,可形成部分地是反射性的进入表面(例如,通过应用合适的反射层)。
此外,离开表面可用作用于引导所生成的图像的反射表面。
反射可例如借助全内反射引起。因而,离开表面可在对耦合输入的图像进行引导期间反射式起作用,并且在所生成的图像的耦合输出期间透射式起作用。此外,可形成部分地是反射性的离开表面(例如,通过应用合适的反射层)。
此外,第一进入表面和离开表面可相对于彼此空间上偏移,并绕彼此独立的至少两个空间轴线(优选地绕彼此独立的三个空间轴线)倾斜。
在根据本发明的成像光学系统中,光学元件可和其离开表面一起与眼镜片的第二进入表面直接接触。这两个表面可例如接合或胶合。因而提供了成像光学系统的非常紧凑的设计。此外,因而可确保光学元件与眼镜片的持久对准。
通过光学元件与眼镜片的此接触,进一步有利地实现了杂散光或散射光的减少。
光学元件可在第一进入表面和用于引导所生成的图像的离开表面之间不引起反射、引起单次反射或还引起多次反射。优选引起至少一次、两次、三次、四次或五次反射。反射的次数优选在2至10的范围内,并且优选根据图像生成模块的成像系统的位置和成像光学系统的焦距来选择。
在根据本发明的成像光学系统中,光学元件的不用于引导和/或耦合输入或输出所生成的图像的界面可以被弄黑和/或是吸光的。通过此手段,可很好地抑制散射光。
眼镜片可以具有弯曲或平坦的前侧。耦合输出部可具有成像效果,并且可以是反射性、透射性和/或折射性的。
在每种情况下,眼镜片和光学元件可例如由玻璃或塑料制成。
在根据本发明的成像光学系统中,在俯视时眼镜片和光学元件一起可具有L形。尤其,光学元件可从眼镜片的后侧突伸。这可导致所述的L形。
在光学元件中以及在眼镜片中对所生成的图像或光束的引导可通过反射和/或全内反射实现。如果引导是要通过反射实现,可能要提供反射涂层或反射表面。可在眼镜片和/或光学元件的外界面(诸如,例如眼镜片的前侧和后侧)和/或位于内部的表面上引起反射。
耦合输出部与第二进入表面横向间隔开。因而,优选地,在眼镜片中总是发生至少一次反射或多次反射(例如,一次反射在眼镜片的前侧上,一次反射在眼镜片的后侧上),用于将所生成的图像在耦合输入到眼镜片中后引导至耦合输出部。因而,耦合输出部优选与光学元件横向间隔开。
尤其,光学元件的一个反射表面可以被形成为非球形表面。非球形表面可以尤其不具有旋转对称性。尤其,它可被形成为自由形式表面。自由形式表面在此尤其意指在两个不同的主要部分中具有不同曲率的和/或弯曲的且不具有旋转对称性的弯曲表面。
在每种情况下,光学元件的其他反射性表面还可以被形成为非球形表面,尤其是被形成为自由形式表面。
耦合输出部可以包括一个或多个反射偏转表面,所述反射偏转表面对光束是反射性的或部分地是反射性的。反射偏转表面也可称为反射琢面。
在每种情况下,反射偏转表面可以被形成为平坦的或弯曲的。此外,偏转表面可以类菲涅耳方式复制除纯粹的射束偏转之外还具有成像性质的弯曲反射表面。
反射偏转表面可被形成为被埋设在眼镜片中。尤其,它们可以被形成于例如眼镜片的前侧上。它们可以填充有眼镜片的材料使得前侧是平滑、连续侧。如果它们填充有与眼镜片的材料不同的材料,两种材料有利地具有相同的折射率。
成像光学系统可以被开发成使得,它生成虚拟图像使得该虚拟图像被感知为叠加在通过眼镜片可见的环境上。因而使得所谓的增强显示器是可能的,在增强显示器中虚拟图像被反射到用户的视野中。在此重要的是,用户可以继续以常规方式使用眼镜片。因而,他可以通过眼镜片感知环境。利用根据本发明的成像光学系统,因而例如可以制作所谓的智能眼镜。
眼镜片可以具有为零的折射能力或不同于零的折射能力(尤其以校正有缺陷的视力)。
此外,提供了一种显示设备,该显示设备具有可安装在用户的头上的支架、在支架上制作的生成图像的图像生成模块,以及固定至支架的根据本发明的成像光学系统(包括根据本发明的其改进),当支架被安装在头上时该成像光学系统对所生成的图像成像使得用户可感知所生成的图像为虚拟图像。
支架可以被形成为像一对眼镜,并包括第一和第二眼镜腿,其中光学元件被至少部分地布置在这两个眼镜腿中的一个中。
在根据本发明的显示设备中,当支架安装在头上时,成像光学系统可以将所生成的图像成像为虚拟图像使得用户可感知它叠加在环境上。因而使得所谓的增强显示器是可能的。因此,用户可以继续以常规方式使用眼镜片。尤其,他可以通过眼镜片感知环境。眼镜片可以具有为零的折射能力或不同于零的折射能力(尤其以校正有缺陷的视力)。
图像生成模块尤其可包括二维成像系统,诸如,例如LCD模块、LCoS模块、OLED模块或倾斜镜面矩阵。尤其,成像系统可包括OLED、LCD、LCoS和/或点阵微显示器。此外,成像系统可以包括LED分段显示器。另外,成像系统可以包括直接扫描激光显示模块(可能具有用于瞳孔匹配的光学系统)。另外,成像系统可以包括扫描激光显示模块和用于瞳孔匹配的光学系统,该扫描激光显示模块具有位于在光学部分前面或在眼镜片前面的中间图像平面中的散射媒介。成像系统可以是自发光的或者不是自发光的。
图像生成模块可以尤其被形成为使得生成多色图像。
根据本发明的显示设备可以被形成为智能眼镜,其中所生成的图像例如包含待显示的数据。
根据本发明的显示设备可以包括对于其运行而言必要的本领域技术人员已知的另外的元件。
应理解,上文列举的特征和下面将说明的特征不仅可以所陈述的组合使用,而且可以以其他组合使用或单独使用,而不偏离本发明的范围。
附图说明
下面,参照附图通过示例更详细地说明本发明,附图也公开了对本发明而言必要的特征。在以下图中示出:
图1根据本发明的显示设备的一个实施方案的示意性立体表示;
图2包括图像生成模块的示意性表示的成像光学系统的放大局部剖视图;
图3包括图像生成模块的示意性表示的另一实施方案的成像光学系统的放大局部剖视图;和
图4包括图像生成模块的示意性表示的另一实施方案的成像光学系统的放大局部剖视图。
具体实施方式
在图1中示出的实施方案中,根据本发明的显示设备1包括支架2以及固定至支架2的第一和第二眼镜片3、4,该支架可安装在用户的头上并且在这里描述的实施方案中被形成为常规的眼镜框。带眼镜片3和4的支架2可以被形成为例如运动眼镜、太阳眼镜和/或用于校正有缺陷的视力的眼镜,其中虚拟图像可经由第一眼镜片3被反射到用户的视野中,如下文所述。
如从图2中(支架2未被表示出)的放大局部立体图可最佳地看到的,显示设备1包括图像生成模块5,该图像生成模块包括成像系统6(例如,OLED模块),借助该成像系统可生成待反射到用户的视野中作为虚拟图像的图像。为此,显示设备1包括成像光学系统7,该成像光学系统包含布置在成像系统6与第一眼镜片3之间的光学元件8。另外,第一眼镜片3本身还用作成像光学系统7的部分。
这样,成像光学系统7被形成为根据本发明的成像光学系统7,并且优选地被设计成用于可安装在用户的头上并生成图像的显示设备。在此仅关于根据图1的支架2描述了成像光学系统7,以阐明根据本发明的其构造。然而,成像光学系统7也可针对任何其他支架来设计。
成像系统6被形成为具有按行和列布置的多个像素的二维成像系统,其中光束9可自每个像素出射。期望的图像可以通过相应地驱动像素(例如,借助控制单元10)生成。在图2中,光束的光路被绘制出以表示光束9,结果是此后也讨论光束9。
自成像系统6出射的光束9经由光学元件8的弯曲的第一进入表面F1(其还可以替代地是平坦的)进入光学元件8,并照射在位于对面的平坦的反射表面F2上。光束9从反射表面F2反射到球面弯曲的离开表面F3,该离开表面接合到第一眼镜片3的第二进入表面F4,第二进入表面是弯曲的、与弯曲的离开表面F3互补的。
光束9经由第一眼镜片3的弯曲的第二进入表面F4进入第一眼镜片9,并在第一眼镜片中通过在第一眼镜片3的前侧18和后侧15上的反射被引导至耦合输出部13。耦合输出部13包括彼此挨着布置的多个反射偏转表面14(其还可以被称为反射琢面),光束9在反射偏转表面上的反射沿第一眼镜片3的后侧15的方向发生,结果是光束9经由后侧15离开第一眼镜片3。
因而,当用户将根据本发明的显示设备1按照预期戴在其头上时,当他看耦合输出部13时他可以感知作为虚拟图像的借助成像系统6生成的图像。在这里描述的实施方案中,用户必须看向相对于前视观察方向G向右约20°–40°处。在图2中,用户的眼睛的转动中心16以及成像光学系统的眼眶17或出瞳17被绘制出用于阐明。眼眶17是显示设备1提供的、在其中用户的眼睛的瞳孔可移动且他仍然总是可以看到作为虚拟图像的所生成的图像的区域。
由于光学元件8的所描述的光束引导,该光学元件也可称为光导8,尤其是图像获取和/或成像光导。
琢面14可被形成为平坦的或弯曲的。在琢面的弯曲构造的情况下,耦合输出部13整体可以具有成像效果。
眼镜片的后侧15可以是球面弯曲的。此外,眼镜片的前侧18可以是平坦的或弯曲的。
表面F1至F4、前侧15和/或琢面14的曲率可以是球面曲率、非球面曲率或自由形式表面的曲率。自由形式表面尤其意指在两个不同的主要部分中具有不同曲率的和/或弯曲的且不具有旋转对称性的弯曲表面。尤其,自由形式曲率可以是非球面和非旋转对称的。
光学元件8被形成为使得它可以安装在支架2的右手侧眼镜腿B1中。右手侧眼镜腿B1于是用作光学元件8的壳体。在显示设备被安装的情况下,用户可通过眼镜片3和4感知环境。因而,虚拟图像被呈现给他、叠加在环境上。
当然,显示设备1也可以被形成为使得获取虚拟图像的观察方向与笔直向前的观察方向G一致。
光学元件8优选以一个部件形成,并可由玻璃材料或塑料材料制成。第一和第二眼镜片3、4也可由玻璃材料或塑料材料制成。
光学元件8与第一眼镜片3一起将借助成像系统6生成的图像成像为虚拟图像,使得用户能感知它。在此成像中,产生不期望的横向色差(例如,在后侧15处光束的眼镜片-空气转变的情况下)。为了减小这些横向色差,成像光学系统7被设计成使得它消色差地起作用。为此,第一眼镜片3和光学元件8由阿贝数尽可能明显地不同的不同材料形成。此外,对于图像的成像,光学元件8具有正折射能力,并且对于图像的成像,第一眼镜片3具有负折射能力。加上离开表面F3的弯曲构造,有效地提供了理论上的消色差系统,利用该消色差系统,实现了横向色差的期望减小。
作为第一眼镜片3的材料,可以使用例如阿贝数为30的聚碳酸酯,并且作为光学元件8的材料,可以使用例如阿贝数为56的Zeonex。这些材料有利地适合通过注射成型制造。
当聚碳酸酯和Zeonex的值与已知的光学玻璃的值相比较时,Zeonex对应于冕玻璃,并且聚碳酸酯对应于火石玻璃。通过已描述的光学元件8至第一眼镜片3的接合和对球面离开表面F3的合适半径的选择,本领域技术人员能够实现期望的消色差。使光学元件8与第一眼镜片3(并且因而与球面离开表面F3)之间的分隔点朝向成像系统6越靠近,对横向色差的校正相对于纵向色差而言越占上风,这是由常规光学器件已知的。
纵向色差因为相对小的孔径在这里不是那么有破坏性,并且由此大体存在于深景深范围内,而横向色差独立于孔径但是已经是明显可见的。利用根据本发明的成像光学系统7,横向色差可以明显地减小至子像素范围内并且可以根据成像系统6的范围反向计算为仅约1–2μm。
此外,应注意,由于国家特定的安全规程,在某种程度上仅某些材料被允许位于用户眼睛的前面。对于德国,聚碳酸酯被包括在这之中,结果是就此而言该材料的使用也是有利的。
如图2中的示意性表示中所示,第一眼镜片3的后侧15和前侧18均被形成为弯曲的。
为将光从第二进入表面F4引导至耦合输出部13,第一眼镜片3包括彼此位于相对处的两个反射层21、22,在每种情况下所述反射层从第二进入表面F4延伸至耦合输出部13。第一反射层21形成于后侧15上,第二反射层22形成于前侧18上。对于反射层21和22可以使用相同的材料,如对于反射偏转表面14一样。
反射层21和22也可以省略。在此情况下,在第一眼镜片3中的引导通过在第一眼镜片3的后侧15和前侧18上的全内反射进行。
反射琢面14被形成为由眼镜片3的材料掩埋并优选地填充有眼镜片3的材料,使得前侧18是平滑、连续侧。如果它们填充有与眼镜片3的材料不同的材料,这两种材料有利地具有相同的折射率。
在根据本发明的眼镜片2中,后侧15可尤其具有曲率以校正有缺陷的视力。由此有利地实现,所显示的虚拟图像也可以被用户感知为锐利的,因为光束9的耦合输出经由后侧15实现,该后侧是用于用户的校正表面。
在直至现在描述的实施方案中,眼镜片3具有单壳结构。双壳结构也是可能的,如图3中所示。在此情况下,眼镜片3包括外壳19和内壳20。反射层22形成于内壳和外壳20、19之间。
此外,第一眼镜片3可以具有不止两个壳的结构。例如,可以设置另外的内壳,该另外的内壳可抵靠内壳20。在此情况下,反射层21和22两者会被埋在眼镜片3中。
在图4中是图2的根据本发明的眼镜片的改型,其中在此改型中,不提供第二反射层22,而是在前侧18上发生全内反射。
内壳和外壳20和19的材料优选是相同,结果是它们具有相同的折射率。内壳和外壳20和19在整个表面上胶合在一起,结果是存在紧凑的第一眼镜片3。
在根据本发明的显示设备1中,经由第一眼镜片3实现将虚拟图像反射到用户的视野中。当然,经由第二眼镜片4的反射也是可能的。在此情况下,光学元件8和图像生成模块5可以布置在左手侧眼镜腿B2中。另外,显示设备1可被形成为使得信息项或虚拟图像在眼镜片3、4两者中反射。这里,反射可被实现为使得形成三维图像印象。然而,这不是绝对必要的。
眼镜片3、4可具有为零的折射能力或不同于零的折射能力(尤其以校正有缺陷的视力)。如图中所示,眼镜片3的前侧18和后侧15被形成为弯曲的。前侧18可以尤其是球面弯曲的。如果眼镜片具有不同于零的折射能力以便校正有缺陷的视力,一般后侧15的曲率被相应地选择,以便实现相应的校正。后侧15可具有偏离球面形状的曲率,尤其因此是非球面形状的。
支架2不需要被形成为眼镜类型的支架。借以可将显示设备安装或穿戴在用户的头上的任何其他类型的支架也是可能的。
Claims (15)
1.一种用于显示设备(1)的成像光学系统,所述成像光学系统能够安装在用户的头上,并且所述成像光学系统生成由多个像素构成的图像,光束(9)从所述多个像素出射,其中所述成像光学系统(7)包括光学元件(8)和眼镜片(3,4),所述光学元件具有第一进入表面(F1)和弯曲的离开表面(F3),所述眼镜片具有弯曲的第二进入表面(F4)和与所述弯曲的第二进入表面间隔开的耦合输出部(13),其中所述弯曲的离开表面(F3)连接至所述弯曲的第二进入表面(F4),所述成像光学系统(7)将所生成的图像成像为虚拟图像,其中所述光学元件(8)将经由所述第一进入表面(F1)馈送至所述光学元件(8)的光束(9)引导至所述弯曲的离开表面(F3),将来自所述弯曲的离开表面的光束经由所述弯曲的第二进入表面(F4)耦合到所述眼镜片(3,4)中,在所述眼镜片中光束被引导至所述耦合输出部(13)并经由所述耦合输出部(13)被耦合输出以生成所述虚拟图像,结果是所述光学元件(8)用作第一成像元件,并且所述眼镜片(3,4)用作第二成像元件,
并且其中,为了减小所述虚拟图像的成像方面的横向色差,上述两种成像元件(3,4;8)由不同的材料制成;对于虚拟图像成像,所述两种成像元件(3,4;8)中的一种具有正折射能力,并且所述两种成像元件(3,4;8)中的另一种具有负折射能力。
2.根据权利要求1所述的成像光学系统,其中所述眼镜片(3,4)具有负折射能力,所述光学元件(8)具有正折射能力,并且所述眼镜片(3,4)具有比所述光学元件(8)低的阿贝数。
3.根据权利要求1或2所述的成像光学系统,其中所述两种成像元件(3,4;8)均由塑料材料制成。
4.根据上述权利要求之一所述的成像光学系统,其中耦合到所述眼镜片(3,4)中的所述光束(9)在所述眼镜片(3,4)中通过至少一次反射和/或至少一次全内反射被引导至所述耦合输出部(13)。
5.根据上述权利要求之一所述的成像光学系统,其中所述耦合输出部(13)包括一个或多个反射偏转表面(14),所述反射偏转表面(14)是反射性的或部分反射性的。
6.根据权利要求5所述的成像光学系统,其中所述一个或多个反射偏转表面(14)被埋设在所述眼镜片(3,4)中。
7.根据上述权利要求之一所述的成像光学系统,其中所述成像光学系统(7)生成所述虚拟图像使得所述虚拟图像被感知为叠加在通过所述眼镜片(3,4)可见的环境上。
8.根据上述权利要求之一所述的成像光学系统,其中所述眼镜片(3,4)由聚碳酸酯制成,并且所述光学元件(8)由Zeonex制成。
9.根据上述权利要求之一所述的成像光学系统,其中所述光学元件(8)的所述弯曲的离开表面(F3)与所述眼镜片(3,4)的所述弯曲的第二进入表面(F4)接合。
10.根据上述权利要求之一所述的成像光学系统,其中所述光学元件(8)的所述弯曲的离开表面(F3)具有与所述眼镜片(3,4)的所述弯曲的第二进入表面(F4)互补的形状。
11.根据上述权利要求之一所述的成像光学系统,其中所述光学元件(8)的所述弯曲的离开表面(F3)是球面弯曲的。
12.根据上述权利要求之一所述的成像光学系统,其中所述光学元件(8)和所述眼镜片(3,4)被布置成L形。
13.一种显示设备,所述显示设备具有
能够安装在用户的头上的支架(2),
在所述支架上制作的生成图像的图像生成模块(5),以及固定至所述支架(2)的根据上述权利要求之一所述的成像光学系统(7),
当所述支架(2)被安装在头上时,所述成像光学系统对所生成的图像成像使得所述用户能感知所生成的图像为虚拟图像。
14.根据权利要求13所述的显示设备,其中当所述支架(2)被安装在头上时,所述成像光学系统(7)将所生成的图像成像为虚拟图像使得所述用户能感知叠加在环境上的所述虚拟图像。
15.根据权利要求13或14所述的显示设备,其中所述支架(2)被形成为一副眼镜的样式,并包括第一和第二眼镜腿(B1,B2),其中所述光学元件(8)被至少部分地布置在这两个眼镜腿(B1,B2)中的一个中。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102015116297.0A DE102015116297A1 (de) | 2015-09-25 | 2015-09-25 | Abbildungsoptik sowie Anzeigevorrichtung mit einer solchen Abbildungsoptik |
DE102015116297.0 | 2015-09-25 | ||
PCT/EP2016/070955 WO2017050562A1 (de) | 2015-09-25 | 2016-09-06 | Abbildungsoptik sowie anzeigevorrichtung mit einer solchen abbildungsoptik |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN108139586A true CN108139586A (zh) | 2018-06-08 |
Family
ID=56855475
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201680055781.1A Pending CN108139586A (zh) | 2015-09-25 | 2016-09-06 | 成像光学系统及具有这样的成像光学系统的显示设备 |
Country Status (7)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US10437066B2 (zh) |
EP (1) | EP3353588B1 (zh) |
JP (1) | JP6910349B2 (zh) |
KR (1) | KR102618809B1 (zh) |
CN (1) | CN108139586A (zh) |
DE (1) | DE102015116297A1 (zh) |
WO (1) | WO2017050562A1 (zh) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112236716A (zh) * | 2018-10-26 | 2021-01-15 | 谷歌有限责任公司 | 包括用于头戴式显示器的光导的光学设备 |
CN113574442A (zh) * | 2019-03-08 | 2021-10-29 | 图茨技术股份有限公司 | 用于生成虚拟图像的光学系统以及智能眼镜 |
Families Citing this family (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10444511B2 (en) * | 2016-11-16 | 2019-10-15 | Lumens Co., Ltd. | Head-mounted display apparatuses |
DE102017101352A1 (de) * | 2017-01-25 | 2018-07-26 | tooz technologies GmbH | Brillenglas für eine auf den Kopf eines Benutzers aufsetzbare und ein Bild erzeugende Anzeigevorrichtung |
DE102017209093A1 (de) * | 2017-05-31 | 2018-12-06 | Osram Gmbh | Lichtleiteranordnung für ein mobiles kommunikationsgerät zur optischen datenübertragung, mobiles kommunikationsgerät und verfahren zur optischen datenübertragung |
DE102017214592A1 (de) * | 2017-08-22 | 2019-02-28 | Continental Automotive Gmbh | Head-Up-Display |
DE102017119440A1 (de) * | 2017-08-24 | 2019-02-28 | Carl Zeiss Ag | Gekrümmter Lichtleiter, Abbildungsoptik und HMD |
US10551544B2 (en) | 2018-01-21 | 2020-02-04 | Lumus Ltd. | Light-guide optical element with multiple-axis internal aperture expansion |
MX2021002813A (es) * | 2018-09-09 | 2021-05-12 | Lumus Ltd | Sistemas opticos que incluyen elementos opticos de guia de luz con expansion bidimensional. |
KR20240133771A (ko) | 2019-01-24 | 2024-09-04 | 루머스 리미티드 | 2차원 확장이 가능한 도광 광학 소자를 포함하는 광학 시스템 |
DE202021104723U1 (de) | 2020-09-11 | 2021-10-18 | Lumus Ltd. | An ein optisches Lichtleiterelement gekoppelter Bildprojektor |
WO2022180634A1 (en) | 2021-02-25 | 2022-09-01 | Lumus Ltd. | Optical aperture multipliers having a rectangular waveguide |
EP4137878A1 (en) * | 2021-08-18 | 2023-02-22 | Luxexcel Holding B.V. | Method for producing a customized visual aid and visual aid |
CN114660816B (zh) * | 2022-03-28 | 2024-06-04 | 上海慧希电子科技有限公司 | 光学器件和ar设备 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102014207490B3 (de) * | 2014-04-17 | 2015-07-02 | Carl Zeiss Ag | Brillenglas für eine auf den Kopf eines Benutzers aufsetzbare und ein Bild erzeugende Anzeigevorrichtung und Anzeigevorrichtung mit einem solchen Brillenglas |
US9086569B1 (en) * | 2014-02-05 | 2015-07-21 | Google Inc. | Head mounted display with color correcting doublet eyepiece |
Family Cites Families (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6204974B1 (en) * | 1996-10-08 | 2001-03-20 | The Microoptical Corporation | Compact image display system for eyeglasses or other head-borne frames |
US6462882B2 (en) * | 2001-03-01 | 2002-10-08 | Raytheon Company | Light-weight head-mounted display |
JP2004341411A (ja) | 2003-05-19 | 2004-12-02 | Canon Inc | 光学系および画像表示装置 |
JP2005084522A (ja) * | 2003-09-10 | 2005-03-31 | Nikon Corp | コンバイナ光学系 |
JP4605152B2 (ja) * | 2004-03-12 | 2011-01-05 | 株式会社ニコン | 画像表示光学系及び画像表示装置 |
WO2005093493A1 (ja) | 2004-03-29 | 2005-10-06 | Sony Corporation | 光学装置及び虚像表示装置 |
FR2873212B1 (fr) * | 2004-07-16 | 2011-06-10 | Essilor Int | Lentille opthalmique destinee a la realisation d'un afficheur optique |
US20060126181A1 (en) | 2004-12-13 | 2006-06-15 | Nokia Corporation | Method and system for beam expansion in a display device |
JP2008083352A (ja) * | 2006-09-27 | 2008-04-10 | Nikon Corp | 画像表示光学系及び頭部装着型画像表示装置 |
FR2959022B1 (fr) * | 2010-04-16 | 2012-10-26 | Thales Sa | Dispositif de visualisation a "combineur" optique corrige des aberrations chromatiques |
US9529323B2 (en) * | 2010-06-07 | 2016-12-27 | Konica Minolta Advanced Layers, Inc. | Video display device, head-mounted display and head-up display |
DE102012216581A1 (de) | 2012-09-17 | 2014-02-27 | Carl Zeiss Ag | Anzeigevorrichtung |
WO2014156599A1 (ja) * | 2013-03-26 | 2014-10-02 | コニカミノルタ株式会社 | 映像表示装置およびヘッドマウントディスプレイ |
US9952042B2 (en) * | 2013-07-12 | 2018-04-24 | Magic Leap, Inc. | Method and system for identifying a user location |
DE102013223964B3 (de) * | 2013-11-22 | 2015-05-13 | Carl Zeiss Ag | Abbildungsoptik sowie Anzeigevorrichtung mit einer solchen Abbildungsoptik |
EP2887124A1 (en) * | 2013-12-20 | 2015-06-24 | Thomson Licensing | Optical see-through glass type display device and corresponding optical unit |
KR102063105B1 (ko) * | 2014-02-04 | 2020-01-07 | 엘지전자 주식회사 | 이동 단말기 |
TWI551887B (zh) * | 2014-11-26 | 2016-10-01 | 中強光電股份有限公司 | 虛像顯示裝置 |
-
2015
- 2015-09-25 DE DE102015116297.0A patent/DE102015116297A1/de active Pending
-
2016
- 2016-09-06 EP EP16760518.7A patent/EP3353588B1/de active Active
- 2016-09-06 CN CN201680055781.1A patent/CN108139586A/zh active Pending
- 2016-09-06 WO PCT/EP2016/070955 patent/WO2017050562A1/de active Application Filing
- 2016-09-06 KR KR1020187007057A patent/KR102618809B1/ko active IP Right Grant
- 2016-09-06 JP JP2018515249A patent/JP6910349B2/ja active Active
- 2016-09-06 US US15/763,053 patent/US10437066B2/en active Active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9086569B1 (en) * | 2014-02-05 | 2015-07-21 | Google Inc. | Head mounted display with color correcting doublet eyepiece |
DE102014207490B3 (de) * | 2014-04-17 | 2015-07-02 | Carl Zeiss Ag | Brillenglas für eine auf den Kopf eines Benutzers aufsetzbare und ein Bild erzeugende Anzeigevorrichtung und Anzeigevorrichtung mit einem solchen Brillenglas |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112236716A (zh) * | 2018-10-26 | 2021-01-15 | 谷歌有限责任公司 | 包括用于头戴式显示器的光导的光学设备 |
US11550095B2 (en) | 2018-10-26 | 2023-01-10 | Google Llc | Curved optical see-through thin freeform lightguide with large field of view in eyewear formfactor |
CN113574442A (zh) * | 2019-03-08 | 2021-10-29 | 图茨技术股份有限公司 | 用于生成虚拟图像的光学系统以及智能眼镜 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US10437066B2 (en) | 2019-10-08 |
JP6910349B2 (ja) | 2021-07-28 |
JP2018529998A (ja) | 2018-10-11 |
EP3353588A1 (de) | 2018-08-01 |
EP3353588B1 (de) | 2024-03-27 |
KR102618809B1 (ko) | 2023-12-27 |
DE102015116297A1 (de) | 2017-03-30 |
KR20180059434A (ko) | 2018-06-04 |
WO2017050562A1 (de) | 2017-03-30 |
US20180275405A1 (en) | 2018-09-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN108139586A (zh) | 成像光学系统及具有这样的成像光学系统的显示设备 | |
CN105765443B (zh) | 成像光学系统以及具有该成像光学系统的显示装置 | |
US10120191B2 (en) | Imaging optical system as well as display device with such an imaging optical system | |
US11520158B2 (en) | Display device | |
US10488660B2 (en) | Wearable optical display system for unobstructed viewing | |
KR102642848B1 (ko) | 방해받지 않는 시야를 위한 착용형 광학 디스플레이 시스템 | |
US8094377B2 (en) | Head-mounted optical apparatus using an OLED display | |
US20190271844A1 (en) | Lightguide optical combiner for head wearable display | |
US9995938B2 (en) | Spectacle lens for a display device that can be fitted on the head of a user and generates an image | |
KR20180015620A (ko) | 시스루 머리 착용가능 디스플레이를 위한 효율적인 얇은 곡선형 아이피스 | |
CN106461941B (zh) | 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 | |
US11754836B2 (en) | Optical system for AR headsets, and method for design and manufacturing | |
US10012839B2 (en) | Spectacle lens for a display device that can be fitted on the head of a user and generates an image | |
CN111443484B (zh) | 虚像显示装置 | |
US11256094B2 (en) | Wearable optical display system for unobstructed viewing |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180608 |