CN108474947B - 用于能够佩戴到用户头上且能够产生图像的显示装置的镜片以及具有这种镜片的显示装置 - Google Patents
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Abstract
提供一种用于能够佩戴到用户头上的并且能够产生图像的显示装置(1)的镜片，其中，镜片(3)包括：正面(18)和背面(15)；耦合输入分段(11)和与耦合输入分段(11)间隔的耦合输出分段(13)，耦合输出分段具有多个彼此并排布置的反射折转面(14)，反射折转面共同形成反射菲涅耳面(F)；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、通过镜片(3)的耦合输入分段(11)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(13)，光束从耦合输出分段出发，从镜片(3)中出射，并且反射折转面(14)距正面(18)的间距随着距耦合输入分段(11)的间距增大而增大和/或减小。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有权利要求1的前序部分的特征的用于能够佩戴到用户头上且能够产生图像的显示装置以及涉及一种具有这种镜片的显示装置。
背景技术
在这种镜片中，反射折转面通常布置在正面上。由此，正面的伸展规定出反射折转面的结构，这产生了苛刻的光学条件，这种光学条件限制了镜片针对光束成像的质量。
发明内容
由此出发，本发明的目的在于，以如下方式改进开头提到类型的镜片，使得镜片能够提供改善的成像特性。
根据本发明，所述目的在开头提到类型的镜片中以如下方式实现，使得多个反射折转面距正面的间距随着与耦合输入分段的间距增大而增加和/或减小。
特别是多个反射折转面距正面的间距随着与耦合输入分段的间距增大而增加或减小。
由此，反射折转面整体上相对于正面倾斜地布置并且不必再跟随正面的伸展。由此，反射折转面能够以如下方式布置，使得光束的主射束的入射角减小，由此，促进了对成像的修正。由此，也可以使反射面的数目整体减少，这简化了镜片的制造。
反射折转面特别是能够与正面和背面间隔。
另外，反射折转面可以布置在载体面上，载体面相对于正面是非对中心的。载体面特别是能够平坦或弯曲地设计，并且相对于正面倾斜地布置。
特别是镜片不具有在镜片的整个厚度上从正面延伸至背面的接触面。
反射折转面例如可以构造在插入件上，插入件从正面或从背面插入镜片的相应的凹部中。
在根据本法明的镜片中，正面和/或背面可以弯曲地构造。特别是正面和/或背面设计为平滑的、连贯的面。
反射折转面中的一个能够平坦地设计。额外地或者可替换地，反射折转面中的至少一个能够弯曲地构造。
镜片可以有合成材料形成。同样可行的是，镜片有玻璃材料形成。
耦合输出分段的反射折转面也可以设计为反射磨面。反射磨面可以彼此错开地以曲折线或锯齿线的类型来布置。
反射折转面由此不在镜片的整个厚度(从正面到背面的伸展或者沿从正面到背面的厚度方向的伸展)上延伸，而是例如仅在镜片的厚度的一部分上延伸。反射折转面特别是可以设计为埋入式的反射折转面，使得其并不延伸至镜片的正面和/或不延伸至镜片的背面。反射折转面例如可以在镜片的从正面到背面的伸展的20％至80％上延伸。也可行的是镜片的从正面至背面的厚度的30％至70％或者40％至60％的范围内的伸展。
特别是耦合输出分段(优选基于反射折转面)具有能够使射束转向的和/或能够起成像功能的特性。
反射折转面中的至少一个可以具有反射涂层。在此，反射率可以达到几乎100％。但也可行的是，提供较低的反射率，使得反射面能够用作部分反射面。
另外，可行的是，反射折转面中的至少一个通过内部全反射来实现。
光导通道中光的引导例如可以通过在镜片的正面和背面的反射来实现。在此，可以涉及的是基于相应的反射或部分反射涂层的内部全反射或反射。但可行的是，引导借助反射层在镜片内实现。在此，可以设置有反射层，使得正面或背面用作其他反射面。但也可以设置有两个彼此间隔的反射层。
光导通道特别是可以将所产生的图像的像素的光束在镜片中引导至耦合输出分段，所述光束通过镜片的耦合输入分段耦合输入到镜片中。
另外，提供一种显示装置，其具有：能够佩戴到用户头上的保持装置；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，并且在佩戴于用户头上的状态下，将图像以如下方式成像，使得图像能够作用虚像被感知。
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之外，还包括至少一个另外的光学元件。至少一个另外的光学元件例如可以与两个分镜片中的一个一体地构成。
显示装置可以具有控制单元，控制单元操控图像产生模块。
图像产生模块特别是可以具有平面的图像生成器，例如LCD模块、LCoS模块、OLED模块或者倾斜镜阵。图像生成器可以具有多个像素，这些像素例如可以成行和成列地布置。图像生成器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设计，使得其产生单色或彩色的图像。
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、对于显示装置的运行所需要的元件。
不言而喻的是，前面提到的还有后面还有阐释的特征不仅能够以所给出的组合应用，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，例如借助也公开了对于本发明关键的特征的附图详细阐述本发明。其中：
图1示出根据本发明的显示装置的实施方式的示意透视图；
图2示出第一镜片的放大的部分剖视图连同图像产生模块的示意图；
图3示出图2中的耦合输出分段的放大细节视图；
图4示出图2中的耦合输出分段的放大细节视图；
图5示出根据另一实施例的、图2中的耦合输出分段的放大细节视图；
图6示出根据另一实施例的、图2中的耦合输出分段的放大细节视图。
具体实施方式
在图1中示出的实施方式中，根据本发明的显示装置1包括：能够佩戴到用户头上的保持装置2，其例如可以呈传统的镜架的类型来设计；以及第一和第二镜片3、4，其固定在保持装置2上。带有镜片3、4的保持装置2例如可以设计为运动眼镜、太阳镜和/或用于矫正视力缺陷的眼镜，其中，对于用户而言，通过第一镜片3能够将虚像映入其视野中，如下面介绍那样。
为此，显示装置1包括图像产生模块5，图像产生模块可以布置在保持装置2的右侧镜腿的区域中，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(图2)，例如OLED芯片、LCD芯片或LCoS芯片或者倾斜镜阵，带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仅示例地连同根据本发明的显示装置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文章中用作这里介绍的显示装置1。因此，光学元件当其设计为镜片时，当然也可以设计为第二镜片4。
如最佳地从图2中的放大的示意部分剖视图中可见那样，显示装置1具有成像光学器件7，成像光学器件包含布置在图像产生元件6或图像生成器6与第一镜片3之间的光学器件元件8。另外，第一镜片3本身也用作成像光学器件7的部件。
光束9可以从图像生成器6的每个像素中发出。通过对图像生成器6的像素借助可以作为图像产生模块5的部分的控制单元10的相应操控，能够产生所希望的图像。在图2中，代表光束9地绘出光射束(优选为主射束)的光程，使得在下面也说成是光射束9。
从图像生成器6出射的光射束9延伸通过光学器件元件8并且经过耦合输入分段11进入第一镜片3，并且在第一镜片中、沿光导通道12引导至耦合输出分段13。耦合输出分段13具有多个反射折转面14，在反射折转面上，光射束9朝向第一镜片3的背面15的方向发生反射，使得光射束9经背面15从第一镜片3中出射。
由此，当用户将根据本发明的显示装置1以一定方式佩戴在头上时，当其看向耦合输出分段13时，用户能够对借助图像生成器6产生的图像作为虚像来感知。在这里介绍的实施方式中，用户必须关于直视看出的视向G朝右偏差约40°地看视。在图2中，为了说明而绘出用户眼睛的转动点以及成像光学器件7的眼动区域17或出瞳17。眼动区域17是指通过显示装置1提供的并且用户的眼睛在其中能够运动并且用户始终都能够对所产生的图像作为虚像来感知的区域。
如在图2中的示意图中所示那样，第一镜片3的背面15还有正面18弯曲地构造。
光束9在光导通道12中的引导例如可以通过在正面18和背面15上的内部全反射来实现。也可行的是，正面18和/或背面15在光导通道的区域中，具有反射或部分反射性的涂层，以便实现所希望的光导。
如在图3中的耦合输出分段13的放大细节图示中所示那样，耦合输出分段包括四个反射折转面14，这些反射折转面共同形成针对光束9的反射菲涅耳面F。反射菲涅耳面F在图3中为了清楚而作为虚线标绘。实际上，菲涅耳面F当然是不作为连贯的面存在的。当反射折转面14实际构造在镜片中时，其仅对这种菲涅耳面F所具有的光学效应或光学效果进行后续调整。
各个反射折转面彼此间隔地布置(例如沿光束9的传播方向)并且整体相对于镜片3的正面18或背面15倾斜。对此在这里特别是理解为，各个反射折转面14距正面18沿厚度方向D(从正面18到背面15的方向)的间距随着距耦合输入分段11的间距变大而增加。由此，间距D1小于间距D2，间距D2又小于间距D3。D3小于间距D4。该间距D4例如可以分别相对于各个折转面14的面重心或面中心点测量。
基于由反射折转面14形成的菲涅耳面F的一定程度上倾斜的结构，对折转面倾斜设置的情况更好地进行后续调整。由此，例如可以将各个反射折转面14以如下方式定向，使得其面法线沿相应的主射束9的方向示出。由此，可以将各个反射折转面14之间的光程长度差异降至最低，由此，使得对整体光学系统的成像修正简便可行。
在图4中示出载体面T，各个折转面14贴靠在载体面上。载体面T能够认为是被遮盖的面，其本身并没有实际构造在镜片3中。载体面T在这里不是弯曲的，而是平坦的面。但是，载体面相对于正面18倾斜布置。由此，载体面T距正面18的间距随着距耦合输入分段11的间距增大而增大。
载体面14不一定设计为平坦的面。载体面也可以弯曲地构成，这正如示意地在图5中所示那样。曲率可以是球形或非球形的。构造为自由形状面的方案也可以，由此，自由形状面是弯曲的，但是不具有球形曲率，也不具有旋转对称的非球形曲率。
折转面14在迄今介绍的、作为平坦的面的实施方式中示出。但也可行的是，折转面14中的至少一个(抑或是全部)本身分别是弯曲的，这正如示意地在图6中所示那样。在这种情况下，反射偏转面14距正面18的间距随着距耦合输入分段11的间距的增加而增大。
反射折转面14可以是通过计算确定的面的一部分，并且仅彼此错开地布置。在这种情况下，反射折转面又可以组合成相关联的面。可替换地可行的是，反射折转面得到个别或者说单独优化，使得其一般不能再组合成为相关联的面。
如在图2至图6中所示那样，在基本上垂直于正面18和背面15延伸的平面(这里为y-z平面)内，反射折转面14距正面18的间距随着距耦合输入分段11的间距增大而增大。由此，菲涅耳面在y-z平面内相对于正面18和/或背面15倾斜。
额外地或附加地，菲涅耳面在垂直于图2至图6中的图页平面的平面中存在倾斜度。该平面基本上平行于正面18和背面15延伸。倾斜度特别是能够以如下方式存在，使得倾斜度从上向下相对于正面增大或减小。上和下的表述在此特别是关于当显示装置以一定方式被利用并且例如被戴在用户头上时的定向而言的。
通过反射折转面14的所介绍的倾斜的结构或者通过反射折转面14在其光学作用方面得到后续调整的菲涅耳面F的倾斜的结构，使主射束9的入射角相对于已知的显示装置减小，其中，反射折转面例如布置在正面18上，这促进了对成像的修正。同样可以减少反射折转面14的数目，这简化了镜片的制造。
在这里介绍的实施方式中，镜片3的厚度例如可以为4mm。但是，各个折转面的结构深度仅处于0.45mm的范围内，使得反射折转面14的所介绍的倾斜的结构容易实现。
载体面T的曲率半径特别是可以作为对成像通过计算优化时发挥作用。这使得反射折转面14连同其结构具有改善的特性。
在根据本发明的显示装置1中，通过第一镜片3来实现将虚像映入用户视野中的过程。当然也可以通过第二镜片4来实现映像。另外，显示装置1以如下方式设计，使得信息或虚像通过两个镜片3、4得到反映。在此，能够以如下方式实现映像：产生立体的图像印象。但是，这不是一定需要的。
镜片3、4可以具有为零的折射率或者不为零的折射率(特别是用于修正视力缺陷)。如在图中所示那样，正面18还有背面15弯曲地设计。正面18特别是呈球形弯曲。当镜片3、4具有不为零的折射率以便修正视力缺陷时，通常相应地选择背面15的曲率，以便实现相应的修正。背面15可以具有不同球形的曲率。
保持装置2不必设计为眼镜类型的保持装置。任何其他类型的，利用其能够实现显示装置在头上的佩戴和穿戴的保持装置都是可行的。
Claims (11)
1.一种用于能够佩戴到用户头上且能够产生图像的显示装置(1)的镜片，其中，镜片(3)包括：
正面(18)和背面(15)；
耦合输入分段(11)和与耦合输入分段(11)间隔的耦合输出分段(13)，耦合输出分段具有彼此并排布置的多个反射折转面(14)，所述多个反射折转面共同形成反射菲涅耳面(F)；以及
光导通道(12)，光导通道适合用于，将通过镜片(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(9)在镜片(3)中引导至耦合输出分段(13)，光束从耦合输出分段出发，从镜片(3)中耦合输出，其中，
所述多个反射折转面(14)距正面(18)的间距随着距耦合输入分段(11)的间距增大而增大或减小，
所述反射菲涅耳面是倾斜的，使得所述反射折转面到所述正面的距离在从所述镜片的顶部到所述镜片的底部的方向上增大或减小。
2.根据权利要求1所述的镜片，其中，所述多个反射折转面(14)能够彼此错开地以锯齿线的类型来布置。
3.根据权利要求1所述的镜片，其中，所述多个反射折转面(14)与正面(18)和背面(15)间隔。
4.根据权利要求2所述的镜片，其中，所述多个反射折转面(14)与正面(18)和背面(15)间隔。
5.根据权利要求1所述的镜片，其中，所述多个反射折转面(14)布置在载体面(T)上，载体面相对于正面(18)并非对中心。
6.根据权利要求5所述的镜片，其中，载体面(T)是弯曲的。
7.根据权利要求1所述的镜片，其中，所述多个反射折转面(14)在从正面(18)到背面(15)的厚度方向(D)上，在镜片(3、4)沿厚度方向(D)的厚度的至少50％上延伸。
8.根据权利要求1所述的镜片，其中，反射折转面构造在插入件上，插入件从正面或从背面插入镜片的相应的凹部中。
9.根据权利要求1所述的镜片，其中，所述多个反射折转面(14)中的至少一个弯曲地构造。
10.根据权利要求1所述的镜片，其中，镜片由合成材料形成。
11.一种显示装置，具有：
能够佩戴到用户头上的保持装置(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)，成像光学器件具有根据权利要求1所述的镜片(3)，并且成像光学器件当保持装置(2)佩戴在用户头上的状态下，将所产生的图像以如下方式成像：使得图像能够被用户作为虚像感知到。
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