CN110392860A - 用于头戴式显示器的光学装置和结合其用于增强现实的头戴式装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可用于头戴式显示器中的包括光传导元件和至少一个薄片的光学装置，并且涉及一种头戴式装置，所述头戴式装置被配置用于对所述头戴式装置的配戴者提供增强现实信息显示并且包括这样的光学装置。所述光学装置(1)包括：光传导元件(4)，所述光传导元件具有两个相反的第一和第二主面(4a和4b)、并且输入并通过全内反射传导从光源(5)接收到的光(6)并且将其从所述元件中部分地输出，至少一个薄片(2，3)，所述至少一个薄片包括面向所述光传导元件的所述第一主面的内表面(2a，3a)，以及插入器件，所述插入器件与所述第一主面和所述内表面相接触并且限定了空隙(11a，11b)，所述空隙光学地隔离所述元件。根据本发明，所述插入器件包括周边密封布置(10a，10b)，所述周边密封布置沿着其周边长度在所述内表面的周边区域(2aa，3aa)与所述第一主面的相向区(4aa，4ba)之间延伸并且与这两者处于密封接触，所述密封布置的至少一部分展现出与所述第一主面的局部减少的光耦合，以在所述至少一部分处保持朝向所述元件内部的所述内反射。
Description
本发明涉及一种尤其可用于头戴式显示器中的包括光传导元件和至少一个薄片的光学装置，所述光学装置可以被设计成形成眼科镜片，并且涉及一种头戴式装置，所述头戴式装置被配置用于对所述头戴式装置的配戴者提供增强现实的信息显示并且包括这样的光学装置。本发明尤其涉及一种结合了光传导元件(其可以是导光光学元件)的光学装置，但是可以使用能够引导光波的任何光传导元件。
头戴式装置是配戴在配戴者头部上的电光装置。通常，头戴式装置是电子控制的，以便在不同的阶段之间切换或向配戴者显示信息，并且包括具有电子控制式眼科镜片的框架。基本上，头戴式装置可以包括环视机构或透视机构，并且可以以沉浸式模式(即，切除外部视野)或以非沉浸式模式(即，允许配戴者与其环境交互)使用。特别地，透视型头戴式显示器(HMD)能够在现实世界视图上叠加信息，例如计算机生成的信息(例如，文本和/或图像)。此类透视HMD尤其用于向配戴者提供增强现实。
HMD通常包括光学装置，所述光学装置可以包括两个薄片和显示单元，所述显示单元依次具有光源、准直模块和光传导元件，比如导光光学元件(LOE)。众所周知，LOE被配置用于通过全内反射来俘获从其外主面发射的光波，并且将光朝向配戴者的眼睛输出。薄片典型地附接至LOE的主面上，其方式为使得它们的附接不会降低光波在LOE内的全反射，也不会使光波耦合进入和离开LOE。
WO 2016/075689 A1教导了对于这种附接来使用纳米结构气隙膜、比如蛾眼膜，所述膜粘合至对应的薄片上并且展现出粘性地附接至LOE的主面上的锥形微起伏，使得介于每个薄片与LOE之间的气隙膜在与这个主面的界面平面处限定了折射率突变，这允许保持光波在LOE内的全内反射。
在本文件中披露的每个薄片与LOE之间的这些插入器件的主要缺点在于，每个气隙膜必须覆盖LOE的对应主面的整个区域，并且这个膜可能防水不足和防尘不足。
作为变体，还已知通过粘合剂或模制手段来包封LOE，这解决了对水和灰尘的密封性不足的缺点。尽管如此，LOE的这种包封的主要缺点在于对LOE主面的额外隔离处理，这是保持光波在LOE内的全内反射所需要的。
本发明的一个目的是提供一种尤其可用于头戴式显示器中、解决了上述缺点的光学装置，所述光学装置包括：
-具有第一折射率的光传导元件，所述光传导元件具有耦合至光源的输入区以及第一和第二两个相反的主面、并且被配置用于通过所述主面之间的全内反射来输入并传导从所述光源接收的光并且将传导的光从所述光传导元件中部分地输出，
-至少一个薄片，所述至少一个薄片包括面向所述光传导元件的所述第一主面的内表面，以及
-插入器件，所述插入器件与所述第一主面和所述内表面相接触、并且在其之间限定了空隙，所述空隙具有小于所述第一折射率的空隙折射率并且光学地隔离所述光传导元件。
为此目的，所述插入器件包括周边密封布置、有利地由其组成，所述周边密封布置具有周边长度并且沿着所述周边长度在所述内表面的周边区域与所述第一主面的面向所述周边区域的区之间延伸并且与这两者处于密封接触，所述密封布置的沿着所述周边长度的至少一部分被配置成与所述周边长度的其余部分相比展现出与所述第一主面的局部减少的光耦合，以在所述至少一部分处保持所述光传导元件内的所述内反射。
应注意的是，本发明的这些插入器件(有利地仅是周边的)不同于WO 2016/075689A1的附接的气隙膜，所述气隙膜连续地覆盖光传导元件和薄片的相向表面的整个区域，这个气隙膜填充了每个薄片与光传导元件之间的大部分空间。
还应注意的是，本发明的由所述周边密封布置内的自由空间限定的所述空隙具有隔离功能，所述隔离功能允许光波在光传导元件内的全内反射。
还应进一步注意的是，这个周边密封布置形成有效的密封屏障，从而在使用时防止水和灰尘渗透到所述至少一个薄片与光传导元件之间，这个密封屏障与整个装置的整体透明性相结合，允许保护输出光的品质不被环境造成任何降低。如此获得的密封有利地不同于上述已知的光传导元件包封而获得的密封，后者需要对其主面进行多层隔离处理，因为本发明的密封允许在不需要这种隔离处理的情况下实现。
如下文解释的，还将进一步注意的是，这种可以只形成所述插入器件的周边密封布置不仅在所述薄片或每个薄片与光传导元件之间提供这种密封，而且还允许通过将所述薄片或每个薄片设计形成眼科镜片来为光学装置提供处方，所述眼科镜片的表面根据处方数据来设计以用于矫正视力。
有利的是，所述空隙优选地被空气填充、并且具有的厚度大于或等于所述光源的发射波长并且可以是至少700nm、优选地至少1μm。
如上文解释的，此类气隙通过在光传导元件中保持全反射并且最终允许通过透射而获得输出信息光或图像来用作关于光传导元件的隔离器。
应注意的是，与上述已知的多层式隔离器相比，这个气隙允许提供所述处方，同时改善这种透射并且还增强光学装置的视觉美学方面。
根据本发明的另一个特征，所述周边密封布置可以包括在所述周边长度上延伸、呈闭环或开环形式的至少一个弹性体或塑性周边密封件，并且可以在所述至少一部分上进一步结合光隔离器件，所述光隔离器件被配置成展现出所述减小的光耦合、并且与所述至少一个周边密封件和所述第一主面相接触。
还有利的是，所述至少一部分可以包括所述周边密封布置的近侧区段，所述近侧区段面向所述光传导元件的邻近所述光源的所述输入区。
应注意的是，光传导元件的耦合至光源(例如，微显示投影仪，被称为POD)的输入区(这个光源嵌入其框架中并形成所述光源)在HMD的情况下对输出光和所得图像的品质是至关重要的，并且紧邻且面向这个输入区的这个近侧区段有利地结合了所述光隔离器件，因而没有观察到由于在这个输入区处所述密封件的负面影响所造成的所得输出图像的劣化。
根据本发明的另一个特征，所述至少一个周边密封件适于防止水和灰尘侵入所述空隙中、并且可以选自：
-橡胶密封件，所述橡胶密封件具有多边形或椭圆形截面、优选地方形或圆形截面，以及
-多层式热塑性粘性密封件，所述多层式热塑性粘性密封件可选地含有微珠、并且优选地包括两个粘性外层，所述粘性外层例如是压敏层并且被设置在内层的两侧，所述内层例如是三乙酰纤维素。
根据本发明的又一个特征，所述光隔离器件可以选自：
(i)纳米结构膜所述纳米结构膜具有能够在所述膜与所述第一主面之间的界面处限定折射率突变的微起伏，
(ii)单层式或多层式镜膜所述单层式或多层式镜膜能够反射从所述第一主面耦合出的光并且展现出与所述第一主面接触的区域，
(iii)没有与所述第一主面相接触并且被安装成与所述光源和所述至少一个薄片的周边边缘相接触的密封构件，所述光源连接至所述光传导元件的连接区上，所述密封构件在由所述开环限定的开口中局部地替换所述周边密封件并且连接至所述周边密封件上，和/或
(iv)柔性垫圈，所述柔性垫圈被压紧在所述第一主面与所述内表面之间并且展现出与所述第一主面接触的区域，
所述接触区域在(ii)和(iv)的情况下其周边方向上由所述至少一部分的长度限定、并且在垂直于所述长度的横向方向上由所述至少一部分与所述第一主面相接触的宽度限定。
有利的是，所述周边密封布置可以与所述至少一个薄片的所述内表面和所述光传导元件的所述第一面处于非粘性接触，并且，所述光隔离器件可以与所述至少一个周边密封件处于粘性或非粘性接触。
根据本发明的与上述情况(i)相关的第一实施例，所述光隔离器件包括所述纳米结构膜，所述纳米结构膜是由所述微起伏限定的蛾眼膜，所述微起伏各自从其基部向其端部例如以基本上圆锥形的方式渐缩、并且展现出通过入射光所看到的、从所述基部到所述端部连续减小的实际折射率，所述纳米结构膜粘性地结合至所述至少一个周边密封件上并且优选地通过所述渐缩微起伏的所述端部与所述第一主面相接触。
根据本发明的与上述情况(ii)相关的第二实施例，所述光隔离器件包括所述单层式或多层式镜膜，所述镜膜例如通过铝层或反射墨料的物理气相沉积而沉积在所述第一主面上、并且具有与所述第一主面相接触的、优选地小于200μm的所述宽度。
根据本发明的与上述情况(iii)相关的第三实施例，所述密封构件可以例如包括：
-与所述周边边缘相接触的密封本体、以及延长了所述密封本体并且与所述光源相接触的密封唇缘，或
-连接元件，所述连接元件结合至所述连接区的环绕所述光源的区域上、并且限定了两个相反的突出表面，所述两个表面设有分别与所述周边边缘和所述光源相接触的两个局部密封件。
根据本发明的与上述情况(iv)相关的第四实施例，所述光隔离器件包括所述被压紧的柔性垫圈，所述柔性垫圈具有与所述第一主面相接触的、小于200μm、优选地在30μm与200μm之间的所述宽度。
根据本发明的另一个特征，所述光学装置可以包括至少一对第一和第二所述薄片，所述薄片分别具有面向所述光传导元件的所述第一和第二主面的第一和第二所述内表面，所述光学装置包括：
-第一所述周边密封布置，所述第一所述周边密封布置位于所述第一内表面的第一所述周边区域与所述第一主面的面向所述第一周边区域的第一所述区之间、并且优选地与这两者处于非粘性接触，和/或
-第二所述周边密封布置，第二所述周边密封布置位于所述第二内表面的第二所述周边区域与所述第二主面的面向所述第二周边区域的第二所述区之间、并且优选地与这两者处于非粘性接触。
有利的是，所述至少一对所述第一和第二薄片分别被设计成形成：
-前眼科镜片，所述前眼科镜片优选地具有平面的所述第一内表面，以及相反的凸面的第一外表面，以及
-接近配戴者眼睛的后眼科镜片，所述后眼科镜片优选地具有平面的所述第二内表面、以及相反的第二外表面，
所述至少一对所述第一和第二薄片适于经由所述镜片所提供的光学矫正来对所述光学装置赋予给定处方数据，包括光焦度、散光和/或下加光。
根据本发明的另一方面，所述光传导元件优选地是导光光学元件(LOE)，可以被配置用于提供：
-通过所述头戴式显示器实现的增强现实信息显示，所述光传导元件将传导的光透过所述至少一个薄片朝向配戴者的眼睛部分地输出，或
-照明或测量。
相应地，所述可用于本发明的装置中的光传导元件可以不是LOE，例如是用于Magic Leap公司设计的系统中的那些(能够显示信息图像的HMD)，或者甚至是被设计用于除了成像之外的应用的波导。
根据本发明的头戴式装置被配置用于对配戴者提供增强现实信息显示，并且这个头戴式装置的特征在于包括如上文定义的光学装置，所述头戴式装置优选地包括微型显示投影仪(POD)，所述微型显示投影仪嵌入其框架中并且形成所述光传导元件所耦合至的所述光源。
有利的是，所述头戴式装置可以通过至少一对第一和第二两个所述薄片与配戴者眼科数据、更优选地与包括光焦度、散光和/或下加光在内的配戴者处方数据相适配，所述薄片形成布置在所述光传导元件的两侧并且通过第一所述周边密封布置和第二所述周边密封布置与所述光传导元件分开的、优选地处于非粘性接触的具有光学矫正的眼科镜片。
应注意的是，非粘性接触允许在结合了给定LOE的信息性HMD上、比如在矫正镜片周边处具有至少一个全内反射区的信息性透视眼镜上提供可变处方，因为在这种情况下，本发明的插入器件的周边密封布置可以容易地从光学装置中移除，以结合到包括形成不同处方镜片的其他薄片的另一装置中。
具体地，在没有任何粘合剂的情况下，满足了根据一个配戴者或一群配戴者的观察能力来定制HMD的当前需要，以使他通过适当的矫正眼科镜片(或对其他视觉需要、比如光衰减、色彩感知等的响应)来透过头戴式装置观察现实世界。
以已知的方式，配戴者的处方是光焦度、散光和/或下加光的一组光学特性，这些光学特性是由眼科医师确定的以便例如借助于被定位在他的眼睛前方的镜片来矫正配戴者的视觉缺陷。例如，针对渐变多焦点镜片的处方包括在某距离视点处的光焦度值和散光值、以及下加光值(在适当情况下)。
下文提供了以下定义来对本发明进行描述。
“头戴式显示装置”(HMD)有意地配戴在配戴者的头上或周围，包括头盔式显示器、光学头戴式显示器、头戴式显示器等等。它们包括用于显示图像以便配戴者看得见的光学装置。HMD可以提供计算机生成的图像和‘现实’视野的叠加可视化。HMD可以是单目的(单眼)或双目的(双眼)。本发明的HMD可以采取各种形式，包括眼镜、面具(如滑雪或潜水面具)、眼罩等。HMD可以包括一个或多个镜片。所述镜片可以选自眼科镜片，比如处方镜片。在优选实施例中，HMD是一副配备有多个镜片的眼镜。
“计算机生成的图像”已知地包括2D或3D衍射图像、计算机生成的2D或3D全息图像、任何幅度图像等。可以使用计算机生成的图像作为虚拟图像。在一些实施例中，可以计算图像(数据)以便至少部分地矫正光学像差、如显示器的固定像差(自然像差或与其在衍射反射镜前方的取向或位置相关)、以及与显示器的这个取向或位置一起使用的衍射反射镜的像差。
“图像源”(IS)已知地是可以发射适合(被安排成、被配置成)用于显示图像以便配戴者看得见的光束的任何光源。可视化发生在源自图像源的照明光束反射到透视反射镜上之后。关于全息图像的显示，所述光束包括全息图的参考光束。可以从图像数据(例如计算机生成的图像数据)来显示图像。IS可以具有多叠层结构并且可以是“偏离轴线”的，因为它可以被定位成靠近配戴者的颞侧，例如在HMD的颞侧部件(如眼镜的颞侧部件)上。IS可以是被配置用于显示虚拟图像(计算机生成的图像)的任何图像源。它可以是屏幕(例如OLED、LCD、LCOS等)、与其光源(例如激光器、二极管激光器等)结合使用的相位和/或振幅SLM(空间光调制器)、投影仪(如微型投影仪(可以使用LED、二极管激光器等的MEMS或DLP))、或任何其他来源。IS还可以包括任何其他图像源(计算机生成的图像源)和/或控制电子器件和/或电源和/或可选光学元件等。
“配戴者眼科数据”或“眼科数据”(OD)已知地包括配戴者处方数据(PD)、配戴者眼睛灵敏度数据(SD)和配戴者眼科生物统计数据(BD)、以及一般地与任何配戴者视觉缺陷有关的数据，包括(例如)与色散、缺少眼晶状体(缺少晶状体)有关的数据等。
“处方数据”(PD)已知地指的是为配戴者获得的并且为每只眼睛指示以下内容的一项或多项数据：处方视远平均屈光力PFV、和/或处方散光值CYLFV和/或处方散光轴位AXEFV和/或适合于矫正每只眼睛的屈光不正和/或远视眼的处方下加光A。平均屈光力PFV是通过将处方散光值CYLFV的半值与处方球镜值SPHFV求和而获得的：PFV＝SPHFV+CYLFV/2。然后，通过将处方下加光A加到针对同一只眼睛处方的视远平均屈光力PFV上针对近距离视觉(视近)获得每只眼睛的平均屈光力：PNV＝PFV+A。在渐变镜片的处方的情况下，处方数据包括为每只眼睛指示SPHFV、CYLFV、A以及散光轴位AXEFV的值的配戴者数据。在优选实施例中，配戴者处方数据PD选自散光模数、散光轴位、焦度、棱镜和下加光、以及更概括地指示任何给定视觉缺陷的矫正的任何数据。这种缺陷可能是由部分视网膜脱落、视网膜或虹膜或角膜结构变形造成的。
通过阅读以下对本发明的几个实例的描述，将更清楚地理解本发明的上述特征以及其他特征，这些实例是出于说明性目的而给出的，并不旨在限制本发明，所述描述涉及附图，在附图中：
图1是根据本发明的在图2中可见的光学装置的底部图解平面视图，
图2是本发明的根据图1的光学装置沿着其II-II截面线截取的图解截面视图，
图3是图解部分截面视图，详细示出了本发明的类似于图2的另一个光学装置的边缘区，
图4是图解部分截面视图，详细示出了图2的光学装置的边缘区，
图4a是根据本发明的第一实施例的图解部分截面视图，以较大的比例示出了图2的光学装置的每个周边密封布置和光传导元件，
图5是根据本发明的第二实施例的图解部分截面视图，以较大的比例示出了图2的每个周边密封布置和光传导元件，
图6是根据本发明的这个第二实施例的变体的图解部分截面视图，以较大的比例示出了图2的每个周边密封布置和光传导元件，
图7是图解透视图，示出了设有光源的光传导元件的示例性组合，所述组合可用于本发明的光学装置中，
图8是根据本发明的第三实施例的本发明的另一个光学装置的图解截面视图，所述光学装置包括图7的组合以及薄片，所述薄片设有周边密封布置，并且
图9是根据本发明的这个第三实施例的变体的本发明的又一个光学装置的图解截面视图，所述光学装置包括图7的组合以及薄片，所述薄片设有周边密封布置。
在图1至图4中可见的光学装置1、1’各自包括第一薄片2和第二薄片3，这两个薄片各自被设计成形成前眼科镜片(远离配戴者的眼睛)和后眼科镜片(靠近配戴者的眼睛)，并且这两个薄片分别具有面向光传导元件4的第一主面4a和第二主面4b的第一平面内表面2a和第二平面内表面3a(参见图2至图4)。例如LOE型的元件4被设计用于俘获光源5(比如微型显示投影仪(POD)，例如嵌入结合了光学装置1、1’的头戴式装置(例如，HMD)的框架中)发射的光波。如图2可见，发射的光束6被全内反射机构从元件4的主面4a和4b的内侧相继地反射，一些特定的预定位置除外，直至它们到达头戴式装置的配戴者的眼睛，在这些预定位置处，这些反射的束最终作为输出光7以特定角度从第二主面4b透射出来而朝向第二薄片3。
光学装置1、1’包括：
-第一周边密封布置10a，所述第一周边密封布置位于第一内表面2a的第一周边区域2aa与第一主面4a的面向第一周边区域2aa的第一周边区4aa之间、并且优选地与这两者处于非粘性接触，以及
-第二周边密封布置10b，所述第二周边密封布置位于第二内表面3a的第二周边区域3aa与第二主面4b的面向第二周边区域的第二周边区4ba之间、并且优选地与这两者处于非粘性接触。
如图2中可见，第一薄片2具有凸面的第一外表面2b(与第一平面内表面2a相反)，并且第二薄片3具有第二外表面3b(与第二平面内表面3a相反)，所述第二外表面在这个示例性实施例中为凹面(但是这个第二外表面3b可以例如是凸面的、渐进的或被设计用于矫正散光)。
如上文解释的，图1至图6的光学装置1、1’被配置用于经由所述镜片所提供的光学矫正来对信息性眼镜、比如头戴式装置的眼镜提供给定处方，包括例如光焦度、散光和/下加光。
如具体在图1和图2中可见，第一周边密封布置10a和第二周边密封布置10b两者分别介于第一主面4a与第一内表面2a和第二主面4b和第二内表面3a之间并且与这两者相接触，同时在其之间限定气隙11a、11b(或更一般地，折射率小于光传导元件的折射率的介质空隙)。这个空隙11a、11b允许光学地隔离所述元件4。密封布置10a、10b沿着其周边长度与周边区域2aa、3aa(紧邻薄片2、3的周边边缘2c、3c)和相向的周边区4aa、4ba(邻近元件4的周边边缘4c)相接触地延伸。
根据本发明的这个示例性实施例，这些周边密封布置10a、10b各自包括：
-弹性体的或塑性的周边密封件12a、12b，所述周边密封件呈闭环的形式(参见
图1)与对应的内表面2a、3a和周边区4aa、4ba的大部分长度部分4’(图1中可见)相接触地连续延伸，密封件12a、12b适于防止水和灰尘侵入空隙11a、11b中，以及
-光隔离器件13a、13b，所述光隔离器件被安装成与周边密封件12a、12b的短区段和周边区4aa、4ba的小部分长度部分4”(参见图1)相接触，并且被配置用于与大部分长度部分4’相比局部地展现处减少的光耦合，以保持朝向主面4a、4b内部的全内反射，使得在这个区段处没有光束从元件4中逸出。
如图1所示，密封件12a、12b的装配有光隔离器件13a、13b的区段限定了密封布置10a、10b的这个短部分，所述短部分至少面向光传导元件4的相邻地耦合至光源5的输入区。由于输入区对于从元件4输出的光7的品质至关重要，因此局部地部分替换周边密封件12a、12b的隔离器件13a、13b允许避免HMD的所得输出图像的劣化(所述裂化可能由于在这个输入区处插入密封件12a、12b而引起)，因为与密封布置10a、10b的没有隔离器件13a、13b的其余部分相比，与主面4a、4b的光耦合发生了这种局部减少。
图2中所示的密封件12a、12b各自具有方形截面，但是它们可以具有由闭合虚线限定的任何其他几何形状，比如多边形(例如，矩形)截面。
图3中所示的密封件12c、12d各自具有圆形截面，但它们可以具有由闭合曲线限定的任何其他几何形状，比如椭圆形、长方形、单叶形或多叶形截面。在这种情况下，这种弯曲的几何形状可以赋予密封件12c、12d凸形(例如，修圆形)形状，例如基本上超环面的。
图1至图6中可见的密封件12a、12b和12c、12d可以由选自橡胶和多层式热塑性粘合剂的材料制成，所述多层式热塑性粘合剂可选地包含微珠、并且优选地包括两个粘性外层，所述粘性外层例如是压敏层，比如夹层PSA/TAC/PSA(其中，PSA是压敏粘合剂，并且TAC是三乙酰纤维素)。
图4a中可见的光隔离器件由纳米结构膜13’组成，所述纳米结构膜例如粘性地结合至密封件12a、12b上并且具有在膜13’和与主面4a、4b之间的界面处限定折射率突变的微起伏14。膜13’优选地为蛾眼型(比如日本三菱丽阳株式会社(Mitsubishi Rayon)的膜)，并具有以圆锥形方式从其基部14a到其与主面4a、4b接触的端部14b渐缩的那些微起伏14。因此，膜13’展现出了从基部14a到端部14b连续减小的实际折射率。
图5和图6中可见的光隔离器件在每个实施例中附接至密封件12a、12b和光传导元件4上，并且它们均由能够反射从主面4a、4b耦合出的光6的镜膜13”和13”’组成。镜膜13”和13”’展现出与主面4a、4b接触的区域，所述接触区域在周边方向上由膜长度L(L是图1中的少数部分4”的长度)限定并且在横向方向上由膜宽度W(参见图5和图6)限定。这个膜宽度W小于200μm、优选地在30μm与200μm之间。在这两种情况下，镜膜13”和13”’可以通过真空沉积方法(例如，通过物理气相沉积)沉积在主面4a、4b上。
确切地，图5的镜膜13”由单层膜组成，所述单层膜例如由铝层或反射墨料构成，而图6的镜膜13”’由例如通过真空沉积实施的相继处理步骤获得的多层膜组成。
图8和图9各自参考示出了根据本发明的上述第三实施例的设有光源5(比如POD)的光传导元件4(比如LOE)的图7，展示了装配给薄片3的周边密封布置10b’、10b”。具体地，光源5在图7中固定至倾斜表面上，所述倾斜表面呈从光传导元件4的主面4b延伸并且在元件4与光源5之间限定连接区4d的斜切边缘4d的形式。
如在图8和图9的每个示例性光学装置1”、1”’中可见，光隔离器件由不与主面4b相接触的额外密封构件15、16组成，可移除地(即，可拆卸地)安装成与光源5和薄片3的周边边缘3c相接触。这个密封构件15、16被安装以局部替换周边密封件12b’、12b”，所述密封构件呈开环的形式延伸(即，因此密封件12b’、12b”存在于这个环的开口中)。具体地，在图8至图9中可以设想本发明的关于布置10b’、10b”的以下两个实施，其中密封构件(例如，15)和周边密封件(例如，12b’)可以由以下构成：
-具有例如局部彼此不同的不同区段的单件，或者
-两个或更多个不同的件。
在图8的替代性实施例中，密封构件15包括与周边边缘3c相接触的密封本体15a、以及延长了密封本体15a并且与光源5相接触的柔性密封唇缘15b。
在图9的替代方案中，密封构件16包括连接元件16a，所述连接元件结合至连接区4d的环绕光源5的区域4da上并且在光源5与薄片3之间和前方从这个连接区4d突出。元件16a在其一侧设有与周边边缘3c相接触的第一局部密封件16b(第一密封件16b可以由一般唇缘密封件构成)，并且在其另一侧设有与光源5相接触的第二局部密封件16c(第二密封件16c可以由例如有机硅粘合剂构成)。因此，形成中间插入件的这个连接元件16a可以由于光传导元件4的斜切边缘4d而被固定，并且可以构成头戴式装置的实际框架或此类框架的一部分。此外，薄片3的边缘3c与连接元件16a之间的密封可以沿着平面实现，这允许在光学装置1”’的安装过程中在使薄片3居中期间控制所述薄片的位置。
图8和图9的两个替代方案有利地允许不按压到光传导元件4的敏感区上，并且也不在元件4与附接的光源5之间产生太多的应力。
Claims (15)
1.一种可特别用于头戴式显示器中的光学装置(1，1’，1”，1”’)，所述光学装置包括：
-具有第一折射率的光传导元件(4)，所述光传导元件具有耦合至光源(5)的输入区以及第一和第二两个相反的主面(4和4b)、并且被配置用于输入并通过所述主面之间的全内反射传导从所述光源接收的光(6)并且将传导的光(7)从所述光传导元件中部分地输出，
-至少一个薄片(2，3)，所述至少一个薄片包括面向所述光传导元件的所述第一主面的内表面(2a，3a)，以及
-插入器件(10a，10b，10b’，10b”)，所述插入器件与所述第一主面和所述内表面相接触、并且在其之间限定了空隙(11a，11b)，所述空隙具有小于所述第一折射率的空隙折射率并且光学地隔离所述光传导元件，
其特征在于，所述插入器件包括周边密封布置(10a，10b，10b’，10b”)，所述周边密封布置具有周边长度并且沿着所述周边长度在所述内表面的周边区域(2aa，3aa)与所述第一主面的面向所述周边区域的区(4aa，4ba)之间延伸并且与这两者处于密封接触，所述密封布置的沿着所述周边长度的至少一部分(4”)被配置成与所述周边长度的其余部分(4’)相比展现出与所述第一主面的局部减少的光耦合，以在所述至少一部分处保持所述光传导元件内的所述内反射。
2.根据权利要求1所述的光学装置(1，1’，1”，1”’)，其中，所述周边密封布置(10a，10b，10b’，10b”)包括在所述周边长度上延伸、呈闭环或开环形式的至少一个弹性体或塑性周边密封件(12a，12b，12b’，12b”，12c，12d)，并且在所述至少一部分(4”)上进一步结合了光隔离器件(13a，13b，13’，13”，13”’，15，16)，所述光隔离器件被配置成展现出所述减小的光耦合、并且与所述至少一个周边密封件和所述第一主面(4a，4b)相接触。
3.根据权利要求2所述的光学装置(1，1’，1”，1”’)，其中，所述周边密封布置(10a，10b，10b’，10b”)与所述至少一个薄片(2，3)的所述内表面(2a，3a)和所述光传导元件(4)的所述第一面(4a，4b)处于非粘性接触，并且其中，所述光隔离器件(13a，13b，13’，13”，13”’，15，16)与所述至少一个周边密封件(12a，12b，12b’，12b”，12c，12d)处于粘性或非粘性接触。
4.根据权利要求2或3所述的光学装置(1，1’，1”，1”’)，其中，所述至少一个周边密封件(12a，12b，12b’，12b”，12c，12d)适于防止水和灰尘侵入所述空隙(11a，11b)中、并且是选自：
-橡胶密封件，所述橡胶密封件具有多边形或椭圆形截面、优选地方形或圆形截面，以及
-多层式热塑性粘性密封件，所述多层式热塑性粘性密封件可选地含有微珠、并且优选地包括两个粘性外层，所述粘性外层例如是压敏层并且被设置在内层的两侧，所述内层例如是三乙酰纤维素。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的光学装置(1，1’，1”，1”’)，其中，所述光隔离器件(13a，13b，15，16)选自：
(i)纳米结构膜(13’)，所述纳米结构膜具有能够在所述膜与所述第一主面(4a，4b)之间的界面处限定折射率突变的微起伏(14)，
(ii)单层式或多层式镜膜(13”，13”’)，所述单层式或多层式镜膜能够反射从所述第一主面(7)耦合出的光并且展现出与所述第一主面接触的区域，
(iii)没有与所述第一主面(4b)相接触并且被安装成与所述光源(5)和所述至少一个薄片(3)的周边边缘(3c)相接触的密封构件(15，16)，所述光源连接至所述光传导元件(4)的连接区(4d)上，所述密封构件在由所述开环限定的开口中局部地替换所述周边密封件(12b’，12b”)并且连接至所述周边密封件上，所述密封构件(15，16)优选地包括：
-与所述周边边缘(3c)相接触的密封本体(15a)、以及延长了所述密封本体并且与所述光源(5)相接触的密封唇缘(15b)，或
-连接元件(16a)，所述连接元件结合至所述连接区(4d)的环绕所述光源(5)的区域(4da)上、并且限定了两个相反的突出表面，所述两个表面设有分别与所述周边边缘(3c)和所述光源相接触的两个局部密封件(16b和16c)，和/或
(iv)柔性垫圈，所述柔性垫圈被压紧在所述第一主面与所述内表面(2a，3a)之间并且展现出与所述第一主面接触的区域，
所述接触区域在周边方向上由所述至少一部分(4”)的长度(L)限定、并且在垂直于所述长度的横向方向上由所述至少一部分与所述第一主面相接触的宽度(W)限定。
6.根据权利要求5所述的光学装置(1，1’)，其中，所述光隔离器件(13a，13b)包括所述纳米结构膜(13’)，所述纳米结构膜是由所述微起伏(14)限定的蛾眼膜，所述微起伏各自从其基部(14a)向其端部(14b)例如以基本上圆锥形的方式渐缩、并且展现出通过入射光所看到的、从所述基部到所述端部连续减小的实际折射率，所述纳米结构膜粘性地结合至所述至少一个周边密封件(12a，12b，12c，12d)上并且优选地通过所述渐缩微起伏的所述端部与所述第一主面(4a，4b)相接触。
7.根据权利要求5所述的光学装置(1，1’)，其中，所述光隔离器件(13a，13b)包括所述单层式或多层式镜膜(13”，13”’)，所述镜膜例如通过铝层或反射墨料的物理气相沉积而沉积在所述第一主面(4a，4b)上、并且具有与所述第一主面相接触的、优选地小于200μm的所述宽度(W)。
8.根据权利要求5所述的光学装置(1，1’)，其中，所述光隔离器件(13a，13b)包括所述被压紧的柔性垫圈，所述柔性垫圈具有与所述第一主面(4a，4b)相接触的、小于200μm的所述宽度(W)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的光学装置(1，1’，1”，1”’)，其中，所述空隙(11a，11b)优选地被空气填充、并且具有的厚度大于或等于所述光源(5)的发射波长并且是至少700nm、优选地至少1μm。
10.根据前述权利要求中任一项所述的光学装置(1，1’，1”，1”’)，其中，所述至少一部分(4”)包括所述周边密封布置(10a，10b，10’，10b”)的近侧区段，所述近侧区段面向所述光传导元件(4)的邻近所述光源(5)的所述输入区。
11.根据前述权利要求中任一项所述的光学装置(1，1’，1”，1”’)，其中，所述光传导元件(4)优选地是导光光学元件(LOE)，被配置用于提供：
-通过所述头戴式显示器实现的增强现实信息显示，所述光传导元件将传导的光透过所述至少一个薄片(2，3)朝向配戴者的眼睛部分地输出，或
-照明或测量。
12.根据前述权利要求中任一项所述的光学装置(1，1’)，其中，所述光学装置包括至少一对第一和第二所述薄片(2，3)，所述薄片分别具有面向所述光传导元件(4)的所述第一和第二主面(4a和4b)的第一和第二所述内表面(2a和3a)，所述光学装置包括：
-第一所述周边密封布置(10a)，所述第一所述周边密封布置位于所述第一内表面的第一所述周边区域(2aa)与所述第一主面的面向所述第一周边区域的第一所述区(4aa)之间、并且优选地与这两者处于非粘性接触，和/或
-第二所述周边密封布置(10b)，第二所述周边密封布置位于所述第二内表面的第二所述周边区域(3aa)与所述第二主面的面向所述第二周边区域的第二所述区(4ba)之间、并且优选地与这两者处于非粘性接触。
13.根据权利要求12所述的光学装置(1，1’)，其中，所述至少一对所述第一和第二薄片(2和3)分别被设计成形成：
-前眼科镜片，所述前眼科镜片优选地具有平面的所述第一内表面(2a)，以及相反的凸面的第一外表面(2b)，以及
-接近配戴者眼睛的后眼科镜片，所述后眼科镜片优选地具有平面的所述第二内表面(3a)、以及相反的第二外表面(3b)，
所述至少一对所述第一和第二薄片适于经由所述镜片所提供的光学矫正来对所述光学装置赋予给定处方数据，包括光焦度、散光和/或下加光。
14.一种被配置用于对配戴者提供增强现实信息显示的头戴式装置，其特征在于，所述头戴式装置包括根据前述权利要求中任一项所述的光学装置(1，1’，1”，1”’)，所述头戴式装置优选地包括微型显示投影仪(POD)，所述微型显示投影仪嵌入其框架中并且形成所述光传导元件(4)所耦合至的所述光源(5)。
15.根据权利要求14所述的头戴式装置，其中，所述头戴式装置通过至少一对第一和第二两个所述薄片(2和3)与包括光焦度、散光和/或下加光在内的配戴者处方数据相适配，所述薄片形成布置在所述光传导元件(4)的两侧并且通过第一所述周边密封布置(10a)和第二所述周边密封布置(10b)与所述光传导元件分开的、优选地处于非粘性接触的具有光学矫正的眼科镜片。
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