CN111527441A - 用于传输源图像的光学系统 - Google Patents

Abstract

一种用于传输源图像的光学系统，包括光导装置(14)、光学耦合装置(18)和光学解耦装置(26)，光导装置限定光传输通道(15)，耦合装置(18)被设计为将从源图像发出的光耦合到光导装置(14)中，使得光能够以全内反射在光导装置(14)中传播，并且解耦装置(26)被设计为将已在光导装置(14)中传播的光与光导装置(14)解耦。光导装置(14)包括光学偏转装置(30)，在沿所述光在光导装置(14)中的传播方向观察时，光学偏转装置布置在耦合装置(18)和解耦装置(26)之间，并且光学偏转装置被设计为使从耦合装置(18)以不同的光束角度出射并且发散地入射到偏转装置(30)上的光束以成束的方式偏转到解耦装置(26)。

Description

用于传输源图像的光学系统

技术领域

本发明涉及一种用于传输源图像的光学系统，该光学系统包括限定光传输通道的光导装置，该光学系统包括光学输入耦合装置并且包括光学输出耦合装置，输入耦合装置被实施为将从源图像发出的光耦合到光导装置中，使得耦合到光导装置中的光可以通过全内反射的方式在光导装置中传播，并且输出耦合装置被实施为将已在光导装置中传播的光从所述光导装置中耦合出。

背景技术

从WO 2017/102795 A1中已知最初所述类型的光学系统。

这种光学系统用于显示系统中，例如HUD(平视显示器)或HMD(头戴式显示器)。HUD和HMD是将源图像投射到用户的视场中的显示系统。此处，源图像可以例如是显示器、车辆仪器、移动电话、游戏机、计算机、照相机等的图像。HUD如今例如用在飞机和机动车辆中，以将例如导航信息等之类的信息投射到飞行员或驾驶员的视场中，使得飞行员或驾驶员无需从直视的观察方向转移他/她的观察方向。与HUD相比，HM佩戴在用户的头部上。HM或者将图像呈现在靠近眼睛的屏幕上，或者将所述图像直接投射到视网膜上。HM的其他指代包括视频眼镜或智能眼镜、头盔式显示器或虚拟现实头盔。

这种显示系统的主要部件是显示单元和光学系统，该显示单元提供来自连接的数据源的源图像，并且该光学系统用于传输该源图像使得观察者可以用眼睛感知到该图像。

如本文最初所述的，这种显示系统的光学系统可以具有：作为组成部件的通常平面的光导装置，该平面的光导装置具有一个或多个光导，光可以在该一个或多个光导中通过光学界面处的全内反射传播；光学输入耦合装置，从源图像发出的光可以通过该光学输入耦合装置耦合到光导装置中；以及光学输出耦合装置，该光学输出耦合装置将在光导装置中通过全内反射被引导的源图像的图像信息从所述光导装置中耦合出。在头戴式系统的情况下，输出耦合装置在图像信息被输出耦合之后将图像信息引导至观察者的眼睛，使得源图像的光可以进入用户的一只眼睛或两只眼睛中。因此，在这种情况下，输出耦合装置位于主视轴线和光导装置之间的交点附近。在此，输出耦合装置可以具有分束器的功能，该分束器使来自真实环境的信息与来自智能眼镜(所谓的增强现实系统)的虚拟图像信息相叠加。

在最初所述类型的光学系统中，通过输入耦合装置耦合到光导装置中的光的可通过光导装置传输的角度范围受到限制；具体地，首先受到全内反射的基于折射率的临界角的限制，并且其次受到光的平行于光导装置的界面传播(掠入射)的限制。如果超出了全内反射的临界角，则一些光会在错误的位置处从光导装置出射。在平行于界面的传播的情况下，一些光同样无法到达正确的输出耦合位置。穿过光导装置的光传输的可用角度带宽进一步受到其他边界条件(例如制造公差和调整公差)的限制。一直期望有效地使用可用角度带宽以传输最大量的图像信息，即较大视场(FOV)或最大可能的虚拟图像。

根据输出耦合装置的类型并且根据光导装置的折射率，已在光导装置中传播的光的角度带宽被转换成光导装置外部的不同角度带宽。原则上，相比于衍射或全息式输出耦合装置，通过基于反射镜的输出耦合装置可以实现观察者的眼睛(即，在光导装置的外部)处的更大的角度带宽。此外，基于反射镜的输出耦合装置的优点在于，可以在光导装置的单个光导中以非常大的光谱带宽传输源图像。具有这种优点的原因在于反射镜层的偏转角度与波长无关。相比之下，光栅和全息图的偏转角度主要取决于波长。如果使用衍射或全息式输出耦合装置，则已提出多个波长范围(例如，红、绿、蓝)的限定和针对每个光谱范围的单独的输出耦合结构的设置，如最初在本文中所述的。在衍射式输出耦合的情况下，光导装置还可以具有用于不同的场角度范围的单独的光导。

对于最初所述类型的、用于传输源图像的光学系统的共同点是，提供给眼睛的图像信息(即所传输的源图像)必须在输出耦合装置的正确位置处被提供以到达观察者的眼睛。然而，这会导致以下技术问题。如果沿相反方向，即沿从眼睛的瞳孔到输出耦合装置以及从输出耦合装置到输入耦合装置的方向考虑光路，则光柱会连续地增大，即连续地扩张。在这种情况下，光柱描述了从整个源图像发出并扫描光学系统的整个光瞳的所有光线的包络线。由于光柱在光导装置的输入耦合区域处因此具有非常大的范围，这意味着光导装置的输入耦合区域必须非常大。然而，使用光导装置和显示器之间的光学单元来完全照射光导装置的非常大面积的输入耦合区域是困难的，并且此外还与对于输入耦合光学单元的极端要求相关联。

发明内容

因此，本发明基于发展最初所述类型的光学系统的目的，使得可以使用于将从源图像发出的光耦合到光导装置中的输入耦合区域保持相对较小，并且因此对输入耦合装置的要求也可以保持较低。

对于最初所述的光学系统，该目的通过根据本发明的具有光学偏转装置的光导装置来实现，在沿光在光导装置中的传播方向观察时，该光学偏转装置布置在输入耦合装置和输出耦合装置之间，并且该光学偏转装置被实施为使从输入耦合装置以场角度谱的不同场角度发出并且以发散的方式入射到偏转装置上的光束以聚焦的方式偏转到输出耦合装置。

在根据本发明的光学系统中，通过光学偏转装置解决了不利的较大输入耦合区域的技术问题，在沿光在光导装置中的传播方向观察时，该光学偏转装置布置在输入耦合装置和输出耦合装置之间。如上所述，如果认为来自观察者的眼睛瞳孔的光路是在输入耦合装置的方向上，则会出现这样的情况，即由于偏转装置将从输入耦合装置以不同的光束角度或场角度发散地发出的光束聚焦到输出耦合装置，因而光柱在偏转装置处具有最大的范围。从偏转装置起，光柱的范围在输入耦合装置的方向上再次减小。反向跟踪光路时也会出现相同的情况。在光或所述光在光导装置中的传播方向上，光学偏转装置布置在输入耦合装置和输出耦合装置之间，这还包括偏转装置可以(但不必须)几何地布置在输入耦合装置和输出耦合装置之间的情况；替代地，偏转装置也可以布置在未几何地位于输入耦合装置和输出耦合装置之间而是超出输入耦合装置和输出耦合装置之间的区域中。在根据本发明的光学系统中，输入耦合区域可以保持较小，并且对输入耦合装置的要求也被放松。

以下对光学偏转装置的可能实施例进行描述。

在一个实施例中，偏转装置被实施为使入射到偏转装置上的光束偏转，使得入射光束和偏转光束之间的角度对于所有光束而言都是至少近似相同的。

在这种设计中，偏转装置使光导装置中的单独光束的场角度分布或光束反转。在此，入射光束和偏转光束之间的角度可以是锐角或钝角，或者入射光束和偏转光束之间的角度在光学偏转装置处进行回射的情况下甚至可以是0°(更准确地说是180°)。

在另一实施例中，偏转装置被实施为光瞳中继光学单元，该光瞳中继光学单元将源图像侧的入射光瞳成像到眼睛侧的出射光瞳上。

该实施例在输入耦合区域尽可能最小的意义上是特别有利的，该输入耦合区域用于将从源图像发出的光耦合到尽可能小的光导装置中；特别地，特别是如果从源图像发出的光作为平行光束被引导到输入耦合区域上，则这可以使输入耦合区域保持为特别小。

在根据本发明的光学系统中提供的偏转装置可以具有反射光学结构或衍射光学结构或反射结构和衍射结构的组合。

由于在光导装置中的光束角分布的较少的裁切或较少的视场裁切，反射光学结构可以是有利的，如以下将更详细地进行描述。特别地，衍射结构可以具有一个或多个全息光学元件，特别是全息反射镜，特别是体积全息图。上述结构表示了衍射结构的特殊情况。体积全息图在其光学特性(例如反射和透射)方面具有明显的角度选择性。

例如，复用的(即，多次曝光的)体积全息图可以被设计为使得该复用的体积全息图针对限定的角度范围或谱范围像反射镜一样起作用。还可以产生垂直于光导装置的全息反射镜表面，即，反射镜的法线垂直于光导装置的法线。全息反射镜表面对于所述全息反射镜表面未设计针对的角度范围和谱范围几乎是完全透明的。因此，这种元件也可以定位在光导装置的观察区域(视线被引导通过的区域)中而不会被用户感知到。因此，体积全息图允许以非常灵活的方式实现用于传输源图像的光学系统的偏转装置。例如，可以灵活地改变偏转装置离输出耦合元件和输入耦合元件的距离。

优选地，偏转装置嵌入在光导装置中。

从制造的观点来看，这可以通过在制造光导装置时(例如当光导装置由塑料模制时)能够在光导装置的制造过程中提供偏转装置来实现。

在另一实施例中，偏转装置优选地布置在光导装置的边缘附近。

这种情况下的优点在于，偏转装置不会干扰观察者的眼睛的视场。

如果光学系统佩戴在观察者的头部上，例如如果光学系统用于智能眼镜或视频眼镜中，则偏转装置优选地布置在光导装置的上边缘、下边缘、鼻边缘和/或颞边缘上。

如上面已提到的，当偏转装置设计为具有体积全息图时，因为所述光导装置由于其明显的角度选择性而对于以一定角度入射的光线可以是透明的，体积全息图针对所述一定角度不具有反射效果，因此偏转装置也可以布置在光导装置的观察区域中。

在其他实施例中，偏转装置可以具有反射镜。有利地，反射镜可以是平面反射镜或成角度式反射镜。也可以使用具有反射表面或以全内反射操作的棱镜。反射镜也可以是全息生成式反射镜，所述反射镜在其反射特性方面具有明显的角度选择性。

由以屋顶形的方式布置的两个平面反射镜构成的成角度式反射镜的优点在于，入射光束始终偏转通过相同的角度，而与成角度式反射镜围绕垂直于主截面的转动轴线的相对转动位置无关。在此，术语成角度式反射镜并不假定被表示为成角度式反射镜的整个元件都必须具有反射特性。成角度式反射镜的区域的一部分，例如在成角度式反射镜的末端的区域中，也可以具有非反射的实施例。

在此，如果成角度式反射镜沿着圆周部分布置和/或定向，使得入射到成角度式反射镜上的光线和由相同的成角度式反射镜反射的光线的交点位于圆周部分上，则是更加有利的。

在该实施例中使用了内接角定理；这表明，对于均位于一个圆上的两个固定点和可移动的第三点，在由这三个点形成的三角形的可移动的第三点处的内角保持恒定，而与该第三点在圆周上的位置无关。

在偏转装置的该实施例中，发散地入射到偏转装置的成角度式反射镜上的光束全部都偏转基本上相同的角度，而严格地与入射光束入射到偏转装置上的光束角度无关。

进一步有利地，成角度式反射镜的顶端部分可以被切除和/或成角度式反射镜的不使用的区域可以被实施为非反射性的，例如，可以通过涂黑或任何其他合适的措施被实施为非反射性的。成角度式反射镜的顶端部分或末端不需要使入射到其上的光束偏转。通过去除末端，可以去除成角度式反射镜的镜面的较大部分，由于该原因，成角度式反射镜以及因此偏转装置可以在光导装置的一个边缘处具有相对平坦的实施例。这实现了进一步的优点，即偏转装置即使在相对较强的眼睛转动的情况下也不会出现在视场中。

由于成角度式反射镜的没有被光束使用的区域的非反射性的实施例，还可以避免在成角度式反射镜上发生可能导致杂散光的单次反射或两次以上的反射。

此外，可以在成角度式反射镜上设置角度选择涂层，以避免由于在成角度式反射镜处的两次以上的反射而导致的杂散光或外部光。

此外，如果成角度式反射镜在其开口侧具有0.5mm的最小宽度，则是有利的。优选地，成角度式反射镜在其开口侧可以具有在0.5mm至1mm的范围内，进一步优选地在0.5mm至1.5mm的范围内的最小宽度。

如果成角度式反射镜具有太小的尺寸，则如果光束同时入射到不同的成角度式反射镜上并且在所述不同的成角度式反射镜处发生衍射，则可能会损失光学系统的分辨率。

用于避免在成角度式反射镜上发生两次以上的反射的另一措施可以包括：设置成角度式反射镜相对于彼此的定向或相对转动位置，使得成角度式反射镜适应于入射光束的光束角度或场角度。特别地，这也可以避免光束在成角度式反射镜处仅反射一次的情况，这种情况不会导致光束的期望偏转。

在偏转装置设计为具有成角度式反射镜的情况下，如果入射到成角度式反射镜上的光线和由相同的成角度式反射镜反射的光线的交点位于圆周部分上，则所述成角度式反射镜最佳地用作光瞳中继光学单元。然而，轻微的偏移是可接受的，并且会导致属于不同场角度的光束没有精确地相交在观察者的眼睛的瞳孔处。

在另外的实施例中，成角度式反射镜可以在其尺寸方面单独地变化，可以在其相对位置方面移位或可以扭转。

如上面已提到的，偏转装置可以被实施为使得该偏转装置回射入射到偏转装置上的光束；即，入射到偏转装置上的光束经历180°的偏转。回射器具有光学结构，该光学结构在其自身上往回投射入射到光学结构上的光线，而与入射角度无关。然而，与常规的3维回射不同，本发明仅需要在两个维度上的回射，确切地说是在平行于光导装置的界面的两个维度上的回射，在该光导装置的界面处，光在穿过光导装置传播的期间经历了全内反射。这种回射器的示例包括上面已提到的成角度式反射镜，并且这些成角度式反射镜应该具有两个彼此成90°角度的平面反射镜。

根据另外的实施例，也可以考虑待传输的源图像的分段传输。因此，光传输通道可以是第一光传输通道，该第一光传输通道用于传输源图像的第一部分场，并且光导装置可以具有第二光传输通道，该第二光传输通道用于传输源图像的第二部分场，其中光导装置具有第一偏转装置和第二偏转装置，该第一偏转装置被分配给第一光传输通道，并且该第二偏转装置被分配给第二光传输通道。

由于在多通道传输源图像的单独且相应较小的部分场的情况下存在较少的场裁切，因此相比在单通道光导装置中传输，较大的源图像可以有利地在多通道光导装置中传输。因此，在上述措施的范围内，源图像的全部场被细分为较小的部分场，这些部分场沿着不同的路径被引导到输出耦合装置，并且这些部分场在输出耦合之后彼此补充以形成总场(所谓的“场拼接”)。例如，这可以在头戴式光学系统的情况下通过光导装置的具有相应的偏转装置的上边缘和下边缘来实现，所述偏转装置分别被设计为具有不同的偏转角度。因此，光学系统然后具有用于相应数量的光传输通道的至少两个输入耦合装置和至少两个输出耦合装置。相比之下，即使在多通道传输的情况下，光导装置本身也可以仅具有单个平面光导；然而，光导装置也可以具有彼此堆叠的多个光导。应当理解，本设计还可以包括对待在两个以上的光传输通道中传输的源图像进行分段式多通道传输，并且将源图像相应地划分为两个以上的部分场。

在其他实施例中，光学系统的输入耦合装置可以具有至少一个反射镜或衍射结构。输入耦合装置可以具有透射或反射式衍射光栅，所述透射或反射式衍射光栅使入射到其上的光束偏转，使得这些光束可以通过全内反射的方式在光导装置内传播。输入耦合装置可以嵌入在光导装置(透射或反射式输入耦合装置)中或嵌入在光入射表面(透射式输入耦合装置)上或嵌入在与光入射表面相反的表面(反射式输入耦合装置)上。在设计为具有反射镜的情况下，反射镜适当地相对于光导装置的表面法线倾斜和/或绕法线转动。输入耦合装置还可以具有一个或多个棱镜和/或体积全息图，体积全息图表示衍射结构的一种特殊情况。输入耦合装置具有使从源图像发出的光束在进入光导装置时偏转或在进入光导装置之后立即偏转的功能，以使得光束然后能够在光导装置的界面(通常是空气/光导装置的材料的过渡)处通过全内反射的方式在光导装置中传播。

光学系统可以具有显示器和光学单元，该显示器提供源图像，该光学单元优选为准直光学单元，并且该光学单元将从源图像发出的光引导到输入耦合装置上，在准直光学单元的情况下，该准直光学单元将从源图像发出的光作为平行光束引导到输入耦合装置上。

特别地，结合偏转装置作为光瞳中继光学单元的设计，将从源图像发出的光作为平行光束进行耦合是有利的。在此，系统的入射光瞳可以被成像到观察者的眼睛的瞳孔上。

有利地，光学系统可以被实施为智能眼镜或视频眼镜，被实施为头戴式显示器(HMD)或被实施为平视显示器(HUD)。

根据以下描述和附图，本发明的其他优点和特征将变得明显。

不言而喻的是，在不脱离本发明范围的情况下，上述特征和以下将要解释的特征不仅可以以相应指定的组合方式使用，还可以以其他组合方式使用或单独地使用。

附图说明

在附图中示出了本发明的示例性实施例，并且以下参照附图更详细地描述了本发明的示例性实施例。在附图中：

图1A和图1B示意性地示出了用于传输源图像的光学系统，图1A示出了从上方观察的光学系统的视图，并且图1B示出了当光学系统被佩戴在观察者的头部上时从观察者看到的视图；

图2示出了成角度式反射镜，以用于说明光线在这种成角度式反射镜上的光束偏转；

图3示出了三个局部图像以用于解释内接角定理；

图4示出了在偏转装置处发生偏转的光束路径，该偏转装置具有沿圆周部分布置的多个成角度式反射镜；

图5示出了用于传输源图像的光学系统的立体图，该光学系统具有图4中所示的偏转装置；

图6A和图6B示出了两个图，这两个图以示例性地方式在方向余弦空间中说明了通过作为输入耦合装置的倾斜反射镜镜(图6A)和通过直线式光栅(图6B)将光耦合到光导装置中；

图7A和图7B示出了两个图，这两个图示出了通过作为偏转装置的围绕光导装置的法线扭转的光栅(图7A)和通过作为偏转装置的位于光导装置的边缘处的反射镜或成角度式反射镜(图7B)实现的光导装置内的光束偏转；

图8A和图8B示出了用于传输源图像的光学系统的第一示例性实施例，图8A示出了系统的部件的几何布置，并且图8B在方向余弦空间中示出了源图像传输的相关联的图；

图9A和图9B示出了用于传输源图像的光学系统的另一示例性实施例，图9A示出了系统的部件的几何布置，并且图9B在方向余弦空间中示出了源图像传输的相关联的图；

图10A至图10C示出了用于传输源图像的光学系统的另一示例性实施例，图10A示出了系统的部件的几何布置，图10B在方向余弦空间中示出了传输源图像的第一部分场的图，并且图10C在方向余弦空间中示出了传输源图像的第二部分场的图；

图11A和图11B在方向余弦空间中示出了在图10A至图10C的示例性实施例的扩展方案中传输两个部分场的两个图；

图12A和图12B示出了用于传输源图像的光学系统的另一示例性实施例，该光学系统具有基于回射的偏转装置，图12A以观察者的视角示出了该系统，并且图12B示出了当光学系统佩戴在观察者的头部上时从上方观察的系统；并且

图13示出了用于传输源图像的光学系统的另一示例性实施例，所述实施例是图10A的示例性实施例的扩展方案。

具体实施方式

图1A和图1B示意性地示出了用于传输源图像的光学系统的视图，该光学系统具有通用的附图标记10。特别地，光学系统10可以被实施为智能眼镜或视频眼镜，被实施为头戴式显示器(HMD)或还被实施为平视显示器(HUD)。在此，由显示器12提供源图像，例如微型显示器。源图像可以是摄像机的实时图像或视频序列，或可以是来自另一数据源的图像。

光学系统10具有光导装置14。光导装置14具有单个光学波导。光导装置14可透射位于可见光谱中的光，并且具有折射率比空气的折射率高的材料。光导装置14限定了光传输通道15，该光传输通道15用于传输从源图像(显示器12)发出的光。

从成像显示器12发出的光经由光学单元19(特别是准直光学单元)被引导到输入耦合装置18。如果光学单元19是准直光学单元，则从源图像发出的光作为平行光束入射到光导装置14上。

为了简化对空间中的方向的描述，在图1A和图1B中分别绘制了坐标系16。为了简化理解，在以下描述中，x轴表示垂直于观察者的观察方向的水平方向，并且y轴表示当光学系统10被佩戴在观察者的头部上时的竖直方向。在此，z轴表示光导装置的远离观察者指向的法线。

光学系统10具有光学输入耦合装置18，从源图像发出的光20借助于该光学输入耦合装置18被耦合到光导装置14中，使得光可以通过全内反射的方式在光导装置14中传播。输入耦合装置18可以具有衍射光学装置，该衍射光学装置还应被理解为是指具有体积全息图的装置，或者是指使入射到其上的光束偏转以使得所述光束能够通过全内反射的方式在光导装置中传播的反射光学装置或结构。因此，输入耦合应理解为是指这种偏转。输入耦合装置18限定了输入耦合区域17。从源图像(显示器12)发出的光20在xy平面上具有场角度谱，这是由源图像的几何结构和尺寸引起的。例如，从源图像发出的光可以具有矩形的场角度谱，例如具有49°的竖直场(y轴)和27°的水平场(x轴)。

经由输入耦合装置18在输入耦合区域17中耦合到光导装置14中的光20然后在光导装置14的界面22和24处通过全内反射的方式在光导装置14中从输入耦合装置18传播。光20通过全内反射在光导装置14中的传播仅需要光20的光束，该光束以一定入射角度入射到界面22、24上，该入射角度大于全内反射的临界角度，但小于90°。由于制造和调整的公差，应与边界保持大约5°的距离。

此外，光学系统10具有光学输出耦合装置26，该光学输出耦合装置26限定了输出耦合区域，已在光导装置14中传播的光借助于该光学输出耦合装置26从光导装置14耦合离开以到达眼睛28，使得观察者可以感知到所传输的源图像。

在图1A中，输入耦合装置18和输出耦合装置16被示出为嵌入在光导装置14中的结构；然而，输入耦合装置18和输出耦合装置16也可以位于界面22和24中的一个或两个处。输入耦合装置18可以具有透射式或反射式衍射光栅。可替代地或另外地，输入耦合装置18可以具有一个或多个体积全息图或一个或多个菲涅耳(Fresnel)反射镜。在另外的变体中，可以想到设置在光导装置14上的棱镜或界面22或24的特别设计的边缘区域，例如具有准直效果的自由形式的棱镜。通常，这种特别设计的边缘区域的特征在于，界面22或24在输入耦合区域中具有与光导装置14的其余区域不同的定向/表面法线。输入耦合装置18可以嵌入在光导装置(透射或反射式输入耦合装置)中或嵌入在光入射表面24(透射式输入耦合装置)上或嵌入在与光入射表面相反的表面22(反射式输入耦合装置)上。在输入耦合装置18设计为具有反射镜(反射镜可选地可以例如像菲涅耳反射镜一样被分段)的情况下，所述反射镜相对于光导装置的表面法线适当地倾斜和/或绕该法线转动。输入耦合装置18具有使从源图像发出的光束在进入光导装置14时偏转或在进入光导装置14之后立即偏转的功能，以使得光束然后能够在光导装置14的界面22、24(例如，空气/玻璃或空气/塑料的过渡)处通过全内反射的方式在光导装置14中传播。同样，输出耦合装置26可以具有反射或透射的实施例，并且具有衍射光栅或一个或多个反射镜，特别地，这些衍射光栅或一个或多个反射镜用作分束器，使得观察者不仅可以通过输出耦合区域27感知到源图像，还可以通过光导装置14感知到具有叠加的源图像的真实环境(称为增强现实)。

为了简化表示，图1A仅示出了从源图像发出的单根代表性的光线。然而，可以理解，从源图像(显示器12)发出的光是二维场的光束。

此外，光导装置14具有光学偏转装置30，在沿光20在光导装置14中的传播方向观察时，该光学偏转装置30布置在输入耦合装置18和输出耦合装置26之间。偏转装置30被实施为使从输入耦合装置18发出的、具有不同的光束角度或场角度并且以发散的方式入射到偏转装置30上的光束以聚焦的方式偏转到输出耦合装置26。图1B示出了两根边缘光线32和34，边缘光线32和34表示光束(也称为光柱)在xy平面中的包络线。光柱在偏转装置30处具有其最大的扩散度或宽度。从偏转装置30开始，光柱(边缘光线32、34)的扩散度或宽度朝向输出耦合装置26减小。因此，偏转装置30的作用在于，即使在所传输的源图像的较大视场的情况下，输入耦合装置18的几何尺寸也可以保持较小。

特别地，偏转装置30可以被实施为使得入射到其上的光束总是偏转相同的角度

而与光束的场角度无关。

此外，偏转装置可以被实施为光瞳中继光学单元，特别地，该光瞳中继光学单元将源图像侧的入射光瞳(例如光学单元19的入射光瞳)成像到观察者侧的出射光瞳上(例如观察者的眼睛的瞳孔)，如将在下文进行描述的。

偏转装置30可以具有反射光学结构或衍射光学结构或反射结构和衍射结构的组合。术语“衍射结构”不仅包括衍射光栅，还包括全息光学元件，特别是全息反射镜，特别是体积全息图。

偏转装置30可以具有表面光栅、反射镜或体积全息图，但也可以具有这种结构或元件的组合。

以下对具有反射光学结构的偏转装置30的设计进行描述。很好地适合于偏转装置30的光学结构是由多个成角度式反射镜构成的结构。图2示出了单个成角度式反射镜38。成角度式反射镜38具有两个平面反射镜40和42，平面反射镜40和42以屋顶形的方式彼此倾斜角度β。与角度β无关地，相对于光束偏转，成角度式反射镜38具有关于绕垂直于主截面的轴线(即绕垂直于图2中的图纸平面的轴线)转动的不变性。图2示出了入射光线44，该入射光线44入射到平面反射镜40上，从而朝向平面反射镜42反射并被平面反射镜42反射以形成偏转的光束46。入射光束44和反射光束46之间的偏转角度

始终具有相同的大小，而与成角度式反射镜38绕垂直于图纸平面的轴线的相对转动位置无关，并且偏转角度等于

此外，在设计偏转装置30时，可以使用在图3中阐明的内接角定理。根据内接角定理，对于都位于圆K上的静态的点A和B以及可移动的点M，三角形ABM的点M处的内角α是恒定的，而与点M的位置无关，如图3中针对点M的三个位置所示。

图4现示出了偏转装置30的设计，在该设计中偏转装置30具有多个成角度式反射镜38，所述多个成角度式反射镜38可以具有小型化的实施例，成角度式反射镜38沿着圆周K布置。因此，从区域A发出的所有光束都被偏转到区域B中。如果图1A中的光学单元19的光瞳被设置在区域A中，而眼睛28的瞳孔位于区域B中，并且如果区域B通过输入耦合装置18被移动到光导装置14外部的净空间中，并且如果区域A通过输出耦合装置26被移动到光导装置14外部的净空间中，则有可能会产生光瞳中继光学单元，该光瞳中继光学单元将图1A中的光学单元19的光瞳成像到眼睛28的瞳孔上。图5中示出了这种情况，图5示出了具有光导装置14的光学系统10、光导装置14的输入耦合区域17、光导装置14的输出耦合区域27以及光导装置14的偏转装置30，偏转装置30具有多个成角度式反射镜38，如图4所示，所述多个成角度式反射镜38布置在圆周上。这使得可以将光学单元19的光瞳成像到眼睛28的瞳孔28P上。

不管偏转装置30是由成角度式反射镜、平面反射镜、棱镜还是由其他合适的光学元件构成，偏转装置30都可以被嵌入在光导装置14中。在此，如图1B和图5所示，光偏转装置30可以优选地布置在光导装置14的边缘附近。图5示出了当光学系统10佩戴在观察者的头部上时，偏转装置30在光导装置14的上边缘上的布置。然而，如将在以下其他示例性实施例中描述的，偏转装置30也可以布置在鼻边缘46上、颞边缘48(在颞颥的侧面)上或下边缘50上。当设计如图5所示的具有成角度式反射镜38的偏转装置30时，如果光束44、46(参见图2)的交点52(参见图2)位于圆周部分K上，则偏转装置30作为光瞳中继光学单元以最佳的方式操作，所述光束44、46入射到成角度式反射镜38上并被相应的相同的成角度式反射镜38反射。然而，轻微的偏移是可接受的，并且该轻微的偏移导致属于场角度谱的不同场角度的光束没有精确地相交在眼睛的瞳孔28P处。

根据光20的光束在成角度式反射镜38上的入射角，在相应的成角度式反射镜38上可能仅存在一次反射或存在两次以上的反射，这种反射可能会导致杂散光。通过使成角度式反射镜38的转动以针对性的方式适应于入射光束的方向，可以至少部分地减少这种麻烦的影响。如图5中明显示出的，优选地，成角度式反射镜38的转动角度具有彼此不同的转动角度。

回到图2，很明显的是，成角度式反射镜38的末端或顶端区域54不需要进行光束偏转。因此，如图2中的线56所示的，可以切除或去除成角度式反射镜38的该区域。由于整个偏转装置30可以在光导装置14的边缘区域中具有相对平坦的实施例，因此这是有利的。

应当理解，成角度式反射镜38可以在其尺寸方面变化，可以在单独的基础上在其相对位置方面扭转或移位。

为了避免由于在成角度式反射镜上的错误次数的反射而导致的杂散光，可以在必要时在成角度式反射镜上设置角度选择涂层。可选地，可以将成角度式反射镜38的不使用的区域以及可能存在的切割表面涂黑，末端在该可能存在的切割表面处被切掉。

成角度式反射镜的尺寸，即成角度式反射镜38在其开口侧的宽度不应太小，以避免由于成角度式反射镜38引起的衍射效应，该衍射效应可能会导致传输到观察者的眼睛中的源图像的分辨率的损失。因此，如果成角度式反射镜38在其开口侧具有0.5mm的最小宽度，则是有利的。

如已经提到的，偏转装置30还可以具有其他光学结构或元件来代替成角度式反射镜38。例如，偏转装置30也可以通过平面反射镜来实现，在这种情况下可能无法实现偏转装置30的光瞳中继功能。另一方面，这可以避免由于部分光束的非相干叠加而产生的上述影响。

偏转装置30也可以具有平面反射镜和成角度式反射镜的组合。

以下参照另外的图6A、图6B、图7A、图7B来描述具有偏转装置的光学系统可以产生什么样的视场，同时保留了来自图1A和图1B的附图标记。为此，在方向余弦空间(或在k空间)中的表示是合适的。方向余弦图通过表示光线的方向向量的分量来示出光线方向。方向余弦向量具有为1的长度。因此，所有可能的光线方向的总和由一个球(也称为Ewald球)来表征。如果已知方向余弦向量的分量dircos_x和dircos_y，则可以通过dircos_z＝(dircos_x ²+dircos_y ²)^1/2来计算第三分量dircos_z。因此，在dircos_x-dircos_y平面中的二维表示足以考虑光在光导装置中的传播。

如果从源图像(即从成像显示器12)发出的光入射到光导装置14上，则最初是在界面24(参见图1A)处发生光的折射(除非输入耦合装置18正好位于光入射表面24上，使得在输入耦合装置18处的光束偏转是主要效果)。由于光导装置14的较高的折射率，光线朝向界面24的表面法线折射，并且光线所使用的角度范围相应地减小。然后，光线在输入耦合装置18处进一步偏转。

图6A和图6B示出了方向余弦图，所述方向余弦图分别针对两种不同设计的输入耦合装置示出了光线在输入耦合装置18处的偏转和光在光导装置14上的入射，所述两种不同设计的输入耦合装置特别是由倾斜的反射镜(未示出)形成的输入耦合装置(图6A)以及在光导装置14的界面22处具有线性衍射光栅的输入耦合装置。

在根据图6A和图6B的图中，dircos_y表示光束与y轴的方向余弦，并且dircos_x表示光束与x轴的方向余弦。

在图6A和图6B中，在方向余弦空间中的内圆60描述了全内反射的临界角度，并且外圆62描述了在光导装置14的界面22和24上的掠入射角度(相对于表面法线成90°)。仅具有位于圆60和圆62之间的光束角度或场角度的光线可以在光导装置14中传播。

此外，图6A和图6B通过较大的矩形64示出了从源图像发出的、在入射到光导装置14中之前的光20的光束角度的矩形分布或场角度(场角度谱)的矩形分布。图6A和图6B中的较小的矩形66示出了在方向余弦空间中，在光导装置14中的进入界面(图1A中的界面24)处折射后的光的光束角度分布或场角度分布。这以示例性的方式示出了源图像，该源图像具有在水平方向(x方向)上的25°的视场和在竖直方向(y方向)上的50°的视场。如上面已提到的，场角度谱由于在进入光导装置14中时发生的折射而减小，如通过比较矩形64和66所得知的。

输入耦合装置18将光耦合到光导装置14中，这相当于场角度分布的转换，光通过该输入耦合装置18进入到光导装置14中(矩形66)，并位于圆60和圆62之间，如图6A中的框68和图6B中的框70所示。图6A描述了输入耦合装置是反射镜的情况，该反射镜相对于光导装置的法线倾斜25°并且不围绕光导装置14的法线扭转。图6B描述了输入耦合装置18具有线性光栅的情况，其中光栅周期为每μm1.8线，并且光栅不围绕光导装置14的法线转动。

因此，源图像的所有图像信息都可以通过光导装置14以全内反射的方式被引导到观察者的眼睛28，光导装置14中的光束的场角度分布(框68和框70)必须完全处于圆60和圆62之间，以实现全内反射和掠入射。由于与制造有关的公差和调整公差，不应完全利用这两个极限。

由于偏转装置30可能在光导装置14中的光20的光束路径内具有其他光栅或反射镜，例如如图5所示的成角度式反射镜38，因此光导装置14中的光束的场角度分布可以被有效地偏转。在图7A和图7B中阐明了这种偏转元件的作用。图7A示出了其中偏转装置30具有围绕光导装置14的法线扭转的光栅的情况。这种光栅导致了场角度分布(框70)在方向余弦空间中的移位，如图7A中的框70’所示。

图7B示出了具有一个或多个反射镜的偏转装置30的情况，所述一个或多个反射镜的法向量位于xy平面中，即平行于界面22和24。在偏转装置30的这种构造的情况下，耦合到光导装置14中的场角度分布(框70)围绕方向余弦空间的原点扭转，如图7B中的框70”所示。

此外，图7A示出了因为场的多个部分由于未满足全内反射的临界角而在错误的位置处从光导装置14中耦合出或因为场的多个部分以掠入射方式在光导装置中传播，所以光导装置14内的光束的场角度谱可能会由于偏转装置30的不利偏转而被裁切。因此，总的来说，这意味着携带图像信息的一些光在错误的位置处从光导装置中耦合出并因此没有到达观察者的眼睛，因此丢失了图像信息。

如以下将继续描述的，可以通过以分段的方式传输源图像来矫正裁切场角度分布的问题。

以下描述光学系统10的示例性实施例，其中特别是对于两个波长，还至少部分地考虑了光的谱分布。下文中，在每种情况下考虑了两种波长的光，所述波长彼此偏移30nm。这里考虑了位于蓝色光谱范围中的500nm的波长和位于绿色光谱范围中的530nm的波长。

图8A示出了对应于图5中的光学系统10的光学系统10的示例性实施例；在图8A中未示出光导装置，但示出了光导装置的输入耦合区域17和输出耦合区域27。偏转装置30具有成角度式反射镜38，该成角度式反射镜38沿着圆周部分布置，如参照图4和图5所描述的。

假设光导装置具有由聚碳酸酯制成的光导，该光导在λ1＝530nm的波长下的折射率为n1＝1.5922，在λ2＝500nm的波长下的折射率为n2＝1.5969。此外，假设源图像在空中具有矩形场角度谱，该矩形场角度谱具有48°的竖直场(y方向)和27°的水平场(x方向)。

图8B示出了图8A中的光学系统10的源图像传输的相关联的方向余弦图。

在图8B中，A在方向余弦空间中示出了源图像的矩形场角度谱，该源图像由显示器12发射到空中。输入耦合装置具有相对于光导装置的表面法线成45°的衍射光栅。光的耦合使场角度谱按照箭头1移位到方向余弦空间中的右上角，并用B来表示移位后的场角度谱。由于衍射式输入耦合装置处的衍射的波长相关性，对于此处所考虑的移位了30nm的波长，出现了彼此略微偏移的两个场角度分布B₁和B₂。图8B示出了两个内圆60₁和60₂，圆60₁表示全内反射的临界角，并且圆60₂表示全内反射的临界角减去约5°的公差。

图8B中的箭头2描述了具有成角度式反射镜38的偏转装置30的作用，该偏转装置30通过使入射到偏转装置30上的光束偏转90°来使场角度谱转动90°以从状态B进入到状态C。场角度谱的转动现在产生了48°的水平场和27°的竖直场(在空中观察)。同时，场角度谱从方向余弦空间中的右上角移位到方向余弦空间中的左上角。

在图8A的示例性实施例中，输出耦合装置具有相对于输入耦合装置的衍射光栅扭转90°的衍射光栅。按照箭头3所示的，这导致光的输出耦合，所述光已在光导装置中传播并且将场角度谱从状态C转移到方向余弦空间的中心处，如D所示。由于在状态D下的场角度谱不再位于光导装置的全内反射的区域中，因此所述场角度谱从光导装置耦合出以到空中从而到达观察者的眼睛中。输出耦合的光具有27°的竖直场和48°的水平场的场角度谱。

如图8B所示，由于在状态D和状态C下场角度谱的多个部分位于圆60₁和62之间的区域的外部，因此最初耦合到光导装置中的场角度谱仅被部分地传输。位于圆60₁内的场角度区域在光导装置的错误位置处被输出耦合，并且位于圆62外的场角度范围消失了。如上所述，可以通过将源图像分割成多个部分场并且通过在光导装置的不同光传输通道中传输单独的部分场来矫正该问题，如以下将进行描述的。

图9A示出了光学系统10的另一示例性实施例，光导装置没有被示出，而仅示出了光导装置的输入耦合区域17和输出耦合区域27，该输入耦合区域17已分配给了输入耦合装置，并且该输出耦合区域27已分配给了输出耦合装置。在该示例性实施例中，输入耦合区域17和输出耦合区域27彼此竖直地(即，在y方向上)偏移，并且偏转装置30相对于图8A中的偏转装置30具有倾斜的布置。

类似在图8A中，考虑相同的波长的光。

图9B示出了相关联的方向余弦图。相对于图8A和图8B中的示例性实施例，在针对全内反射的临界角具有一定公差的情况下，源图像的再次为矩形的场角度谱被调整为37°的竖直场和21°的水平场。在图9B中，圆形线60₂再次表示针对全内反射的临界角的公差，全内反射的临界角由线601表不。

从源图像发出的场角度谱(在图9B中由A表示)通过输入耦合装置被耦合到光导装置中，该输入耦合装置具有输入耦合光栅，该输入耦合光栅具有竖直光栅线(y方向)。按照箭头1所示的，这导致场角度谱在方向余弦空间中移位到线60₂和62之间的右侧(状态B)。如图9B所示，在此过程中不会发生场裁切。

偏转装置30使场角度谱转动90°，并且同时使场角度谱按照箭头2在方向余弦空间中向下移位(状态C)。这里也没有发生场裁切。

在示例性实施例中，输出耦合装置具有衍射光栅，该衍射光栅具有相对于输入耦合装置的衍射光栅扭转90°的水平光栅线。该具有水平光栅线的衍射光栅使水平布置的场角度谱(状态C)移位到方向余弦空间的中心处(状态D)。

具有21°的竖直场和37°的水平场的场角度谱现已不再位于全内反射区域内并且从光导装置14中耦合出。

在该示例性实施例中，从源图像发出的初始场角度谱被全部地传输。

图10A示出了用于传输源图像的光学系统10的示例性实施例，该光学系统的光导装置14具有两个传输通道15a和15b，这两个传输通道15a和15b在竖直方向(y方向)上一个布置在另一个上方。因此，在下文中，光传输通道50a也被称为上光传输通道，并且光传输通道50b被称为下光传输通道。根据光传输通道的数量，存在两个输入耦合区域17a、17b和相关联的输入耦合装置并且存在两个输出耦合区域27a、27b和相关联的输出耦合装置。

对于光传输通道15a和15b，光导装置14分别具有偏转装置30a和30b，在每种情况下，偏转装置30a和30b都具有多个成角度式反射镜38a和38。偏转装置30a和30b布置在光导装置的上边缘和下边缘处。光导装置14可以具有单个光学波导，在该单个光学波导中实现两个光传输通道。

图10B示出了针对上传输通道15a的方向余弦图，并且图10C示出了针对下光传输通道15b的方向余弦图。

从源图像发出的矩形场角度谱被分成两个部分场，其中一个部分场经由输入耦合装置18a耦合到光导装置14中，并且另一个部分场经由输入耦合装置18b被输入耦合到光导装置14中。

在图10B和图10C中，A表示在耦合到光导装置14中之前的场角度谱的相应部分。B表示在折射到光导装置14中之后的相应矩形场角度谱，即，场角度谱的相应部分，在该相应矩形场角度谱的范围内，光束朝向表面法线折射，并且在方向余弦空间中场角度谱的范围减小。

箭头1示出了场角度谱的相应部分到状态C的转移，该转移通过场角度谱的相应部分在输入耦合装置18a和18b处的输入耦合来实现。在此，输入耦合装置18a和18b分别具有相对于水平线转动30°的光栅线。输入耦合装置18a和18b将相应的场角度谱向外转换到光导装置中的全内反射的区域中，在这种情况下，在两个光通道中都发生了场裁切。相应的偏转装置30a或30b使场角度谱的相应部分转动60°，并且使场角度谱的相应部分移位，使得场角度谱按照箭头2过渡到状态D。输出耦合装置26a和26b使场角度谱的相应部分按照箭头3移位到方向余弦空间的中心处的状态E，所述输出耦合装置26a和26b分别具有衍射光栅，所述衍射光栅具有竖直光栅线。因此，全部所传输的场的一部分分别在两个光传输通道15a和15b中传输，这两个部分在与光导装置解耦之后无边缘地出现以形成总场或总场角度谱。该总场由E处的两个矩形的总区域形成。

在根据图10A至图10C的示例性实施例中，假设源图像的两个部分场在从光导装置14中耦合出时是彼此紧密相邻的。这意味着，光导装置14的根据输出耦合装置18a和18b的输出耦合区域是彼此紧密相邻的。因此，在单独的光传输通道15a和15b中的图像信息的重叠是有利的，使得即使在例如观察者的眼睛28横向移位的情况下，也可以感知到全部视场而没有亮度或信息的损失。

为此，图11A和图11B示出了相对于图10A至图10C的示例性实施例进行了略微修改的示例性实施例的两个方向余弦图。在该示例性实施例中，在场角度谱的所传输的部分之间实现了例如10°的重叠区域。这可以通过上光传输通道15a和下光传输通道15b的光栅(输入耦合光栅和/或输出耦合光栅)的不同光栅周期来实现。在状态E下与光导装置14解耦的两个部分场的重叠区域在图11A和图11B中分别由E₁和E₂来表示。

图12A和图12B示出了用于传输源图像的光学系统10的另一示例性实施例，该源图像再次由显示器12提供。从源图像发出的光通过光学单元19(例如准直光学单元)耦合到光导装置14中。光导装置14具有偏转装置30，该偏转装置30实施为二维回射器并且位于光导装置14的侧边缘48处。在此，侧边缘48可以是光导装置14的鼻边缘。偏转装置30再次使以发散的方式入射到其上的光束聚焦，此处示出了在光导装置14中传播的光的两个边缘光线32和34，所述边缘光线表示在光导装置14中的光束路径的包络线或光柱。

在该示例性实施例中，在光导装置14的颞边缘区域中实现输入耦合。从源图像发出的场角度谱被输入耦合到输入耦合装置18的输入耦合区域中，输入耦合装置18可以具有衍射光栅，该衍射光栅具有水平光栅线，使得场角度谱的中心光线78在偏转装置30的方向上水平地延伸。偏转装置30在其自身上在xy平面中往回投射角度谱，如双向箭头80所示。具有全部场角度谱的光20从偏转装置30被引导到输出耦合装置26，这消除了输入耦合装置18的作用，使得具有场角度谱的光在观察者的眼睛的方向上离开光导装置14，如箭头82所示。

在输入耦合的范围内，可以在光导装置14的内部或外部选择不同的相对光瞳位置。图12A示出了一种变体，在该变体中输入耦合装置18的光瞳位于光导装置14中，如此处通过输入耦合椭圆86的两条线的交点84所阐明的。该光瞳将通过偏转装置30的回射器再次成像到自身中，该偏转装置30位于光导装置14的鼻边缘48处。然而，从回射器返回的光束都通过输出耦合装置26被引导出光导装置14。输入耦合光瞳的图像然后形成了眼动范围。

在该示例性实施例中，可以通过改变输入耦合装置18的相对横向位置(x方向)或通过输入耦合光瞳(交点84)和输出耦合装置26之间的距离来容易地设置光导装置14和眼动范围之间的距离。

图13示出了光学系统10的另一示例性实施例，所述另一示例性实施例是图10A至图10C所示的示例性实施例的扩展方案。根据图13A的用于传输源图像的光学系统10同样具有在光导装置14中的两个光传输通道15a和15b以及相应的偏转装置30a或30b，每个偏转装置30a或30b都具有用于各自的光传输通道15a和15b的成角度式反射镜38a或38b。根据光传输通道的数量，存在两个输入耦合区域17a、17b和相关联的输入耦合装置并且存在两个输出耦合区域27a、27b和相关联的输出耦合装置。

相比于图10A中的示例性实施例，两个偏转装置30a和30b没有布置在光导装置14的上边缘和下边缘处，而是布置在光导装置14的颞边缘46处。

类似于图12A和图12B中的示例性实施例，根据图13的示例性实施例也可以被构造为具有单个光传输通道15和作为偏转装置30的回射器，在这种情况下，该回射器位于光导装置14的颞边缘46处。另一实施例变体可以结合在光导装置14的颞边缘和鼻边缘处的偏转装置38a和38b，以便通过结合两条光路15a和15b来跨越更大的场。

除了是笔直的以外，光导装置14也可以是弯曲的，对应于通常在眼镜镜片的情况下存在的曲率。

根据另外的示例性实施例，偏转装置30可以具有一个或多个全息光学元件，特别是全息反射镜，特别是体积全息图。例如，复用的(即，多次曝光的)体积全息图可以被设计为使得该多样复用的体积全息图针对限定的角度范围或谱范围像反射镜一样起作用。还可以产生垂直于光导装置14的全息反射镜表面，即，反射镜的法线垂直于光导装置14的法线。全息反射镜表面对于所述全息反射镜表面未设计针对的角度范围和谱范围几乎是完全透明的。因此，这种元件也可以定位在光导装置14的观察区域(视线被引导通过的区域)中而不会被用户感知到。因此，体积全息图允许以非常灵活的方式实现用于传输源图像的光学系统的偏转装置。例如，可以灵活地改变偏转装置离输出耦合元件26和输入耦合元件18(图1A、图1B)的距离。

上述成角度式反射镜38也可以实施为全息反射镜。

由于体积全息图的较大的角度选择性，因为成角度式反射镜的第一反射镜表面的全息图对于已偏转两次的光线几乎是完全透明的，因此可以避免在一个成角度式反射镜中发生两次以上的反射。

Claims (21)

1.一种用于传输源图像的光学系统，所述光学系统包括光导装置(14)，所述光导装置(14)限定光传输通道(15)，所述光学系统包括光学输入耦合装置(18)并且包括光学输出耦合装置(26)，所述光学输入耦合装置(18)被实施为将从所述源图像发出的光耦合到所述光导装置(14)中，使得光能够通过全内反射的方式在所述光导装置(14)中传播，并且所述光学输出耦合装置(26)被实施为将已在所述光导装置(14)中传播的光从所述光导装置(14)中耦合出，其特征在于，

所述光导装置(14)具有光学偏转装置(30)，在沿所述光在所述光导装置(14)中的传播方向观察时，所述光学偏转装置(30)布置在所述光学输入耦合装置(18)和所述光学输出耦合装置(26)之间，并且所述光学偏转装置(30)被实施为使从所述光学输入耦合装置(18)以不同的光束角度发出并且以发散的方式入射到所述光学偏转装置(30)上的光束以聚焦的方式偏转到所述光学输出耦合装置(26)。

2.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，

所述光学偏转装置(30)被实施为使入射到所述光学偏转装置(30)上的光束偏转，使得入射光束和偏转光束之间的角度对于所有光束而言都是至少近似相同的。

3.根据权利要求1或2所述的光学系统，其特征在于，

所述光学偏转装置(30)被实施为光瞳中继光学单元，所述光瞳中继光学单元将源图像侧的入射光瞳成像到眼睛侧的出射光瞳上。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的光学系统，其特征在于，

所述光学偏转装置(30)具有包括体积全息图的反射光学结构或衍射光学结构，或具有包括体积全息图的反射结构和衍射结构的组合。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的光学系统，其特征在于，

所述光学偏转装置(30)嵌入在所述光导装置(14)中。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的光学系统，其特征在于，

所述光学偏转装置(30)布置为靠近所述光导装置(14)的边缘。

7.根据权利要求6所述的光学系统，其特征在于，

所述光学偏转装置(30)在所述光学系统(10)佩戴在头部上时布置在所述光导装置(14)的上边缘和/或下边缘和/或鼻边缘和/或颞边缘(46、48、50)处。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的光学系统，其特征在于，

所述光学偏转装置(30)具有反射镜。

9.根据权利要求8所述的光学系统，其特征在于，

所述反射镜是平面反射镜或成角度式反射镜(38)。

10.根据权利要求9所述的光学系统，其特征在于，

所述成角度式反射镜(38)沿着圆周部分布置。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的光学系统，其特征在于，

所述成角度式反射镜(38)被布置或定向为使得入射到所述成角度式反射镜(38)上的光线和由所述成角度式反射镜(38)反射的光线的交点(52)位于圆周部分上。

12.根据权利要求9至11中任一项所述的光学系统，其特征在于，

所述成角度式反射镜(38)的顶端部分(54)被切除，和/或所述成角度式反射镜(38)的不使用的区域被实施为非反射性的。

13.根据权利要求9至12中任一项所述的光学系统，其特征在于，

所述成角度式反射镜(38)设置有涂层，所述涂层对于其反射具有角度选择性。

14.根据权利要求9至13中任一项所述的光学系统，其特征在于，

所述成角度式反射镜(38)在其开口侧具有0.5mm的最小宽度。

15.根据权利要求9至14中任一项所述的光学系统，其特征在于，

所述成角度式反射镜(38)具有彼此不同的定向，所述定向适应于入射光束的光束角度。

16.根据权利要求9所述的光学系统，其特征在于，

所述平面反射镜具有彼此不同的定向，所述定向适应于入射光束的光束角度。

17.根据权利要求1至16中任一项所述的光学系统，其特征在于，

所述光学偏转装置(30)回射入射到所述光学偏转装置(30)上的光束。

18.根据权利要求1至17中任一项所述的光学系统，其特征在于，

所述光传输通道是第一光传输通道(15a)，所述第一光传输通道(15a)用于传输所述源图像的第一部分场，并且所述光导装置(14)具有第二光传输通道(15b)，所述第二光传输通道(15b)用于传输所述源图像的第二部分场，并且所述偏转装置具有分配给所述第一光传输通道(15a)的第一偏转装置(30a)和分配给所述第二光传输通道(15b)的第二偏转装置(30b)。

19.根据权利要求1至18中任一项所述的光学系统，其特征在于，

所述光学输入耦合装置(18)具有至少一个反射镜或衍射结构。

20.根据权利要求1至19中任一项所述的光学系统，其特征在于显示器(12)和光学单元(19)，该光学单元特别是准直光学单元，所述显示器(12)提供所述源图像，并且所述光学单元(19)将从所述源图像发出的光引导到所述光学输入耦合装置(18)上。

21.一种智能眼镜、视频眼镜或平视显示器，所述智能眼镜、视频眼镜或平视显示器包括根据权利要求1至20中任一项所述的光学系统(10)。

Images