CN117242391A - 显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种显示装置，该显示装置包括：固持装置(2)，该固持装置可以佩戴到用户的头部上；图像生成器(6)，该图像生成器固定至固持装置(2)，用于生成图像；用于控制图像生成器(6)的控制单元(15)；以及眼镜片(3、4)，该眼镜片固定至固持装置(2)并且具有耦合输入部分(9)以及在第一方向上与该耦合输入部分间隔开的耦合输出部分(12)。耦合输出部分(12)具有偏转结构(13)，该偏转结构在第一方向上具有预定伸展，并且所生成的图像经由耦合输入部分(9)耦合输入眼镜片(3、4)中，在眼镜片(3、4)中通过至少一次反射被引导至耦合输出部分(12)，并且在偏转结构(13)上沿着耦合输出方向偏转而经由耦合输出部分(12)耦合输出并进入出射光瞳(16)。结果，当固持装置(2)放在用户头部上时，用户可以将耦合输出的图像作为虚像感知。耦合输入部分(9)具有入射表面(10)，该入射表面在第一方向上比图像生成器(6)的图像宽，并且可以在第一方向上调整入射表面(10)的耦合输入位置，图像在该耦合输入位置处经由入射表面(10)耦合输入。耦合输入位置确定耦合输出部分(12)的耦合输出方向，并且因此确定出射光瞳(16)在第一方向上的位置，使得可以在第一方向上调整出射光瞳(16)与耦合输入部分之间的距离。无论耦合输入位置如何，当偏转结构(13)引起偏转时，偏转结构(13)总是在第一方向的整个预定伸展上得到利用。

Description

显示装置

技术领域

本发明涉及一种显示装置，该显示装置可以放在用户的头部上并且经由眼镜片向用户呈现虚像。

背景技术

这种显示装置所面临的问题在于，不同用户具有不同的太阳穴-眼睛距离，因此相对于用户的太阳穴，虚像在侧向方向上的位置可能因用户而异。

发明内容

因此，以此为出发点，本发明的目的是提供一种允许简单地适应不同的太阳穴-眼睛距离的显示装置。

在独立权利要求1中限定了本发明。在从属权利要求中详细说明了有利的发展。

根据本发明，因为出射光瞳在第一方向上的位置通过所生成的图像的耦合输入位置的定位来限定，因此以此方式可以容易地适应不同的太阳穴-眼睛距离。

此外，根据本发明，无论耦合输入位置如何，当偏转结构引起偏转时，偏转结构总是在沿着第一方向的整个预定伸展上得到利用。这使得偏转结构能够在第一方向上配置得非常紧凑。

若图像的中间成像呈现在眼镜片内、在耦合输入部分与耦合输出部分之间，则眼镜片可以被配置得非常紧凑。此外，由于于是存在较大的光学路径长度，因此例如可以引入一个或两个附加的校正镜。这使得能够更简单且更灵活地对系统进行校正，同时能够实现较好的畸变和光斑大小。

根据本发明的眼镜片自身(或与可以布置在图像生成器与眼镜片的入射表面之间的附加光学器件一起)实现成像光学器件，该成像光学器件对图像生成器生成的图像进行成像，使得用户可以将其作为虚像感知。在这种情况下，成像光学器件被配置成使得入射表面的耦合输入位置(所生成的图像在此处耦合输入)限定耦合输出部分的耦合输出方向，并且因此限定出射光瞳在第一方向上的位置。

此外，成像光学器件例如可以以远心形式实现在图像生成器侧面上。于是可以藉由图像生成器的z移位(或图像生成器与眼镜片之间的距离改变)使虚拟位置同样在z方向上移位，而不改变视场。

眼镜片可以由塑料或玻璃生产。特别地，眼镜片可以以整体或多部分形式配置。

偏转结构可以被配置为唯一连续的镜面。镜面可以部分地反射。然而，镜面也可以具有几乎100％的最高可能的反射率。

此外，偏转结构可以包括彼此偏移的多个镜面，并且特别地可以被配置为反射或部分反射的菲涅耳结构。

不言而喻，在不背离本发明的范围的情况下，上文指定的特征和下文将要解释的特征不仅可以以指定的组合使用，而且也可以以其他组合或单独使用。

附图说明

下文将基于示例性实施例并参考附图更详细地解释本发明，这些附图同样披露了对本发明必不可少的特征。这些示例性实施例仅出于说明性目的而提供，不应被解释为限制性的。例如，对具有多个元件或部件的示例性实施例的描述不应被解释为是指所有这些元件或部件对于实现来说都是必要的。代替地，其他示例性实施例也可以包含替代的元件和部件、更少的元件或部件、或附加的元件或部件。除非另有说明，否则不同示例性实施例的元件或部件可以相互组合。针对示例性实施例之一描述的修改和变化也可以适用于其他示例性实施例。为了避免重复，在不同的图中相同或彼此对应的元件由相同的附图标记表示，并且不重复解释。在附图中：

图1示出了根据本发明的显示装置的一个实施例的示意性立体图示；

图2示出了第一眼镜片的局部放大截面图，该图包括图像生成模块的示意性图示；

图3示出了根据图2的图示；

图4示出了根据图2的图示；

图5示出了另一实施例的根据图2的图示；

图6示出了另一实施例的根据图2的图示；以及

图7示出了另一实施例的根据图2的图示。

具体实施方式

在图1所示实施例的情况下，根据本发明的显示装置1包括：固持装置2，该固持装置可以佩戴到用户的头部上并且可以例如以常规眼镜架的方式来形成；以及第一眼镜片3和第二眼镜片4，该第一眼镜片和该第二眼镜片固定至固持装置2。带有眼镜片3、4的固持装置2例如可以被配置为运动护目镜、太阳镜和/或用于矫正视力缺陷的眼镜，其中，可以经由第一眼镜片3将虚像引入用户的视场中，如下文所描述的。

为此目的，显示装置1包括图像生成模块5，该图像生成模块可以布置在固持装置2的右侧眼镜镜腿的区域中，如图1中示意性图示的。图像生成模块5可以包括平坦的图像生成元件6(图2)，例如OLED芯片、LCD芯片或LCoS芯片、或者具有例如以行和列布置的多个像素的倾斜镜矩阵。

如可以从图2的示意性局部放大截面图中最佳可见，第一眼镜片3包括背面7和正面8。在此，背面7和正面8被示出为平面表面。然而，背面7和/或正面8也可以以曲面形式配置。举例而言，可以存在球面曲率或非球面曲率。

眼镜片3在侧向上包括耦合输入部分9，该耦合输入部分具有可以以平面或曲面形式配置的入射表面10以及同样可以以平面或曲面形式配置的偏转表面11。特别地，偏转表面11可以被配置为反射表面。然而，偏转也可以由全内反射来实现。

此外，第一眼镜片3包括具有偏转结构13的耦合输出部分12。耦合输出部分12沿着第一方向(在此为y方向)与耦合输入部分9间隔开。偏转结构13可以被配置为镜面13，该镜面沿着第一方向包括预定伸展。镜面13可以以平面形式配置。取决于应用，该镜面可以部分地透明。在这种情况下，用户可以感知所生成的与周围环境叠加的虚像。然而，镜面13也可以具有最高可能的反射率。这对于用户意图仅感知虚像而不感知周围环境的应用而言特别地有利。

图像生成器6的每个像素都可以发出光束14。可以藉由控制单元15通过适当地控制图像生成器6的像素来生成期望的图像，该控制单元包括处理器19并且可以是图像生成模块5的一部分。在图2中，描绘了一个光束14的光束路径作为光束14的代表。

从图像生成器6发出的光束14经由入射表面10进入眼镜片3并且由偏转表面11偏转，使得在背面7处发生反射(例如全内反射)，结果，光束14入射在镜面13上，从而沿朝向背面7的方向发生偏转，其方式为使得光束14经由背面7从第一眼镜片3出现。在这种情况下，偏转发生的方式为使得光束14经由背面7出现所沿的耦合输出方向与z方向相对应。

如在图2的示意性图示中另外指示的，在此，第一眼镜片3被配置成使得藉由图像生成器6生成的图像的中间成像呈现在眼镜片3内、在耦合输入部分9与耦合输出部分12之间。然而，这种中间成像并非绝对必要的。

如图2所示，图像生成器6在第一方向(y方向)上的伸展小于入射表面10的对应伸展，并且就第一方向而言，图像生成器6居中地布置在入射表面10的上游。在这种情况下，显示装置1的出射光瞳16位于由箭头P1标识的位置处，因此头部上佩戴该显示装置的用户在眼睛A定位在此位置P1处时可以在正面8前方感知虚像，如图2示意性图示的。相应的视场由双头箭头K1指示。因此，用户在根据图2的眼睛位置的情况下在直视前方(图2中的观看方向18)时可以感知虚像17。

在根据本发明的显示装置的情况下，可以在控制单元15的控制下藉由定位单元20将图像生成器6沿着第一方向(y方向)移位，使得可以调整不同的耦合输入位置。耦合输入位置可以涉及图像生成器6的预定点(例如图像生成器6的中心或在y方向上的上边缘或下边缘)。

若图像生成器6以图3所示的方式定位，则显示装置的成像的效果在于，耦合输出方向于是不再沿着z方向延伸，而是相对于该方向倾斜。这使得出射光瞳16在侧向(y方向)上移位，使得用户的眼睛A必须定位在位置P2处才能够感知虚像(双头箭头K2)。用户的观看方向18同样相较于图2发生倾斜。

在图像生成器6在根据图4的位置的情况下，耦合输出方向再次改变，使得出射光瞳16侧向地移位。用户的眼睛A必须定位在对应的位置(箭头P3)处才能够感知虚像(双头箭头K3)。用户的观看方向18同样相较于图2发生倾斜。

如从图2至图4可辨别的，可通过选择在入射表面10的上游的图像生成器6的耦合输入位置来调整出射光瞳16(沿着y方向)的侧向位置，使得可针对各个用户的不同太阳穴-眼睛距离容易地调整显示装置1。

可能的瞳孔位置的范围21得到指定观看方向18的角度范围22。

如从图2至图4另外可辨别的，无论耦合输入位置如何，当偏转结构13引起偏转时，偏转结构13总是在沿着第一方向的整个预定伸展上得到利用。

在修改(图5)中，图像生成器6在第一方向(y方向)上的伸展大小正好等于、或大于入射表面10的对应伸展，使得图像生成器6自身无需移位来针对所生成的图像产生不同的耦合输入位置。仅对图像生成器6上的相应区域进行控制以便生成图像，使得针对所生成的图像的耦合输入位置可以在y方向上变化。在这种情况下，可以省去定位单元20。

在所描述的实施例的情况下，用于对图像生成器6进行成像的眼镜片3被配置为成像光学器件，该成像光学器件对藉由图像生成器6生成的图像进行成像，使得用户可以将其作为虚像感知。如上所述，成像光学器件可以被配置成使得中间成像(并且因此中间图像)呈现在眼镜片3内。结果，可以减小眼镜片3的截面，因此可以得到紧凑的设计。此外，中间图像使得光学路径长度变长，于是例如可以在其中引入一个或两个附加的校正镜。这使得能够更简单且更灵活地校正成像光学器件，并且可以实现较好的畸变和光斑大小。

如图6的示例性实施例所示，可以在图像生成器6与入射表面10之间设置另一光学器件(在此，示意性地图示为镜片元件23)。因此，可以再次实现更容易且更灵活的校正，同时具有较好畸变和光斑大小。图6的实施例是图5的实施例的修改。当然，关于图6所描述的这种修改也可以在根据图2至图4的实施例的情况下给出。

图7展示了根据图2的实施例的修改。

首先，在该实施例的情况下，图像生成器6与入射表面10间隔开。在这种情况下，特别地，在图像生成器6与入射表面10之间可以不存在另外的光学元件。将图像生成器6与入射表面这样间隔开也可以在根据图2至图5的实施例的情况下给出。

其次，偏转表面11被设计为可倾斜，其方式为使得在眼镜片3与偏转表面11之间存在气隙。因此光束14从眼镜片3出现，经由表面11’入射在偏转表面11上，在该偏转表面处反射并且再次经由表面11’进入眼镜片3。选择偏转表面11的倾角可以作为沿着y方向对图像生成器6进行定位的补充，以便实现出射光瞳16在y方向上的所描述的移位。替代性地，根据本发明的显示装置可以被配置成使得出射光瞳16沿着y方向的所描述的移位仅能通过选择偏转表面11的倾角来实现。

图像生成器6与入射表面10之间的所描述的距离特征以及偏转表面11的可倾斜布置在所描述的所有实施例中可以单独地提供或共同地提供。

此外，由于入射表面10和相邻表面在z方向上的位置相对相似但彼此之间又有足够的距离，因此根据本发明的眼镜片易于制造。在此，优选地涉及光学上使用的表面，比如入射表面10、偏转表面11以及正面8和背面7。因此，可以提供注塑成型工具来生产表面之间具有过渡部的眼镜片3，该过渡部易于从模具中释放。

成像光学器件可以以远心形式实现在图像生成器侧面上。这样做的优点在于，图像生成器6的z移位使得虚像位置沿z方向移位，而不会在该过程中改变用户的视场并且因此不会改变出射光瞳16的位置，该入射光瞳也可以被称为眼动范围。为了使图像生成器6沿着z方向移位，例如可以将定位单元20相应地配置并且然后通过控制单元15进行控制。

图2至图6的图示是高度示意性的。优选地，在偏转表面11处偏转之后，在正面8处反射，然后在背面处反射，并且在镜面13处偏转。

在本发明的显示装置1的情况下，虚像经由第一眼镜片3被引入用户的视场中。当然也可以经由第二眼镜片4而被引入。此外，显示装置1可以被配置成使得信息或虚像可以经由两个眼镜片3、4而被引入。在这种情况下，引入发生的方式可以为使得形成三维图像感知。然而，这并不是强制性的。

眼镜片3、4可以具有零屈光力或非零屈光力(特别是用于矫正视力缺陷)。特别地，正面8和背面7两者均可以以曲面形式配置。特别地，正面为球面曲面。若眼镜片3、4具有非零屈光力以便矫正视力缺陷，则通常适当地选择背面7的曲率以便实现对应的矫正。背面7可以包括与球面形状偏离的曲率。

固持装置2无需被配置为眼镜状的固持装置。可以用来将显示装置1放置并佩戴在头部上的任何其他类型的固持装置也是可能的。

Claims (8)

1.一种显示装置，所述显示装置包括：

固持装置(2)，所述固持装置能够佩戴到用户的头部上，

用于生成图像的图像生成器(6)，所述图像生成器固定至所述固持装置(2)，

用于控制所述图像生成器(6)的控制单元(15)，以及

眼镜片(3、4)，所述眼镜片固定至所述固持装置(2)并且包括耦合输入部分(9)以及沿着第一方向与所述耦合输入部分间隔开的耦合输出部分(12)，

其中，所述耦合输出部分(12)包括偏转结构(13)，所述偏转结构在所述第一方向上具有预定伸展，并且

其中，所生成的图像经由所述耦合输入部分(9)耦合到所述眼镜片(3、4)中，在所述眼镜片(3、4)中通过至少一次反射被引导至所述耦合输出部分(12)，并且经由所述耦合输出部分(12)通过在所述偏转结构(13)处的偏转沿着耦合输出方向而耦合输出进入出射光瞳(16)，使得在所述固持装置(2)已经佩戴在头部上的状态下，所述用户能够作为虚像感知所耦合输出的图像，

其中，所述耦合输入部分(9)包括入射表面(10)，所述入射表面在所述第一方向上比所述图像生成器(6)的图像宽，并且其中，能够调节所述入射表面(10)的耦合输入位置，所述图像在所述第一方向上在所述耦合输入位置处经由所述入射表面(10)耦合输入，

其中，所述耦合输入位置限定所述耦合输出部分(12)的耦合输出方向，并且因此限定所述出射光瞳(16)在所述第一方向上的位置，使得能够沿着所述第一方向调整所述出射光瞳(16)与所述耦合输入部分之间的距离，并且

其中，无论所述耦合输入位置如何，当所述偏转结构(13)引起偏转时，所述偏转结构(13)沿着所述第一方向总是在整个预定伸展上得到利用。

2.根据权利要求1所述的显示装置，其中，所述显示装置被配置成使得所述图像的中间成像呈现在耦合输入部分(9)与耦合输出部分(12)之间。

3.根据前述权利要求中任一项所述的显示装置，

其中，所述眼镜片(3)包括正面(8)和背面(7)，并且所述耦合输入部分(9)包括设置在所述入射表面(10)之后的偏转表面(11)，经由所述入射表面(10)耦合输入的图像在所述偏转表面处反射至所述正面(8)，使得在所述正面(8)处沿朝向所述背面(7)的方向发生反射，在所述背面处所述图像被反射并直接入射在所述偏转结构(13)上。

4.根据前述权利要求中任一项所述的显示装置，

其中，所述偏转结构(13)被配置为唯一连续的镜面。

5.根据前述权利要求中任一项所述的显示装置，

其中，设置有定位单元(20)，所述定位单元使所述图像生成器(6)沿着所述第一方向移动，用以调整所述耦合输入位置。

6.根据前述权利要求中任一项所述的显示装置，

其中，所述图像生成器(6)生成所述图像，使得所述图像在所述第一方向上的伸展小于所述图像生成器(6)在所述第一方向上的伸展，并且通过选择所生成的图像在所述图像生成器(6)上的位置来对所述耦合输入位置进行调整。

7.根据权利要求6所述的显示装置，

其中，所述图像生成器(6)在所述第一方向上的伸展至少相当于所述入射表面(10)在所述第一方向上的伸展。

8.根据前述权利要求中任一项所述的显示装置，

其中，在所述图像生成器(6)与所述入射表面(10)之间布置有附加光学器件(23)，所述附加光学器件与所述眼镜片(3、4)一起使得所生成的图像作为虚像(17)被成像。