具有雜散光管理的立體眼鏡的制作方法
【專利摘要】所公開的實施方案涉及被構(gòu)造來減少雜散光的眼鏡。所述眼鏡的示例性實施方案考慮各種設(shè)計因素，包括框邊的截面輪廓、框邊表面的微觀形貌、反射率、劇院或房間幾何形狀、眼睛到透鏡的接近度、透鏡大小以及屏幕增益。示例性眼鏡包括連接到框架的框邊結(jié)構(gòu)的透鏡，并且可以通過框邊結(jié)構(gòu)的外凸緣部分的最大高度和框邊結(jié)構(gòu)的內(nèi)凸緣部分的最大高度來限定一路徑。所述路徑可以相對于相對于由透鏡限定的縱軸成角度α的角度傾斜。
【專利說明】具有雜散光管理的立體眼鏡
[0001]相關(guān)申請的交叉引用:本申請涉及并要求2011年2月24日遞交的、題目為“具有雜散光管理的立體眼鏡(Stereoscopic eyewear with stray light management)” 的、共同轉(zhuǎn)讓的美國臨時專利申請N0.61/446，385的優(yōu)先權(quán)，該專利申請出于所有目的通過引用被并入本文。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本公開總地涉及解決眼鏡的問題，更具體地，涉及被構(gòu)造來減少雜散光到達眼睛的立體眼鏡。
【背景技術(shù)】
[0003]立體系統(tǒng)通過向觀看者呈現(xiàn)兩個截然不同的圖像來進行操作。濾光可以用于向一個眼睛呈現(xiàn)一個圖像并且向另一個眼睛呈現(xiàn)第二圖像。濾光可以利用偏振或光譜劃分方法來分離這兩個圖像。眼鏡裝置(或眼鏡)將正交偏振態(tài)傳遞給每個眼睛，并完成濾光功能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]被構(gòu)造來減少雜散光的眼鏡的實施方案包括具有框邊結(jié)構(gòu)(rim section)的框架和連接到框架的框邊結(jié)構(gòu)的透鏡，每個透鏡包括具有半角Qtl的視場(F0V)。每個框邊結(jié)構(gòu)可以包括外側(cè)部分和內(nèi)側(cè)部分，并且可以通過外側(cè)部分的最大高度和內(nèi)側(cè)部分的最大高度來限定一路徑，該路徑相對于由透鏡限定的縱軸成角度a傾斜。
[0005]被構(gòu)造來減少雜散光的眼鏡的另一個實施方案包括具有框邊結(jié)構(gòu)的框架和連接到框架的框邊結(jié)構(gòu)的透鏡，每個透鏡包括具有半角0。的視場(F0V)。每個框邊結(jié)構(gòu)可以包括外凸緣部分和內(nèi)凸緣部分，外凸緣部分和內(nèi)凸緣部分限定它們之間的槽。每個透鏡的一部分可以被設(shè)置在相應(yīng)框邊結(jié)構(gòu)的槽中。可以通過外凸緣部分的最大高度和內(nèi)凸緣部分的最大高度來限定一路徑，該路徑相對于由透鏡限定的縱軸成角度a傾斜。外凸緣部分的最大高度可以大于內(nèi)凸緣部分的最大高度，并且包括從外凸緣的外邊緣到內(nèi)邊緣的傾斜輪廓，并且角度a可以大于與屏幕相關(guān)聯(lián)的最陡入射角。
[0006]還公開了用于設(shè)計和制造本公開的眼鏡的相關(guān)方法。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1圖示說明根據(jù)本公開的被構(gòu)造來減少雜散光的眼鏡的第一示例性實施方案的幾何模型；
[0008]圖2圖示說明根據(jù)本公開的圖1中所示的眼鏡的第一示例性實施方案中的鏡反射(specular reflection)；
[0009]圖3圖示說明根據(jù)本公開的被構(gòu)造來減少雜散光的眼鏡的第二示例性實施方案的幾何模型；
[0010]圖4圖示說明根據(jù)本公開的被構(gòu)造來減少雜散光的眼鏡的第三示例性實施方案的幾何模型；
[0011]圖5A圖示說明根據(jù)本公開的具有減少的雜散光的眼鏡的示例性實施方案；
[0012]圖5B圖示說明根據(jù)本公開的具有減少的雜散光的眼鏡的另一個示例性實施方案；
[0013]圖6圖示說明根據(jù)本公開的具有減少的雜散光的眼鏡的另一個示例性實施方案；以及
[0014]圖7圖示說明根據(jù)本公開的被設(shè)計來減少雜散光的示例性透鏡。
【具體實施方式】
[0015]當(dāng)設(shè)計用于立體3D顯示器的無源和有源(快門式眼鏡片)眼鏡時，目標可以是為觀看者提供盡可能地接近無眼鏡的體驗。就這點而論，通過設(shè)計考慮因素，只要有可能，就應(yīng)當(dāng)消除影像是正通過眼鏡被觀看的任何持續(xù)性提醒。這包括最小化笨重性/重量并且將框架設(shè)計為使舒適度最大化。在某種情況下，材料成本可能會是約束。根據(jù)本公開，光學(xué)性能也可以是設(shè)計考慮因素。本公開包括這樣的實施方案，所述實施方案將眼鏡認為是通過幾種雜散光產(chǎn)生機制會限制體驗的質(zhì)量的光學(xué)器件。
[0016]根據(jù)本公開，透鏡和框架的設(shè)計可以使得眼睛舒適地聚焦在圖像平面中(通常，遠場)，這在以下情況下被最佳地實現(xiàn):
[0017]1.透鏡足夠大，并且足夠緊鄰眼睛以使得眼鏡的視場(FOV)遠大于影像的角范圍；
[0018]2.透鏡引起不可感知的水平的光學(xué)失真；以及
[0019]3.與眼鏡的每一方面相關(guān)聯(lián)的雜散光被最少化。
[0020]在立體3D電影院中，眼鏡的功能性目的是對在投影儀處編碼的(立體對)影像進行解碼。通常通過提取意外圖像的相對泄漏率(被稱為對比率或串?dāng)_)來在系統(tǒng)級測量這種鎖鑰(lock-and-key)布置的有效性。該測試通常通過使用明視加權(quán)的檢測器的檢偏器(眼鏡透鏡材料)來進行。它是這樣的點測量，所述點測量通常沿著產(chǎn)生最佳情況下的對比度的路徑、以窄的接受角度進行。由這樣的設(shè)備的制造商進行的另一種測量是將任何編碼機制的貢獻特征化為ANSI (棋盤)對比度的損失，這通常是不用眼鏡直接在屏幕的前面進行的。這些測試都不捕捉如實際觀察者所體驗到的由于眼鏡的任何意外特性而導(dǎo)致的圖像質(zhì)量的損失。這樣的劣化高度取決于最終由雜散光控制的程度而確定的眼鏡的光學(xué)設(shè)計考慮因素或者這些光學(xué)設(shè)計考慮因素的缺乏。
[0021]雜散光被看成是光的不遵循從圖像產(chǎn)生裝置到觀看者的預(yù)期路徑的任何分量。它可以是來自例如透鏡材料和粘合劑(其可以與前向散射或霧度相關(guān)聯(lián))的直接散射、來自框架元件的初級(primary)(表面/體)散射、或者如來自皮膚/眼睛和隨后的框架元件的次級散射的結(jié)果。本公開提供可以減少或基本上消除這樣的散射，從而提高總體“透明度”和3D體驗的質(zhì)量的3D眼鏡設(shè)計的實施方案。
[0022]如普遍的(例如，RealD、IMAX、Dolby和Master Image的)3D電影院眼鏡設(shè)計所證明的，對于作為具有重要性能牽連的光學(xué)器件的框架幾乎沒有被給予關(guān)注。如以上所討論的，在高度受控的條件下沿著通過一連串光學(xué)器件的預(yù)期光路進行性能測量。實際上，框架的部分經(jīng)常充當(dāng)將雜散光引導(dǎo)到眼睛中并且影響總體視覺體驗的次級(secondary)發(fā)射源。應(yīng)當(dāng)指出，盡管雜散光同等地影響2D內(nèi)容的質(zhì)量，但是針對3D的特定相關(guān)性包括解碼眼鏡目前在非自動立體系統(tǒng)中是必需品的事實。與和串?dāng)_相關(guān)聯(lián)的重影相比，由眼鏡貢獻的背景光與ANSI (棋盤)對比度的損失更相關(guān)。
[0023]根據(jù)本公開的實施方案，眼鏡框架可以被構(gòu)造來減少或者基本上消除反射和散射進入眼睛。具體地講，從框邊內(nèi)部反射的光通常在眼睛的視場(FOV)內(nèi)。框邊的截面輪廓、框邊表面的微觀形貌、可以取決于光線方向的反射率、劇院幾何形狀、眼睛到透鏡的接近度、透鏡大小以及可以確定輸入光線的相對強度對角度的屏幕增益都在確定眼睛從框架收集的光量中發(fā)揮作用。
[0024]根據(jù)本公開，框架幾何形狀可以被設(shè)計來最小化眼睛所收集的初級散射的幅度。這可以通過分析劇院幾何形狀或觀看軌跡來進行，觀看軌跡通過疊加針對觀眾觀看位置的范圍的觀測場并且提取周界來推導(dǎo)。在這樣的優(yōu)化在優(yōu)化中創(chuàng)建權(quán)衡的情況下，這樣的優(yōu)化可以排除某些觀看者，包括，例如，在投射比非常短的禮堂里的極端觀看位置。然而，在示例性實施方案中，優(yōu)化的框架可以滿足通過整個電影院整套設(shè)備最佳地觀看的要求。
[0025]第二位考慮因素是來自特定屏幕位置的散射的強度，該強度可以高度取決于系統(tǒng)幾何形狀。更詳細的分析包括與各種角度相關(guān)元件相關(guān)聯(lián)的加權(quán)函數(shù)。促使降低作為角度的函數(shù)的效率的因素包括投影儀、屏幕和3D快門機構(gòu)(例如，用于順序偏振系統(tǒng))。后者可以是機械的或基于LC的偏振開關(guān)，其中合適的檢偏眼鏡或者快門式眼鏡片被佩戴在眼睛正上方。
[0026]目前的許多基于偏振的3D劇院系統(tǒng)的令人不快的一方面在于，圖像亮度會從屏幕中心到屏幕拐角快速地降低。DLP投影儀可以在圖像亮度上顯示出10-20%的下跌。如通過檢偏眼鏡所觀察的，保偏屏幕可以在拐角中的增益中顯示出大于80%的下降，基于液晶(LC)的偏振開關(guān)可以在亮度上顯示出20-30%的下降。當(dāng)這些限制被去除(參見共同未決的共有的專利和申請，包括美國專利N0.7，898，734以及美國專利申請N0.12/977，026、N0.12，976，986和N0.13/182，381，這些專利和申請都特此通過引用整個地被并入)時，圖像亮度可以在極端的觀看角度提高幾倍，極大地改進了圖像質(zhì)量，但是可能使來自眼鏡散射事件的雜散光貢獻加劇。工業(yè)中發(fā)生的這種情況將增加對所發(fā)明的這種眼鏡的需要，所述眼鏡精確地管理從極端角度入射在眼鏡上的光。
[0027]通常，眼鏡框架可以使用注射成形工藝來制作，其中模具使用常規(guī)的(CNC)加工或電火花加工(EDM)來制造。模具表面的微觀形貌可以取決于工藝的固有特性以及使該表面改性的任何后續(xù)步驟。例如，可以通過使用各種方法化學(xué)地或機械地侵蝕(attack)表面來添加隨機紋理。相反，可以包括拋光步驟來改進表面的光滑性。框架可以通過將熔融的聚合物注射到模具型腔中、隨后進行冷卻步驟并且從模具脫離該部件來制造。用于眼鏡框架的常規(guī)聚合物可以包括丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、聚碳酸酯(PC)以及其他聚合物和共聚物。所得的框架甚至在光學(xué)尺度上也基本上與模具共形(conformal)，所以模具的微觀形貌可以確定表面啞光(surface matte)。
[0028]當(dāng)在光學(xué)尺度上均勻的眼鏡框架被照射時，它趨向于生成是高度方向性的雜散光。與任何鏡反射相似，射出光線的方向由輸入方向和局部表面法線確定。這樣的相互作用在空氣/聚合物接觸面處遵守菲涅耳反射方程。就框架表面的至少部分將從觀看屏幕的位置散射的光線引導(dǎo)到視場中來說，3D體驗的質(zhì)量可以因相關(guān)聯(lián)的雜散光而受到影響。除了其他方面之外，視覺FOV內(nèi)的光的分布高度取決于眼鏡框邊的具體幾何形狀。例如，框邊可以具有將入射光從照射方向轉(zhuǎn)向FOV中的平面部分(flat facet portion)。一個這樣的實施例是護目鏡狀的一對IMAX電影院眼鏡，該眼鏡具有總深度約為IOmm的平坦框邊(基本上垂直于透鏡材料)。從這樣的大的框邊反射的光可以創(chuàng)建影像是正通過環(huán)形照射器被觀看的感知。此外，這樣的雜散光的強度高度取決于圖像內(nèi)容。具體地講，被眼睛捕捉的從框邊面(facet)鏡反射的光可以來源于電影院屏幕的小區(qū)域(可能在邊緣附近)。在這樣的情況下，雜散光可以創(chuàng)建它被時間調(diào)制的額外的干擾。
[0029]作為面狀框邊的替代方案，框邊可以具有可以局部接近圓柱形反射器的更加圓整的輪廓。這樣的表面將在由曲率半徑?jīng)Q定的角度范圍上在一個維度上擴展入射光線。盡管這抑制了來自單個方向的貢獻，但是如前一種情況下那樣，在這種情況下，眼睛可以捕捉來自發(fā)射表面的更大區(qū)域的光。也就是說，到更寬角度范圍中的散射的分布提高了眼睛將捕捉來自框邊表面的更大區(qū)域的光的概率。
[0030]更極端的情形可能存在于當(dāng)框架形貌將輸入光線映射到隨機射出光線分布時。再次，該分布進一步取決于框架輪廓或表面法線分布。如通常由雙向反射分布函數(shù)(BRDF)所特征化的，具有隨機或確定性紋理的表面具有使光散射到更寬的角度空間分布中的趨勢。BRDF是表面的每一立體角的差異反射率。高紋理化表面(諸如被精確地近似為朗伯特散射體(Lambertian scatterer)的那些高紋理化表面)具有使雜散光廣泛地分散在角度空間中并且消除“熱點”的益處，但是控制來自這樣的統(tǒng)計表面的雜散光的能力更具挑戰(zhàn)性。
[0031]在特定情況下，出于外觀以及(可能錯誤地)功能目的，框架被制造為啞光面(matte finish)。在功能上，啞光表面(matte surface)使反射的鏡反射分量(specularcomponent)分散，并且根據(jù)特定紋理,可能可以具有比由相同材料構(gòu)成的光滑表面低的全積分散射(TIS)。TIS被定義為遠離散射表面?zhèn)鞑サ目偣β逝c入射在它上的功率的比率。TIS的一定程度的降低可以通過多個無損散射事件來實現(xiàn)。然而，因為平均反射率可以隨入射角而提高，所以表面的斜面概率統(tǒng)計是重要因素。無澤表面通常是基于高斯隨機噪聲的，其中縱橫比(平均面內(nèi)特征大小對平均高度)對多個散射事件的概率具有顯著的影響。顯著地降低TIS的紋理化表面是可取的，但是難以將雜散光抑制到不可感知的水平。然而，操縱BRDF以使得來自框架表面的散射不被從代表性照射方向范圍引導(dǎo)到眼睛的工程表面被認為是本公開的實施方案。
[0032]根據(jù)菲涅耳反射方程，入射在光學(xué)光滑的表面上的光線的反射效率取決于聚合物的折射率、入射角以及偏振態(tài)(SOP)。被反射的光線的方向取決于輸入光線方向和限定局部鏡反射方向的局部表面法線。如果表面粗糙，則情況更加復(fù)雜。這里，關(guān)于鏡反射方向的散射的分布也取決于入射角和BRDF所捕捉的表面形貌。到目前為止還未被考慮的是透射到體聚合物(bulk polymer)介質(zhì)中的相對強的分量。
[0033]對于典型的入射角適度的聚合物，未偏振光到塊體(bulk)中的透射可以超過90%。就這點而論，非?？扇〉氖强蚣茉O(shè)計小心地管理透射的分量。透射到聚合物中的光散射到觀察方向中的程度取決于介質(zhì)的可以生成折射不均勻性的詳細分子結(jié)構(gòu)以及與塊體的相互作用長度。體散射和光傳播到聚合物介質(zhì)中的波長依賴性確定框架材料的顏色和亮度。通常，3D眼鏡框架利用具有低的固有可見透射性或包含添加劑(諸如黑色染料或炭黑)的聚合物。這具有在所有可見波長上最小化介質(zhì)中的光的相互作用長度，從而減小對雜散光的這個特定貢獻的期望效果。盡管可能沒有特別關(guān)注來自框架的體散射對觀察的雜散光有貢獻，但是可取的方法是最小化它。因為許多聚合物中的體散射的角分布趨向于是寬的，所以在透射的分量可以散射大量功率之前，強吸收體可以幾乎消除該透射的分量。然而，盡管這對于將低透射率材料用于3D眼鏡提出了令人信服的理由，但是可能存在期望可替代的方案的情況。
[0034]本公開還包括不需要高可見吸收(黑色)框架材料的光控制框架設(shè)計。例如，框架材料可以甚至由透明聚合物制造，前提條件是透射到該聚合物材料中的光不通過一個或更多個散射事件而被再次引導(dǎo)到眼睛中。當(dāng)考慮入射在框架的框邊結(jié)構(gòu)上的光時，即使在電影院環(huán)境下，這也可以是具有挑戰(zhàn)性的。這里，薄吸收覆層或第二不透明件可以用于使透鏡具有孔徑并且消除框架的這一特定部分中的雜散光?？商鎿Q地，作為實施例，可以在從片料模切透鏡之前將不透明掩膜直接蓋覆/沉積到透鏡材料上。
[0035]此外，根據(jù)本公開，提供最小化雜散光的表面散射分量的貢獻，從而最大化透鏡“透明度”和3D體驗的對比度的框架設(shè)計。最佳的框架設(shè)計針對特定的使用環(huán)境進行定制。具體地講，優(yōu)化的框架設(shè)計考慮光從各種光源入射在框架上的方向。這樣的環(huán)境可以包括電影觀眾廳、博物館、主題公園、家庭影院、客廳(其可以包含來自多個位置的背景照射源)、計算機游戲環(huán)境或工業(yè)設(shè)置。
[0036]電影院環(huán)境是其中周圍照明相對受控的一種環(huán)境。在這種類型的環(huán)境下假設(shè)前投影屏幕是產(chǎn)生大幅度的初級、甚至次級(secondary)雜散光分量的主要來源是合理的。初級散射事件是通過與框架表面元件的單次相互作用將屏幕(或圖像源)的位置與眼睛連接的事件。
[0037]次級散射事件是通過兩次散射事件(包括(例如)從觀看者的臉(和眼睛)到透鏡或框架的內(nèi)表面的反射)將屏幕的位置與眼睛連接的事件。在這種特定情況下，來自臉的反射包含表面散射元件和體散射元件兩者，而第二事件是這個光從透鏡元件的前表面和后表面的組合鏡反射。盡管實際上對于減少來自皮膚和眼睛的反射沒有什么可以做的，但是來自透鏡的反射可以通過使用防反射(AR)覆層來減小。
[0038]在基于線偏振的系統(tǒng)中，通過使用典型的硬覆層的三醋酸鹽(TAC)偏振器(并且假設(shè)從皮膚散射的光基本上沒有偏振)，來自偏振器的內(nèi)表面的反射約為4%,而由于線偏振器的作用，來自外表面的反射約為一半。這給予了大約6%的來自透鏡的組合反射，其中在第一行程中從皮膚/眼睛散射的光的大約6%被透鏡返回到觀看者。為了消除這一反射，可取的是將AR覆層既施用到透鏡的內(nèi)部又蓋覆到透鏡的外部。
[0039]在基于圓偏振的系統(tǒng)中，來自偏振器的內(nèi)表面的反射同樣約為4%。在偏振器/QW(四分之一波長延遲片)接觸面處存在可忽略的反射。如前，偏振器使透射功率減半，剩余光的4-5%在外部(PC)QW/空氣接觸面處反射。然而，注意的是，QW的往返(round-trip)將線偏振轉(zhuǎn)換為正交偏振，這個分量隨后被檢偏器吸收。根據(jù)本公開的實施方案，AR覆層可以僅被施用到透鏡的內(nèi)表面，以消除次級反射項，同時保持低成本。進一步的成本降低可以通過使用卷到卷工藝將AR覆層蓋覆到便宜的聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)基板來實現(xiàn)。這個基板可以通過使用壓力敏感粘合劑(PSA)而被層壓到線偏振器，并且甚至可以取代線偏振器上的TAC保護膜。這假設(shè)諸如基板的機械性質(zhì)的差異的問題不是問題(例如，引起卷曲的問題)。因為偏振已經(jīng)被分析，所以PET基板的各向異性不是問題。[0040]AR覆層是降低次級反射對基于偏振的3D眼鏡的影響的可行選擇。然而，就透鏡需要高反射率(例如，由Dolby提供的基于二向色濾光器的光譜劃分立體系統(tǒng))來說，情況并非如此。因為大于一半的可見光譜被這樣的系統(tǒng)中的每個透鏡反射，所以次級反射是極其強的。令人信服的論證如下:在黑暗的房間里通過Dolby眼鏡片觀察明亮的(點)光源。當(dāng)在近場中聚焦時，由于次級反射，基本上與圖像源耦合的、觀看者的眼睛/臉的非常強的圖像是可清晰觀察到的。在實踐中，在觀看者在遠場中聚焦的情況下，該光表征減損3D體驗的分散注意力的背景源。當(dāng)使用反射濾光器時，這是這樣的系統(tǒng)的固有限制。
[0041]根據(jù)示例性實施方案，本公開的優(yōu)化的框架是對于所有觀看位置，初級反射幾乎為零或者至少為可忽略水平(〈I比1000的比例)的框架。這可以通過設(shè)計框架局部表面法線以使得不存在通過單次表面散射(或鏡反射)事件將屏幕位置與眼睛連接的路徑來實現(xiàn)。鑒于以上所討論的各種設(shè)計考慮因素，以下將結(jié)合圖1-7討論具有減少的雜散光的眼鏡的示例性實施方案。
[0042]圖1是圖示說明用于眼鏡框架的單面(光學(xué)上光滑)模型的幾何形狀的一維分析的示意圖。在圖示說明的實施方案中，劇院幾何形狀使得光從屏幕(未示出)在包含透鏡法線104到極端的屏幕周界角0 s的角度范圍上入射在透鏡102上。假設(shè)采取簡單的眼鏡模型，其中用于透鏡的FOV的半角00由以下等式給出:
[0043]θ0 = tarf1 [r/d]
[0044]其中，r是透鏡半徑106，d是從眼睛110到透鏡102的距離108。
[0045]圖2是圖1中所示的框架100的示意圖，并且提供從框邊120朝向眼睛110的射出鏡反射光線112的圖示說明。鏡反射光線112中的一些在FOV內(nèi)，而其他則可以在FOV之外?；仡^參考圖1，在臨界入射角9c≤0 s存在的情況下，在FOV內(nèi)存在框邊120的相應(yīng)的鏡反射。根據(jù)框邊120的面122的取向，可以實現(xiàn)不同量的鏡反射。在第一種情況下，如果如圖1和圖2所示，面法線平行于透鏡102，則臨界角0 c準確地是透鏡F0V，或者
0C= 9 O0所以如果0 s> 9 O，則存在框邊120的鏡反射。
[0046]圖3是示出具有向外傾斜角度a〈O的面202的框邊200的示意圖。通過使用圖1中所考慮的相同模型(除了用框邊200取代框邊120之外)，臨界角0c減小到0o-2|a|，這進一步提高了鏡反射角在屏幕的捕捉角內(nèi)的概率。如果面202進一步向外傾斜，直到
a |> 0 0為止，則框邊200的內(nèi)側(cè)部分204阻擋入射光，并且對于任何入射角都不存在從面202到眼睛206的鏡反射。如果I a > 0 0，則圖3的實施方案是可取的實施方案。
[0047]圖4是示出具有向內(nèi)傾斜角度a >0的面302的框邊300的示意圖。通過使用圖1中所考慮的相同模型(除了用框邊300取代框邊120之外)，臨界角0c增大到0o+2|a|，這降低了鏡反射角在屏幕的捕捉角內(nèi)的概率。在許多實施方案中，最適度的向內(nèi)傾斜足以確保沒有鏡反射在屏幕的捕捉角內(nèi)。隨著面302進一步向內(nèi)傾斜以使得a ^ 0 s，不再有來自面302的任何反射，因為它完全被框邊300的外側(cè)部分304遮蔽。就這點而論，圖4的實施方案是可取的實施方案。
[0048]以上是框邊幾何形狀可以如何影響眼睛處的雜散光的簡單圖示說明。圖5A中圖示說明了本公開的實施方案。圖5A示出包括框邊402和透鏡404到框邊402的附連件(attachment)的框架400的截面。在圖示說明的實施方案中，透鏡404被夾緊在框邊402的內(nèi)側(cè)部分406與外側(cè)部分408之間。在一個實施方案中，外側(cè)部分408具有夾持透鏡404的凸緣部分410。類似地，內(nèi)側(cè)部分406具有夾持透鏡404的凸緣部分412。在示例性實施方案中，內(nèi)側(cè)部分406和外側(cè)部分408可以被模塊化地附連，并且可以形成將透鏡404夾持在適當(dāng)位置的槽414。路徑可以通過外側(cè)部分408的最大高度416和內(nèi)側(cè)部分406的最大高度418來限定，以使得該路徑相對于由透鏡限定的縱軸420成角度a傾斜。在圖示說明的實施方案中，外側(cè)部分408的最大高度416大于內(nèi)側(cè)部分406的最大高度418。這種構(gòu)造對應(yīng)于圖4中所示的向內(nèi)傾斜模型。在這樣的實施方案中，角度a可以大于與屏幕相關(guān)聯(lián)的最陡入射角9 s。為了避免可以將光轉(zhuǎn)向眼睛的面，如圖5A所示，外側(cè)部分408可以具有從外側(cè)部分408的外邊緣430到內(nèi)邊緣432的傾斜或彎曲的輪廓。
[0049]圖5B中圖示說明了另一示例性實施方案。圖5B示出包括框邊402和透鏡404到框邊402的附連件的框架400的截面。在圖示說明的實施方案中，透鏡404被夾緊在框邊402的內(nèi)側(cè)部分406與外側(cè)部分408之間。外側(cè)部分408的最大高度416可以小于內(nèi)側(cè)部分406的最大高度418，這將對應(yīng)于圖3中所示的向外傾斜模型。在這樣的實施方案中，角度a可以大于FOV (未示出)的半角0 0。為了避免可以將光轉(zhuǎn)向眼睛的面，類似于圖5A中的外側(cè)部分408的傾斜輪廓，內(nèi)側(cè)部分406可以具有從外側(cè)部分的外邊緣到內(nèi)邊緣的傾斜或彎曲的輪廓。
[0050]雜散光的另一可能來源是眼鏡腿件(temple piece)的前面和框架件之間的附連點(或鉸鏈)。這還可以在具有相對大的表面面積的外圍FOV內(nèi)，因此，可以貢獻大量雜散光。與框邊結(jié)構(gòu)一樣，盡管可能不存在從屏幕到眼睛的鏡反射路徑，但是由于所涉及的角度相對大，所以可以存在來自表面紋理和體散射的顯著貢獻。
[0051]存在現(xiàn)有技術(shù)的3D電影院框架設(shè)計的許多示例，這些3D電影院框架設(shè)計包括了大表面面積的眼鏡腿和深的框邊面板，可能幫助管理雜散光。該方法似乎是需要包絡(luò)包含眼睛的體積來降低周圍水平。盡管光可以通過來自禮堂墻壁和天花板以及相鄰觀看者的散射從極位角(extreme angle)到達觀看者,但是它是雜散光的相對弱的貢獻者。在電影院環(huán)境下，雜散光的主要來源遵循直接從屏幕到觀看者的路徑。就這點而論，大表面?zhèn)鹊拿姘鍖嶋H上具有通過來自內(nèi)部的散射增加雜散光的相反效果。而且，設(shè)計通常包括用于這樣的表面的啞光精整。考慮到這個表面在外圍(即，鏡反射收集角之外)，這僅提高了光散射到FOV中的概率。本公開教導(dǎo)了用于電影院環(huán)境的相對方案，其中光以確定性的方式被吸收或重新引導(dǎo)，以最小化局部周圍光水平。
[0052]根據(jù)電影院眼鏡的實施方案，眼鏡腿區(qū)域的內(nèi)表面被設(shè)計來最小化眼睛所收集的散射。有益于實現(xiàn)這一點的一些技術(shù)如下:1)最小化框架(眼鏡腿)內(nèi)部的表面面積；2)使用基本上光滑的表面光潔度(surface finish)來最小化FOV內(nèi)的隨機散射；3)使用具有高可見吸收性的材料；以及4)如果可能，在表面上提供進一步將光重新引導(dǎo)到FOV之外的光控制結(jié)構(gòu)。
[0053]圖6圖示說明框架500的一個實施方案，框架500可以包括框邊結(jié)構(gòu)502、固定在框邊結(jié)構(gòu)502中的透鏡504以及通過附連部分508與框邊結(jié)構(gòu)502連接的眼鏡腿部分506。大表面面積的部分(諸如眼鏡腿和附連點(或鉸鏈)506、508)可以被制造有在眼鏡腿和/或附連點506、508上的光控制結(jié)構(gòu)(諸如局部平面的傾斜表面510)。來自這樣的結(jié)構(gòu)的鏡反射無論是單次還是兩次都可以以射出光線被引導(dǎo)到視場之外這樣的方式發(fā)生。例如，周期性結(jié)構(gòu)(類似于在(如由例如3M制造的、商標名為Vikuity的)LCD光控制膜中所使用的那些)可以被設(shè)計為使得射入光線從局部平面的傾斜表面反射。從屏幕入射的光線或者被直接反射到FOV之外，或者在離開系統(tǒng)之前經(jīng)過來自該結(jié)構(gòu)的次級反射。在任何一種情況下，該結(jié)構(gòu)都以沒有光被轉(zhuǎn)向眼睛這樣的方式對入射在表面上的光進行角度濾光。
[0054]當(dāng)設(shè)計家用眼鏡時，情況可以與電影院中的情況大不相同。除非它是非常像電影院那樣進行光控制的家庭影院設(shè)置，否則雜散光可以被從許多照射源引入。然而，圖像源保持為雜散光的重要貢獻者，就這點而論，以上設(shè)計原理中的許多繼續(xù)適用。
[0055]情況在(例如)位于客廳中的家庭3D系統(tǒng)中更加復(fù)雜。這里，可以存在從各種角度入射的幾個背景照射源。框架設(shè)計可以包括通過包絡(luò)透鏡與臉之間的空間的面板來遮光，以嘗試阻擋從極位角引入的光。就使用這樣的面板來說，優(yōu)選的是不使用無光澤內(nèi)表面。相反，對從屏幕和其他周圍源兩者引入的光進行角度濾光的確定性(例如，周期性遮板)結(jié)構(gòu)是可取的。
[0056]此外，防反射(AR)覆層可以可取地用在家用眼鏡中。在這種情況下，用于側(cè)罩的簡單鏡反射表面將使臉(the face)被照射。從臉散射出的光然后可以通過透鏡返回(甚至以離開框架的鏡反射的方式)。事實上，因為臉以明亮得多的方式被屏幕照射，所以似乎設(shè)計阻止該組件和屏幕組件兩者照射眼睛的緩沖表面要困難得多。因此，與AR組合的簡單鏡反射表面可以提供非常適合于家庭環(huán)境的期望實施方案。圖7圖示說明具有AR覆層并且可操作來被合并到本文中所公開的任一實施方案中的示例性透鏡600。透鏡600包括第一防反射覆層602和第二防反射覆層604，第一防反射覆層602被設(shè)置在透鏡600的外表面上，第二防反射覆層604被設(shè)置在透鏡600的內(nèi)表面上。
[0057]如本文可以使用的，術(shù)語“基本上”和“大致”對其對應(yīng)的術(shù)語和/或項目之間的相對性提供行業(yè)接受的容限。這樣的行業(yè)接受的容限的范圍從小于百分之一到百分之一，并且這樣的行業(yè)接受的容限對應(yīng)于，但不限于，分量值、角度等。項目之間的這樣的相對性的范圍在小于百分之一到百分之十之間。
[0058]盡管以上已描述了根據(jù)所公開的原理的各種實施方案，應(yīng)理解這些實施方案僅以舉例的方式被提出，而非限制。因此，本發(fā)明(一個或多個)的寬度和范圍不應(yīng)受上述任一示例性實施方案限制，而應(yīng)僅根據(jù)本公開公布的任何權(quán)利要求以及它們的等同形式來限定。而且，以上優(yōu)點和特征在所描述的實施方案中提供，但不應(yīng)將這些公布的權(quán)利要求的應(yīng)用限制為實現(xiàn)以上任一優(yōu)點或全部優(yōu)點的方法和結(jié)構(gòu)。
[0059]此外，本文的段落標題是被提供來與37 CFR 1.77的建議一致，或者用于提供結(jié)構(gòu)線索。這些標題不應(yīng)限制或表征可以從該公開公布的任何權(quán)利要求中所闡述的一個或多個發(fā)明。具體地并且以舉例的方式，盡管標題指“【技術(shù)領(lǐng)域】”，這些權(quán)利要求不應(yīng)被該標題下所選擇的語言限制為描述所謂的領(lǐng)域。進一步，“【背景技術(shù)】”中的技術(shù)的描述不是要被解讀為承認某項技術(shù)是該公開中的任何一個或多個發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)。“
【發(fā)明內(nèi)容】
”也不是要被認為是在公布的權(quán)利要求書中所闡述的一個或多個發(fā)明的特征描述。另外，該公開中對單數(shù)的“發(fā)明”的任何引用不應(yīng)被用于證明在該公開中僅有一個新穎點。根據(jù)從該公開公布的多個權(quán)利要求的限定，可以闡述多個發(fā)明，并且這些權(quán)利要求相應(yīng)地定義了由其保護的一個或多個實施方案、以及它們的等同形式。在所有例子中，這些權(quán)利要求的范圍應(yīng)根據(jù)該公開按照這些權(quán)利要求本身的實質(zhì)來考慮，而不應(yīng)被本文所陳述的標題限制。
【權(quán)利要求】
1.一種被構(gòu)造來減少雜散光的眼鏡，所述眼鏡包括: 框架，所述框架具有框邊結(jié)構(gòu)；以及 透鏡，所述透鏡連接到所述框架的所述框邊結(jié)構(gòu)，每個透鏡包括具有半角e ^的視場(FOV)； 其中每個框邊結(jié)構(gòu)包括外側(cè)部分和內(nèi)側(cè)部分；并且 其中通過所述外側(cè)部分的最大高度和所述內(nèi)側(cè)部分的最大高度來限定一路徑，所述路徑相對于由透鏡限定的縱軸成角度a傾斜。
2.如權(quán)利要求1所述的眼鏡，其中所述外側(cè)部分的最大高度大于所述內(nèi)側(cè)部分的最大高度。
3.如權(quán)利要求2所述的眼鏡，其中所述外側(cè)部分包括從所述外側(cè)部分的外邊緣到內(nèi)邊緣的傾斜輪廓。
4.如權(quán)利要求2所述的眼鏡，其中所述角度a大于與屏幕相關(guān)聯(lián)的最陡入射角。
5. 如權(quán)利要求1所述的眼鏡，其中所述外側(cè)部分的最大高度小于所述內(nèi)側(cè)部分的最大高度。
6.如權(quán)利要求5所述的眼鏡，其中所述內(nèi)側(cè)部分包括從所述內(nèi)側(cè)部分的外邊緣到內(nèi)邊緣的傾斜輪廓。
7.如權(quán)利要求5所述的眼鏡，其中所述角度a大于Stlt5
8.如權(quán)利要求1所述的眼鏡，其中所述框架包括眼鏡腿部分或附連部分，所述眼鏡腿部分或附連部分包括可操作來將入射光線反射到所述透鏡的視場之外的局部傾斜表面。
9.如權(quán)利要求8所述的眼鏡，其中所述局部傾斜表面基本上是光滑的。
10.如權(quán)利要求1所述的眼鏡，其中所述透鏡每個均包括至少一個防反射覆層。
11.如權(quán)利要求10所述的眼鏡，其中所述透鏡每個均包括多個防反射覆層，第一防反射覆層設(shè)置在每個透鏡的外表面上，第二防反射覆層設(shè)置在每個透鏡的內(nèi)表面上。
12.如權(quán)利要求1所述的眼鏡，其中每個框邊結(jié)構(gòu)的外側(cè)部分和內(nèi)側(cè)部分分別包括外凸緣部分和內(nèi)凸緣部分，所述外凸緣部分和所述內(nèi)凸緣部分限定所述外凸緣部分和所述內(nèi)凸緣部分之間的槽，并且其中每個透鏡的一部分設(shè)置在相應(yīng)框邊結(jié)構(gòu)的所述槽中。
13.一種被構(gòu)造來減少雜散光的眼鏡，所述眼鏡包括: 框架，所述框架具有框邊結(jié)構(gòu)；以及 透鏡，所述透鏡連接到所述框架的框邊結(jié)構(gòu)，每個透鏡包括具有半角e ^的視場(F0V);其中每個框邊結(jié)構(gòu)包括外凸緣部分和內(nèi)凸緣部分，所述外凸緣部分和所述內(nèi)凸緣部分限定所述外凸緣部分和所述內(nèi)凸緣部分之間的槽； 其中每個透鏡的一部分設(shè)置在相應(yīng)框邊結(jié)構(gòu)的所述槽中； 其中通過所述外凸緣部分的最大高度和所述內(nèi)凸緣部分的最大高度限定一路徑，所述路徑相對于由所述透鏡限定的縱軸成角度a傾斜； 其中所述外凸緣部分的最大高度大于所述內(nèi)凸緣部分的最大高度，并且包括從所述外凸緣的外邊緣到內(nèi)邊緣的傾斜輪廓；并且 其中所述角度a大于與屏幕相關(guān)聯(lián)的最陡入射角，以使得從屏幕到FOV的光的鏡反射基本上被消除。
14.如權(quán)利要求13所述的眼鏡，其中所述框架包括眼鏡腿部分或附連部分，所述眼鏡腿部分或附連部分包括可操作來將入射光線反射到所述透鏡的視場之外的局部傾斜表面。
15.如權(quán)利要求14所述的眼鏡，其中所述局部傾斜的表面基本上是光滑的。
16.如權(quán)利要求13所述的眼鏡，其中所述透鏡每個均包括至少一個防反射覆層。
17.如權(quán)利要求16所述的眼鏡，其中所述透鏡每個均包括多個防反射覆層，第一防反射覆層設(shè)置在每個透鏡的外表面上，第二防反射覆層設(shè)置在每個透鏡的內(nèi)表面上。
18.一種制造被構(gòu)造來減少雜散光的眼鏡的方法，所述方法包括: 形成具有框邊結(jié)構(gòu)的框架；以及 將透鏡設(shè)置在所述框架的所述框邊結(jié)構(gòu)中，每個透鏡包括具有半角0 ^的視場(FOV)； 其中每個框邊結(jié)構(gòu)包括外側(cè)部分和內(nèi)側(cè)部分；并且 其中通過所述外側(cè)部分的最大高度和所述內(nèi)側(cè)部分的最大高度限定一路徑，所述路徑相對于由所述透鏡限定的縱軸成角度a傾斜。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中形成所述框架的步驟包括在所述框架的眼鏡腿部分或附連部分上形成局部傾斜表面，所述局部傾斜表面可操作來將入射光線反射到所述透鏡的視場之外。
20.如權(quán)利要求18所述的方法，還包括`將至少一個防反射覆層設(shè)置在所述透鏡上。
【文檔編號】G02B27/22GK103492933SQ201280020176
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2012年2月24日 優(yōu)先權(quán)日:2011年2月24日
【發(fā)明者】G·D·夏普, D·A·科爾曼 申請人:瑞爾D股份有限公司