本發(fā)明涉及一種用于能夠佩戴到使用者頭上且產(chǎn)生圖像的顯示裝置的鏡片，其中，鏡片具有：彎曲的正面和彎曲的背面、耦合輸入分段以及與耦合輸入分段隔開間距的耦合輸出分段以及光導通道，光導通道適合用于，將產(chǎn)生圖像的像素的、經(jīng)鏡片的耦合輸入分段耦合輸入到鏡片中的光束在鏡片中引導至耦合輸出分段，光束由耦合輸出分段從鏡片中耦合輸出。

背景技術：

由于正面和背面是彎曲的，所以這種具有光導通道的鏡片的制造很困難。特別是具有所希望的光學特性的光導通道的制造在技術上很困難。

技術實現(xiàn)要素：

由此，本發(fā)明的目的在于，對開頭提到類型的鏡片以如下方式加以改進，使得鏡片能夠容易制造。

所述目的在開頭提到類型的鏡片中以如下方式實現(xiàn)，鏡片呈多殼層狀地構造并且具有外殼層和與外殼層相連接的內(nèi)殼層，其中，在外殼層與內(nèi)殼層之間布置有彎曲的通道殼層，所述通道殼層具有彎曲的第一反射面和彎曲的第二反射面，其中，光導通道具有通道殼層的至少一個分段和兩個在其上將光束加以反射以便從耦合輸入分段引導至耦合輸出分段的反射面。

通過兩個反射面的上面給出的構造，能夠確保：即使在鏡片的上側面和/或下側面被沾污的情況下，光束仍得到良好的引導。另外，也可以很好地制造這種鏡片，因為第一和第二反射面例如能夠在通道殼層上形成，并且之后能夠?qū)⑷齻€殼層相互連接。這簡化了制造過程。

在按照本發(fā)明的鏡片中，彎曲的通道殼層經(jīng)彎曲的第一反射面與外殼層連接，以及經(jīng)彎曲的第二反射面與內(nèi)殼層連接。

但同樣可行的是，彎曲的第一反射面和/或彎曲的第二反射面以如下方式形成，在通道殼層與外殼層和/或內(nèi)殼層之間存在空隙。在這種情況下，反射通過內(nèi)部全反射來實現(xiàn)。因此，彎曲的第一或第二反射面由通道殼層相對于空隙的分界面來形成。優(yōu)選的是，空隙僅存在于光導通道的區(qū)域中，并且通道殼層在光導通道旁邊的區(qū)域中與外殼層和/或內(nèi)殼層機械連接。這例如可以借助于光學膠粘劑或光學粘合劑來實現(xiàn)。

通道殼層特別是可以作為外殼層與內(nèi)殼層之間的間隔殼層來布置，使得外殼層和內(nèi)殼層不直接接觸。由此，通道層整面地以其第一材料分界面與外殼層保持接觸，并且整面地以其第二材料分界面與內(nèi)殼層保持接觸。由此，存在三殼層式的構造。在鏡片的俯視圖中看，外殼層、通道殼層和內(nèi)殼層優(yōu)選具有相同的尺寸。

另外，外殼層的從內(nèi)層遠離指向的第一側面可以形成鏡片的正面，內(nèi)殼層的從外層遠離指向的第一側面形成鏡片的背面。

另外可行的是，背面具有如下的曲率，所述曲率以實現(xiàn)修正視力缺陷的方式選定。這產(chǎn)生如下優(yōu)點，針對耦合輸出的光束也存在所希望的視力缺陷修正作用，這是因為光束以如下方式耦合輸出，使得光束經(jīng)內(nèi)殼層的背面從鏡片中出射。

因此，利用按照本發(fā)明的鏡片，能夠借助于通道殼層對光束在所希望的成像方面的引導加以優(yōu)化。與此無關地，可以借助于內(nèi)殼層對所希望的視力缺陷修正加以優(yōu)化。由此，可以利用按照本發(fā)明的鏡片一方面借助于通道殼層對成像特性以及另一方面借助于內(nèi)殼層對視力缺陷修正特性彼此獨立地進行設定和調(diào)整。

另外，耦合輸出分段是通道殼層的一部分。這使得按照本發(fā)明的鏡片的制造得到進一步簡化。

另外，內(nèi)殼層、通道殼層以及外殼層可以由相同的材料形成。在這種情況下，所有三個殼層具有相同的折射率。而同樣可行的是，通道殼層由不同于外殼層和/或外殼層的材料形成。特別是所有三個殼層可以由不同的材料形成。

另外，內(nèi)殼層可以與通道殼層平面式地連接，并且通道殼層可以與外殼層平面式地連接。殼層例如可以相互粘貼或膠合。

優(yōu)選的是，內(nèi)殼層與通道殼層以及外殼層與通道殼層的彼此相對指向的側面彼此互補地構造。彼此相對指向的側面例如可以呈球形地彎曲。

另外，正面和/或背面可以呈球形地彎曲。

通過這種多殼層的構造，可以將鏡片的厚度保持得盡可能小。同時光導通道能夠以如下方式設計，使得所希望的良好的成像特性能夠得到確保。

耦合輸出分段可以具有多個彼此并排布置的起反射作用的轉向面。起反射作用的轉向面也可以稱為反射性磨面。這種磨面可以具有幾乎100％的反射率，并且在這種情況下稱為鏡面。同樣可行的是，這種轉向面具有較低的反射率，進而部分透明地設計。

起反射作用的轉向面可以分別平坦地或彎曲地設計。另外，轉向面可以呈菲涅耳類型地調(diào)校彎曲的反射面，這種反射面除了具有單純的光線轉向作用之外，還具有成像的特性。

耦合輸出分段可以埋入鏡片中，進而與正面和背面相間隔。特別是耦合輸出分段可以構造在通道層的材料分界面上或者埋入通道層中。

在正面上可以形成光致變色層。所述光致變色層可以設計為被動層或設計為主動層。

通道殼層的厚度可以在光導通道的區(qū)域中大于其余的區(qū)域中的厚度。但也可行的是，通道殼層具有(基本恒定的)厚度，或者通道殼層的厚度在從耦合輸入分段到耦合輸出分段的方向上減小。

兩個反射面的間距可以在從耦合輸入分段到耦合輸出分段的方向上減小或者也可以是恒定的。

另外，兩個反射面中的至少一個可以具有成像特性。特別是該成像特性可以由反射面的曲率或者說彎曲給出。

兩個反射面中的至少一個可以具有干涉層系統(tǒng)。干涉層系統(tǒng)可以由具有不同折射率的兩種不同材料構成。干涉層系統(tǒng)可以具有兩種、三種、四種或五種不同的材料。所述材料的折射率在光波長為546nm的情況下處在1.4至2.5的范圍內(nèi)。

兩個反射面中的至少一個特別是能夠以如下方式設計，該反射面針對處于0°至一小于90°的預先確定的第一極限角度的范圍內(nèi)的入射角的情況，是可透射的，而針對大于一定的第二極限角度(其大于或等于第一極限角度)的入射角，是反射性的。透射/反射特性優(yōu)選對于可見光波長范圍的輻射都存在。第一極限角度例如可以處在30°-60°的范圍中，優(yōu)選處在35°-45°的范圍內(nèi)。第二極限角度例如可以處在45°-65°的范圍內(nèi)，優(yōu)選處在50°-60°的范圍內(nèi)。

另外，兩個反射面中的至少一個可以設計為部分反射的涂層或者設計為反射性的涂層(鏡面層)。為此，例如可以使用金屬涂層。由此近似存在一種類型的背面鏡。

另外，兩個反射面中的至少一個能夠以如下方式設計，該反射面將光以第一偏振狀態(tài)反射，并且將光以與之垂直的偏振狀態(tài)透射。在這種情況下，光束優(yōu)選以如下方式產(chǎn)生，使得光束具有第一極化狀態(tài)。

耦合輸入分段可以構造在鏡片的邊緣區(qū)域中，耦合輸出分段可以構造在鏡片的中心區(qū)域中。耦合輸入例如可以經(jīng)鏡片的端面或者也可以經(jīng)鏡片的背面來實現(xiàn)。

內(nèi)殼層、通道殼層和外殼層可以分別單件地設計。但也可行的是，內(nèi)殼層、通道殼層和/或外殼層多件式地設計。

還提供一種如下的顯示設備，其具有：能夠佩戴到使用者頭上的保持裝置；固定在保持裝置上的、產(chǎn)生圖像的圖像產(chǎn)生模塊；以及固定在保持裝置上的成像光學器件，其具有根據(jù)前述權利要求中任一項所述的鏡片并且在保持裝置佩戴在使用者頭上的狀態(tài)下以如下方式將所產(chǎn)生的圖像成像，使得圖像能夠作為虛像被使用者感知到。

成像光學器件可以具有作為唯一的光學元件的鏡片。但也可行的是，成像光學器件除了鏡片外還包括至少一個其他的光學元件。外殼層特別是可以與至少一個其他的光學元件一體地設計?？商鎿Q地可行的是，外殼層與至少一個其他的光學元件(例如通過粘貼或膠粘)相連接。另外，至少一個其他的光學元件可以與外殼層隔開間距。

至少一個其他的光學元件例如可以是準直光學器件，其布置在鏡片與圖像產(chǎn)生模塊之間，使得光束可以從圖像產(chǎn)生模塊作為準直化的光束耦合輸入到鏡片中。

另外，顯示設備可以具有控制單元，其對圖像產(chǎn)生模塊加以操控。

圖像產(chǎn)生模塊特別是可以具有平面式的成像裝置，例如LCD模塊、LCoS模塊、OLED模塊或傾斜鏡陣列。成像裝置可以具有多個像素，其例如可以成行和成列地布置。成像裝置可以是自發(fā)光的或非自發(fā)光的。

圖像產(chǎn)生模塊特別是能夠以如下方式構造，其產(chǎn)生單色或彩色的圖像。

按照本發(fā)明的顯示裝置可以具有其他本領域技術人員已知的元件，所述元件對于其運行是必需的。

不言而喻的是，前面提到的和后面還有詳細闡釋的特征能夠不僅以所給的組合使用，而且也能夠以其他組合或單獨使用，而不離開本發(fā)明的范圍。

附圖說明

下面，借助于同樣公開了對于本發(fā)明關鍵的特征的附圖更詳細地闡述本發(fā)明。其中：

圖1示出按照本發(fā)明的顯示設備的實施方式的示意透視圖；

圖2示出第一鏡片3的放大部分視圖連同圖像產(chǎn)生模塊的示意圖；

圖3示出與入射角相關的透射率/反射率的圖示；

圖4示出用于闡釋反射面24和25的角度相關性的示意圖；

圖5示出表現(xiàn)出第二反射面24的干涉層系統(tǒng)的層順序和層厚度的圖示；

圖6示出通道殼層21與外殼層19之間的透射表現(xiàn)，其中不帶附加的反射面；

圖7示出通道殼層21與外殼層19之間的透射表現(xiàn)，其中帶有附加的反射面24；

圖8示出根據(jù)圖7的實施方式的反射面的層構造；

圖9示出在按照本發(fā)明的鏡片中的反射面的另一實施方式的透視表現(xiàn)；

圖10示出根據(jù)圖9的實施方式的反射面的層構造；

圖11示出第一鏡片3的另一實施方式的放大的部分剖視圖連同圖像產(chǎn)生模塊的示意圖；以及

圖12示出第一鏡片3的又一實施方式的放大部分剖視圖連同圖像產(chǎn)生模塊的示意圖。

具體實施方式

在圖1中所示的實施方式中，按照本發(fā)明的顯示設備1包括：能夠佩戴到使用者頭上的保持裝置2，其例如可以呈傳統(tǒng)鏡架的類型來設計；以及第一和第二鏡片3、4，第一和第二鏡片固定在保持裝置2上。保持裝置2連同鏡片3、4例如可以設計為運動眼鏡、太陽鏡和/或用于修正視力缺陷的眼鏡，其中，對于使用者而言，借助于第一鏡片3能夠?qū)⑻撓裼橙肫湟晥鲋?，正如下面介紹那樣。

為此，顯示裝置1包括圖像產(chǎn)生模塊5，其能夠布置在保持裝置2的右側的鏡腿的區(qū)域中，正如在圖1中示意示出那樣。圖像產(chǎn)生模塊5可以具有平面式的成像裝置6(圖2)，例如OLED芯片、CMOS芯片、LCoS芯片或傾斜鏡陣列，其具有多個例如成行和成列布置的像素。

鏡片3和4以及特別是第一鏡片3僅示例地連同按照本發(fā)明的顯示設備1一起介紹。鏡片3、4或至少是第一鏡片3分別本身設計為按照本發(fā)明的鏡片3、4或設計為按照本發(fā)明的光學元件。按照本發(fā)明的光學元件也可以在其他關聯(lián)意義上用作這里介紹的顯示設備1。因此，光學元件在其設計為鏡片時，當然也可以設計為第二鏡片4。

正如最佳地從圖2中的放大的示意部分剖視圖中可見那樣，顯示設備1具有成像光學器件7，其包括了布置在圖像產(chǎn)生元件6或成像裝置6與第一鏡片3之間的光學元件8。另外，第一鏡片3本身也用作成像光學器件7的一部分。

從成像裝置6的每個像素中可以發(fā)出光束9。通過借助于可以作為圖像產(chǎn)生模塊5的一部分的控制單元10對成像裝置6的像素的操控，可以產(chǎn)生所希望的圖像。在圖2中，代替光束9標繪出光線的光路，從而在下面也說成光線9。

從成像裝置6發(fā)出的光線9穿過光學元件8并且經(jīng)耦合輸入分段11(在這里為鏡片3的端面)入射到第一鏡片3中，并且在其中沿光導通道12引導至耦合輸出分段13。耦合輸出分段13具有多個彼此并排布置的反射性轉向面14(其也可以稱為反射性的磨面)，在所述轉向面上，光線9沿朝向第一鏡片3的背面的方向發(fā)生反射，使得光線9經(jīng)背面15從第一鏡片3中出射。

由此，當使用者將按照本發(fā)明的顯示設備1根據(jù)一定方式戴在頭上時，使用者可以在其朝向耦合輸出分段13看視時，作為虛像感知到借助于成像裝置6產(chǎn)生的圖像。在這里介紹的實施方式中，使用者就正面看視的看視方向G而言，必須向右轉過約40°地觀看。在圖2中，為了闡明，而標繪出使用者的眼睛的轉動點16以及成像光學器件7的眼動區(qū)域17或出瞳17。眼動區(qū)域17是顯示設備1所提供的并且使用者的眼睛能夠在其中運動的區(qū)域，并且使用者能夠始終作為虛像看到所產(chǎn)生的圖像。

雖然在所介紹的實施方式中，耦合輸入經(jīng)第一鏡片3的端面來實現(xiàn)并且進而耦合輸入分段11構造在第一鏡片3的端面上，但是可行的是，耦合輸入經(jīng)第一鏡片的背面15來實現(xiàn)。

正如在圖2中所示的圖示中所示那樣，第一鏡片3的背面15還有正面18都彎曲地設計。

第一鏡片還如從圖2中的圖示中獲知那樣，分三層地設計，并且包括外殼層19、內(nèi)殼層20以及布置于其間的通道殼層21。

外殼層19的背離內(nèi)殼層20指向的第一側面形成了第一鏡片的彎曲的正面18。內(nèi)殼層20的背離外殼層19指向的第一側面形成了第一鏡片的背面15。

為了形成光導通道12，在通道殼層21與外殼層19之間構造第一反射面24，在通道殼層21與內(nèi)殼層20之間構造第二反射面25。兩個反射面24、25從耦合輸入分段11延伸至耦合輸出分段13。由此，光束9能夠通過在反射面24和25上的反射而從耦合輸入分段11引導至耦合輸出分段13，使得光束當在反射性的轉向面14上發(fā)生反射之后，能夠經(jīng)第一鏡片的背面15耦合輸出。

第一和第二反射面24和25例如可以構造在通道殼層21上。但也可行的是，第一反射面構造在外殼層19上，第二反射面構造在內(nèi)殼層20上。正如在圖2中所示那樣，一方面的內(nèi)殼層20和通道殼層21以及另一方面的通道殼層21和外殼層19分別平面式地相互接觸。上述殼層例如可以相互粘貼或膠粘。因此，也可以說：在光導通道12的區(qū)域中，通道殼層21經(jīng)第一反射面24與外殼層19相連接，在光導通道12的區(qū)域中，通道殼層21與內(nèi)殼層20經(jīng)第二反射面25相連接。

第一和/或第二反射面24和25例如可以是部分反射性的涂層或反射性的涂層(鏡面層)。為此，例如可以應用金屬涂層。但也可行的是，應用對應第一偏振狀態(tài)是反射性的而對應與之垂直的偏振狀態(tài)是透射性的涂層。在這種情況下，光束9則具有第一偏振狀態(tài)，使得在光導通道12中的引導得以保證。

另外，可行的是，第一和/或第二反射面24和25設計為干涉層系統(tǒng)，所述干涉層系統(tǒng)交替地具有折射率較高和折射率較低的層。在一般情況下，干涉層系統(tǒng)可以由m種材料M₁、M₂、...M_m(m＞2)制造的k個光學層S₁、S₂、...S_k(k＞2)形成，其中，m種材料就其折射率N₁、N₂、...N_m(n＞2)方面有所區(qū)別。所述折射率在波長為546nm的情況下例如可以處在1.4-2.5的范圍內(nèi)。這種干涉層系統(tǒng)對于本領域技術人員而言原則上是已知的并且能夠在所希望的光學特性方面得到優(yōu)化。在這里存在的實施方式中，干涉層系統(tǒng)就可見光譜范圍而言能夠以如下方式來優(yōu)化，使得干涉層系統(tǒng)對于0°至約35°的入射角α而言是透射性的(實際上100％的入射光被透射)，并且對于50°至約90°的入射角α而言是反射性的(反射率接近100％)。在30°至50°的過渡范圍內(nèi)，透射率從100％變化至0％。

在圖3中，沿y軸以百分數(shù)％計的透射率關于沿x軸以度數(shù)°計的入射角α示出。在此，曲線K1示出針對波長為400nm的輻射時，層系統(tǒng)的透射特性及反射特性。曲線K2示出針對波長為450nm的輻射時的特性，曲線K3示出針對波長為680nm的輻射時的特性。

在圖4中，再次示意示出上述特性。光束9以大于50°(關于相應的反射面24、25的鉛垂線)的入射角α2打到相應的反射面24、25上并且因此被反射。相反，環(huán)境光26以小于35°的入射角α1打到反射面24、25上并且因此發(fā)生透射。

在這里結合圖3和圖4介紹的實施例中出發(fā)點在于，內(nèi)殼層20、通道殼層21和外殼層19分別具有1.81的折射率。針對這種干涉層系統(tǒng)，應用兩種不同的材料，分別具有的折射率為N₁＝1.787以及N₂＝1.459，其中，k為113。在圖5中，示意示出第二反射層24的相應結構，其中，沿x軸(水平軸)標繪了以nm計的層厚度，沿y軸(豎軸)標繪出折射率。

當然，第二反射面25能夠以與第一反射面24相同的方式設計為根據(jù)圖5的干涉層系統(tǒng)。

如果通道殼層21的折射率大于內(nèi)、外殼層20、19的折射率時，則可以自預先確定的邊界角開始發(fā)生內(nèi)部全反射。當例如通道層21的折射率為1.81而內(nèi)、外殼層20、19的折射率分別為1.519時，邊界角為約58°。相應的透射表現(xiàn)在圖6中示意示出，其中，沿x軸(水平軸)標繪了以度數(shù)°計的入射角，沿y軸(豎軸)標繪出以百分數(shù)％計的透射率。在圖示中，以與圖3中相同的方式標繪出曲線K1、K2和K3，所述曲線示出針對400nm、450nm以及680nm波長的特性。

當這時設置有具有兩種折射率為1.787和1.459的材料的、113層的干涉層系統(tǒng)時，實現(xiàn)了圖7中所示的透視特性。圖7中的圖示與圖6中的圖示相對應。同樣標繪出針對400nm波長(曲線K1)、450nm波長(曲線K2)以及680nm波長(曲線K3)的透射特性?；趫D6和圖7中圖示的比較，可以獲知：通過在干涉層系統(tǒng)上的反射提供了直至50°進而比沒有干涉層系統(tǒng)多8°的入射角的光引導。

在圖8中，相應的干涉層系統(tǒng)的構造以與圖5中相同的方式示出。

在另一實施方式中，干涉層系統(tǒng)可以具有三種折射率為1.787和1.459以及2.472的不同材料，并且布置在外殼層19與通道殼層21之間，外殼層和通道殼層分別由折射率為1.62的材料形成。在用于干涉層系統(tǒng)的具有263層的層系統(tǒng)中，可以實現(xiàn)在圖9中示出的透視特性。圖9中的圖示與圖7中的圖示相對應。分別標繪出針對400nm波長(曲線K1)、450nm波長(曲線K2)以及680nm波長(曲線K3)的透射特性。

在圖10中，層構造以與圖8中相同的方式示出。

通過第一鏡片3的所介紹的三殼層的構造，實現(xiàn)如下優(yōu)點：光束9在光導通道12中的引導與第一鏡片的正面和/或背面18、15的清潔度無關。由此，對正面18和/或背面15可能的沾污不會使光束9從耦合輸入分段11至耦合輸出分段13的引導變差。

另外，背面15可以具有對使用者的視力缺陷加以修正的曲率。由此，能夠以有利的方式來執(zhí)行借助于內(nèi)殼層20對視力缺陷的修正以及經(jīng)通道殼層21對光的引導，使得一方面對視力缺陷的修正以及另一方面對光的引導能夠彼此獨立地在光學上得到優(yōu)化。能夠有利地始終應用相同的通道殼層21，以便實現(xiàn)與不同視力缺陷的匹配。為此，僅須設置個別設定的內(nèi)殼層20并且與通道殼層21相連接。

在正面18上還可以裝設有向旋光層。這種向旋光層可以設計為主動層或被動層。由此，例如可以實現(xiàn)按照本發(fā)明的鏡片作為太陽鏡鏡片的設計方案。

另外，使用者以有利的方式經(jīng)與其相配的背面15感知到耦合輸出的圖像，從而使用者盡管有視力缺陷還是能清晰地看到虛像。

在圖2中所示的實施方式中，通道層21的厚度基本上是恒定的。

但也可行的是，通道層的厚度特別是在光導通道12的區(qū)域中，在從耦合輸入分段11到耦合輸出分段13的方向上減小。

通道層21的厚度特別是可以在光導通道12旁邊的區(qū)域中小于在光導區(qū)域12的區(qū)域中的厚度。這種設計方案在圖11中示出。

在迄今介紹的實施方式中，通道殼層21在整個第一鏡片3上延伸。在這種情況下，通道殼層21也可以稱為間隔殼層，這是因為其始終處在內(nèi)殼層20與外殼層19之間，使得內(nèi)殼層20始終不與外殼層19相接觸。

但也可行的是，通道殼層21不在整個鏡片上延伸。通道殼層20特別是可以僅在光導通道12的區(qū)域中延伸。在這種情況下，在其他不存在通道殼層21的區(qū)域中，存在內(nèi)殼層20與外殼層19之間的直接接觸，正如圖12中所示那樣。

正面18和背面15可以分別呈球形地彎曲。背面15也可以具有非球形的曲率。另外，通道殼層21的兩個邊界面也可以呈球形彎曲。相應的殼層19、20和21的彼此相對置的側面的曲率互補地選定，使得能夠建立平面式的接觸。

外殼層19、內(nèi)殼層20和通道殼層21的材料優(yōu)選是相同的材料，使得存在相同的折射率。但對于各個殼層19至21而言，也可以選擇具有不同折射率的材料。

在按照本發(fā)明的顯示設備1中，虛像映入使用者視場中的過程借助于第一鏡片3來實現(xiàn)。當然，也可以借助于第二鏡片4來實現(xiàn)映入過程。另外，顯示設備1能夠設計如下，信息或虛像經(jīng)兩個鏡片3、4映像。在此，映像過程以產(chǎn)生立體圖像感覺的方式實現(xiàn)。但這不是一定需要的。

鏡片3、4可以具有為零的折光力或者不為零的折光力(特別是用于修正視力缺陷)。正如在圖中所示那樣，鏡片3的正面11還有背面12彎曲地設計。正面11特別是可以呈球形彎曲。當鏡片具有不為零的折光力(用以修正視力缺陷)時，一般相應地選定背面15的曲率，用以實現(xiàn)相應的修正。背面15可以具有不呈球形的曲率。

保持裝置2不一定設計為眼鏡類型的保持裝置。任何其他類型的如下保持裝置也是可行的，憑借這種保持裝置能夠?qū)崿F(xiàn)將顯示設備安放或佩戴在使用者的頭上。