用于产生虚拟图像的成像光学系统的眼镜镜片以及用于生产此类眼镜镜片的方法与流程

本发明涉及一种用于产生虚拟图像的成像光学单元以及一种用于这种类型的成像光学单元的眼镜镜片。此外，本发明还涉及一种生产用于产生虚拟图像的成像光学单元的眼镜镜片、以及一种在生产该眼镜镜片的方法中使用的眼镜镜片半成品。

数据眼镜是特殊形式的头戴式显示器。一种常规形式的头戴式显示器使用被配戴在眼睛前方、并且向使用者呈现计算机产生图像或相机所拍摄图像的屏幕。此类头戴式显示器通常体积庞大并且不允许直接感知周围环境。近年来，已经开发了能够向用户呈现由相机拍摄的图像、或计算机产生的图像而不阻碍对周围环境的直接感知的头戴式显示器。此类头戴式显示器(在下文中被称为数据眼镜)使得能够在日常生活中使用这种技术。

数据眼镜可以以不同的类型提供。一种类型的数据眼镜(其突出之处尤其在于其紧凑性和美学接受度)是基于该眼镜镜片中的波导原理。在这种情况下，由图像产生器产生的光在眼镜镜片外被准直、并且经由眼镜镜片的端面耦合到其内，该光由此通过多次反射传播到眼睛前方的点。位于那里的光学元件接着将该光沿眼睛瞳孔的方向耦合出。在这种情况下，可以以衍射、反射、或折射的方式来输入耦合到眼镜镜片内以及从眼镜镜片进行输出耦合。在衍射输入或输出耦合的情况下，具有大致相同数量的线的衍射光栅被用作输入和输出耦合元件，各个光栅的大色散效应被相互补偿。例如，在us2006/0126181a1和us2010/0220295a1中描述了基于衍射光栅的输入和输出耦合元件。在us2012/0002294a1中描述了包括反射或折射输入或输出耦合元件的数据眼镜的实例。

其中的成像光束从输入耦合元件通过多次反射引导到输出耦合元件的数据眼镜共有的问题是所谓的“覆盖区域重叠”的问题，而不论衍射、反射、还是折射元件被用作输入和输出耦合元件。以下参照图1和2更详细地解释这个问题，这个问题限制了数据眼镜在可视区(eyebox)位置处的视场(fov)的大小以及出射光瞳的大小，并且因此需要相对高的眼镜镜片厚度。

该可视区是在眼睛瞳孔可以沿其移动的成像光束路径中光管的不发生图像渐晕的三维区域。由于在数据眼镜的情况下，眼睛相对于数据眼镜的距离是基本上恒定的，因此可视区可能减小到仅考虑眼睛的旋转移动的二维可视区。在这种情况下，该可视区基本上对应于数据眼镜在眼睛的入射光瞳位置处的出射光瞳。该入射光瞳通常由眼镜瞳孔给出。虽然数据眼镜是成像光束路径从图像产生器延伸到数据眼镜的出射光瞳的系统，但是为了理解“覆盖区域重叠”，有利的是考虑沿相反方向的光束路径，即从出射光瞳到图像产生器。因此，在下面的说明中将考虑从数据眼镜的出射光瞳发出的光管，其中该光管的边界由从可视区的每个点沿眼镜镜片的方向传播的光束的视野角度确定。

在眼镜镜片101的内表面103处折射之后，光管中的光线入射到眼镜镜片101的外表面105上。输出耦合结构107位于所述外表面中、并且在沿水平方向从点b延伸到点c。点b与c之间的距离由光管的希望范围确定，该范围进而取决于可视区109的希望大小和希望的视野角度。该视野角度在此主要是水平视野角度，这涉及相对于视轴的角度，在视轴处像场的水平边际点入射在瞳孔中。该视轴在此是指眼睛的中央凹(视网膜的最清晰视点)与像场的中点之间的直线。图1展示了对于相对小的视野角度在给定了可视区直径e和眼镜镜片101厚度d的情况下的光管的轮廓。光管的所有光线从输出耦合结构107沿眼镜镜片101的内表面103的方向衍射或反射、并且从那里被反射回眼镜镜片101的外表面105、从该外表面再次反射回眼镜镜片101的内表面103。反复进行这种反射直到到达输入耦合元件，光管接着由此沿图像产生器的方向进一步前进。

如图1所示，如果视野角度相对小，则在眼镜镜片101的内表面103处的第一次反射之后，光管的光线入射到眼镜镜片1的外表面105的、位于输出耦合元件107外的区域上(图1右侧b点旁)。相比之下，如果希望的是大的视野角度，如图2所示，则需要对应地放大的输出耦合结构107‘。然而，这具有的效应是：该光管的、入射到输出耦合结构107‘的位于点a与c之间的区段上的光线在眼镜镜片101的内表面103处第一次反射之后反射回到眼镜镜片101的外表面105的仍有输出耦合结构107‘的区域上。这个区域(以下被称为重叠区域)位于图2的点b与d之间。由于存在输出耦合元件(图2所选的展示中可以是衍射或反射输出耦合元件)，从眼镜镜片101的内表面103反射到b与d之间的区域的光线不沿内表面103的方向反射返回，使得它们被损失而不能用于成像。

如果可视区的直径增大而不是视野角度增大，也会出现类似的问题。在这种情况下，也将存在点a和c，在这两个点之间存在沿眼镜镜片101的内表面103的方向反射光线的区域，所述光线从该区域再次被反射回到输出耦合结构107‘的由点b和d标识的区域、并且因此不能用于成像。如果维持可视区直径e和视野角度并且进而减小眼镜镜片的厚度d，则上述内容也相应地适用。换言之，仅可以在眼镜镜片具有某个最小厚度d的情况下，实现足够大的可视区直径e与足够大的视野角度的结合。

在这一点上应再次指出，上述考虑将光束路径反向，而实际的光束路径从图像产生器延伸进入数据眼镜的出射光瞳中。然而，这并不改变关于基本考虑的任何事情，因为来自图像产生器的、并且入射在输出耦合结构107‘上的点b与d之间的区域的光线由于不沿眼镜镜片的内表面的方向反射返回而不反射进入出射光瞳中，但是这此区域是有必要的以便到达输出耦合结构107‘上的点a与c之间的区域，这些光线可以从那里沿出射光瞳的方向耦合出。

wo2015/075207a1描述了一种用于数据眼镜的成像光学单元，该数据眼镜具有眼镜镜片，该眼镜镜片具有用于将成像光束路径耦合到该眼镜镜片内的输入耦合区段，在该数据眼镜中，在该输入耦合区段的区域存在眼镜镜片的外围增厚。通过这种类型的外围增厚，可以减小上述覆盖区域重叠。为了实现外围增厚，其他球面眼镜镜片内表面具有被实施为自由形式表面的表面区段。该球面表面和该自由形式表面在此是在相对于彼此移位和旋转的坐标系中限定的并且用两个不同的处理步骤来生产。

相对于所描述的现有技术，本发明的第一目的是提供一种具有外围适配部的、用于成像光学单元的有利眼镜镜片，该成像光学单元用于产生图像产生器上所呈现的初始图像的虚拟图像。本发明的第二目的是提供一种有利的成像光学单元。本发明的第三目的是提供一种有利的数据眼镜。本发明的第四目的是提供一种用于生产具有外围适配部的、用于成像光学单元的眼镜镜片的有利方法，该成像光学单元用于产生图像产生器上所呈现的初始图像的虚拟图像。本发明的第五目的是提供一种有利的眼镜镜片半成品、也称为毛坯或盘件，以用于生产用于成像光学单元的眼镜镜片，该成像光学单元用于产生图像产生器上所呈现的初始图像的虚拟图像。

该第一目的是通过如权利要求1所述的眼镜镜片而实现的，该第二目的是通过如权利要求9所述的成像光学单元而实现的，并且该第三目的是通过如权利要求12所述的数据眼镜而实现的。该第四目的是通过如权利要求13所述的用于生产眼镜镜片的方法而实现的，并且该第五目的是通过如权利要求20所述的眼镜镜片半成品而实现的。从属权利要求包含本发明的有利构型。

根据本发明的一种用于成像光学单元的眼镜镜片(该成像光学单元用于产生图像产生器上所呈现的初始图像的虚拟图像)具有面向眼睛的内表面以及背向眼睛的外表面，并且包括：输入耦合区段，该输入耦合区段用于将成像光束路径耦合在该内表面与该外表面之间；以及输出耦合结构，该输出耦合结构位于该眼镜镜片中用于将该成像光束路径沿眼睛的方向耦合到该眼镜镜片之外。举例而言，该输出耦合结构可以呈菲涅尔(fresnel)结构的形式。该输入耦合区段被安排在该眼镜镜片中，使得通过该输入耦合区段耦合到该眼镜镜片内的成像光束路径借助于在该眼镜镜片的该内表面与该外表面之间的反射而被引导至该输出耦合结构。

通过对该眼镜镜片的该内表面的对应成形实现的外围适配部位于该眼镜镜片中在该输入耦合区段与该输出耦合结构之间。

在该眼镜镜片的供眼睛在直视前方时看透的区域中，该内表面具有的曲率基本上近似为有或没有屈光不正矫正的眼镜镜片的典型内表面的曲率，其近似程度为不引起在直视前方时可感知到的任何光学像差。于是在该外围适配部的区域中，该内表面具有的形状与该典型内表面的曲率偏差更显著、并且能够使得已经通过该输入耦合区段耦合到该眼镜镜片内的成像光束路径借助于在该眼镜镜片的该内表面与该外表面之间的反射而被引导至该输出耦合结构。在该外围适配部的区域中，该眼镜镜片的厚度可以大于或小于在该输出耦合结构的区域中的厚度。在没有屈光不正矫正、即没有屈光力的眼镜镜片中、或者在具有负屈光力的眼镜镜片中，眼镜镜片在外围适配部的区域中的厚度一般大于在输出耦合结构的区域中的厚度，由此外围适配部呈现外围增厚。在具有正屈光力的眼镜镜片中，眼镜镜片在外围适配部的区域中的厚度可以小于在输出耦合结构的区域中的厚度，由此外围适配部在这种情况下呈现出较薄的外围区域。

在根据本发明的眼镜镜片中，该眼镜镜片的整个内表面是用单一自由形式表面来描述的，其中术语自由形式表面描述了非旋转对称表面。由此首先能够在单一处理步骤中生产整个内表面。此外，单一自由形式表面的构型允许实现从该内表面的在该眼镜镜片的供眼睛在直视前方时看透的区域到该外围适配部的区域的一种流畅过渡。为此，尤其该自由形式表面整体是连续可微分表面。在这种情况下，在该内表面在该眼镜镜片的供眼睛在直视前方时看透的区域与该外围适配部的区域之间的过渡还用连续可微分函数来描述，由此可以实现能够减少覆盖区域重叠的特别平滑的过渡。如果根据本发明的眼镜镜片具有正屈光力，则可能有利的是该眼镜镜片内表面在该外围适配部的区域中是波状的，以针对成像光束路径实现适合的反射角度。

在引言部分中所描述的现有技术中，另一方面在眼镜镜片内表面的球面区段与外围适配部之间可以获得的最好的是连续的、但不是连续可微分的过渡，因为该球面表面和该自由形式表面是在不同的坐标系中限定的并且出于这个原因不能通过共同的表面描述来实现。相应地，这两个表面必须用不同的处理步骤来生产，这导致该眼镜镜片内表面的球面区段与该外围适配部之间的非连续可微分的过渡。然而，非连续可微分意味着存在至少一个扭结，这对光学过渡特性具有不利影响。

本发明有助于克服以下问题：即确保该成像光束路径的从该输出耦合结构发出的光束必须初始地以反射的方式全部入射到眼镜镜片的球面区域上、然后经由该眼镜镜片外表面处的后续反射入射到由该自由形式表面形成的区段上并且在该过程中必须完全触碰它。如果该光束的一部分反射到该自由形式表面的区域之外，则可能具有以下负面效应：

1.在被镜像的图像中，这些相同场点的光线可能各自从两个不同的区域发出，这导致显著的像差和重像。

2.光束的不遵循该自由形式表面与该输出耦合结构之间的既定路线的这部分无法到达可视区，这会导致孔洞修边效应(aperturbeschnittführt)。

3.可能形成到达图像中的额外的外部光路。

虽然第2项中提到的问题仅产生孔洞修边效应和某些分辨率损失，但第1项尤其是不利的，因为这种情况将会被观察者强烈地感知到。由于实现了到外围适配部的连续可微分过渡(这点由于将眼镜镜片的整个内表面用单一自由形式表面来描述而是可能的)，因此能够显著地减少所描述的问题，因为可以避免边界线处到自由形式表面的扭结。

如在已经参照了图1和图2的情况，当考虑该问题时，本发明对该问题的解决方案作出了贡献，为了更好地展示该解决方案，考虑了从眼睛朝图像产生器的方向前行的光束，但是该光束实际上是从图像产生器前行至眼睛。

在本发明的背景下，该眼镜镜片的整个外表面具有的曲率可以对应于有或没有屈光不正矫正的典型眼镜镜片外表面的曲率。换言之，该眼镜镜片的外表面对生产该外围适配部的贡献与该眼镜镜片的内表面在供眼睛在直视前方时看透的区域中一样少。该眼镜镜片的内表面在供眼睛在直视前方时看透的区域中、以及该眼镜镜片的整个外表面在此可以具体具有球面曲率。

在根据本发明的眼镜镜片的发展中，向该内表面和/或该外表面施加了至少一个另外的玻璃层或塑料层、尤其在该内表面和/或该外表面上形成部分反射界面的玻璃层或塑料层。对于在该内表面和/或该外表面处的反射，这使得能够使用部分反射表面处的反射来代替全内反射，如在与空气接界的内表面和/或外表面的情况下。可以向该内表面和/或该外表面施加呈涂层、膜、或粘性粘接玻璃或塑料元件形式的玻璃层或塑料层。

一种根据本发明的用于产生虚拟图像的成像光学单元包括用于呈现该虚拟图像的初始图像的图像产生器、以及根据本发明的眼镜镜片。此外，根据本发明的成像光学单元可以具有输入耦合装置，该输入耦合装置被安排在该眼镜镜片的输入耦合区段处、用于将该成像光束路径通过该输入耦合区段耦合到该眼镜镜片内。这种类型的输入耦合装置具体可以具有棱镜结构。根据本发明的另外的方面，还提供了具有这种类型的成像光学单元的数据眼镜。

在本发明的背景下，还提供了一种生产用于成像光学单元的眼镜镜片的方法，该成像光学单元用于产生图像产生器上所呈现的初始图像的虚拟图像。该方法包括以下步骤：

-提供由有机或无机玻璃材料制成的眼镜镜片半成品(还称为毛坯或盘件)，其中该眼镜镜片半成品已经具有该输出耦合结构、待生产的该眼镜镜片的外表面、以及待生产的该眼镜镜片的未完成的内表面。该未完成的内表面在此是具有标准曲率的内表面。例如，可以使用铸造方法、具体地使用注塑模制方法来生产眼镜镜片半成品。

-由该眼镜镜片半成品来生产该眼镜镜片，其中基于所存储的cnc数据，使用cnc工艺从该眼镜镜片半成品的未完成的内表面来生产该眼镜镜片的内表面，该数据是针对整个内表面在同一坐标系中限定的。

由于根据本发明的方法，基于针对该整个内表面所存储的cnc数据，使用单一cnc工艺来生产该眼镜镜片的整个内表面，因此使得能够生产用于成像光学单元的眼镜镜片，该眼镜镜片具有外围适配部，并且在该眼镜镜片中，该外围适配部与该眼镜镜片内表面的其余部分之间的过渡区具有连续可微分曲率。因此根据本发明的生产方法使得能够生产具有外围适配部的眼镜镜片内表面，而在该外围适配部与该眼镜镜片的其余区域之间的过渡区中没有扭结或可见边缘。相比之下，根据现有技术的眼镜镜片是整体生产而成的，即它们完全用注塑模制方法来生产；或者它们由两部分制成，其中每部分用单独的注塑模制方法来生产。然而，该整体生产方法需要极其复杂的注塑工艺、并且产生对光学成像具有限制的应力双折射。此外，整体生产中的制造步骤数量极其多，因此该过程序列非常复杂。在两部分设计中，注塑模制方法的复杂度还以及应力双折射和复杂生产序列的问题实际上相对于整体设计减少，但是这两个部件的美学整合不是那么容易实现的。另外，在该两部分设计的情况下，眼镜镜片内表面的外围适配部的区域以及其余区域典型地由单独制造之后组装的两个不同部分制成。在这两个区域之间的过渡区域中产生了边缘，该边缘引发了引言部分中讨论的覆盖区域重叠的问题。

相比之下，根据本发明的方法能够生产用于成像光学单元的眼镜镜片，其中在眼镜镜片内表面的外围适配部的区域与该眼镜镜片的眼镜镜片内表面的其余区域之间的过渡区域中不形成扭结或边缘、也不发生应力双折射。

在根据本发明的方法的背景下，例如可以使用铸造工艺、具体地使用注塑模制工艺来生产毛坯。由于在根据本发明的方法中，仅未完成的内表面需要用铸造工艺来生产，因此铸造工艺的复杂度显著低于整体生产中的铸造工艺的复杂度。

在根据本发明的方法中，优选地从特定数量的标准眼镜镜片半成品中选择该眼镜镜片半成品，这些标准眼镜镜片半成品的彼此不同之处在于，不同标准眼镜镜片半成品的外表面和未完成的内表面各自具有的曲率与其他标准眼镜镜片半成品的曲率不同，其中这些曲率是选自多个基本曲率。这些基本曲率可以被选择成例如使得这些标准毛坯的屈光力在各自下彼此相差一个屈光度。

通过提供多个不同的标准眼镜镜片半成品，就能够不具大复杂度低生产用于成像光学单元的、具有不同的屈光不正矫正的眼镜镜片。只需要从各种标准眼镜镜片半成品中选择适合的眼镜镜片半成品。所选的标准眼镜镜片半成品于是就已经具有对应于这些标准曲率之一的最终外表面。由于标准眼镜镜片半成品的未完成的内表面已经具有的曲率已经非常接近该内表面的最终曲率，因此能够在从该未完成的内表面来生产眼镜镜片的内表面的过程中将处理复杂度保持为相对低。于是如同该外围适配区域中的表面一样，可以使用cnc工艺来实现眼镜镜片内表面在外围适配部之外的确切形状。因此通过可控数量的基本曲率能够提供大量用于矫正屈光不正的有效表面。例如，能够仅通过七种基本曲率来生产70％的已知有效表面。如果基本曲率的数量增加到13种，则能够覆盖所有已知的有效表面。在此每种基本曲率可以被分派有未完成的内表面在外围适配部的区域中的特定形状，该形状与相应的基本曲率确切地适配。还有利的是，针对每种基本曲率，在标准眼镜镜片半成品中提供适配的输出耦合结构，因为这同样有助于成像光学单元的品质。换言之，特别有利的是，针对每种基本曲率，提供单独的一类cnc数据，其中这些类的cnc数据的彼此不同之处至少在于该眼镜镜片内表面在该外围适配部的区域中的定义。

如果定义了有待制造的内表面的cnc数据代表了在每个点处连续可微分的表面，则可以尤其有效地避免在该内表面的外围适配部的区域与该眼镜镜片的其余表面之间的过渡区处的边缘和扭结。如果仅定义一个连续表面，则不排除具有扭结的表面。

从未完成的内表面生产眼镜镜片的内表面可以具体包括：铣削步骤、预车削步骤、精细车削步骤、以及抛光步骤。这些步骤以及已经从眼镜镜片半成品的生产中知道，这意味着能够使用易于管理的技术。

在根据本发明的方法的发展中，该方法还包括生产输入耦合装置的步骤，该输入耦合装置尤其可以具有棱镜结构。在生产眼镜镜片未完成产品时，或者在生产眼镜镜片的内表面时，在这种情况下有利的是，还在未完成的内表面或内表面上生产用于进行成像光束路径的输入耦合的输入耦合区域。所述输入耦合区段具体可以是内表面在外围适配部的区域中的部分、或者与该外围适配部接界的部分。接着，从眼镜镜片半成品生产成像光学单元尤其还可以包括：将输入耦合装置连接至输入耦合区段的步骤。然而原则上，还能够在生产眼镜镜片半成品时，已经执行了这个步骤。

根据本发明还提供了一种眼镜镜片半成品、也称为毛坯或盘件，以用于生产用于成像光学单元的眼镜镜片，该成像光学单元用于产生图像产生器上所呈现的初始图像的虚拟图像。该眼镜镜片半成品由铸造(无机或有机)玻璃材料构成。另外，在眼镜镜片半成品中存在输出耦合结构(例如，菲涅尔结构)、待生产的眼镜镜片的外表面、以及待生产的眼镜镜片的未完成的内表面。

如上所述，根据本发明的眼镜镜片半成品可以在根据本发明的生产用于成像光学单元的眼镜镜片的方法中使用。已经关于根据本发明的方法描述了眼镜镜片半成品所获得的优点以及眼镜镜片半成品的另外有利构造。

从以下示例性实施例的描述并参考附图，即可明白本发明的其他特征、特性和优点。

图1示出了在根据现有技术的具有小的视野角度的数据眼镜中成像光束路径的截面。

图2示出了在根据现有技术的具有大的视野角度的数据眼镜中成像光束路径的截面。

图3示出了数据眼镜的透视展示。

图4示出了图1的数据眼镜的眼镜镜片和输入耦合装置的示意性展不。

图5示出了如可以在图4的眼镜镜片中使用的输出耦合结构。

图6示出了具有负屈光力的眼镜镜片中的外围适配过程。

图7示出了具有中性屈光力的眼镜镜片中的外围适配过程。

图8示出了具有正屈光力的眼镜镜片中的外围适配过程。

图9示出了由眼镜镜片半成品来生产用于成像光学单元的眼镜镜片的流程图。

图10示出了在生产眼镜镜片之前眼镜镜片半成品的实例。

图11示出了在已经生产了眼镜镜片内表面之后的图10的眼镜镜片半成品。

图12示出了用于生产标准眼镜镜片半成品的流程图以及相关联的输入耦合结构。

以下基于装配有此类成像光学单元的数据眼镜的实例描述根据本发明的成像光学单元。

图3示出了根据本发明的装配有成像光学单元的数据眼镜1。图4展示了成像光学单元自身(基本上包括一个眼镜镜片3)，该图示出了成像光学单元的示意性展示以解释其功能。

数据眼镜1包括两个眼镜镜片3、5，这两个眼镜镜片由具有两个眼镜镜腿9、11的眼镜架7固持。这些眼镜镜片各自具有：内表面13、15(图4可见)，当配戴眼镜时该内表面面向使用者的眼睛；以及背向使用者的眼睛的外表面17、19(图3和4可见)。在当前的示例性实施例中，图像产生器21(图4所示)位于眼镜镜腿9中、或者在眼镜镜腿9与眼镜镜片17之间，该图像产生器可以例如被实施为液晶显示器(lcd显示器)、基于发光二极管(led显示器)的显示器、或基于有机发光二极管(oled显示器)的显示器。输入耦合装置23被安排在图像产生器21与眼镜镜片3之间，在当前的示例性实施例中该输入耦合装置具有进入表面24、第一镜面表面27、以及第二镜面表面29并且被实施为玻璃或透明塑料棱镜，其中进入表面24和镜面表面27、29由该棱镜的表面形成。如同形成输入耦合装置23的棱镜，眼镜镜片3还可以由有机玻璃、即由透明塑料来生产。然而，由无机玻璃来生产同样是可能的。

在当前的示例性实施例中，形成输入耦合装置23的封阻件以及眼镜镜片3被实施为单独单元并且随后固结在一起。形成输入耦合装置23的封阻件以及眼镜镜片3在此可以由相同的材料或不同材料制成。

输入耦合装置23不仅用于将从图像产生器21发出的成像光束路径耦合到眼镜镜片3内、而且用于对该成像光束路径的从由图像产生器21呈现的初始图像的图像点发出的发散光束进行准直。为此目的，在当前的示例性实施例中，进入表面24、第一镜面表面27、以及第二镜面表面29相应地具有弯曲表面，其中进入表面24被实施为椭圆形表面，并且所述两个镜面表面27、29各自被实施为双曲面表面。这些曲率代表所述表面的基本曲率。在当前的示例性实施例中，通过多项式(polynome)以x和y给出的自由形式表面叠加在所述表面24、27、29的基本曲率上，其中x和y表示坐标系的坐标，该坐标系的z轴对应于成像光束路径的光轴。接着，成像器件23中的表面的z坐标由圆锥截面表面(基本曲率)给出的z坐标与多项式(自由曲面)给出的z坐标之和确定。

眼镜镜片3和输入耦合装置23一起形成数据眼镜1的成像光学单元，该成像光学单元产生图像产生器21上所呈现的初始图像的虚拟图像。

输入耦合装置23将通过进入表面24和这两个镜面表面27、29准直的成像光束路径经由眼镜镜片3的输入耦合区段耦合到眼镜镜片3内在内表面13与外表面17之间。在眼镜镜片3中，该成像光束路径接着通过在眼镜镜片3的外表面17和内表面13处的反射而引导至菲涅尔结构31，经准直的成像光束路径由该菲涅尔结构通过沿眼镜镜片3的内表面17方向偏转耦合出，其方式为使得它从眼镜镜片3折射穿过所述内表面沿该成像光学单元的出射光瞳33的方向出现。如果数据眼镜1被配戴，则出射光瞳33位于使用者的眼睛的瞳孔位置处，其中图4展示了眼睛基准点35。

图5描述了例如可以在数据眼镜1的成像光学单元中使用的菲涅尔结构31。所示的菲涅尔结构31具有多个刻面39，在当前的示例性实施例中这些刻面被定向成使得成像光束路径的入射到刻面39上的零光线沿眼镜镜片3的内表面17的方向反射，并且所反射的零光线与入射零光线成大致50度的角度θ。在当前的示例性实施例中，这些刻面39被部分反射涂覆，使得源自周围环境的光束可以沿出射光瞳33的方向穿过这些部分反射涂覆的刻面39。以此方式，在出射光瞳33的区域中，存在光束路径，其中成像光束路径与源自周围环境的光束路径叠加，使得对配备有成像光学单元的数据眼镜1的使用者给出了虚拟图像浮现在周围环境中的印象。

在通向菲涅尔结构31的路径上，在当前示例性实施例的眼镜镜片3中在成像光束路径的输入耦合之后进行了四次反射r1至r4，其中在眼镜镜片3的外表面17处进行第一次反射r1，在眼镜镜片3的内表面13处进行第二次反射r2，再次在眼镜镜片3的外表面17处进行第三次反射r3，并且最后再次在眼镜镜片3的内表面13进行第四次反射r4。菲涅尔结构31位于眼镜镜片的外表面处，成像光束路径通过第四次反射r4反射至该外表面。通过菲涅尔结构31，成像光束路径接着沿成像光学单元的出射光瞳的方向耦合到眼镜镜片3之外，如所描述的。图5示出了从图像产生器21发出的发散光束的中心光线和两个边际光线。由于通过输入耦合装置23进行准直而形成准直光学单元，因此大部分经准直的光束路径存在于眼镜镜片23中、并且接着通过菲涅耳结构31作为大部分经准直的光束路径而耦合出。

在当前的示例性实施例中，在眼镜镜片的内表面13和外表面17处的反射r1至r4通过在内表面13和外表面17处的全内反射而实现，该内表面和外表面各自与光学致密度较小的介质构成界面。然而原则上，还可以通过在内表面13和外表面17上的反射涂层来实现，但是这将使得眼镜镜片的生产更加复杂并且因此更昂贵。原则上，这些反射还可以发生在位于眼镜镜片3内部中的反射层处，但是就生产而言会比涂覆眼镜镜片的内表面和外表面甚至更复杂。

在第二次反射r2发生在眼镜镜片3的内表面13上的地方，眼镜镜片3配备有外围适配部，该外围适配部在当前的示例性实施例中呈外围增厚37的形式。换言之，在第二次反射r2发生在眼镜镜片3的内表面13上的地方，在当前的示例性实施例中，内表面13与外表面17之间的距离大于根据眼镜镜片3的基本曲率所应提供的距离。与没有外围适配部37的眼镜镜片3相比，外围适配部37能够实现更小的覆盖区域重叠，这进而能够实现更大的视野(fov)以及更大的可视区，而不需要作为整体将眼镜镜片做得更厚。应注意的是，在当前的示例性实施例中眼镜镜片3没有被实施成用于矫正屈光不正，并且因此外围增厚区域之外的内表面13与外表面17之间的距离是基本上恒定的。相比之下，如果眼镜镜片3旨在具有矫正屈光不正的形状，则该眼镜镜片在外围适配部37的区域中还可能比该眼镜镜片的基本曲率所应指定的更薄。在此，眼镜镜片在外围适配部的区域中更薄还是更厚在此还可以取决于待矫正的屈光不正的程度。为了使得对通过外围适配部37的视野的影响最小化，外围适配部位于眼镜镜片的外围区域中，即位于对应于大视角的区域中，并且因此位于使用者视野的只有轻微干扰(如果有的话)的外围处。

图6至8示出了没有屈光力的眼镜镜片(图6)的、具有负屈光力的眼镜镜片(图7)的、以及具有正屈光力的眼镜镜片(图8)的外围适配部的轮廓的示意性展示。这些附图各自示出了眼镜镜片3和被安排在其中的输出耦合结构31、以及在眼镜镜片外侧17与眼镜镜片内侧13之间多次反射的成像光束路径。从这些附图中可以看出，眼镜镜片内侧13各自具有外围适配部37，其中在如图6所示的没有屈光不正矫正(没有屈光力)的眼镜镜片中，外围适配部37被实施为呈周边增厚的形式。眼镜镜片内表面13(若没有外围增厚)的轮廓以虚线示出为轮廓38。

在具有负屈光力的眼镜镜片3(如图7中示意性示出)的情况下，眼镜镜片3在该眼镜镜片的外围区域中的厚度完全足够。在这种情况下为了最小化覆盖区域重叠而形成的外围适配部37减小了眼镜镜片在外围区域中的厚度。在此还用虚线示出了眼镜镜片3的内表面13(若没有外围适配部37)的轮廓38。

图8示出了具有正屈光力的眼镜镜片3。如在图7所示的具有负屈光力的眼镜镜片中，在具有正屈光力的眼镜镜片3的情况下该眼镜镜片的外围不需要通过外围适配部37增厚。而是，眼镜镜片3在外围适配部37的区域中变得更薄。图8示出了眼镜镜片内表面13(若没有外围适配部37)的轮廓38，如图6和7用虚线所示。在当前实例中，眼镜镜片内表面13在外围适配部37的区域中的轮廓是波状的。这用于在相应的反射区域中获得适合的反射角度。

以下参照图9至11描述了根据本发明的用于生产眼镜镜片的方法的示例性实施例。图9以流程图的形式示出了该方法。

在当前的示例性实施例中，使用由有机玻璃材料构成的眼镜镜片半成品来生产眼镜镜片。在该方法开始之后，从大量标准眼镜镜片半成品中选择适合于有待生产的眼镜镜片的眼镜镜片半成品。图10展示了这种类型的眼镜镜片半成品40的一个实例。眼镜镜片半成品40已经具有完成的眼镜镜片外表面17、并且已经配备有输出耦合器件31。输出耦合器件31被实施为用粘合剂覆盖的菲涅尔结构的形式。此外，膜44被施加到包括有以粘合剂覆盖的菲涅尔结构的眼镜镜片外表面17上。此外，该眼镜镜片半成品具有未完成的内表面42，稍后会从未完成的内表面产生眼镜镜片内表面13。此外，对该眼镜镜片半成品的外表面17、在该膜上施加涂层(未展示)。所述涂层可以包括以例如浸涂或旋涂方法来施加的硬漆。此外，该涂层可以包括最后的减反射涂层。眼镜镜片半成品40的未完成的内表面42不包含涂层，因为所述表面将作为眼镜镜片的生产工艺的一部分被机加工。在所描述的形式中，眼镜镜片半成品在很大程度上被保护而免于损坏、弄脏、以及接触粘接的颗粒。然而，该产品还可以额外配备有保护膜。

作为当前的示例性实施例的一部分，适合于生产眼镜镜片的眼镜镜片半成品40是从大量不同的标准眼镜镜片半成品中选择的。所述大量眼镜镜片半成品彼此间的不同之处基本上在于眼镜镜片外表面和未完成的内表面的基本曲率。在此，眼镜镜片半成品的确切形状在此基本上由五个参数限定，具体为：眼镜镜片外表面的曲率半径、眼镜镜片内表面的曲率半径、眼镜镜片半成品的直径、眼镜镜片半成品的厚度(即，外表面与未完成的内表面之间的距离)、以及眼镜镜片半成品的外围处的厚度(即，眼镜镜片半成品在其外围处的外表面与未完成的内表面之间的距离)。眼镜镜片外表面的曲率半径、眼镜镜片半成品的直径、眼镜镜片半成品的厚度、以及眼镜镜片半成品在其外围处的厚度被指定为不同的标准眼镜镜片半成品的参数。接着用相应的这四个指定的参数值来计算标准眼镜镜片半成品的未完成的内表面42的曲率半径。

在当前实例中，标准眼镜镜片半成品被分级，使得这些它们的屈光力各自彼此相差一个屈光度。在此可以生产±1屈光度的有效范围，由此在之后的成品眼镜镜片的外围适配部区域与其余区域之间的过渡区(即，所谓的融合区)可以被设计为更平滑且更美观。

通过七种不同的基本曲率能够生产可以矫正70％的常见屈光不正的标准眼镜镜片半成品。通过十三种基本曲率，可以矫正所有的屈光不正。

在步骤s1中已经选择了用于有待生产的具体眼镜镜片的适合的眼镜镜片半成品(例如，关于矫正任何屈光不正)之后，进行实际眼镜镜片3的生产，其中作为生产方法的基本工艺，使用cnc工艺来从未完成的内表面42生产眼镜镜片内表面13(步骤s2)。为此，将眼镜镜片半成品40安装在所谓的封阻件上，其中眼镜镜片半成品40的配备有硬保护涂层以及可能的保护膜的外表面17与该封阻件之间的连接是通过低熔点金属合金或粘性垫而生产。替代性地，该连接还可以通过真空夹紧方法来生产。然后将已经如此制备的眼镜镜片半成品40放入cnc机器中，在该机器中，从未完成的内表面42机加工出眼镜镜片内表面13。

在此待生产的眼镜镜片内表面13的形状以cnc数据的形式存储在cnc机器中，该数据表示在同一坐标系统中整个内表面13的形状。由于cnc数据表示在单一坐标系中整个内表面13的形状，因此能够使用cnc工艺来以可能包括多个处理步骤的一个工作工艺生产整个眼镜镜片内表面，即在外围适配部37的区域和在眼镜镜片3的其余区域上的眼镜镜片内表面13。另一方面，如在现有技术中那样，如果对眼镜镜片内表面13在外围适配部37的区域使用与眼镜镜片内表面13的其余区域不同的cnc数据集，则所述区域必须以与该眼镜镜片内表面的外围适配部的区域不同的工作工艺来生产，这导致在外围适配部区域与眼镜镜片内表面的其余区域之间的过渡在边界线处不可能不形成扭结，在该边界线处该外围适配部区域的坐标系与该眼镜镜片的其余区域的坐标系相接界。此类扭结对于覆盖区域重叠具有负面影响。为了避免此类扭结，已完成眼镜镜片内表面13必须是连续可微分表面，该表面可以通过指定用单一cnc数据集来生产的整个眼镜镜片内表面13的形状来获得，使得避免了用不同的cnc数据集来生产的这两个区域之间的边界线。

在步骤s2中使用的用于从未完成的内表面42来生产眼镜镜片内表面13的机加工工艺可以包括多个工艺步骤。它典型地包括：铣削步骤、预车削步骤、精细车削步骤、以及抛光步骤，其中去除材料的量随着这些步骤中的每一个步骤而减少。在抛光步骤结束时，已经生产出cnc数据中定义的眼镜镜片内表面13。作为工艺步骤s2的一部分，生产眼镜镜片内表面13的并非外围适配部37区域的部分的区域还包括生产用于成像光束路径的进入表面25。

接着将在工艺步骤s2之后获得的眼镜镜片半成品40进行另外的工艺步骤，在该另外的工艺步骤中，例如使用如de102012202695a1中所描述的旋涂来施加硬涂层(步骤s3)，并且最后施加减反射涂层以提供减反射效果(s4)。在施加减反射涂层期间，对输入耦合表面25加以覆盖使得该输入耦合表面无法接收减反射涂层。该减反射涂层会干扰成像光束路径到光通道内的耦合。图11中示出了在完成机加工工艺和涂覆工艺完成后的半成品。这个图一方面展示了输入耦合表面25、位于外围适配部37的区域中的光通道46，以及另一方面展示了在输入耦合表面25与光通道表面46之间的过渡区48，并且又一方面展示了其余的眼镜镜片内表面。还展示了透过入射表面25和在外围适配部37的区域中形成的光通道46到达输出耦合结构31、并且从那里沿眼睛的方向的成像光束路径轮廓。

在步骤s2和步骤s4中已经施加涂层之后，沿着线50切割眼镜镜片半成品以从眼镜镜片半成品40来生产眼镜镜片3(步骤s5)。这结束了眼镜镜片3的生产。

为了从眼镜镜片3生产用于数据眼镜的成像光学单元，在另外的步骤s6中，可以将棱镜(构成了输入耦合装置以用于将成像光束路径耦合到眼镜镜片的光通道46内)经由特定的棱镜表面粘性地粘接至眼镜镜片的输入耦合表面25上。在步骤s6结束时提供了可以最终安装在数据眼镜中的完整成像光学单元。

在当前实例中，针对每个标准眼镜镜片半成品提供了单独cnc数据集，该数据集包含针对相应的标准眼镜镜片半成品适配的、在光通道46的区域中的(即，同样在外围适配部37的区域中)内表面42。相应地，每个cnc数据集还包含针对相应的标准眼镜镜片半成品适配的输入耦合表面25。此外，在当前的示例性实施例中，对于每个标准眼镜镜片半成品，提供了用于将成像光束路径耦合到光通道46内的单独棱镜。因此图9所展示的方法在当前情况下还包括：选择与所选标准眼镜镜片半成品相匹配的棱镜的步骤s7。

在数据眼镜中，典型地两个眼镜镜片之一被实施为成像光学单元。于是另一个眼镜镜片是普通的眼镜镜片，即没有光通道、没有输入耦合表面、且没有输出耦合结构的眼镜镜片。因此无需外围适配部。可以用与所描述方法非常类似的方法来完成这种类型的眼镜镜片的生产，其中用于这种眼镜镜片的标准眼镜镜片半成品不包含光通道、并且不包含输出耦合结构。此外，用于此类种眼镜镜片的cnc数据仅包含定义了有或没有屈光不正校准的并且没有外围适配部的标准内表面的数据。

以下参照图12来描述一种用于生产标准眼镜镜片半成品40的方法。在该方法开始之后，使用铸造方法来形成眼镜镜片半成品的毛坯(步骤s11)。在当前的示例性实施例中，使用了有机玻璃材料，即塑料材料，使用注塑模制方法用所述材料来形成毛坯。由注塑模制所得的毛坯具有：眼镜镜片外表面，其形状对应于眼镜镜片外表面17的最终形状；以及未完成的内表面42，稍后用该未完成的内表面机加工出眼镜镜片内表面13，如已经参照图9所描述的。此外，已经通过该注塑模制方法形成了输出耦合结构，在当前的示例性实施例中该输出耦合结构是铸造通过模具的模具表面以菲涅尔结构的形式被压入该外表面中。在步骤s12中，向已经被压入外表面中的菲涅耳结构施加涂层，以对该菲涅耳结构的刻面加以部分反射涂覆。接下来，在步骤s13中，向眼镜镜片半成品的外表面施加球形膜，该球形膜由与注塑模制期间所使用的材料类似或优选地相同的材料形成，其中该菲涅尔结构填充有粘合剂。为此，用环氧树脂粘合剂以真空计量方法润湿该膜，并且将该膜无气泡地施加到眼镜镜片半成品的外表面上。在图12中作为步骤s14展示了球形膜的生产。作为施加球形膜的替代方案，在步骤s13中，已经被压入外表面中并被涂覆的菲涅尔结构可以填充以填充件。在这种情况下该填充件以单独的注塑模制步骤(该步骤取代了步骤s14)生产、并且与被压入的菲涅耳结构相适配，使得一旦已经将该填充件放在该经涂覆的菲涅耳结构中，该眼镜镜片半成品的外表面在菲涅耳结构的区域中的曲率就是连续的。如果使用这种用于生产眼镜镜片半成品的方法来生产多种多样的标准眼镜镜片半成品，而这些标准眼镜镜片半成品的彼此不同之处在于其外表面的曲率方面以及可能的菲涅耳结构的形式的话，则针对每个标准眼镜镜片半成品生产相应的匹配填充件。

在已经将球形膜施加到眼镜镜片半成品的外表面之后，在步骤s15中施加硬涂层。硬涂层的施加可以例如使用浸涂工艺或旋涂工艺来完成。最后，在步骤s16中，施加减反射涂层以在外表面上实现减反射效果。可以使用适合的涂覆工艺、例如使用旋涂或物理气相沉积(pvd)来执行该减反射涂层的施加。如果没有立即执行该眼镜镜片半成品的进一步处理(如已经参照图9所描述的)，则可以在步骤s17中存储该眼镜镜片半成品，以便稍后以生产眼镜镜片的方法来使用。在此存在的选项是在储存之前对眼镜镜片的外表面提供保护膜。

还能够使用非常相似的方法来生产数据眼镜中的第二眼镜镜片的眼镜镜片半成品。一种用于生产此类眼镜镜片的方法不包含步骤s12、s13、以及s14。此外，由于在外表面17中不需要形成菲涅耳结构31，并且在未完成的内表面42中不需要结合外围适配部区域37，因此在注塑模制工艺s11中使用的模具会具有不同的模制表面用于模制外表面17和未完成的内表面42。至于其余部分，该方法与参照图12所描述的方法没有区别。

已经借助于示例性实施例出于解释的目的详细描述了本发明。然而不言而喻，与示例性实施例的偏离是可能的。例如，替代性地可以由无机玻璃材料、而不是如示例性实施例中所述的有机玻璃材料来生产眼镜镜片半成品。为此所需的铸造工艺当然不同于铸造有机玻璃材料时使用的铸造工艺。然而，如果使用无机玻璃材料而不是有机玻璃材料，本领域技术人员可以容易地看到铸造工艺有哪些改变是必要的。以菲涅耳结构形式来配置输出耦合结构也不是绝对必要的。原则上，还能够为输出耦合使用例如衍射输出耦合结构而不是反射菲涅尔结构。也不是必须创建大量的标准眼镜镜片半成品。例如，可以在执行参照图12所描述的眼镜镜片半成品生产方法之后直接执行参照图9所描述的眼镜镜片生产方法。在这种情况下，适合于该眼镜镜片生产方法的眼镜镜片半成品是专门为待生产的眼镜镜片而生产的。因此，本发明并不旨在受限于示例性实施例，而是仅仅由所附权利要求书限定。