用于能够佩戴到使用者头上且产生图像的显示装置的镜片的制作方法

本发明涉及一种用于能够佩戴在使用者头上且产生图像的显示装置的镜片，其中，镜片具有：正面和背面、耦合输入分段以及与耦合输入分段隔开间距的耦合输出分段以及光导通道，光导通道适合用于，将所产生的图像的像素的、经镜片的耦合输入分段耦合输入到镜片中的光束在镜片中引导至耦合输出分段，将光束由耦合输出分段从镜片中耦合输出。

背景技术：

所希望的是，这种镜片能够以尽可能小的厚度来制造，其中，同时应当在将这种镜片用在显示装置中时，确保图像的良好成像。

技术实现要素：

由此出发，本发明的目的在于，对开头提到类型的镜片进行如下改进，使其能够以小厚度和良好的成像特性制造。

所述目的在开头提到类型的镜片中以如下方式来实现，镜片分多层地构造，并且具有外壳层以及与外壳层相连接的内壳层，其中，外壳层的背离内壳层指向的第一侧面形成镜片的正面，内壳层的背离外壳层指向的第一侧面形成镜片的背面，其中，外壳层具有耦合输入分段、光导通道和耦合输出分段，内壳层具有凹空部，凹空部从内壳层的朝向外壳层指向的第二侧面朝向背面的方向延伸，并且在凹空部中安置有光导通道，其中，耦合输出分段处在凹空部的旁边，使得从耦合输出分段耦合输出的光束经内壳层的第二侧面进入内壳层中，穿过内壳层并且经背面离开内壳层。

通过这种两层的构造与凹空部的组合，镜片的厚度可以保持得尽可能小。同时，作为外壳层的一部分的光导通道能够以如下方式设计，使得所希望的良好的成像特性能够得以确保。

凹空部特别是可以从内壳层的第二侧面延伸至内壳层的第一侧面。由此，凹空部在内壳层的整个厚度上延伸并且也可以称为贯通开口。

凹空部在此可以在内壳层的俯视图中来看，在所有的侧面上由内壳层的区域限定边界，或者至少在一个侧面上是敞开的。凹空部特别是可以在内壳层的俯视图中来看，呈U形地设计。

另外，可行的是，凹空部不在内壳层的整个厚度上延伸。在这种情况下，则存在相应的凹陷部，其从第二侧面延伸到内壳层中。凹陷部的深度特别是以如下方式选定，使得处在凹陷部中的光导通道不与凹陷部的底面发生接触，从而还存在空隙。但同样可行的是，不存在空隙，光导通道与凹陷部的底面发生接触。

在按照本发明的镜片中，正面和/或背面可以弯曲地设计。背面特别是可以具有如下选定的曲率，使得视力缺陷得到矫正。这产生如下优点，同样针对耦合输出的光束实现所希望的视力缺陷矫正，因为光束以经内壳层的背面从镜片中耦合出射的方式耦合输出。

凭借按照本发明的镜片，则能够借助于外壳层对光束的引导和耦合输出在所希望的成像方面加以优化。与上述内容无关地，可以借助于内壳层对所希望的示例缺陷矫正加以优化。由此，能够利用按照本发明的镜片，一方面借助于外壳层对成像特性以及另一方面借助于内壳层对视力缺陷矫正特性彼此独立地加以设定和调整。

内壳层和外壳层特别是由相同的材料形成。

另外，内壳层与外壳层平面式地连接(例如利用光学胶粘剂或光学粘接剂来粘贴或胶粘)。

优选的是，内壳层和外壳层的彼此面对的侧面彼此互补地设计。

特别是彼此面向的侧面呈球面状弯曲。

另外，外侧和/或内侧可以呈球面状弯曲。

耦合输出分段可以具有多个彼此并排布置的反射性的转向面。反射性的转向面也可以称为反射性磨面。所述磨面可以具有接近100％的反射率，在这种情况下，可以被称为镜面。同样可行的是，所述磨面具有较低的反射率，进而部分透明地设计。

反射性的转向面可以分别平整或弯曲地设计。另外，转向面可以按照非涅耳类型，调整出弯曲的反射面，这种反射面除了单纯的光线转向功能外还具有成像的特性。

耦合输出分段可以埋入外壳层中。特别是耦合输出分段能够以如下方式设计，使得镜片的正面是平滑而连贯的面。

光导通道可以具有两个相反的分界面，在所述分界面上为了引导而反射光束。

光导通道的分界面特别是可以通过外壳层的第一侧面的分段来形成。

另外，光导通道的背离外壳层的第一侧面指向的分界面以如下方式设计，使得所述分界面具有成像的特性。

分界面上的反射也可以通过内部全反射来发生。但也可行的是，界面中的至少一个(或者两个)具有反射性的或部分反射性的涂层。所述涂层特别是可以是金属涂层。另外，涂层能够以如下方式设计，使得所述涂层对具有第一偏振状态的光束加以反射，并且将具有与第一偏振状态垂直的偏振状态的光束透射。反射性的涂层还可以设计为干涉层系统。

另外，光导通道可以相对于外壳层的朝向内壳层指向的第二侧面凸出。

耦合输入分段可以构造于镜片的边缘区域中，耦合输入分段可以构造于镜片的中心区域中。

内壳层和外壳层可以分别单件地构造。但也可行的是，内壳层和/或外壳层多件地构造。

特别是外壳层能够多层地构造。外壳层可以例如具有至少两个分壳层。相同的构造也适用于内壳层。

当外壳层多层地设计时，耦合输出分段处在外壳层的两个分壳层之间。分壳层中的至少一个可以设计为薄片，例如作为PC薄片。薄片在此可以具有如下特性，使得其在除了剪力没有其他力作用的情况下，保持其形状。但薄片不必具有自身稳定性。薄片特别是可以柔韧地构造。

形成镜片的正面的靠外的分壳层也可以设计为顶壳层。

外壳层的分壳层的材料可以是相同的或不同的。同样情况适用于内壳层的分壳层的材料。也可以是外壳层和内壳层的所有分壳层的材料由相同的或不同的材料形成。

外壳层的背离内壳层指向的、形成镜片的正面的第一侧面可以具有涂层和/或镀膜。防反射涂层和/或硬质涂层例如可以构造在第一侧面上。也可以设置有其他通常存在于镜片区域中的涂层。

按照本发明的镜片可以设计如下，光导通道仅存在于外壳层中。但也可行的是，光导通道至少部分地延伸穿过内壳层中的区域。特别可以是在内壳层的与内壳层凹空部相邻接的区域中存在一部分光导通道。

另外可行的是，在凹空部的旁边构造有具有部分反射涂层或反射涂层的区域，使得在部分反射涂层或反射涂层上反射的部分光束在内壳层中引导，并且然后打到耦合输出分段上。同样在这种情况下，一部分光导通道处在内壳层中。部分反射的涂层或反射涂层特别是可以设置在外壳层与内壳层之间。于是，部分反射或反射性的涂层可以构造在内壳层的第二侧面上，和/或构造在外壳层的朝向内壳层指向的第二侧面上。

另外，提供一种显示装置，具有：能够佩戴到使用者头上的保持装置；固定在保持装置上的图像产生模块，其产生图像；以及固定在保持装置上的成像光学器件，所述成像光学器件具有根据前述权利要求中任一项所述的镜片并且将所产生的图像在保持装置佩戴在使用者头上的状态下以使使用者能够作为虚像感知图像的方式来成像。

成像光学器件可以具有作为唯一的光学元件的镜片。但也可行的是，成像光学器件除了镜片之外，还包括至少一个其他的光学元件。特别是外壳层可以与至少一个其他的光学元件一体地构造。可替换地可行的是，外壳层与至少一个其他的光学元件(例如通过粘贴或胶粘)相连接。另外，至少一个其他的光学元件与外壳层保持间距。

外壳层连同至少一个光学元件可以在俯视图中具有L形的形状。因此，至少一个其他的光学元件可以沿传统镜腿的方向延伸。特别是可以作为镜腿的一部分。

至少一个光学元件可以具有一个或多个起成像作用的光学面(在透射和/或反射方面)，所述光学面能够得到优化，用于为显示装置的使用者实现对所产生的图像的尽可能无差错的成像。

至少一个其他的光学元件例如可以是准直光学元件，准直光学元件布置在镜片与图像产生模块之间，使得光束能够由图像产生模块作为准直的光束耦合输入到镜片中。

另外，显示装置可以具有控制单元，控制单元操控图像产生模块。

图像产生模块特别是可以具有平面的成像装置，例如LCD模块、LCoS模块、OLED模块或者倾斜镜阵列。成像装置可以具有多个像素，这些像素例如可以成行和成列地布置。成像装置可以是自发光的或者是非自发光的。

图像产生模块特别是可以这样设计，其产生单色或彩色的图像。

按照本发明的显示装置可以具有其他对于本领域技术人员已知的元件，这些元件对于其运行是必需的。

不言而喻的是，前面提到的和后面还有详细阐释的特征能够不仅以所给的组合使用，而且也能够以其他组合或单独使用，而不离开本发明的范围。

附图说明

下面，借助于同样公开了对于本发明关键的特征的附图更详细地阐述本发明。其中：

图1示出按照本发明的显示装置的实施方式的示意透视图；

图2示出第一镜片3的放大部分剖视图，连同图像产生模块的示意图；

图3示出根据图1和图2的实施方式的第一镜片3的透视图；

图4示出根据图3的第一镜片3的透视分解图；

图5从上方示出根据图3的第一镜片3的视图；

图6示出图3中的第一镜片3的剖视图；

图7示出按照本发明的镜片3的另一实施方式的透视图；

图8示出根据图7的按照本发明的镜片3的透视分解图；

图9从上方示出图7中的按照本发明的镜片3的视图；

图10示出根据图7的依照本发明的镜片3的剖视图；

图11示出按照本发明的镜片3的另一实施方式的透视图；

图12示出根据图11的依照本发明的镜片3的剖视图；

图13示出根据图3的依照本发明的镜片的变动方案的透视分解图；

图14示出根据图2的放大的部分剖视图；

图15示出第一镜片3的另一实施方式的根据图14的放大部分剖视图；

图16示出图15中的耦合输出区域13的放大细节图示；

图17示出第一镜片3的另一实施方式的根据图2的放大部分剖视图；以及

图18示出按照本发明的第一镜片3的改动方案的根据图17的放大剖视图。

具体实施方式

在图1中所示的实施方式中，按照本发明的显示装置1包括：能够佩戴到使用者头上的保持装置2，其能够例如呈传统的镜架的类型来设计；以及第一和第二镜片3、4，第一和第二镜片固定在保持装置上。保持装置2连同镜片3、4一起例如可以设计为运动眼镜、太阳镜和/或用于矫正视力缺陷的眼镜，其中，能够借助于第一镜片3对于使用者将虚像映入其视场，正如后面介绍那样。

为此，显示装置1包括图像产生模块5，其可以布置在保持装置2的右侧镜腿的区域中，正如在图1中示意示出那样。图像产生模块5可以具有平面式的图像产生元件6(图2)，例如OLED芯片、LCD芯片或LCoS芯片或者倾斜镜阵，具有多个例如成行和成列布置的像素。

镜片3和4以及特别是第一镜片3仅示例性地连同按照本发明的显示装置1一起介绍。镜片3、4或至少是第一镜片3本身分别设计为按照本发明的镜片3、4或设计为按照本发明的光学元件。按照本发明的镜片也可以在其他关联意义上用作这里介绍的显示设备1。因此，光学元件当其设计为镜片时，当然也可以设计为第二镜片4。

如最佳地从图2中的放大的示意部分剖视图中可见那样，显示装置1具有成像光学器件7，成像光学器件包括布置在图像产生元件6或成像装置6与第一镜片3之间的光学元件8。另外，第一镜片3本身也可以用作成像光学器件7的一部分。

从成像装置6的每个像素能够发出光束9。通过借助于作为图像产生模块5的一部分的控制单元10对成像装置6的像素的相应操控，能够产生所希望的图像。在图2中，替代光束9标绘出光束的光路，从而在下面说成光线9。

出自成像装置6的光线9经过光学元件8并且经耦合输入分段11(在这里为第一镜片3的端面)射入第一镜片3中，并且在第一镜片中沿光导通道12引导至耦合输出分段13。耦合输出分段13具有多个彼此并排布置的发射性的转向面14(其也可以称为反射性的磨面)，在所述磨面上发生的是光线9沿朝向镜片3的背面15的方向的反射，使得光线9经背面15从第一镜片3中出射。

由此，使用者当其以一定方式将按照本发明的显示装置1戴在头上时，作为虚像感知到借助于成像装置6产生的图像，这时使用者朝向耦合输出分段13看视。在这里介绍的实施方式中，使用者必须就正面看视的看视方向G而言，必须向右转过40°观看。在图2中，为了图示表达而标绘出使用者眼睛的转动点16以及成像光学器件7的眼动区域17或出瞳17。眼动区域17是由显示装置1提供的区域，使用者的眼睛能够在所述区域中运动并且始终还能够作为虚像看到所产生的图像。

虽然在所介绍的实施方式中，耦合输入经第一镜片3的端面透射，进而耦合输入分段11构造在第一镜片3的端面上，但也可行的是，耦合输入经第一镜片的背面15来实现。

如在图2中的示意图中所示那样，第一镜片3的背面15还有正面18都弯曲地设计。

第一镜片3还特别是像从图2至图6中的图示中能够获知那样，分两层设计，并且包括具有第一和第二侧面20和21的外壳层19以及具有第一和第二侧面23和24的内壳层22。

外壳层19的第一侧面20形成第一镜片3的正面18，内壳层22的第一侧面23形成第一镜片3的背面15。外壳层18的第二侧面21以及内壳层22的第二侧面24(这两个侧面彼此面对)具有互补的曲率，使得这两个侧面能够平面式地相互连接，正如在图2和图3中所示那样。

外壳层19具有耦合输入分段11、光导通道12以及耦合输出分段13。在此，光导通道12以如下方式设计，使得光线9从耦合输入分段11至耦合输出分段13的所希望的引导得以实现。这例如可以通过在光导通道12的沿z方向相对置的分界面25和26上的内部全反射来实现。当然也可以的是，在分界面25和/或分界面26上构造有反射性涂层，所述反射性涂层实现了光线9所希望的反射。反射性涂层的反射率例如可以尽可能地大(约100％)或者稍小。因此，反射性的涂层可以设计为镜面层或部分反射性的层。

在这里介绍的实施方式中，分界面25是外壳层19的第一侧面20的一部分，进而是正面18的一部分。相反，分界面26不是第二侧面21的一部分，而是独立构造的分界面，所述分界面除了导光之外，还可以提供光学成像特性，以便例如减轻成像差错。由此，光导通道12相对于外壳层19的第二侧面21凸出，进而具有沿z方向比外壳层19更大的厚度。

而为了能够提供整体很薄的第一镜片3，内壳层具有凹空部27，凹空部从内壳层22的第二侧面24朝向内壳层22的第一侧面23的方向延伸。在这里介绍的实施例中，凹空部在内壳层22的整个厚度(沿z方向的伸展)上延伸。凹空部27以如下方式设定，使得在组装状态下，光导通道12处于其中，并且耦合输入分段13处在凹空部27旁边，进而处在内壳层22的第二侧面24的前面。

这种结构可以例如被以有利方式用于具有视力缺陷矫正功能的第一镜片，这是因为内壳层22的第一镜片23的曲率能够以如下方式选定，使得所希望的视力缺陷矫正得以实现。于是，这自然使得：显示装置1的使用者能够利用这种第一镜片3同样清晰地感知到虚像，因为使用者经内壳层22矫正面或第一侧面23感知虚像。换言之，光束9的耦合输出通过在耦合输出分段13的反射性磨面14上的反射来实现，方式为：光束9朝向内壳层22的方向反射，经内壳层22的第二侧面24入射到内壳层22中，透射内壳层并且经内壳层22的第一侧面23出射。

凭借按照本发明的镜片3则可行的是，对于视力缺陷矫正的需求通过内壳层22来实现，对于产生虚像的需求通过外壳层19来实现。因此，内壳层22也可以称为矫正镜片22，外壳层19可以称为数据镜片19。由此，在视力缺陷矫正与虚像的成像之间存在功能分隔，使得用于成像的外壳层19和用于视力缺陷矫正的内壳层22能够彼此独立地得到优化。由此，同样可行的是，为虚像的成像提供如下的外壳层19，其仅须与个别化地匹配于相应使用者的内壳层22相组合，以便能够提供个别化地与使用者相匹配的显示装置1。

在这里介绍的实施方式中，外壳层19的两个侧面20、21呈球面形地弯曲，并且外壳层19的第一侧面20的曲率半径为94mm，外壳层19的第二侧面21的曲率半径为92mm。由此，外壳层2的厚度为2mm。仅光导通道12具有较大的厚度，例如可以为4mm或者更大。

内壳层22的第二侧面24呈球面形地弯曲并且具有与外壳层19的第二侧面21的半径相等的曲率半径。在这里特别是指92mm的半径。内壳层22的第一侧面23呈球面形地弯曲并且具有对于矫正使用者视力缺陷所需的曲率半径(例如在应用PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)作为内壳层22的材料时，为150mm)。当然，内壳层的第一侧面23也可以呈球面形地弯曲。优选的是，外壳层19的材料与内壳层22的材料相同。内壳层22的厚度基本上与内壳层22的第二侧面24同内壳层22的第一侧面23的半径差值相关，并且在这里介绍的示例中约为3mm。

如已经提及地，内壳层22和外壳层19的材料优选是相同的，使得内壳层与外壳层具有相同的折射率。内壳层22和外壳层19优选整面地粘接，使得产生紧凑的第一镜片3，其中，仅凹空部27环围光导通道12。

这里介绍的实施方式的第一镜片3提供了+2折光度的矫正。

两层的结构在根据图5从上方的视图和图6的剖视图中同样能够良好辨识。正如特别是在图6中所示那样，反射磨面14构造在第一镜片3的正面18上。反射磨面14特别是被以透明材料(未示出)填满，使得存在连贯而且平滑的正面18。优选的是，用作填充的材料是相同的材料，由这种材料形成外壳层19的余下部分。

在未示出的改动方案中，反射性的转向面14也可以与正面18隔开间距，进而以埋入外壳层19中的方式设计。

在光导通道12的所介绍的设计方案中，基于在虚像的成像方面优化的分界面26，在向环境看视时发生失真。但因为光导通道12距离正常视场的球形很远，所以这种失真对于使用者不会产生干扰。

在根据图7至图10的依照本发明的镜片的另一实施方式中，提供了-2折光度的矫正。在这种实施方式中，外壳层19与结合图1至图6介绍的实施方式的外壳层19相同。仅内壳层22得到相应匹配，以便实现所希望的视力缺陷矫正。因此，同样的元件以相同的附图标记标示，并且参照针对图1至图6的说明书。

在迄今的实施方式中，凹空部27分别在内壳层22的整个厚度上延伸。由此也可以说，冲裁出凹空的分段。由此，存在在侧面敞开的贯通开口。但也可行的是，凹空部27不是在内壳层22的整个厚度上延伸，而是从内壳层22的第二侧面24出发，以预先确定的深度延伸到内壳层22中。在这种情况下，优选的是，凹空部27的深度(如特别是在图12中所示那样)以如下方式选定，使得在组装状态下，在光导通道12的分界面26与凹空部27的底面28之间存在空隙29。在图11和图12中所示的实施方式中(其中，形成这样的凹空部27)，内壳层22以如下方式设计，使得提供了-4的折光度的矫正。如果在分界面26上构造有反射性的涂层的话，则可以设置空隙29，或者可以取消这种空隙。

在图13中，在根据图4的图示中，示出了按照本发明的镜片3的在图4中所示的实施方式的改动方案。

与图4中所示的实施方式相区别地，在根据图13的镜片中，凹空部27设计为贯通开口，所述贯通开口也在侧向上由内壳层22的分段30限定边界。在这种情况下，光导通道12自然也相应匹配。由此，耦合输入不再经镜片3的端面进行，而不是从后方经背面15进行耦合输入。

凹空部27当然也可以设计如下，其在下方(沿x方向看)或者在上方是敞开的。这主要也依赖于，耦合输出分段13应当定位在何处。当然，也可以是如下的凹空部27，其在下方且在侧向上或者在上方且在侧向上是敞开的。

在图14中示出了根据图2的放大部分剖视图，其中，标绘出附加的光线9’，光线由成像装置6发出。正如在图示中可以获知那样，光线9’在凹空部27旁边的区域中透过内壳层22，之后光线又进入外壳层19中，然后打到耦合输出分段13上。由此，光导通道12可以部分地也延伸穿过内壳层22。这适用于所有所介绍的实施方式。但也可行的是，光导通道12设计如下，其仅在外壳层19中延伸。

在图15中，以与图14中相同的方式示出按照本发明的显示装置的另一实施方式。在这种实施方式中，光导通道12的在内壳层22中延伸的分区的尺寸大于根据图14的实施方式中的尺寸。这种方案的实现方式是，在外壳层与内壳层19、22之间的凹空部旁边的区域中，设计有部分反射的涂层31(图16)，使得一部分光线9’不透射到外壳层19中，而是反射到内壳层22的第二侧面23上。被反射的光线9”在第二侧面23上被朝向耦合输出分段13反射(例如通过内部全反射或者通过相应设置的反射性或部分反射的涂层)，使得经耦合输出分段13能够实现所希望的耦合输出。按照这种方式，能够扩大耦合输出分段13的侧向伸展。耦合输出分段13的这种放大方案在图16的放大的细节图示中良好可见。按照相同方式，光线9’在部分反射性的涂层31上的分束能够清楚可见。

在图17中，按照与图2相同的方式示出按照本发明的显示装置的改进方案。在这种改进方案中，光学元件8与外壳层19相连接。这种连接例如可以通过胶粘或粘接、借助于耦合输入分段11或外壳层19的端侧11来实现。为了简化图示，光学元件8以直线的分界面示出。而分界面可以在光束9透射和反射的区域中弯曲地设计，进而提供起成像作用的特性。也为了简化图示，将图像产生模块5沿侧向标绘在光学元件8的旁边。但也可以相对于光学元件8在上方或在下方或在其他位置上定位图像产生模块。光学元件8也可以作为导管来标绘。如在图17的图示中可见那样，光学元件8和外壳层19以如下方式相互连接，使得光学元件和外壳层形成L形形体。光学元件8则按照镜腿的类型从外壳层19延伸伸出。光学元件8可以是(未示出的)镜腿或其他用于将成像光学元件佩戴在头上的保持装置的一部分。

在图18中示出图17中的实施方式的改动方案。在这种改动方案中，外壳层19与光学元件8一体地设计。这例如可以借助于热压铸来制造。

在按照本发明的显示装置1中，借助于第一镜片3来实现虚像映入用户视场中的过程。当然，也可以经第二镜片4实现映入过程。另外，显示装置1设计如下，使信息或虚像经两个镜片3、4映射。在此，映射过程能够以产生立体图像印象的方式实现。但这不是一定需要的。

镜片3、4可以具有为零的折光力或不为零的折光力(特别是用于矫正视力缺陷)。正如在图中所示那样，镜片3的正面11还有背面12弯曲地设计。正面11特别是可以呈球面形地弯曲。当镜片具有不为零的折光力(以便矫正视力缺陷)时，一般相应地选定背面15的曲率，以便实现相应的修正。背面15可以具有不同于球面形状的曲率。

保持装置2不一定设计为眼镜类型的保持装置。也可以是各种其他类型的保持装置，凭借其能够实现将显示装置安放或佩戴在使用者的头上。