数据眼镜、用于数据眼镜的眼镜片和用于在视网膜上生成图像的方法与流程

视网膜上的图像信息可以按各种各样的方式来生成。通常有扫描式系统以及非扫描式系统。在扫描式系统的情况下，所感知的图像通过如下方式生成：在时间上调制视网膜上的接近点状的强度分布的位置以及强度。扫描式系统的例子在wo2014/155288a2中描述。在非扫描式系统的情况下，将扩展的显示器的像素在视网膜上同时成像。为此，显示器和视网膜必须处于光学上彼此共轭的平面中。

通常希望的是，除了提供额外的图像信息之外还允许不受干扰地观看周围环境(英文：see-throughwearables(透视型可穿戴设备))。这个要求排除了将不透明的图像生成器和所属的成像光学器件直接安排在眼前的解决方案。因此，图像信息通常在眼睛的可视范围之外生成，并且所产生的图像借助于光学器件映射到眼前的所希望的视线方向上。提供额外的图像信息的复杂度在此随着被提供用于图像信息的视野的大小而超比例地提高。可提供的最大视野的大小一般由形成图像的物理法则或者数据眼镜的设计中的机械、人体工学或美学限制来限定。当成像射束路径从例如安排在眼镜腿中的图像生成器借助于全反射通过眼镜片被引导到安排在眼镜片中的退耦结构(用于在朝向眼睛的方向上将成像射束路径退耦)时，物理法则造成的限制例如可以通过全反射的极限角度给出。借助于全反射将成像射束路径引导到眼镜片中的退耦结构的数据眼镜的例子在例如de102013223963a1和de102013223964b3中描述。机械、人体工学或美学的限制例如可以由可供使用的构造空间、部件的重量或用户对特定设计的接收程度来给出。

作为能够实现混入的图像信息的更大视野的数据眼镜的解决方案，可以考虑将部分透明的图像生成器直接嵌入眼镜片中的系统。然而为了将在图像生成器上形成的图像信息成像到观察者的眼睛的视网膜上，需要图像生成器和视网膜处于光学共轭的平面中。通常眼镜片处于距眼睛10至30mm的距离并且因此处于正常视力人类的清楚视力范围之外。换言之，在正常视力的人类的情况下，眼睛不能适应透镜焦距，从而不能清晰地看到在图像生成器上形成的图像。在这样的情况下要求额外的接触透镜，该接触透镜使得载体能够聚焦到眼镜片上，例如在us8,441,731b2中描述的。然而接触透镜降低了人体工学效果并且一般与接收度问题和医学顾虑相关。

一条出路是基于相干式图像变换的图像生成。这种图像生成类别能够实现在与视网膜共轭的光学平面之外安排显示器并且仍然能够在视网膜上生成图像。在此利用的是，由分别从图像生成器的单独像素出发的波前来在视网膜上构成相干叠加的射束强度分布。这种相干叠加在数学上能够通过衍射积分来描述。只要该光学系统具有中等的数值孔径，则可以进行所谓的尺度近似，其中可以近似地计算衍射积分。将所谓傅里叶近似进行处理，也就是说，可以观察到在远场或在理想透镜的焦平面中波前的复幅值分布的傅里叶变换。换言之，当观察者观察安排在透镜的焦平面中的通过二维图像给出的复幅值分布(即幅值和相位的分布)时，他看到的是这个图像的傅里叶变换。因为描述这种行为的光学关系是可逆的，所以还存在如下可能性，即替代于代表图像自身的复幅值分布，可以显示代表图像的傅里叶变换的在焦平面中的傅里叶分布。在此情况下在视网膜上形成了二维图像。这样的方法例如在stijns“basicdemonstrationsindiffractiveandfourieroptics:useyoureyeasfouriertransformer.(在衍射光学器件和傅里叶光学器件中的基础说明：把你的眼睛用作傅里叶变换器)”,proc.spie3190,1997,第368-378页或wo02/091061a1中描述。

已经存在如下途径，其中所描述的傅里叶光学器件的原理与眼镜一起应用。在de19758395c2、us6,452,699b1和us6,961,159b2中介绍了静态眼镜系统，其中例如通过集成在眼镜中的衍射光学元件(doe)来产生固定的衍射图案。在us2009/103151a1和us2009/219380a1中通过动态图像生成器在散射盘上产生中间图像。用人眼观察这个中间图像。在us5,579,161中在眼前定位可调制的图像生成器以及包含多个旋转对称透镜的伸展的成像系统。在us2008/192045a1中描述了一种具有相干式图像生成器的平视显示器。us2013/106847a1介绍了用于提高数据率且用于改进数据眼镜对比度的方法，这些方法基于傅里叶变换原理。在此，图像生成器安排在数据眼镜的镜腿中。通过安排在观察者眼前的转向元件给观察者提供图像信息。wo02/091061a1也描述了一种基于傅里叶变换原理的数据眼镜。然而，与来自us2013/106847a1的数据眼镜不同，图像生成器被集成到眼镜片中。

由us2014/0146133已知一种透明的全系图形显示器。

从wo2014/209244a1已知一种数据眼镜，其中图像生成器安排在与视网膜共轭的平面之外，在该图像生成器上显示在视网膜上展示的图像。为了在图像生成器上所示图像的像仍然能够生成在视网膜上，追溯到针孔摄像机的原理。在此在眼前安排了空间光调制器(slm，英文：spatiallightmodulator)，该空间光调制器从眼镜片借助于点光源来照射。穿过调制器的光被安排在调制器背侧上的微反射镜矩阵向眼睛的方向反射。

然而所介绍的解决方案只能有限地用在具有集成于眼镜片中的部分透明的显示器的数据眼镜(透视型显示器)：

-如果相干型图像生成器安排在视场之外，则在视场增大时存在与向眼睛引导图像时(如在上述经典成像系统和扫描系统中存在的)相同的困难，如构造空间问题。

-现今的相干光调制器可实现的像素大小向下受到限制。现今典型的像素大小为5μm或更大。这导致对用光调制器可实现的转向角度的限制以及因此对场还有可实现的眼范围(eyebox)的限制。眼范围在此是成像射束路径中的光管的三维区域，在该区域中眼瞳可以移动而不使图像虚化。因为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，所以眼范围可以被缩减成仅仅考虑眼睛旋转运动的二维的眼范围。在这种情况下眼范围基本上对应于在眼睛的入射光瞳位置处数据眼镜的出射光瞳。该入射光瞳一般通过眼瞳给出。在眼范围方面要注意的是，较大的视场要求眼球更强地转动，以便将所需的图像信息在中央视网膜上、即在清晰观看的位置处成像。

鉴于所描述的现有技术，本发明的目的是提供一种用于数据眼镜的有利的眼镜片以及一种有利的数据眼镜。此外，本发明的目的是提供一种用于在佩戴数据眼镜的人员的视网膜上生成图像的有利的方法。

第一个目的通过根据权利要求1所述的眼镜片和权利要求14所述的数据眼镜来实现。第二个目的通过根据权利要求18所述的方法来实现。从属权利要求分别包含本发明的有利设计。

本发明的用于数据眼镜的眼镜片包括：

-安排在该眼镜片的边缘处并且发出相干光的至少一个光源组件，或者安排在该眼镜片的边缘处的至少一个区域，该至少一个区域用于将发出相干光的光源组件的光耦合，或者嵌入该眼镜片中的至少一个光源组件。光源组件可以包括至少一个主光源和/或至少一个副光源。在此应将自身发光的光源，例如白炽灯、冷光发射器、激光器等看作主光源。副光源应认为是非自身发光的光源，如光导纤维的出口端。光源组件或用于耦合光的区域在此安排在眼镜片的边缘处。但是，替代地还存在以下可能性，即，将光源组件嵌入眼镜片中，例如以所谓的相位阵列的形式，即具有固定的或至少已知的相位关系的光源的二维排列。在此，不仅高相干性的光(例如激光)应看作相干光，而且具有足以在视网膜上生成像的相干长度以及足够的空间相干性的任何光都应看作相干光。空间相干光例如还可以借助于经典的白炽灯或借助于冷光发射器来产生，其方式为借助于孔板将由白炽灯或冷光发射器发出的光遮挡。于是挡板开口可以看作近似点状的副光源。点光源具有高度空间相干性。空间相干性的程度在此可以通过孔板的孔的大小来确定。时间相干性可以借助于谱过滤器或者干涉过滤器通过缩窄发射谱来实现。

-透明或部分透明的显示器，该显示器如此安排在该眼镜片处或该眼镜片中，使得从该发出相干光的光源组件发出的相干光穿透该显示器或者被该显示器反射。另外该显示器被形成为，使得通过对应地控制该显示器能够在该相干光的波前的幅值和/或相位方面对该波前进行调制。该透明或部分透明的显示器在此可以施加到眼镜片的表面上或者可以嵌入到眼镜片中。

-变形装置，用于在通过该显示器进行调制之前或之后使该相干光的波前变形。当显示器安排在朝向眼睛的表面上时，变形装置可以例如安排在眼镜片的表面上、如背离眼睛的表面上，反之亦然。当显示器被嵌入到眼镜片中时，变形装置可以安排在朝向眼睛的眼镜片表面上或背离眼睛的眼镜片表面上。此外，还可以将显示器以及变形装置都嵌入到眼镜片中。变形装置在此进而可以安排在显示器的朝向眼睛一侧或者背离眼睛一侧。在所有情况下，都可以存在两个变形装置，其中一个变形装置安排显示器的在朝向眼睛一侧，而一个变形装置安排在背离眼睛一侧。

本发明的眼镜片使用相干射束，该射束在眼镜片的用于透视的视觉范围之外或者其边缘处产生并且被耦合到眼镜片中。为了将相干射束耦合到眼镜片中，在适当时存在对应的辅助光学器件，如呈折射、衍射或全系图形元件的形式。然而还可能的是，将光源例如激光二极管直接安排在眼镜片处。当讨论将耦合区域或光源安排在眼镜片的边缘处时，可以将耦合区域或光源安排在眼镜片的周向表面处或者在朝向眼睛或背离眼睛的表面处，只要耦合区域或光源处于眼镜片的用于透视的区域的边缘处或用于透视的区域之外。

通过具有本发明眼镜片的数据眼镜，能够实现本发明的用于在佩戴数据眼镜的人员的视网膜上生成图形的方法。生成图形在此以如下方式进行：

-预设待生成在该视网膜上的图像，

-获取该视网膜的位置处的波前，该波前在该视网膜上导致待生成的图像，

-将该显示器定位在与佩戴该数据眼镜的人员的视网膜光学共轭的平面之外，

-通过反向传播在该视网膜的位置处的波前来获取直接位于该显示器后方的波前，

-如下控制该显示器，从而如下操纵由该发出相干光的光源组件发出的相干光的波前，使得直接在该显示器后方存在如下波前，该波前对应于通过反向传播在该视网膜的位置处的波前而获取的波前，以及

-通过借助于该变形装置使该相干光的波前变形，如下设定照明该显示器的像素的照明光的波前，使得从一个像素发出的光锥指向在眼睛处或眼睛中的一个点，或者通过借助于该变形装置使该相干光的波前变形，将从一个像素发出的光锥偏转向在眼睛处或眼睛中的一个点的方向，例如像瞳孔中央、眼睛转动点或在直视的眼睛的这两个点之间的一个点的方向。

显示器的像素在此形成衍射结构，该衍射结构改变和偏转入射的波前。通过借助于变形装置进行偏转可以实现，将该波前的从一个像素发出的光锥指向相对于眼镜片最优地定位的眼睛处或眼睛中的一个点的方向。偏转角度在此对于一些像素也可以具有零值。理论上还可以在击中显示器上之前以及在穿透显示器之后或在显示器处反射之后进行波前的变形。然而为此需要两个变形装置。当在本发明的范围内讨论光锥指向眼睛处或眼睛中的一个点或者偏转向瞳孔中央或眼睛转动点的方向上时，这应表示，该光锥的至少一个部段击中这个点。

当眼睛不是直视或者眼睛相对于眼镜片的最优位置存在偏移时，仍然可能出现的是，光锥未击中瞳孔中央或眼睛转动点，从而没有感知全部的图像信息。然而，在本发明的一个有利的构型中，全部图像信息的感知可以通过如下方式来保证：该透明或部分透明的显示器具有显示器子区域的组，单独的组的这些显示器子区域在该显示器上选择性地侧向分布式安排，并且显示器子区域的每个组生成相同的图像。然后，用于在进行调制之前或之后使该相干光的波前变形的该变形装置具有在该变形装置上选择性地侧向分布式安排的变形装置子区域的组，其中变形装置子区域的这些组中的每一个与显示器子区域的一个组相关联，并且其中变形装置子区域的不同组如下地使该波前不同地变形，使得显示器子区域的不同组的形成相同图像信息的相邻显示器子区域的光锥在空间中指向不同的点。然后，变形装置子区域的组可以对于不同的眼睛位置或不同的视线方向来进行优化，使得从显示器子区域的不同组发出的光锥生成对于相应的眼睛位置或视线方向而言用于到达眼瞳或眼睛转动点的光锥方向。以此方式，用户可以对于多个眼睛位置或视线方向分别感知至少从显示器子区域的组之一发出的光锥，使得他在这些眼睛位置和视线方向中的每一个中都获得显示器的图像信息。由此可以实现大的眼范围。当适当地设计显示器子区域的组和变形装置子区域时，还可以实现，在每个眼睛位置或视线方向中，多于一个显示器子区域组分别对视网膜上的图像生成有所贡献，由此在能够在相干照射的情况下减少不希望的强度波动，即所谓的相干斑。

当变形装置替代于变形装置子区域的不同组具有多个变形层以便在进行调制之前或之后使该相干光的波前变形时，也实现了相同的效果，其中每个变形层与显示器子区域的这些组之一相关联。换言之，在这个变体中，变形装置不是侧向分段的，而是具有多个彼此前后放置的层，这些层分别照明完整的显示器。在此情况下，与相应的变形层相关联的显示器子区域可能将击中其上的光部分偏转向错误的方向，使得该光部分没有到达眼睛中。

另外还可能的是，为了实现相同的效果，替代于具有分段式显示器的眼镜片，使用具有多个显示器层的眼镜片，其中在显示器层后方存在的波前分别与不同的视线角度或不同的眼睛偏移值匹配，其中眼镜片的变形装置具有多个变形层以便在进行调制之前或之后使该相干光的波前变形，这些变形层分别与这些显示器层之一相关联。在此，对于每个显示器和相关联的变形装置可以应用容易区分的波长，以便将信息路径分开。

在本发明方法的一种设计中，还能够以如下方式实现相同的效果：控制该显示器如下进行，使得在该显示器后方存在的波前具有分别向预定方向倾斜的光锥。在此，在第一替代方案中，该预定方向可以随时间变化，或者在第二替代方案中，可以测定眼睛的视线方向并且使该预定方向匹配眼睛的视线方向。在第一替代方案中例如可以进行随时间的变化，从而循环地遍历多个预定方向。这些预定方向中的每一个在此匹配确定的视线角度或眼睛偏移，使得通过循环遍历的方向可以生成用于多个视线角度或不同的眼睛偏移值的图像。图像的循环遍历在此应以足够高的速度来进行，从而不出现所感知的图片的闪烁。

用本发明的眼镜片和本发明的方法可以通过调制在晶状体的焦平面中的波前而在视网膜上生成图像，其中可实现的视场不受安排在眼镜片之外的图像生成器发出的(穿过眼镜片到达退耦结构的)成像射束路径的传导的限制。另外，可以借助于通过变形装置变形波前来增大成像的场角度，而不须为此减少图像生成器的像素。此外，通过变形装置变形波前还能够实现，通过适合地变形波前来对使用具有本发明眼镜片的数据眼镜的人员的眼睛的成像误差进行补偿。换言之，在控制用于产生波前调制的显示器时可以考虑到用户特有的视觉缺陷和眼镜片中对应的校正面。

尤其当该眼镜片具有眼镜片曲率时，该透明或部分透明的显示器可以具有与该眼镜片曲率匹配的显示器曲率。

该透明或部分透明的显示器可以完全或部分由光学透明的材料构成。在此可以透明地构成电子器件和/或接触部和/或光学有效的部件。当显示器为透明显示器时，所有部件都由透明材料构成。相反，当显示器为部分透明的显示器时，它具有不透明的区域，例如电子器件或接触部的区域，其中这些不透明区域的尺寸小于眼睛的最小瞳孔直径，尤其小于0.5mm且优选小于0.1mm。不透明的区域然后被透明的区域彼此分开。由于这些不透明的区域小于眼睛的最小瞳孔直径并且这些区域位于与视网膜光学共轭的平面之外，对于观察者而言能够穿过显示器继续感知周围环境。

为了不使增大可感知区域所需的波前变形变得过大，有利的是，透明的或部分透明的显示器的像素具有不大于7.5μm、优选不大于5μm的尺寸。7.5μm的像素大小能够在没有波前变形的情况下实现+/-2.03°的场角度，在5μm的像素直径下能够实现+/-3.05°的场角度。因为由此从每个像素发出具有最大6.1°最大开口角度的光锥，所以可能发生的是，从视场边缘处的像素发出的光锥没有击中瞳孔。然而，通过变形波前，在本发明的范围内进行了具有照明角度的照明，这导致从显示器发出的光锥指向眼睛处或眼睛中的一个点，例如指向瞳孔中央或眼睛转动点，或者进行了由显示器发出的光锥的降低，使得该光锥向眼睛处或眼睛中的一个点的方向上偏转，例如向瞳孔中央或眼睛转动点的方向上。

为了在视网膜上生成多色彩图像，该发出相干光的光源组件包括具有不同发射波长的至少两个、优选三个光源或者在其发射波长方面可调谐的光源或者在多个发射波长中同时进行发射的光源(也就是说多谱光源，例如在多个波长中进行发射的激光器或白光源)。为了将具有多个发射波长的相干光耦合，该眼镜片可以包括用于将单独的发射波长在时间上依次耦合的装置。替代地，可以包括用于将单独的发射波长并行地耦合的装置。在将单独的发射波长并行耦合时，该变形装置具有至少两个、优选至少三个变形层以便使该相干光的波前变形，这些变形层分别在不同发射波长中引起该波前的变形，或者该变形装置被划分成至少三个变形段组，其中一个变形段组的这些段与分别另外的变形段组的这些段的区别为在这些不同的发射波长中引起该波前的变形，并且其中这些变形段组的这些段交替地侧向分布在该变形装置中。

当该变形装置为了使相干光的波前变形而被设计为使得在通过显示器进行调制之前变形波前时，则该变形装置可以包括以下元件中的至少一种：具有全息图形光学元件(hoe)的层(lage)、任选地分段式全息图形光学元件，部分透射的分束器层，二向色分束器层，具有部分透明的菲涅尔反射镜的层，梯度折射率层(简称为grin)。

当该变形装置为了使相干光的波前变形而被设计为使得在通过显示器进行调制之后变形波前时，则该变形装置可以包括以下元件中的至少一种：具有全息图形光学膜的层、任选地具有分段式全息图形光学膜，具有微棱镜的层，具有菲涅尔结构的层，梯度折射率层。

还存在如下可能性，即，用会聚或发散的射束照明显示器的像素或者动态地切换照明角度。在这两种情况下，照明已经扩展了可以通过显示器额外地更改的角度范围。由此可以生成明显更大的光锥并且由此还增大可实现的眼范围和可呈现的场。因此，本发明的眼镜片此外还包括用于生成发散或会聚射束路径的光学组件。此类组件尤其可以配备有聚集和/或发散透镜。替代地，该眼镜片可以包括用于动态地切换照明显示器的照明角度的光学组件。

本发明的眼镜片可以另外包括偏振组件，该偏振组件用于使从发出相干光的光源组件发出的相干光偏振。与用于生成发散或会聚射束路径的组件或者用于动态地切换照明角度的组件一样，偏振组件可以是光源组件的一部分。

本发明的数据眼镜配备有本发明的眼镜片和光源组件(只要光源组件不是眼镜片的一部分)。用本发明的数据眼镜可实现的优点由使用本发明的眼镜片得出。因此参照关于眼镜片的实施方式，这些实施方式对于本发明的数据眼镜也对应地适用。

只要该数据眼镜包括发出相干光的光源组件，该光源组件不是该眼镜片的一部分，该光源组件就可以包括用于产生发散或会聚的射束路径的组件或者用于动态地切换该照明角度的光学组件。该数据眼镜同样可以包括偏振组件，该偏振组件用于使从发出相干光的光源组件发出的相干光偏振。

此外，该数据眼镜可以包括发出相干光的光源组件，该光源组件包括具有不同发射波长的至少两个、优选三个光源或者在其发射波长方面可调谐的光源或者在多个发射波长中同时进行发射的光源(也就是说多谱光源，例如在多个波长中进行发射的激光器或白光源)。

本发明的其他特征、特性和优点从参照附图对实施例的后续说明得出。

图1以示意图示出根据本发明的眼镜片的第一实施例。

图2示出可以用显示器的像素大小实现的角度范围，其中该角度范围形成位于周边的显示器区段。

图3示出来自图2的具有不同照明方向的显示器的周边区段。

图4示出来自图2和3的具有与相应的显示器区段匹配的照明方向的眼镜片。

图5示出在眼睛转动的情况下具有来自图3的显示区段和照明方向的眼镜片。

图6示出在眼睛侧向移动的情况下具有来自图3的显示区段和照明方向的眼镜片。

图7示出其中将与单独的显示区段相关联的信息多次展示的眼镜片。

图8示出本发明眼镜片的第二实施例，其中显示器安排在眼镜片的背离眼睛一侧并且变形装置安排在眼镜片的朝向眼睛一侧。

图9示出具有用于产生不同射束路径的光学部件和偏振器的眼镜片的变体。

图10示出具有安排在眼镜片处的激光二极管和三层的变形装置的眼镜片的变体。

图11示出具有三个激光二极管和一个变形装置的眼镜片的变体，该变形装置由三个彼此侧向偏置的元件构成。

图12示出具有嵌入到眼镜片中的显示器的眼镜变体。

图13以示意图示出本发明的数据眼镜。

可以在本发明数据眼镜中应用的本发明眼镜片的第一实施例以及这个实施例的变化将在下文中参照图1至7来说明。图1在此以示意图示出眼镜片的构造以及根据本发明的配备有眼镜片的数据眼镜的用户的眼睛。

眼镜片1包括眼镜片基体3，该眼镜片基体可以由矿物或有机玻璃制造。在基体3的朝向眼睛的内表面上安排有显示器5，通过该显示器可以调制照明显示器5的相干照明光的波前的复幅值分布。变形装置7位于基体3的背离眼睛4的外表面处，通过该变形装置可以使照明显示器5的相干光的波前变形。

用于将相干光耦合到基体3中的区域9a、9b位于基体3的侧向边缘处。在当前实施例中，相干光由光导纤维11a；11b的出口端提供，这些光导纤维被安排为，使得从其中射出的光向变形装置7的方向上发射。在此，光导纤维11a在图1中左侧展示的耦合区域9a中基本上用于照明变形装置7的左半部并且光导纤维11b在图1中右侧展示的耦合区域9b中基本上用于照明变形装置7的右半部。

相干光在当前实施例中在波前变形的情况下被变形装置7反射向显示器5的方向。在显示器5上展示了一种图案，该图案调制入射到显示器上的波前的相位和/或幅值，使得直接在显示器后方存在如下波前，该波前能够近似地通过待形成在视网膜8上的图像的傅里叶变换来描述。然后该眼镜片借助于本发明的数据眼镜安排在眼睛4前方，使得显示器5处于与晶状体6的间距，该间距对应于可用晶状体6来适应的焦距。由此，该波前位于透镜的焦平面中，这导致透镜近似地用作傅里叶变换器，这进而导致到达视网膜8上的射束由于干涉而在视网膜8上生成对应于待展示图像的强度分布。

因为用现今常见的透明或部分透明显示器的像素大小仅仅能够以约+/-3°的大小来偏转波前，则单独用显示器5可实现的最大视场可能是非常小的。变形装置7用于增大视场，通过该变形装置可以引起照明用波前的倾斜。倾斜程度在此取决于变形装置的局部表面形状和波前击中变形装置的位置，使得可以实现与波前击中显示器的击中点匹配的倾斜度分布。这样的倾斜度适合于增大可展示的图像角度，如下文仍将描述的。

至此仅仅详述了本发明眼镜片1的第一实施例的原则性构造和工作原理。下文将说明单独部件的可能的设计。

在第一实施例的眼镜片1中，与在以下要说明的实施例的眼镜片相同，使用相干光或部分相干光来照射显示器5。术语相干性在此概括了与射束的光谱带宽相关的时间相干性以及在平坦发射器发射的情况下的空间相干性。宽带光源(例如白光源)具有已知的相干长度，即已知的空间相干性，并且因此在下文中看作部分相干的光源。一般而言，典型的白光源的空间相干性是较低的，因为在光源的空间上分离的位置处发生多个发射并且这些单独的发射过程彼此独立地发生。然而借助于孔板可以实现，提高孔板另一侧的空间相干性。孔板的孔的直径越小，孔板另一侧的空间相干性越大。然而，照明光的强度也降低。白光源的时间相干性基本上由所发射的光的波长分布来确定。由光源以相同波长发射的光具有时间相干性。然而这种时间相干性受到与不同波长的光的叠加干扰。通过使用窄带过滤器可以降低其他波长造成的干扰，并且因此提高时间相干性。然而，由此也伴随着强度的降低。因此在该实施例的范围内有利的是使用发射由于概念造成的(konzeptbedingt)、在时间上和空间上足够相干的光的激光二极管或激光器。虽然例如激光二极管理论上可以安排在眼镜片1的边缘处，但是光源37(在当前实施例中即激光器或激光二极管)位于眼镜架(参考图13)中，并且由激光器或激光二极管37发射的光借助于光导纤维11被引导到眼镜片1的基体3的耦合区域9。这提供了以下优点：用单一的光源37可以在耦合区域9的多个位置处进行耦合，其方式为将多条光导纤维引导到耦合区域的不同区段。由光源发射的相干射束在多个纤维上的分配可以例如通过1对n纤维联接器来进行。但是还存在如下可能性：例如使用多个固定在眼镜片1的边缘处的激光二极管或其他相干射束源。其他相干射束源可能是例如垂直腔面发射激光器(vcsel)。此外还存在如下可能性：将光导结构嵌入基体3中并且在适当时使用用于耦合的辅助光学器件，即使无辅助光学器件的直接耦合理论上也是可能的。例如可以考虑折射元件例如透镜或菲涅尔结构以及具有变化的折射率的结构(所谓的grin结构)等等作为辅助光学器件。在所有所描述的光源和耦合类型的变体中仅仅要注意的是，将显示器5照亮。在图9中示意性展示了围绕在基体3中耦合照明射束的辅助光学器件的存在。辅助光学器件在此标示为安排在光导纤维11的出口端前方的透镜33。图9大幅度示意化地还示出偏振光学构造元件作为偏振组件的安排。在当前实施例中，偏振光学构造元件是在基体3的耦合区域9中的偏振器35。替代于偏振器或与偏振器相组合，还可以应用另外的偏振光学构造元件，例如λ/2小板。

当变形装置7和显示器5仅存在于眼镜片1的确定的区域中，则还存在如下可能性：借助于光导结构在存在变形装置7和显示器5的区域中引导相干光。在此，引导可以例如通过在基体的外表面和内表面处的全反射或者通过在基体3的外表面和内表面处的反射层来进行。然而在此要注意的是，为了光导或射束成形而引入的任何辅助器件不影响或至少不显著影响透过眼镜片1的视线。

可以在本发明眼镜片中使用的另一种可能的光源是透明或部分透明的相位锁定的激光源(例如vcsel)阵列。这个激光源阵列可以直接安置在显示器5后方。当阵列的单独的激光源可被调制时，除了激光源功能之外，该相位锁定的激光源阵列还可以承担显示功能，使得光源和显示器5构成一个单元。对于激光源阵列的透明性而言足够的是，小的不透明激光源被透明的区域包围。在此假定，当不透明激光源不完全遮挡从通过眼镜片1观察的物点发出并击中瞳孔13的光束时，眼镜片1在眼瞳13的相对较近处就位并且该物点可以被感知到。当不透明激光源的侧向延伸尺寸小于瞳孔直径时，这一条件得以满足。当激光源的延伸尺寸不大于约0.5mm、优选不大于0.1mm时典型地就是这种情况。

相干式图像生成的一个重要的前提条件是子波的可干涉性。这是与击中显示器的射束的偏振密切相关的。因此应在设计系统时已经考虑到偏振。在本发明的一个优选的实施变体中，用相同偏振方向的相干射束照明整个显示器。在借助于纤维进行光导的情况下可以例如使用维持偏振的纤维。

当应用本发明的眼镜片1形成多色彩、即多色的图像内容时，可以使用在不同波长中进行发射的多个光源。但是此外还可以使用可调谐的光源或多谱光源，如同时增强多个波长的激光器。在时间上并行地提供所有波长以及在时间上依次切换单独的波长都是可行的。然而在并行地提供所有波长的情况下必需的是，优化待用显示器展示的图像信息，使得所有波长通过干涉同时在视网膜8上展示所希望的图像信息。因此，更容易实现的是，在时间上依次地改变照明波长与同步切换由显示器5提供的波前相组合。此外，在时间上依次改变照明波长的情况下，可以对于相应的波长来优化波前。

在显示器5上展示了像素分布，通过该像素分布来调制击中显示器5的波前，使得直接在显示器5后方存在如下波前：该波前的复幅值分布通过反向传播在视网膜8的位置处的波前来获得并且该波前在当前实施例的情况下可以通过对待展示在视网膜8上的图像的傅里叶变换来近似。通过在视网膜8上的波前的单独组成部分的干涉，在那里出现了与待展示的图像相对应的强度分布。如已经提及的，显示器5在这种类型的图像生成的情况下不需要被安排在与视网膜8光学共轭的平面中。图像通过从显示器5的单独像素发出的子波的相长和相消叠加而产生。为了在视网膜8上生成所希望的强度分布，从显示器5发出的波前必须具有匹配的复幅值(强度分布和相位分布)。直接存在于显示器后方的这个复幅值由入射到显示器5上的输入波前通过与通过显示器5造成的波前改变(也就是说通过像素化的幅值改变和/或相位改变)相乘而得出。在经改变的波前从显示器5传播到视网膜8期间，该波前受到位于其间的光学层和元件(如眼镜片的内表面、眼角膜、眼瞳6和眼睛4的玻璃体)影响。在视网膜8上产生的强度图案可以借助于波光学传播手段(如基尔霍夫衍射积分、惠更斯-菲涅尔原理等)来确定。除了描述从显示器5到视网膜8的向前传播的衍射积分之外，还可以建立反向衍射积分，该反向衍射积分允许从预定的在视网膜8上的强度分布来计算为此所需的直接在显示器5后方的复幅值。这种衍射积分可以直接地，或者(通常是这种情况)仅近似地、例如以菲涅尔近似，或者迭代地、例如借助于迭代傅里叶变换算法来求解。在衍射积分中可以考虑到用户特有的视觉缺陷和眼镜片处的对应的校正面，使得在显示器5上展示的用于影响波前的图案已经考虑到这些视觉缺陷。配备有本发明眼镜片1的数据眼镜因此能以数字方式匹配使用者的视觉缺陷和个人的佩戴需求，如眼范围的位置、眼睛直径等等。

有利的是，显示器5匹配眼镜片1的曲率并且不仅可以更改照明波前的强度还可以更改其相位，虽然仅仅可以更改照明波前的强度或相位，理论上也是足够的。除了使用匹配眼镜片1的曲率的显示器的可能性，还存在使用平面显示器的可能性。

显示器5可以如在图1中展示的实施例中一样安排在基体3的内侧上。但是还存在如下可能性，即，将显示器5嵌入基体3中，如在图12中所示。在其他方面，在图12中展示的眼镜片与在图1中展示的眼镜片1并无区别。显示器5在此可以与所属的电子器件一起集成到眼镜片1中或者可以后续地与眼镜片组合并且例如粘合。

如已经提及的，可以通过具有纯强度调制的显示器5以及具有纯相位调制的显示器5来提供视网膜8上的强度分布。这两种类型的显示器都是在市场上可获得的，例如以液晶显示器(lcd，liquidcrystaldisplay)的形式或者以硅基板上的液晶(lcos，liquidcrystalonsilicone)的形式。然而，在生成视网膜8上的强度分布时的最大自由度通过不仅改变入射的相干波前的相位还改变其幅值的显示器来得到。这样的显示器可以例如作为多层显示器来构造，其中一个或多个层影响入射波前的相位且一个或多个层影响其强度。这样的显示器例如由wo02/091061a1描述。

本发明的眼镜片要求透明或部分透明的显示器5。这种显示器能够以两种类型实现。一方面可以对电子器件、接触部和光学有效的部件使用透明的材料。另一方面存在如下可能性，即，从不透明材料构成调制幅值和/或相位的结构并且不透明的区域通过透明的区/接片彼此相连。在例如5x5μm²的像素大小下，在每个瞳孔位置处眼睛自动测定多个透明和不透明区域。透明度在此由透明区域与不透明区域之间的比率得出。透明度与显示器的填充系数相关并且因此对其效率有影响。

在视网膜8的确定位置处的强度分布如所描述的通过从显示器5发出的穿过眼瞳13的子波的干涉来获得。显示器5的像素形成衍射结构，该衍射结构改变和偏转入射的相干光的波前。入射波前的最大偏转角度在此取决于显示器5的像素大小。当例如使用具有λ＝532nm的发射波长的照明光源、照明光以平坦波前的形式平行于显示器5的平面法向击中显示器并且在显示器5上形成具有周期p的条纹格栅时，这个条纹格栅作为具有周期p的衍射格栅起作用。第一最大值的角度于是由等式sinβ＝m·λ/p得出，其中m＝1。在5μm的像素大小下得到p＝10μm的周期。在λ＝532的照明波长下由此对于第一衍射最大值的角度得出β＝3.05°。因此，在没有其他措施的情况下，在5μm的像素大小下仅仅实现了约+/-3°的视场。当在发射波长和向显示器5上的入射方向方面相同的前提条件下应实现+/-30°的视场时，为此需要1.064μm的周期和因此0.532μm的像素大小。这种小像素用现今的技术无法制造。

由于借助于显示器5可实现的较小的波前偏转，存在以下风险，即，不是整个图像信息达到视网膜8并且因此在视网膜8上展示的图像信息是不完全的。其原因在于，从显示器5的有些子区域扩展的光锥17可能没有击中眼睛4的瞳孔13，如在图2中所示的。该图对于显示器5的子区域15示出了从这个子区域15发出的经调制波前的光锥17。如从图2可以看出的，从子区域15发出的光锥17完全没有击中眼睛4的瞳孔13。在显示器5的子区域15上展示的信息因此没有到达眼睛4的视网膜8，并且因此不能对在视网膜8上代表待展示图像的强度分布做出贡献。为了能够使子区域15或从这个子区域出现的子波前也到达视网膜8，借助于变形装置7将击中显示器5的波前变形，使得照明光的波前的入射到显示器5的子区域15上的部分在子区域15的范围内与显示器5的局部平面法向围成如下的角度，使得从显示器的子区域15发出的开口锥体指向瞳孔13，如在图3中展示的。

在图3中通过变形装置7如下进行照明波前的变形，使得光锥17的垂线(lot)(基本上对应于照明光的波前向显示器5上的入射方向)指向瞳孔13的方向。因此，在采取固定的眼睛位置的情况下提出，借助于变形装置使照明光的波前变形，使得在每个子区域中波前的入射角度相对于局部的平面法向具有如下的值：对于每个子区域15，从显示器5发出的光锥17的垂线指向眼睛4的瞳孔13。如果相反不是从固定的眼睛而是从可以执行旋转运动的眼睛出发，则有利的是，照明光的波前被变形装置如此变形，使得从显示器5的子区域15发出的光锥17的这些垂线12在眼睛的内部、尤其在眼睛转动点19相交，如在图4中展示的。在这种变体的一个特殊的设计中可以使用同心的眼镜片，其中曲率中点与眼睛的眼睛转动点19重合。替代于眼睛转动点19，从显示器5的子区域15发出的光锥17的这些垂线12还可以在处于眼睛内部的另一个点相交，例如处于眼睛转动点与瞳孔中央之间的点。

在当前实施例中使用分段式全息图形光学元件(hoe)作为变形装置7。这种元件尤其可以作为窄带、以反射工作的体积hoe而制成。在此情况下，该元件拥有特别的性能，即，它几乎完全反射耦合到镜片中的照明射束，而可见光谱的最大部分可以几乎不受影响地穿过全息图形光学元件，使得对周围环境的感知完全不受影响。由此，全息图形光学元件为高效的、波长选择性的分束器，该分束器可以特定地对于照明波长进行优化。在具有多个窄带波长范围的多色彩照明的情况下，变形装置7可以具有全息图形光学元件21、23、25形成的多个层，其中每个元件对照明波长进行优化。这在图10中示意性展示。替代地，还存在如下可能性，即，多个子hoe彼此并排地安排，如示例性地在图11中对于三个子hoei、ii和iii展示的。在这一点要注意的是，在图10和11中，与图1不同，直接在眼镜片1的基体3处安排三个发射不同波长的激光二极管27、29、31。但是还存在如下可能性，即，设置三个光导纤维11或其多倍，其中光导纤维将三个不同波长的照明光输出到基体3中。但是替代地，三个不同波长的照明光还可以通过单一的光导纤维来传输。通过光导纤维引导的光在此可以源自发射不同波长的光源或者源自一个可调谐的光源。具有不同波长的光在此可以并行地或在时间上依次地耦合到眼镜片1中。

替代于一个或多个hoe，还可以使用经典的、部分透射的分束器层，一个或多个二向色分束器层，部分透射的菲涅尔反射镜或其他的分束器原理。为了显示器的照明，还可以使用特殊的多重退耦原理，例如在us8,320,032b2中描述的。

当为数据眼镜的佩戴者呈现图像时，存在很大的可能性，该佩戴者自动向所观察的图像内容的方向上转动眼睛，以便用中央凹(即最清晰视觉的位置)感知相关的图像内容。在此存在如下风险，即，不再能够感知显示器的距离更远的子区域的图像信息，因为由于转动眼睛从这些子区域发出的波前的光锥17不再到达瞳孔13。这个问题和其解决方案将在下文中参考图5至7来说明。图5示出，当眼睛围绕眼睛转动点19转动时，图3中的情况。虽然光锥1717在固定直视的眼睛的情况下可能到达眼瞳13中，但是当眼睛4转动时光锥没有击中瞳孔，这在图5中示意性地表示。结果是，佩戴者仅看到场的一个区段并且因此只有通过用眼睛4进行的扫描运动才能获知整个场。当眼睛相对于眼镜片1从最优位置侧向偏移时可能出现相同的问题，如在图6中示意性示出的。在此，从子区域15发出的光锥17也没有击中眼睛4的瞳孔13。这样的偏移可以例如当使用与使用者的头部几何形状以及眼睛的位置不匹配的标准化数据眼镜时出现。

为了即使在眼睛的旋转运动和/或眼睛的相对于眼镜片1侧向偏移的情况下也能够感知完整的场，可以进行显示器和所属照明装置的分段，如在图7中示意性展示的。于是显示器5具有显示器子区域15a、15b、15c、16a、16b、16c的组15、16，其中单独的组15、16的显示器子区域15a、15b、15c、16a、16b、16c在显示器5上交替。显示器子区域15a、15b、15c、16a、16b、16c的每个组15、16在此生成基本上相同的图像。此外，变形装置7具有变形装置子区域18a、18b、18c、20a、20b、20c的组18、20，其中变形装置子区域18a、18b、18c、20a、20b、20c的组18、20中的每一个与显示器子区域15a、15b、15c、16a、16b、16c的一个组15、16相关联。与显示器子区域15a、15b、15c、16a、16b、16c的一个组15、16相关联的变形装置子区域18a、18b、18c、20a、20b、20c的这个组18、20在此同样具有与其相关联的显示器子区域15a、15b、15c、16a、16b、16c的组15、16具有的显示器子区域15a、15b、15c、16a、16b、16c一样多的变形装置子区域18a、18b、18c、20a、20b、20c。变形装置子区域18a、18b、18c、20a、20b、20c的不同组18、20如下不同地使波前变形，

由不同显示器子区域15a、15b、15c、16a、16b、16c的组15、16的展示相同图像信息的相邻显示器子区域15a、15b、15c、16a、16b、16c的光锥17a、22a、17b、22b、17c、22c在空间中指向不同的点。图7对于显示器子区域15a、15b、15c、16a、16b、16c的两个组15、16和变形装置子区域18a、18b、18c、20a、20b、20c的两个组18、20示例性示出了显示器子区域15a、15b、15c、16a、16b、16c的照明方向和从显示器子区域15a、15b、15c、16a、16b、16c发出的光锥17a、22a、17b、22b、17c、22c的方向。在此，显示器子区域16a、16b、15c的第二组16的光锥22a、22b、22c发射的方向相对于显示器子区域15a、15b、15c的第一组15的光锥17a、17b、17c发射的方向具有一个角度。在图7中展示的本发明的实施变体中，变形装置子区域18a、18b、18c、20a、20b、20c的一个组18、20的变形装置子区域18a、18b、18c、20a、20b、20c使波前如此变形，使得该波前以一个角度击中显示器子区域15a、15b、15c、16a、16b、16c的相关联组15、16的显示器子区域15a、15b、15c、16a、16b、16c，该角度导致，对于眼睛4的确定的转动位置或者眼睛4的确定的侧向偏移，从这些显示器子区域15a、15b、15c、16a、16b、16c发出的光锥17a、17b、17c、22a、22b、22c到达瞳孔13。在此，显示器子区域15a、15b、15c、16a、16b、16c的每个组15和与其相关联的变形装置子区域18a、18b、18c、20a、20b、20c的组18、20一起对应于眼睛4的另一个转动角度或眼睛4的另一个侧向偏移。在此，通过适当数量的显示器子区域15a、15b、15c、16a、16b、16c的组15、16和变形装置子区域18a、18b、18c、20a、20b、20c的相关联组18、20可以实现，对于确定数量的眼睛4的转动角度或侧向偏移，显示器子区域15a、15b、15c、16a、16b、16c的组15、15之一的光锥17、22总是到达瞳孔13。

当在这种设计中提供相同图像信息的显示器子区域15a、15b、15c、16a、16b、16c被安排为，在每种眼睛位置的情况下多个显示器子区域15a、15b、15c、16a、16b、16c同时对视网膜8上的强度分布做出贡献时，通过这种手段还可以在相干照明的情况下减少不希望的强度波动(所谓的相干斑)。在此不需要将从显示器子区域15a、15b、15c、16a、16b、16c发出的图像信息进行相干叠加。还可以设想部分相干的/不相干的重叠，如在具有短相干长度的宽带光源的情况下出现的。

替代于如在此前描述的实施例及其变化中用变形装置7来操纵落到显示器5的子区域15a、15b、15c上的波前的方向，还存在如下的可能性，即，通过安装在下游的变形装置107影响从显示器5发出的波前，使得从子区域115发出的开口锥体117到达眼睛4的瞳孔13。这样的实施例在图8中展示。在该实施例中，显示器105位于基体103的外表面上并且直接被光导纤维11a、11b的出口端或被安排在眼镜片处的光源照明。显示器105在此形成为部分透明的反射显示器，该显示器调制照明射束的波前并且将其反射向基体103的内表面(变形元件107安排在该内表面处)的方向。在此，在图8中展示的实施例中，借助于变形元件107使波前变形如下进行，使得光锥117的垂线延伸通过眼睛4的转动点19。将光锥117的垂线指向眼瞳的变形也是可行的。如在第一实施例中一样，在第二实施例中还可以实现显示器子区域的组和相关联变形装置子区域的组，以便实现，对于确定数量的眼睛4的转动角度或侧向偏移，显示器子区域的这些组中的至少一个的光锥总是达到瞳孔13。

当如来自图8的实施例中一样将变形装置107安装在显示器105下游时，变形装置可以通过全息图形膜、微棱镜、菲涅尔结构、具有变化折射率的结构等等来实现。

在本发明的范围内还存在如下可能性，即，用会聚或发散射束照明显示器5、105的像素，或者动态地切换照明角度。在这两种情况下，照明已经扩展了可以通过显示器5、105额外地更改的角度范围。由此可以生成明显更大的光锥并且由此还增大可实现的眼范围和可呈现的场。

具有本发明眼镜片的数据眼镜在图13中示意性展示。这两个眼镜片1a、1b中的每一个在此形成为本发明的眼镜片。发出相干光的光源在图13中展示的数据眼镜中形成安排在眼镜腿36中的激光二极管37，其光借助于至少一个光导纤维11倍引导到眼镜片1a、1b的基体3的耦合区域9。另外，该数据眼镜包括控制单元39，该控制单元与眼镜片1a、1b中的显示器相连并且控制这些显示器以生成待展示在显示器上展示的图案。

虽然在图13中所展示的数据眼镜中将光源37集成到眼镜腿36中，但相对于本发明眼镜片说明的用于安排发出相干光的解决方案也是可行的，即例如将光源直接安排在眼镜片的基体处或基体中。同样存在如下可能性，即，将光源37安排在眼镜框41中而非眼镜腿36中。对应地，控制单元39还可以安排在眼镜腿36中而非如在图13中所示地安排在眼镜框41中，或者分布在这两个眼镜腿36上。另外可设想的是，光源37和控制单元39安排在分开的壳体中，该壳体通过一个或多个光导纤维或线缆与眼镜相连。

已经出于解释的目的借助于实施例详细说明了本发明。如已经可以从实施例的说明中了解的，这些所展示的实施例的变化也是可能的。本发明因此不应受限于所展示的实施例中的各实施例，而是仅仅由所附权利要求书限制。

附图标记清单

1眼镜片

3基体

4眼睛

5显示器

6晶状体

7变形装置

8视网膜

9a；b耦合区域

11a；b光导纤维

12焊料

13瞳孔

15a-c子区域

16a-c子区域

17光锥

18a-c子区域

19旋转点

20a-c子区域

21全息图像光学元件

22光锥

23全息图像光学元件

25全息图像光学元件

27激光二极管

29激光二极管

31激光二极管

33光学器件

35偏振器

36眼镜腿

37激光二极管

39控制单元

41眼镜框

101眼镜片

103基体

105显示器

107变形装置

109a；b耦合区域

111光导纤维

115子区域

117光锥