围(Augenpupille)。端面9、转向分段11和/或输出分段13具有成像特性，成像特性以如下方式选定，使得借助于图像产生模块5产生的图像对于用户而言在出瞳14中作为虚像呈现。
[0047]输出分段13优选这样设计，使得戴着显示装置1的用户能够将呈现的图像与环境相叠加地感知。于是，输出分段13例如可以设计为部分透明的菲涅耳结构。输出分段13特别是可以作为根据在W0 2010/097442 A1以及在W0 2010/097439 A1中介绍的菲涅耳结构来实现，其中，该文献的相应的说明书连同附图一并引入到本公开文件中。
[0048]在图2中示出的实施方式的长处在于很大的出瞳或眼动区域14(由显示装置1提供的区域并且用户的眼睛在该区域中运动并且用户始终能够感知到输出的图像)和很大的视野。
[0049]这有利地以如下方式实现，其中设计有输入分段15的边缘区域10相比于在图4中示意示出的传统设计(对应元件的附图标记相比于根据本发明的设计方案分别打撇地示出)具有更大的厚度。
[0050]在常规的设计中，例如镜片3’的正面7’和背面8’分别设计为同心布置的、球面形的面，从而对于用户而言无法实现视差修正。镜片3’在其光学成像作用方面而言是中性的，这是因为镜片基于正面7’和背面8’的球面形的曲率分布而被设计为同心月牙透镜或零月牙透镜，进而执行折射率为零的成像。镜片3’的光学成像作用也可以称为预先确定的光学成像功能。通过镜片3’所介绍的设计方案，该镜片具有恒定的厚度。而恒定的厚度产生的难题是，在成像时可能出现虚光，这是因为在y-z平面中在端面9的区域中从图像产生模块5发出且对于照亮出瞳14所需的光线的光束直径比端面9的相应尺寸要大。因此，从图像产生模块5发出的相应光线20打到背面8上，如在图4中所示那样。光线20则以不同于所绘的角度打到转向分段11上进而到达不了出瞳14，因而发生虚光。在图4中所示的光线走向从出瞳14出来，预计到达图像产生模块5，其中，将在端面9’或背面8’与环境转换时发生的折射作用近似地忽略，以便能够凸显处出介绍的虚光。
[0051]因此，根据本发明，在边缘区域10中的厚度选择得较大，从而不出现虚光，所有从图像产生模块5发出的光线都按照图2所示的方式经端面9达到转向分段11上。这当然使得，预先确定的光学成像功能(这里没有视差修正或折射率为零的成像作用)不再存在于边缘区域10中，因为这时边缘区域中的曲率分布不同于原本预先确定的曲率分布。而这在实践中不发生干扰，因为通常使用显示装置1时用不到边缘区域10。换言之，用户在佩戴显示装置1时将不透过镜片3的边缘区域10来看视。
[0052]边缘区域10优选起始于视向大于20°、30°或40°时。对于x°的视向，在这里特别是理解为视轴关于沿直线看出的视轴成角度α = χ° (图2)。
[0053]优选的是，背面8的曲率仅在边缘区域10中有所改变，从而从外部看不出镜片3的厚度发生变化。由此，背面8在边缘区域10中改变的曲率分布16产生了折射率不为零的成像作用。
[0054]背面8在边缘区域10中改变的曲率16特别是以如下方式选定，使得该曲率被用于对借助于图像产生模块5产生的图像的成像加以改善。曲率分布16例如可以设计为自由形状的面，自由形状的面虽然是弯曲的，但既不是球面形，也不是旋转对称的。自由形状的面优选也不具有镜面对称性。
[0055]在这里介绍的实施方式中，转向分段11构造在整个边缘区域10中，其中，边缘区域10在镜片的俯视图中看，仅沿一部分周边延伸。边缘区域10当然也可以在周边上具有比转向分段11在周向上对应的伸展更大的伸展。边缘区域10特别是可以呈环形设计，如在图3b中所示那样。由此，边缘区域10沿着镜片3的整个周边延伸。相反，转向分段11又沿一部分周边延伸。当边缘区域10呈环形设计时，镜片3能够更容易制造。
[0056]在图5中按照与图4中相类似的方式示出传统的镜片3’的剖视图。从眼动区域14的左边边缘发出的在部位P1上打到输出分段13’上的光线Sl(看到的是从眼动区域14到图像产生模块的光线走向，在工作中，传播方向当然是与此相反的)经全反射点P2、P3和P4—直达到转向分段11’中的点P5。点P5表现的是转向分段11 ’的需要的处于最左边的点。
[0057]从眼动区域14的右侧边缘发出的经输出分段13’上的点T1和全反射点T2再次朝上延伸的光线S2这时必须在点T3上重新被全反射。而点T3已经处在转向分段11’中，从而光线会发生虚光。这适用于所有其他在点P5的右侧还必须被全反射的光线。这些光线都无助于成像或者是可能的失真来源。
[0058]因此，根据本发明，边缘区域10的厚度以如下方式提高，点T3处在点P5的左边，进而正面7的带有输出分段11的球面形的镜片区域不被透射，如在图6中所示那样。由此，不再存在孔径微调(Aperturbeschnitt)并且所有从图像产生模块5到出瞳14的光线都能得到成像。光线S2例如在点T4被重新全反射，然后在点T5上打到转向分段11上。
[0059]根据本发明的显示装置1特别是以如下方式设计，使所有传导至出瞳14的光线在镜片3的正面和背面7、8上从转向分段11传导至输出分段13时获得相同程度的反射。
[0060]在根据本发明的显示装置1的所介绍的实施方式中，虚像输入到用户视野中的过程借助于右侧的镜片3来实现。输入过程当然也可以仅借助于左侧的镜片4来实现。另外，显示装置1能够以如下方式设计，信息借助于两个镜片3、4映出。在此，映出过程能够以产生立体图像印象的方式实现。
[0061]镜片3和4的预先确定的光学成像作用在所介绍的实施例中是折射率为零的成像作用。镜片当然也可以具有不为零的折射率并且特别是被设计用于修正视差。在这种情况下，在边缘区域中的厚度也比正面和背面7、8针对预先确定的光学成像功能的曲率分布下的厚度更大。
[0062]镜片3、4例如可以由玻璃或合成材料制造并且当然也可以用作其他能够佩戴于用户头上的显示装置。
【主权项】
1.一种镜片，用于能够佩戴到用户头上并且产生图像的显示装置(1)，所述镜片具有: 弯曲的正面(7)和弯曲的背面(8)，以及 在镜片(3、4)的俯视图中看，处于镜片(3、4)的边缘区域(10)中的输入分段(15)和与输入分段间隔的输出分段(13)， 其中，镜片(3、4)适合用于将所产生的图像经镜片(3、4)的输入分段(15)输入到镜片(3、4)中并且在镜片(3、4)中借助于反射传导到输出分段(13)以及借助于输出分段(13)从镜片(3、4)中输出， 镜片(3、4)提供了预先确定的光学成像功能，所述光学成像功能由正面(7)的预先确定的曲率分布以及背面(8)的预先确定的曲率分布来规定， 其特征在于， 为了减少当所产生的图像经输入分段(15)通过镜片(3、4)传导到输出分段(13)时所出现的虚光，正面和/或背面(7、8)在边缘区域(10)中的曲率分布与正面和/或背面(7、8)在边缘区域(10)中相应的预先确定的曲率分布以如下方式有所不同:使得边缘区域(10)中镜片(3、4)的厚度比边缘区域(10)中根据预先确定的曲率分布所得的厚度更大。2.根据权利要求1所述的镜片，其特征在于，镜片(3、4)仅在边缘区域(10)中具有更大的厚度。3.根据权利要求1或2所述的镜片，其特征在于，具有更大厚度的边缘区域(10)在镜片(3、4)的俯视图中看，呈环形地延伸。4.根据权利要求1或2所述的镜片，其特征在于，具有更大厚度的边缘区域(10)在镜片(3、4)的俯视图中看，在镜片(3、4)的周向上仅沿一部分周边延伸，而不是沿整个周边延伸。5.根据前述权利要求中任一项所述的镜片，其特征在于，输入和/或输出分段(15、13)具有成像的作用。6.根据前述权利要求中任一项所述的镜片，其特征在于，输入分段(15)具有准直作用。7.根据前述权利要求中任一项所述的镜片，其特征在于，输入和/或输出分段(15、13)实现了光路折置。8.根据前述权利要求中任一项所述的镜片，其特征在于，背面(8)仅在边缘区域(10)中的曲率分布与背面(8)在边缘区域(10)中相应的预先确定的曲率分布有所不同。9.根据前述权利要求中任一项所述的镜片，其特征在于，有所不同的曲率分布(16)以如下方式设计，使得镜片的成像偏差在所产生的图像被传导时得到修正。10.根据前述权利要求中任一项所述的镜片，其特征在于，有所不同的曲率分布(16)对应的是非球面形的面。11.根据前述权利要求中任一项所述的镜片，其特征在于，边缘区域从大于20°、30°或40°的视向开始。12.根据前述权利要求中任一项所述的镜片，其特征在于，输入分段(15)包括镜片(3、4)的将正面(7)与背面(8)相连接的端面(9)的区域。13.根据权利要求12所述的镜片，其特征在于，端面(9)的区域具有成像的作用。14.根据前述权利要求中任一项所述的镜片，其特征在于，输入分段(15)起折射作用和/或起反射作用。15.一种显不装置，具有: 能够佩戴到用户头上的保持装置(2)， 固定在保持装置(2)上的、用于产生图像的图像产生模块(5)，以及固定在保持装置(2)上的成像光学器件(3、4)，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(3、4)并且在保持装置(2)戴于头上的状态下对所产生的图像以如下方式成像，使得图像能够作为虚像被用户感知到。16.根据权利要求15所述的显示装置，其特征在于，成像光学器件具有布置于镜片(3、4)与显像模块(5)之间的准直光学器件。17.根据权利要求15或16所述的显示装置，其特征在于，有所不同的曲率分布(16)以如下方式设计，使得成像光学器件的成像偏差得到修正。
【专利摘要】提供一种用于能够佩戴到用户头上并且产生图像的显示装置的镜片，其中，为了减小所产生的图像在经输入分段(15)输入镜片(3、4)中并且透过镜片(3、4)借助于反射传导至镜片(3、4)的输出分段(13)的过程中出现的虚光，镜片(3、4)的正面和/或背面在输入分段所处的边缘区域(10)中的曲率分布与正面和/或背面(7、8)在边缘区域(10)中相应预先确定的曲率分布以如下方式有所不同，使得边缘区域(10)中镜片(3、4)的厚度比边缘区域(10)中根据预先确定的曲率分布所得的厚度更大。
【IPC分类】G02B27/01, G02C7/08
【公开号】CN105474074
【申请号】CN201480041399
【发明人】汉斯-约尔根·杜伯沙尔, 卡尔斯腾·林迪希
【申请人】卡尔蔡司股份公司
【公开日】2016年4月6日
【申请日】2014年7月25日
【公告号】DE102013214700A1, EP3025188A1, US20160178908, WO2015011288A1