[发明专利]用于光学成像单元的眼镜镜片、以及增强现实眼镜

说明书

本发明涉及一种用于光学成像单元的眼镜镜片(3)，该光学成像单元用于产生在图像发生器(21)上呈现的初始图像的虚拟图像。该眼镜镜片包括主体(41)和安装在所述主体(41)上的至少一个互补元件(43)。该主体(41)由具有第一折射率n₁的材料组成、并且包括面向眼睛的内表面(13)、背向眼睛的外表面(17)、以及导光部分，该导光部分在输入耦合部分(25)与输出耦合结构(31)之间延伸，该输入耦合部分用于将成像光束路径输入耦合在该内表面(13)与该外表面(17)之间，该输出耦合结构用于将所述成像光束路径耦合到该主体(41)之外。在所述导光部分中，该成像光束路径通过该内表面(13)和/或该外表面(17)的至少一个反射部分(R1，R2，R3，R4)处的反射被引导到该输出耦合结构(31)。该互补元件(43)安装在该主体(41)的内表面(13)和/或外表面(17)上、并且与该主体(41)的至少一个反射部分(R1，R2，R3，R4)重叠。在该互补元件(43)与该主体(41)之间、至少在该互补元件(43)与该反射部分(R1，R2，R3，R4)的重叠区域中安排了粘性或固体中间层(45)。该粘性或固体中间层(45)的材料具有第二折射率n₂，该第二折射率满足条件n₂＜n₁ sin(θ_E)，其中θ_E是该成像光束路径的从该输入耦合部分(25)发出并且入射到该反射部分(R1，R2，R3，R4)上的光线的入射角，所述入射角被选择成使得该成像光束路径的至少50％光线具有入射角θ＞θ_E。

技术领域

本发明涉及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在图像发生器上呈现的初始图像的虚拟图像。此外，本发明涉及智能眼镜。

背景技术

智能眼镜是头戴式显示器的特殊形式。常规形式的头戴式显示器使用屏幕，屏幕配戴在眼睛前方并且向使用者呈现计算机生成的图像或由相机记录的图像。这样的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。近来已经开发了以下头戴式显示器：能够向使用者呈现相机所记录的图像或计算机生成的图像且不会妨碍对周围环境的直觉。这样的头戴式显示器(下文中被称为智能眼镜)有助于日常生活中使用这种技术。

可以用不同的方式来提供智能眼镜。一种类型的智能眼镜(其突出之处在于其紧凑性和美学接受)特别地基于眼镜镜片中的波导原理。有效用于波导的眼镜镜片部分在下文中被称为光导。在此，图像发生器生成的光在眼镜镜片的外部被准直、并且经由眼镜镜片的端面输入耦合，光通过多次反射从该端面在光导中传播到眼睛前方。然后，位于那里的光学元件将光沿眼睛的瞳孔方向输出耦合。在这种情况下，可以以衍射、反射或折射的方式实现眼镜镜片的输入耦合和眼镜镜片的输出耦合。在衍射输入或输出耦合的情况下，利用具有与输入和输出耦合元件大致相同数量的线的衍射光栅，其中单独光栅的强色散效应在它们之间得到补偿。举例而言，在US 2006/0126181 A1和US 2010/0220295 A1中描述了基于衍射光栅的输入和输出耦合元件。在US 2012/0002294 A1中描述了具有反射或折射输入或输出耦合元件的智能眼镜的实例。

在眼镜配戴者的视力受损/屈光不正的情况下，这通常通过在面向观察者的那侧上的球面、复曲面或单独成形的表面来矫正。在光导的光学有效表面位于镜片后侧上的智能眼镜的情况下，在这种情况下个性化的区域包括所述表面、并且因此引起数据成像需要的表面特性变化。这导致输入数据的成像质量降低、甚至成像破坏。原则上，其也适用于眼镜前侧，诸如在例如FSP(前侧渐变)眼镜镜片的情况下，或者在前表面与后表面当中光学矫正被分开的镜片的情况下。

因此，为了在不针对每个单独矫正效果来适配光学设计(即光导)的情况下确保镜片的后表面的成像质量和单独矫正焦度，需要输出耦合使得对成像有贡献的光继续在所需要的表面形状处被反射，并且从外部透过镜片到达观察者眼睛的光可以不受阻碍地到达矫正区域、并且因此获得所期望的矫正。