用于数据眼镜的投影装置、数据眼镜及用于改进光束的对称性和/或减小光束的直径的方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及用于数据眼镜的投影装置（100）。该投影装置（100）具有下列特征：至少一个光源（104），用于发出至少一个光束（106）；至少一个准直元件（114），用于对至少一个由光源（104）发出的光束（106）进行准直；至少一个布置在或者能布置在数据眼镜的眼镜片（402）上的转向元件，以便通过将至少一个光束（106）转向和/或聚焦到用户的晶状体（108）上而将图像投影到数据眼镜的用户的视网膜（110）上；和至少一个反射元件（112），用于将经准直的光束（106）反射到转向元件（102）上。此外，该投影装置（100）还具有至少一个校正光学器件（116），该校正光学器件为了改进光束（106）的对称性和/或为了减小光束（106）的斑点尺寸而具有非旋转对称的光学元件。此外本发明专利技术还涉及数据眼镜以及用于改进光束（106）的对称性和/或用于减小光束（106）的直径的方法。

Projection device for data glasses, data glasses and method for improving beam symmetry and / or reducing beam diameter

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于数据眼镜的投影装置、数据眼镜及用于改进光束的对称性和/或减小光束的直径的方法
本专利技术涉及用于数据眼镜的投影装置、数据眼镜、用于改进光束的对称性和/或减小光束的直径的方法、计算机程序、能机读的存储介质以及电子的控制器。
技术介绍
将来可期的一个趋势就是佩戴数据眼镜，数据眼镜能将虚拟的图像信息显示到用户的视野中。当前的数据眼镜例如不是透明的并且因此会隐没环境，较新的方案则追求虚拟的图像内容与环境叠合的实践方案。虚拟的图像内容与此外还能感知到的环境的叠合称为增强现实。一种应用例如是在进行专业活动时显示信息。因此机械师可以看到技术图纸或者数据眼镜可以用彩色标记机器的特定区域。但所述方案也应用在计算机游戏或其它休闲活动的领域中。例如用于应用在增强现实（AR）领域内的透明的头戴式显示器（HMD），是研究和开发的活跃主题。尤其地，不仅对于工业应用而且对于终端用户来说，对开发具有小型形状因数的、利于成本的、轻巧的、节约的系统的兴趣都是很大的兴趣。用于这种显示器的一种可能的技术方案在此基于飞点激光投影仪，借助该飞点激光投影仪将图像信息直接写入到用户的视网膜（Retina）上。因此这种HMD也称为视网膜扫描仪。所述方案基于此，即，各个光束、尤其是激光束，借助诸如MEMS（微机电系统）反射镜这样的电子驱控的扫描光学器件在角度范围上扫描。光束例如可以以这种方式在眼镜片上扫描。为了保证之后扫描光束到达观察者的眼睛或其瞳孔，通常需要转向入射光束。在此出于几何原因一般会违背入射角等于出射角的反射定律。在技术上，这例如可以通过将全息光学元件（HOE）施加到眼镜片上来实现。HOE在此典型地通过光敏聚合物层实现。DE102012219723A1公开了一种用于将针对观察者的图像信息投影到视场显示设备的眼睛区域面中的视场显示设备，其中，该视场显示设备具有投影仪和投影面单元。投影仪构造用于，朝着视场显示设备的光轴的方向提供图像信息。投影面单元则构造用于，将图像信息转化成真实图像。投影面单元在光轴中布置在视场显示设备的投影仪和图像输出端之间。投影面单元具有体积全息图，该体积全息图带有针对信息的对准眼睛区域面的散射特性，或者该投影面单元设计成体积全息图，该体积全息图带有针对图像信息的对准眼睛区域面的散射特性。
技术实现思路
用于数据眼镜的投影装置具有用于发出至少一个光束的至少一个光源。光源可以指的是发光元件，如发光二极管、尤其是有机发光二极管、激光二极管或由多个这种发光元件构成的装置。光源尤其可以构造用于发出不同波长的光。光束可以用于在视网膜上产生多个像点，其中，光束例如成行列地或者以李萨如图案的形式扫描视网膜并且可以被相应地脉冲化。眼镜片可以指的是由透明的材料、如玻璃或塑料制成的盘形元件。视实施方式而定，眼镜片可以例如成形为校正镜片或者具有用于过滤特定波长的光、如UV光的色调。光束可以在轴旁近似中指的是高斯光束。投影装置还具有至少一个用于对至少一个由光源发出的光束进行准直的准直元件。该准直元件优选直接布置在光源后方。倘若使用多个光源，那么准直元件的数量优选与光源的数量一致。在这种情况下还优选的是，直接在每个光源后方布置各一个准直元件。投影装置还具有至少一个布置在或能布置在数据眼镜的眼镜片上的转向元件，以便通过将至少一个光束转向和/或聚焦到用户的晶状体上而将图像投影到数据眼镜的用户的视网膜上。该转向元件可以是全息元件或自由成形反射镜。全息元件可以例如指的是全息光学结构元件，简称HOE，其还可以履行透镜、反射镜或棱镜的功能。视实施方式而定，全息元件对于特定的颜色和入射角可以是选择性的。全息元件尤其可以履行光学功能，所述光学功能可以用简单的点光源写入到或者成像到全息元件中。由此能极为利于成本地制造全息元件。全息元件可以是透明的。图像信息因此能与环境叠合。通过布置在数据眼镜的眼镜片上的转向元件可以将光束这样转到数据眼镜的佩戴者的视网膜上，使得该佩戴者感受到清晰的虚拟图像。所述图像例如可以经由激光束在微镜和全息元件上扫描而直接投影到视网膜上。这种投影装置可以在很小的结构空间上较为利于成本地实现并且能相对于佩戴者以足够的距离带来图像内容。由此能使图像内容与周围环境的图像在视网膜上叠合。通过使图像能借助全息元件直接写入到视网膜上，可以取消平面的显示元件、如基于LCD或DMD的系统。此外，由此还可以达到尤其大的景深。在全息元件的表面上的反射特性通常在每个点上均是不同的。如上文已经提到的那样，入射角等于出射角通常无效。全息元件的表面（用于将光束转向给用户的眼睛）的分区，称为功能区。针对全息元件的说明原则上同样适用于自由成形反射镜。投影装置还具有至少一个用于将经准直的光束反射到转向元件上的反射元件。反射元件可以例如指的是反射镜、尤其是微镜或由微镜构成阵列或者全息图。借助反射元件可以使光束的光程与给定的空间情况相匹配。反射元件例如可以实现为微镜。所述微镜可以成形为能移动的，例如具有能围绕至少一个轴倾斜的镜面。这种反射元件提供了尤其紧凑的构造形式的优点。还有利的是，反射元件构造用于改变入射角以及额外或备选地改变光束在全息元件上的撞击点。由此能用光束平面地、尤其是例如成行列地扫描全息元件。此外，反射元件可以是有能变形的表面的反射镜。这样的优点是，反射元件不仅可以转向光束，而且也能改变光束参数。此外，投影装置具有至少一个校正光学器件，其为了改进对称性和/或为了减小、尤其是最小化光束的斑点尺寸而具有非旋转对称的光学元件。校正光学器件优选布置在至少一个准直元件后方。针对使用能聚集成一个光束的有不同波长的多个光源的情况，可以在光束聚集之前为每个光束设置各一个校正光学器件。针对这种情况也可以在光束聚集之后设置单个校正光学器件，该校正光学器件优选设置用于全部三个波长，这就是说，是跨波长的。按照另一种实施方式，在这种情况下也在光束聚集之前设置三个校正光学器件并且在光束聚集之后设置一个校正光学器件。光学系统的这种围绕至少一个额外的光学元件（其具有非旋转对称的光学元件）的修正，有利地允许将设计方案扩展了额外的设计参数。这可以既用于减小设计优化时在视网膜上的斑点尺寸，也用于影响在不同的系统配置中光束的对称特性。按照一种实施方式，非旋转对称的光学元件是柱面透镜。旋转对称的概念在此涉及光学元件关于光轴的对称性。非旋转对称的光学元件通常改变沿着光束的一个轴的光束参数，不同于有关垂直于这个轴的另一个轴的光束参数。非旋转对称的光学元件可以例如具有两个交叉的柱面透镜或一个自由成形面。非旋转对称的光学元件优选可以具有衍射光学元件（DOE）。衍射光学元件具有重量轻的优点。按照另一种实施方式，非旋转对称的光学元件不是衍射光学元件。按照另一种实施方式，投影装置还具有至少一个自适应光学元件用于匹配地改变至少一个光束参数，其中，该至少一个自适应光学元件布置在至少一个光源和至少一个全息元件之间的光程中。自适应光学元件可以指的是每个适合改变光束参数的光学元件。因为光学本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于数据眼镜（400）的投影装置（100），其中，该投影装置（100）具有下列特征：/n至少一个光源（104），用于发出至少一个光束（106）；/n至少一个准直元件（114），用于对至少一个由所述光源（104）发出的光束（106）进行准直；/n至少一个布置在或者能布置在所述数据眼镜（400）的眼镜片（402）上的转向元件（102），以便通过将至少一个光束（106）转向和/或聚焦到用户的晶状体（108）上而将图像投影到所述数据眼镜（400）的用户的视网膜（110）上；和/n至少一个反射元件（112），用于将经准直的光束（106）反射到所述转向元件（102）上；/n其特征在于至少一个校正光学器件（116），该校正光学器件为了改进所述光束的对称性和/或为了减小所述光束的斑点尺寸而具有非旋转对称的光学元件。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170712 DE 102017211934.91.用于数据眼镜（400）的投影装置（100），其中，该投影装置（100）具有下列特征：
至少一个光源（104），用于发出至少一个光束（106）；
至少一个准直元件（114），用于对至少一个由所述光源（104）发出的光束（106）进行准直；
至少一个布置在或者能布置在所述数据眼镜（400）的眼镜片（402）上的转向元件（102），以便通过将至少一个光束（106）转向和/或聚焦到用户的晶状体（108）上而将图像投影到所述数据眼镜（400）的用户的视网膜（110）上；和
至少一个反射元件（112），用于将经准直的光束（106）反射到所述转向元件（102）上；
其特征在于至少一个校正光学器件（116），该校正光学器件为了改进所述光束的对称性和/或为了减小所述光束的斑点尺寸而具有非旋转对称的光学元件。


2.按照权利要求1所述的投影装置（100），其特征在于，所述非旋转对称的光学元件是柱面透镜。


3.按照权利要求1或2所述的投影装置（100），其特征在于，所述非旋转对称的光学元件不是衍射的光学元件。


4.按照前述权利要求中任一项所述的投影装置（100），其特征在于至少一个自适应光学元件（140），用于匹配性地改变至少一个光束参数，其中，所述至少一个自适应光学元件（140）布置在所述至少一个光源（104）和所述至少一个转向元件（102）之间的光程中。


5.按照权利要求4所述的投影装置（100），其特征在于，所述至少一个自适应光学元件（140）具有：有可变的折射特性的透镜、有可变的焦距的液态透镜、有可变的焦距的望远镜、有可变的透镜距离的望远镜、有可变的空气空隙的望远镜、有可变的反射特性的反射镜、有能变形的表面的反射镜、液晶反射镜、液晶显示器或基于液晶技术的反射式SLM。


6.按照权利要求4或5所述的投影装置（100），其特征在于，所述至少一个准直元件（114）和/或所述至少一个校正光学器件（116）具有所述至少一个自适应光学元件（140）中的至少一个自适应光学元件。


7.按照前述权利要求中任一项所述的投影装置（100），其特征在于，所述投影装置（100...

【专利技术属性】
技术研发人员：T格拉夫，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE