显示装置和显示方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种显示装置，具有夹持装置（２），佩戴用户的头部；多功能玻璃（４），与夹持装置（２）粘接且给用户佩戴夹持装置（２）时利用所述玻璃用户能感知真实的环境，所述玻璃包含第一和第二耦合输出截面（９，７），及耦合输入截面（７）；图像产生模块（５），产生图像并经由耦合输入截面（７）将图像耦合输入至多功能玻璃（４），依照此方式图像在多功能玻璃（４）中被导引至在佩戴夹持装置（２）时影响用户方向中图像重定向的第一耦合输出截面（９），依照此方式用户可感知到与真实周围环境叠加的图像；以及用于图像产生模块（５）的控制单元（１２）。显示装置包含检测器（１１），其连接至控制单元（１２）且测量环境光的强度，环境光经由第一耦合输出截面（９）耦合输入至多功能玻璃（４），在多功能玻璃（４）中导引至第二耦合输出截面（７）并经由第二耦合输出部分（７）自多功能玻璃（４）耦合输出，其中，控制单元（１２）在藉图像产生模块（５）产生图像的过程中控制亮度，亮度是基于检测器（１１）测量的强度来控制。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】显示装置和显示方法
本专利技术涉及根据权利要求1的前序部分所述的一种显示装置，以及根据权利要求11的前序部分所述的一种显示方法。
技术介绍
这样的显示装置和显示方法如从WO2008/089992A1的专利申请中为已知。在这种情况下，由于周围环境的亮度可能变化很大，因此很难产生出能让用户感知与环境对比良好的图像。
技术实现思路
从此开始，本专利技术的目的是开发一种在开头所述的显示装置，从而在叠加过程中获得生成的图像相对于感知的周围环境具有良好对比度。再者，提供一种对应的显示方法。为了达到获得开头所述显示装置的目的，提供一检测器，该检测器与控制单元连接并测量环境光的强度，该环境光经第一耦合输出截面耦合输入至多功能玻璃中，在该多功能玻璃中导引至第二耦合输出截面，并经由该第二耦合输出截面自多功能玻璃耦合输出，其中在凭藉图像产生模块在图像产生过程中，该控制单元基于检测器测量的强度控制亮度。由此，可获得对环境亮度的优秀适应力。同时，由于产生的图像与感知的周围环境叠加所需的第一耦合输出截面同样也用来将环境光耦合输入至多功能玻璃中，因而光学结构变得简单。尤其，第二耦合输出截面和耦合输入截面可为相同的截面。在这种情况下，图像在多功能玻璃中从耦合输入截面导引至第一耦合输出截面所经过的光路，同样也可用于耦合输入的环境光以相反方向穿过。再者，一分光镜可配置在第二耦合输出截面和图像产生模块之间，用于将自第二耦合输出截面耦合输出的光导引到检测器上。在开头所述已知类型的光学结构原则上可保留，只要该分光镜可配置在图像产生模块和多功能玻璃之间。然而，还有可能形成耦合输入截面以便实现所述分光镜的功能。这将产生出一个非常小型化的显示装置。在所述显示装置中，控制单元在凭藉检测器测量强度的过程中可中断图像产生模块的图像产生。因此在测量强度的过程中，可减少图像产生模块所造成的不想要的散射光。尤其，图像产生短暂地中断以至于用户无法感知到图像中断。向光性层可形成在多功能玻璃的前侧。该向光性层可形成为一钝化层或一活性层，其透射率能够得到控制。当对穿过向光性层之后的环境亮度进行测量时，也同等考虑到由于该向光性层所造成的透射中亮度降低的影响。所述第一耦合输出截面可形成在多功能玻璃的前侧或后侧。该第一耦合输出截面可形成为一全息元件、衍射元件或折射元件。所述显示装置可形成用于用户的单眼。然而，还可形成用于用户的双眼，因而存在二个多功能玻璃(一个用于用户的右眼，而一个用于该用户的左眼)。利用这个双目构造，图像可表现出一立体图像。再者，检测器不仅仅可测量所述的亮度，而且还可实施亮度的空间分辨测量。尤其，感知的周围环境可当作一图像投影至检测器并由该检测器记录。因此可在图像产生过程中改变空间分辨亮度，结果是，如，在感知的周围环境中，由明亮到黑暗转变时，为了获得希望的对比度，图像反映出具有适应的图像亮度。因此，例如，当表现一文本时，位于周围环境的明亮区域内的该文本区域可表现出黑暗，且位于周围环境的黑暗区域内的该文本部分可表现出明亮。所述耦合输出截面可具有第一截面和第二截面，其中仅第一截面会经反射及/或折射影响图像的偏转，该第一截面由多个互相分离的反射及/或折射偏转元件形成。尤其，该耦合输出截面可划分为第一截面和第二截面。因为该偏转元件可用于反射及/或折射，所以图像的偏转可在大波长范围中实现(尤其与利用衍射光栅的偏转比较)。所述第一截面可具有图像的成像功能。因此，不仅仅影响了想要的偏转，而且成像属性同样也凭藉该第一截面实现。该第一截面的成像属性可对应于虚光学有效表面，该虚光学有效表面是曲面，且最好不具有镜面和旋转对称。该有效表面还可不具有平移对称。显然，该虚光学有效表面还可为旋转对称(如，旋转非球面)或环面。尤其，从顶部俯视该第一耦合输出截面，该第一截面的表面最好为第一耦合输出截面的表面的5％至30％。然而，该第一截面与第一耦合输出截面的比也可为50％以上。所述偏转元件可形成在主体的材料接口上。因此可进行特别简单的制造，如凭借钻石切割。再者，可利用成型和铸造方法进行生产。每个偏转元件可形成为平坦。然而，各别的偏转元件也可弯曲成形。尤其，所有的偏转元件可形成为相同。可选地，偏转元件的成形可变化。所述偏转元件最好在第一耦合输出截面中规则地分布，可形成为多边形及/或最好在20μm至30μm的范围内具有一最大长度。然而，该最大长度也可为200μm或100μm。可形成所述第一耦合输出截面，从而碰到第一截面的该部分环境光被遮挡并因此不被用户感知。可选地，第一截面还可透射该环境光。所述第一截面可以不连续菲涅尔结构的方式形成。该菲涅尔结构可具有对应虚光学有效表面的成像属性。所述偏转元件可利用一反射涂层获得反射。该反射涂层可形成为一全反射或也可形成为一部分反射。再者，可利用全内反射实现反射效果。在这种情况下，就不需要反射涂层。尤其可形成所述多功能玻璃，从而图像产生模块的图像在该多功能玻璃中导引至第一耦合输出截面。这例如可在材料接口上的反射中发生。尤其，这些反射可为全内反射。再者，第一耦合输出截面的第二截面可传输环境光。根据本专利技术，所述显示装置可称为HMD装置(头盔显示器装置)。该显示装置可进一步包含显示装置操作领域的技术人员所熟知的元件。根据本专利技术的显示装置，所述第二耦合输出截面及/或所述耦合输入截面可利用投影属性形成为菲涅尔(Fresnel)结构。尤其，该菲涅尔结构可具有几个菲涅尔段，其中该菲涅尔段的光学有效面光学地对应于呈曲面的虚光学有效表面，且不具有镜面对称或旋转对称。这种光学有效表面在这里称为自由形式表面。该自由形式表面尤其也可不具有平移对称。这种光学有效表面或自由形式表面可独立于其空间长度进行初始计算优化，从而使随后生产出的具有菲涅尔结构的光学元件具有想要的属性。该自由形式表面的空间长度在实现作为菲涅尔结构的自由形式表面中没有起到特别作用，因为可利用各个面以光学等效方式提供该自由形式表面，最终可实施上述计算优化。所述最大面高度可预定且例如处于5μm至500μm的范围内，尤其在0.01mm至0.1mm的范围内。尤其，光学活性面形成在多功能玻璃的接口处。这简化了制造。因此，所述菲涅尔结构例如可利用钻石切割生产。然而，也可利用成型和浇铸方法生产该菲涅尔结构或该多功能玻璃。所述菲涅尔段可形成为反射段或折射段。在反射情况下，可调节反射且调节范围处于0以上至几乎为100％之内。尤其，对于菲涅尔结构，每个面的最大高度可相同。再者，面的形状可近似，尤其线性近似于虚光学有效表面的对应表面截面的形状。因此，可一直获得光学对应的效果。当然，该菲涅尔结构的光学效应实际上不同于虚光学有效表面的光学效应。根据本专利技术，至关重要的是该菲涅尔结构的实际光学效应偏离于虚光学有效表面的最优光学效应是如此的小，以至于光学元件能满足设定的光学条件，因为一直都具有光学元件，所以实际上永远不会获得理论上的最大光学效果。所述面在其截面中可为凹曲或凸曲。再者，所述菲涅尔段可直接相邻。然而，各个菲涅尔段还可互相分离。具有菲涅尔结构的所述光学有效表面尤其为连续表面。为了达到获得在开头所述显示方法的目的，测量环境光的强度，该环境光经由第一耦合输出截面耦合输入至多功能玻璃中，在该多功能玻璃中导引至第二耦合输出截面，并经由该第二耦合输本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种显示装置，具有：夹持装置（２），其安装在用户的头部，多功能玻璃（４），其附接至夹持装置（２），并且当夹持装置（２）安装于用户时，利用该多功能玻璃（４）感知真实周围环境，并且该多功能玻璃（４）具有第一和第二耦合输出截面（９，７），以及耦合输入截面（７），图像产生模块（５），其产生图像，并经由耦合输入截面（７）将图像耦合输入至多功能玻璃（４）中，从而当夹持装置（２）安装于用户时，该图像在多功能玻璃（４）中被导引至致使图像在用户方向中偏转的第一耦合输出截面（９），从而用户可感知到与真实周围环境叠加的该图像，以及控制单元（１２），控制该图像产生模块（５），其特征在于，该显示装置具有一检测器（１１），该检测器（１１）连接至控制单元（１２）且测量环境光的强度，该环境光经由第一耦合输出截面（９）耦合输入至多功能玻璃（４）中，在多功能玻璃（４）中导引至第二耦合输出截面（７），并经由第二耦合输出截面（７）自多功能玻璃（４）耦合输出，其中，在凭藉图像产生模块（５）产生图像的过程中，该控制单元（１２）基于检测器（１１）测量的强度控制亮度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】DE102008049407.02008年9月29日1.一种显示装置，具有：夹持装置(2)，其安装在用户的头部，多功能玻璃(4)，其附接至夹持装置(2)，并且当夹持装置(2)安装于用户时，利用该多功能玻璃(4)感知真实周围环境，并且该多功能玻璃(4)具有第一和第二耦合输出截面(9，7)，以及耦合输入截面(7)，图像产生模块(5)，其产生图像，并经由耦合输入截面(7)将图像耦合输入至多功能玻璃(4)中，从而当夹持装置(2)安装于用户时，该图像在多功能玻璃(4)中被导引至致使图像在用户方向中偏转的第一耦合输出截面(9)，从而用户可感知到与真实周围环境叠加的该图像，以及控制单元(12)，控制该图像产生模块(5)，其特征在于，该显示装置具有一检测器(11)，该检测器(11)连接至控制单元(12)且测量环境光的强度，该环境光经由第一耦合输出截面(9)耦合输入至多功能玻璃(4)中，在多功能玻璃(4)中导引至第二耦合输出截面(7)，并经由第二耦合输出截面(7)自多功能玻璃(4)耦合输出，其中，在凭藉图像产生模块(5)产生图像的过程中，该控制单元(12)基于检测器(11)测量的强度控制亮度，以及其中，该第一耦合输出截面(9)形成在多功能玻璃(4)的前侧(13)或后侧(8)上。2.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述第二耦合输出截面和所述耦合输入截面为同一截面(7)。3.如权利要求1或2所述的显示装置，其特征在于，分光镜(10)将自第二耦合输出截面(7)耦合输出的光导引到检测器(11)上，且该分光镜(10)是配置在第二耦合输出截面(7)和图像产生模块(5)之间。4.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述图像是沿图像光路在多功能玻璃(4)中被导引，其中所述经由第一耦合输出截面(9)耦合输入至多功能玻璃(4)的环境光穿过该图像光路。5.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，在检测器(11)测量强度的过程中，所述控制单元(12)中断图像产生模块的图像产生。6.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，向光性层是形成在所述多功能玻璃的前侧(13)上，其中所述向光性层是形成为钝化层，或形成为凭藉控制单元(12)控制的活性层。7.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述第一耦合输出截面(9)被形成作为具有衍射作用的元件。8.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述检测器(11)测量空间分辨强度，且所述控制单元(12)控制所产生的图像中的空间分辨亮度。9.如权利要求3所述的显示装置，其特征在于，所述第一耦合输出截面(9)具有第一截面(20)和第二截面(21)，其中仅第一截面(20)由反射及／或折射影响图像的偏转，该第一截面(20)由互相分离的多个反射及／或折射偏转元件(22)所形成。10.如权利要求1，2，4，5，6，7或8所述的显示装置，其特征在于，所述第一耦合输出截面(9)具有第一截面(20)和第二截面(21)，其中仅第一截面(20)由反射及／或折射影响图像的偏转，该第一截面(20)由互相分离的多个反射及／或折射偏转元件(22)所形成。11.如权利要求9所述的显示装置，其特征在于，所述第一截面(20)具有图像的成像功能。12.如权利要求3所述的显示装置，其特征在于，所述第一耦合输出截面(9)具有第三截面和第四截面，该第三截面具有互相分离的多个反射及／或折射第二偏转元件，其中经耦合输出截面(9)传输的部分入射的环境光用来让用户感知周围环境，且在第二偏转元件上利用反射及／或折射偏转的部分入射的环境光用于测量强度。13.如权利要求10所述的显示装置，其特征在于，所述第一耦合输出截面(9)具有第三截面和第四截面，该第三截面具有互相分离的多个反射及／或折射第二偏转元件，其中经耦合输出截面...

【专利技术属性】
技术研发人员：卡士登·林迪希，
申请(专利权)人：卡尔蔡司公司，
类型：发明
国别省市：DE