[发明专利]用于头戴式显示器的光学装置和结合其用于增强现实的头戴式装置

说明书

本发明涉及一种可用于头戴式显示器中的包括光传导元件和至少一个薄片的光学装置，并且涉及一种头戴式装置，所述头戴式装置被配置用于对所述头戴式装置的配戴者提供增强现实信息显示并且包括这样的光学装置。所述光学装置(1)包括：光传导元件(4)，所述光传导元件具有两个相反的第一和第二主面(4a和4b)、并且输入并通过全内反射传导从光源(5)接收到的光(6)并且将其从所述元件中部分地输出，至少一个薄片(2，3)，所述至少一个薄片包括面向所述光传导元件的所述第一主面的内表面(2a，3a)，以及插入器件，所述插入器件与所述第一主面和所述内表面相接触并且限定了空隙(11a，11b)，所述空隙光学地隔离所述元件。根据本发明，所述插入器件包括周边密封布置(10a，10b)，所述周边密封布置沿着其周边长度在所述内表面的周边区域(2aa，3aa)与所述第一主面的相向区(4aa，4ba)之间延伸并且与这两者处于密封接触，所述密封布置的至少一部分展现出与所述第一主面的局部减少的光耦合，以在所述至少一部分处保持朝向所述元件内部的所述内反射。

本发明涉及一种尤其可用于头戴式显示器中的包括光传导元件和至少一个薄片的光学装置，所述光学装置可以被设计成形成眼科镜片，并且涉及一种头戴式装置，所述头戴式装置被配置用于对所述头戴式装置的配戴者提供增强现实的信息显示并且包括这样的光学装置。本发明尤其涉及一种结合了光传导元件(其可以是导光光学元件)的光学装置，但是可以使用能够引导光波的任何光传导元件。

头戴式装置是配戴在配戴者头部上的电光装置。通常，头戴式装置是电子控制的，以便在不同的阶段之间切换或向配戴者显示信息，并且包括具有电子控制式眼科镜片的框架。基本上，头戴式装置可以包括环视机构或透视机构，并且可以以沉浸式模式(即，切除外部视野)或以非沉浸式模式(即，允许配戴者与其环境交互)使用。特别地，透视型头戴式显示器(HMD)能够在现实世界视图上叠加信息，例如计算机生成的信息(例如，文本和/或图像)。此类透视HMD尤其用于向配戴者提供增强现实。

HMD通常包括光学装置，所述光学装置可以包括两个薄片和显示单元，所述显示单元依次具有光源、准直模块和光传导元件，比如导光光学元件(LOE)。众所周知，LOE被配置用于通过全内反射来俘获从其外主面发射的光波，并且将光朝向配戴者的眼睛输出。薄片典型地附接至LOE的主面上，其方式为使得它们的附接不会降低光波在LOE内的全反射，也不会使光波耦合进入和离开LOE。

WO 2016/075689 A1教导了对于这种附接来使用纳米结构气隙膜、比如蛾眼膜，所述膜粘合至对应的薄片上并且展现出粘性地附接至LOE的主面上的锥形微起伏，使得介于每个薄片与LOE之间的气隙膜在与这个主面的界面平面处限定了折射率突变，这允许保持光波在LOE内的全内反射。

在本文件中披露的每个薄片与LOE之间的这些插入器件的主要缺点在于，每个气隙膜必须覆盖LOE的对应主面的整个区域，并且这个膜可能防水不足和防尘不足。

作为变体，还已知通过粘合剂或模制手段来包封LOE，这解决了对水和灰尘的密封性不足的缺点。尽管如此，LOE的这种包封的主要缺点在于对LOE主面的额外隔离处理，这是保持光波在LOE内的全内反射所需要的。

本发明的一个目的是提供一种尤其可用于头戴式显示器中、解决了上述缺点的光学装置，所述光学装置包括：

-具有第一折射率的光传导元件，所述光传导元件具有耦合至光源的输入区以及第一和第二两个相反的主面、并且被配置用于通过所述主面之间的全内反射来输入并传导从所述光源接收的光并且将传导的光从所述光传导元件中部分地输出，

-至少一个薄片，所述至少一个薄片包括面向所述光传导元件的所述第一主面的内表面，以及

-插入器件，所述插入器件与所述第一主面和所述内表面相接触、并且在其之间限定了空隙，所述空隙具有小于所述第一折射率的空隙折射率并且光学地隔离所述光传导元件。