光學(xué)導(dǎo)引設(shè)備及用于制造該光學(xué)導(dǎo)引設(shè)備的方法
【專利摘要】用于光束的光學(xué)導(dǎo)引的光學(xué)導(dǎo)引設(shè)備包括第一部分（1.5），該第一部分（1.5）由透明材料制成并適于通過連續(xù)反射傳播光束（1.6）。該第一部分包括提取部分，該提取部分包括至少一個微結(jié)構(gòu)，其中該至少一個微結(jié)構(gòu)包括平的表面，該平的表面適于允許照射該平的表面的光束的射線從導(dǎo)引設(shè)備中射出。該設(shè)備還包括第二部分（1.10），該第二部分（1.10）由與第一部分的材料大體相同的材料制成并包括形狀與提取部分的至少一個微結(jié)構(gòu)互補(bǔ)的至少一個微結(jié)構(gòu)的部分。該設(shè)備還包括粘合劑層，該粘合劑層將第一部分和第二部分組裝以使得提取部分的任何微結(jié)構(gòu)通過具有大體恒定厚度的透明媒介與其互補(bǔ)微結(jié)構(gòu)分離。
【專利說明】光學(xué)導(dǎo)引設(shè)備及用于制造該光學(xué)導(dǎo)引設(shè)備的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光學(xué)導(dǎo)引裝置或光學(xué)導(dǎo)引設(shè)備，更具體地涉及用于無形變地傳輸圖像的引導(dǎo)設(shè)備。這些引導(dǎo)裝置尤其可用于構(gòu)建通常被稱為信息眼鏡的眼睛視覺光學(xué)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]光學(xué)導(dǎo)引裝置通常包括入射部分，通過該入射部分引入傳輸圖像的光束。傳輸圖像的光束可以來自由光源照射的LCD (液晶顯示)型像素矩陣的源或OLED (有機(jī)發(fā)光二極管)型的源。然后光束通過用于獲得準(zhǔn)直射束(即其射線大體平行)的光學(xué)系統(tǒng)。換句話說，因此圖像被傳輸至無限遠(yuǎn)。然后準(zhǔn)直射束被引入光學(xué)導(dǎo)引裝置的入射部分。
[0003]光學(xué)導(dǎo)引裝置允許光束通過全內(nèi)反射傳播，可選地通過光學(xué)導(dǎo)引裝置的壁的具體處理。因此光束傳播至提取部分，從而允許起從光學(xué)導(dǎo)引裝置射出。提取部分可包括以斜面結(jié)束光學(xué)導(dǎo)引裝置的反射器。
[0004]專利FR2925172B1描述了一種光學(xué)導(dǎo)引裝置，其設(shè)有包括形成在光學(xué)導(dǎo)引裝置的表面上的反射微結(jié)構(gòu)的提取部分。這些微結(jié)構(gòu)包括棱鏡，該棱鏡具有允許光束從光學(xué)導(dǎo)引裝置射出的角。這些微結(jié)構(gòu)通過形成在光學(xué)導(dǎo)引裝置表面的延伸部分中的間隙空間而被間隔開。這些間隙空間(意味著沒有覆蓋有微結(jié)構(gòu)并位于微結(jié)構(gòu)之間)是透明的，并且因此允許獲得透視的效果。這樣允許看到由光束傳輸?shù)膱D像，以及光學(xué)導(dǎo)引裝置之外的景象。然而這些間隙空間意味著一種與穿過槽的衍射等同的現(xiàn)象，這樣致使穿過光學(xué)導(dǎo)引裝置的周圍景象的觀察上的干涉。
[0005]期望的是克服現(xiàn)有技術(shù)的各種缺點(diǎn)。
[0006]尤其期望提供一種解決方案，允許光學(xué)導(dǎo)引裝置的用戶看到入射到引導(dǎo)裝置中的圖像，從而疊加在在引導(dǎo)裝置之外發(fā)生的景象之上，并且該解決方案還限定在入射圖像和穿過光學(xué)導(dǎo)引裝置的觀察上察覺到的干涉。
[0007]尤其期望的是提供一種解決方案，其克服了現(xiàn)有技術(shù)的解決方案中固有的與穿過槽的衍射等同的現(xiàn)象。
[0008]尤其期望的是提供能夠簡單、可靠且便宜地制造的解決方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明涉及一種用于傳輸圖像的光束的光學(xué)導(dǎo)引的光學(xué)導(dǎo)引設(shè)備，該光學(xué)導(dǎo)引設(shè)備包括由透明材料制成并適于通過連續(xù)反射傳播光束的第一部分。該第一部分包括提取部分，該提取部分包括至少一個微結(jié)構(gòu)和平的表面，其中該至少一個微結(jié)構(gòu)位于第一部分的表面上，平的表面適于允許光束的射線(3.5)照射以離開該導(dǎo)引設(shè)備。該光學(xué)導(dǎo)引設(shè)備還包括:第二部分，該第二部分由與第一部分的材料大體相同的材料制成，并包括被稱為互補(bǔ)部分的部分，其具有位于表面上的具有與提取部分的至少一個微結(jié)構(gòu)互補(bǔ)的形狀的至少一個微結(jié)構(gòu)；以及粘合劑層，該粘合劑層在第一部分和第二部分的表面的一部分上延伸以將第一部分和第二部分組裝，以使得提取部分的任何微結(jié)構(gòu)通過具有大體恒定厚度的透明媒介與其互補(bǔ)微結(jié)構(gòu)分離。
[0010]因此，通過設(shè)有微結(jié)構(gòu)的第二部分，其中該微結(jié)構(gòu)具有與提取部分的微結(jié)構(gòu)互補(bǔ)的形狀，以及通過具有大體恒定厚度的透明媒介保證每個微結(jié)構(gòu)與其互補(bǔ)結(jié)構(gòu)之間的分離，限制了用于透視的現(xiàn)有技術(shù)的衍射現(xiàn)象。采用用于第二部分的互補(bǔ)形狀還允許限制假象和重影。事實(shí)上形成了具有平行的面的板，這樣保證穿過兩個部分之間間隔的射線不轉(zhuǎn)向。以這種方法，為來自透視效果的圖像以及通過光束傳輸?shù)膱D像保證了良好的圖像質(zhì)量。另外，這種光學(xué)導(dǎo)引裝置可以可靠、簡單且低廉的方式制造。這是因?yàn)榈谝徊糠趾偷诙糠挚赏ㄟ^在單獨(dú)的模型中模制，然后通過附著結(jié)合組裝。
[0011]根據(jù)具體的實(shí)施方式，該粘合劑層在第一部分表面的非適于通過連續(xù)反射傳播光束的部分上延伸。
[0012]因此，在第一部分與第二部分之間的光束從上述的入射部分和提取部分傳播的區(qū)域中不存在粘合劑。以這種方法，從光束傳播的角度來看，粘合劑的添加不涉及光學(xué)導(dǎo)引設(shè)備厚度的增加，而光學(xué)導(dǎo)引設(shè)備厚度的增加在光束反射時具有產(chǎn)生光間斷的效果。
[0013]根據(jù)具體的實(shí)施方式，該粘合劑層在第一部分的不包括提取部分的表面之上延伸。
[0014]根據(jù)具體的實(shí)施方式，粘合劑為微球型。
[0015]因此，插設(shè)在第一部分與第二部分之間的微球便于保證每個微結(jié)構(gòu)與其互補(bǔ)結(jié)構(gòu)之間的透明媒介的大體不變的厚度。
[0016]根據(jù)具體的實(shí)施方式，粘合劑層構(gòu)成提取部分的每個微結(jié)構(gòu)與其互補(bǔ)微結(jié)構(gòu)之間的透明媒介。
[0017]根據(jù)具體的實(shí)施方式中，提取部分的每個微結(jié)構(gòu)均包括在第一部分的表面上凸起形成的棱鏡。根據(jù)另一【具體實(shí)施方式】中，提取部分的每個微結(jié)構(gòu)均包括在第一部分的表面上凹進(jìn)形成的棱鏡。
[0018]根據(jù)具體的實(shí)施方式，光學(xué)導(dǎo)引設(shè)備包括在提取部分的每個微結(jié)構(gòu)之上延伸的由部分反射型材料制成層。
[0019]因此，根據(jù)導(dǎo)引裝置的特征，可在提取部分的微結(jié)構(gòu)上應(yīng)用均勻的部分反射型材料層。相同的處理被應(yīng)用至整個提取部分，這樣與現(xiàn)有技術(shù)相比簡化了導(dǎo)引設(shè)備的制造并減少了導(dǎo)引設(shè)備的制造費(fèi)用。因此通過透視效果得到的外部景象應(yīng)用有一致的減弱，而僅位于提取區(qū)域的不連續(xù)部分的沉積物可改變其感受。
[0020]本發(fā)明還涉及眼睛視覺光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于該眼睛視覺光學(xué)系統(tǒng)包括根據(jù)以上實(shí)施方式中任一實(shí)施方式的光學(xué)導(dǎo)引設(shè)備。
[0021]本發(fā)明還涉及用于制造根據(jù)以上實(shí)施方式中任一個的光學(xué)導(dǎo)引設(shè)備的方法，該方法包括以下步驟:獲得位于導(dǎo)引設(shè)備的第一部分的表面上的至少一個第一微結(jié)構(gòu)的步驟；獲得位于導(dǎo)引設(shè)備的第二部分表面上的至少一個第二微結(jié)構(gòu)的步驟，其中該微結(jié)構(gòu)具有與至少一個第一微結(jié)構(gòu)互補(bǔ)的形狀；將部分反射型材料層沉積在第一部分的至少一個微結(jié)構(gòu)上的步驟；將第一部分和第二部分結(jié)合起來，以使得提取部分的任何微結(jié)構(gòu)通過具有大體恒定厚度的透明媒介與其互補(bǔ)微結(jié)構(gòu)分離的步驟。
[0022]因此，簡化了導(dǎo)引設(shè)備的制造，并且相比于現(xiàn)有技術(shù)，所制造的設(shè)備可靠且減少了費(fèi)用?？稍趩为?dú)的模制操作過程中得到第一部分和第二部分，或并行地執(zhí)行。[0023]附圖簡要說明
[0024]通過閱讀下面參照附圖給出的示例性實(shí)施方式的描述，本發(fā)明的上述及其他特征將更清楚地呈現(xiàn)，在附圖中:
[0025]-圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施方式的光學(xué)導(dǎo)引設(shè)備；
[0026]-圖2示意性示出了圖1的光學(xué)導(dǎo)引設(shè)備的入射部分；
[0027]-圖3示意性示出了圖1的光學(xué)導(dǎo)引設(shè)備的第一部分的一部分；
[0028]-圖4示意性示出了圖1的光學(xué)導(dǎo)引設(shè)備的第二部分的一部分；
[0029]-圖5示意性示出了具有圖1的光學(xué)導(dǎo)引設(shè)備的第一部分和第二部分的組裝的第一【具體實(shí)施方式】；
[0030]-圖6示意性示出了具有圖1的光學(xué)導(dǎo)引設(shè)備的第一部分和第二部分的組裝的第二【具體實(shí)施方式】；
[0031]-圖7示意性示出了用于制造圖1的光學(xué)導(dǎo)引設(shè)備的方法的步驟；
[0032]-圖8示意性示出了當(dāng)?shù)谝徊糠痔畛溆刑畛洳牧喜⑶也淮嬖诘诙糠謺r第一部分的微結(jié)構(gòu)對從外部景象發(fā)出的射線的影響；
[0033]-圖9示意性示出了當(dāng)?shù)谝徊糠痔畛溆刑畛洳牧喜⑶也淮嬖诘诙糠謺r第一部分的微結(jié)構(gòu)對從通過入射部分入射的圖像發(fā)出的射線的影響。
【具體實(shí)施方式】
[0034]本發(fā)明涉及用于無形變地傳輸圖像的光學(xué)導(dǎo)引設(shè)備或光學(xué)導(dǎo)引裝置。下面將參照用于眼睛視覺的光學(xué)系統(tǒng)的【具體實(shí)施方式】描述本發(fā)明。但是本發(fā)明也可用于使用這種光學(xué)導(dǎo)引裝置的其他任何領(lǐng)域，如集成到車輛擋風(fēng)玻璃或飛行器駕駛艙中的屏幕。
[0035]圖1示意性示出了這種光學(xué)導(dǎo)引設(shè)備。
[0036]導(dǎo)引設(shè)備包括兩個主要部分:第一部分1.5和第二部分1.10。
[0037]第一部分1.5通過連續(xù)反射來傳播光束1.6以在預(yù)定距離上傳輸圖像。第一部分1.5包括提取部分，該提取部分用于當(dāng)光束已到達(dá)該預(yù)定距離時使光束從光學(xué)導(dǎo)引設(shè)備中射出。
[0038]第二部分1.10包括與第一部分的材料大體相同的材料。其可以下文將詳細(xì)描述的方式設(shè)置在第一部分1.5上，能夠獲得透視(see-through)效果且沒有縫衍射類型的任何干涉現(xiàn)象。
[0039]光源1.1產(chǎn)生旨在穿過光學(xué)導(dǎo)引裝置傳輸圖像的光束。該光源可包括具有背光的IXD像素矩陣或OLED像素矩陣。這里可使用任何發(fā)光的圖像源。
[0040]然后通過光學(xué)系統(tǒng)1.2將光束準(zhǔn)直。因此圖像的各個像素通過來自光學(xué)系統(tǒng)1.2的平行光射線束1.3被投射，并且視野被通過將被傳輸?shù)膱D像的一半對角線和目標(biāo)聚焦距離限定。然后準(zhǔn)直光束1.3被投射到入射部分1.4中。下文中將參照圖2詳細(xì)描述該入射部分。
[0041]然后光束在第一部分1.5中傳輸直到其到達(dá)提取部分,光束從提取部分離開光學(xué)導(dǎo)引設(shè)備。
[0042]第一部分1.5包括透光的材料。如果該材料的折射率大于其周圍介質(zhì)的折射率，只要光束射線的入射角相對于被光束照射的表面足夠小，就自然會發(fā)生全反射。[0043]提取部分位于第一部分1.5的多個面之一上。提取部分使光束大體以直角朝向第一部分1.5的另一面返回，這樣使光束從導(dǎo)引設(shè)備射出。因此光束1.8從導(dǎo)引設(shè)備朝向傳感器1.9投射，在眼睛視覺光學(xué)系統(tǒng)的情況下傳感器1.9可以是用戶的眼睛。
[0044]提取部分位于導(dǎo)引設(shè)備的區(qū)域1.7中，在該區(qū)域1.7中，第一部分1.5包括位于表面上的至少一個微結(jié)構(gòu)，該至少一個微結(jié)構(gòu)包括平的表面，該平的表面適于使照射該平的表面的光束射線從導(dǎo)引設(shè)備中射出。在區(qū)域1.7中，第二部分1.10包括至少一個微結(jié)構(gòu)，其具有與第一部分1.5的至少一個微結(jié)構(gòu)互補(bǔ)的形狀。因此彼此互補(bǔ)的微結(jié)構(gòu)彼此相對地放置。
[0045]組裝第一部分1.5和第二部分1.10，以使得提取部分中的每個微結(jié)構(gòu)通過具有大體恒定厚度的透明介質(zhì)與其互補(bǔ)的微結(jié)構(gòu)分離。該厚度被選擇以導(dǎo)致對外部景象圖像的有限修改。由于透明介質(zhì)的大體恒定的厚度，微結(jié)構(gòu)與其互補(bǔ)結(jié)構(gòu)大體上平行，從而因?yàn)樯渚€僅經(jīng)過小轉(zhuǎn)換(translation),所以外部景象的圖像基本不被修改。
[0046]為了解決上述問題，已注意到，一解決方案可包括利用填充材料8.1填充提取部分的微結(jié)構(gòu)的中空部分(無論這些微結(jié)構(gòu)為凸起或凹進(jìn)形式的棱鏡)，如圖8示意性示出。然而，如果填充材料8.1與第一部分1.5的材料不同，這樣會導(dǎo)致穿透射線的較大折射。相對于像素尺寸，這種折射必須被考慮。視頻像素的典型尺寸為約0.03°。如果這兩種材料不同，它們將具有不同的折射率，其中Ii1用于填充材料而112用于第一部分1.5的材料。垂直于第一部分1.5的表面到達(dá)的射線的偏差可被計(jì)算，微結(jié)構(gòu)為具有角度μ的棱鏡。圖8中示出了這種情況，其中外部景象的射線8.2垂直于第一部分1.5的表面到達(dá)并且不通過填充材料1.8,平行于射線8.1的射線8.3穿過填充材料8.1。形成
射角μ ’為:
[0047]
【權(quán)利要求】
1.一種用于傳輸圖像的光束的光學(xué)導(dǎo)引的光學(xué)導(dǎo)引設(shè)備，包括: -第一部分(1.5)，由透明材料制成，并包括提取部分，所述提取部分包括位于所述第一部分的表面上的至少一個微結(jié)構(gòu)(3.1)； -第二部分(1.10)，由與所述第一部分的材料大體相同的材料制成，并包括被稱為互補(bǔ)部分的部分，所述互補(bǔ)部分包括位于表面上的具有與所述提取部分的至少一個微結(jié)構(gòu)互補(bǔ)的形狀的至少一個微結(jié)構(gòu)(4.1)； 其特征在于，所述第一部分適于通過連續(xù)全內(nèi)反射來傳播光束(1.6)，每個微結(jié)構(gòu)都包括平的表面(3.2)，所述平的表面(3.2)適于允許在所述第一部分中通過連續(xù)反射來傳播光束的射線以及照射所述平的表面以從所述導(dǎo)引設(shè)備中射出； 所述光學(xué)導(dǎo)引設(shè)備還包括: -粘合劑層(5.1 ;6.2)，在所述第一部分和所述第二部分的部分表面上延伸以將所述第一部分與所述第二部分組裝，使得所述提取部分的每個微結(jié)構(gòu)通過透明媒介與其互補(bǔ)的微結(jié)構(gòu)分離，所述透明媒介具有大體恒定厚度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)導(dǎo)引設(shè)備，其特征在于，所述粘合劑層(5.1 ;6.2)在所述第一部分中除了適于通過連續(xù)反射來傳播光束(6.1)的表面之外的表面的一部分上延伸。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學(xué)導(dǎo)引設(shè)備，其特征在于，所述粘合劑層(6.2)在所述第一部分中除了包括所述提取部分的表面之外的表面上延伸。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光學(xué)導(dǎo)引設(shè)備，其特征在于，所述粘合劑為微球型。
5.根據(jù)權(quán)利要求2和3中任一項(xiàng)所述的光學(xué)導(dǎo)引設(shè)備，其特征在于，所述粘合劑層(5.1)構(gòu)成位于所述提取部分的每個微結(jié)構(gòu)與其互補(bǔ)的微結(jié)構(gòu)之間的所述透明媒介。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的光學(xué)導(dǎo)引設(shè)備，其特征在于，所述提取部分的每個微結(jié)構(gòu)都包括在所述第一部分的表面上凸起形成的棱鏡。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的光學(xué)導(dǎo)引設(shè)備，其特征在于，所述提取部分的每個微結(jié)構(gòu)都包括在所述第一部分的表面上凹進(jìn)形成的棱鏡。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的光學(xué)導(dǎo)引設(shè)備，其特征在于，所述光學(xué)導(dǎo)引設(shè)備包括在所述提取部分的每個微結(jié)構(gòu)上延伸的具有部分反射材料的層(5.2)。
9.一種眼睛視覺光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述眼睛視覺光學(xué)系統(tǒng)包括根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的光學(xué)導(dǎo)引設(shè)備。
【文檔編號】G02B27/01GK103562773SQ201280016888
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2012年3月19日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月5日
【發(fā)明者】奎海姆·杜伯勞卡, 帕斯科爾·伯努瓦, 澤維爾·胡格爾 申請人:奧普特發(fā)明公司