光导布置、成像光学单元、头戴式显示器及提高成像光学单元的成像品质的方法技术

为了提高具有用于传输具有光谱最大值和光谱带宽的至少一个颜色通道(I，II，III)的光导布置的成像光学单元的成像品质，该光导布置(3)在传输该至少一个颜色通道(I，II，III)期间减小该至少一个颜色通道(I，II，III)的光谱带宽。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光导布置、成像光学单元、头戴式显示器及提高成像光学单元的成像品质的方法本专利技术涉及一种具有用于传输至少一个颜色通道、尤其传输至少一个第一颜色通道和一个第二颜色通道的光波导的光导布置，其中，这些颜色通道具有相应的光谱最大值和相应的光谱带宽。此外，本专利技术涉及一种用于形成在图像生成器上呈现的原始图像的虚拟图像的成像光学单元、以及一种具有这样的成像光学单元的头戴式显示器。开篇提及的这种类型的光导布置可以用于头戴式显示器中并且尤其用于智能眼镜中。智能眼镜在本描述的意义内是特定形式的头戴式显示器，其能够将电子图像与直接感知到的周围环境的图像组合并因此向使用者呈现电子图像而不会妨碍对周围环境的直接感知。当将电子图像与直接感知到的周围环境的图像组合时，基本上在这种组合可基于的以下原则之间进行区分：1.使用在前部附接有光束组合器(例如分束立方体)的普通眼镜。2.通过在眼镜镜片内侧的反射，从侧面、从顶部或从底部直接耦合输入光，其中以支持方式使用衍射光栅、菲涅耳元件等。3.通过眼镜镜片中的反射、尤其通过全反射引导电子图像的光，并且借助于输出耦合结构将电子图像的光束路径与周围环境的直接图像组合，该输出耦合结构被布置在眼镜镜片中并用于朝眼睛方向从眼镜镜片耦合输出电子图像的光束路径。尽管第一个原则在光学上起到非常好的作用，但由于附接在前部的光束组合器向外非常明显且大，所以它具有非常低的社会接受度。此外，眼镜因此变得前部重。第二个原则仅在眼镜与头部之间的距离大大增加的情况下才能实现，这同样是不可接受的。因此，更有希望的途径是从第三原则开始，即，在眼镜镜片中作为光波导引导光。在这种情况下，输出耦合结构可以被配置为衍射光栅、配置为部分透明的倾斜镜或者呈部分透明的菲涅耳元件的形式。在衍射光栅的情况下，例如通过一级衍射最大值从眼镜镜片耦合输出电子图像的光束路径，而通过零级衍射最大值，观察光可以尽可能少被减弱地穿过输出耦合结构。例如，在以下文献中描述了通过眼镜镜片中的反射、尤其通过全内反射来将电子图像的光引导至输出耦合结构的智能眼镜的示例：DE102013207257A1、DE102013223963A1、DE102013223964B3、DE102015117557A1、DE102016124538A1、US2006/0126181A1、US2010/0220295A1、以及US2012/0002294A1。智能眼镜还旨在能够尤其呈现彩色电子图像。因此，具有光波导作为其一部分的成像光学单元通常针对几个特定波长(例如针对红色光谱范围内的波长、绿色光谱范围内的波长、和蓝色光谱范围内的波长)优化。即，用于耦合输入光波导中的输入耦合结构、用于从光波导中耦合输出的输出耦合结构、以及光波导内的成像光束路径的反射关于这些特定波长被优化。然而，多色图像生成器(即，可以生成彩色图像的图像生成器)不是仅仅发射使成像光学单元针对其优化的这三个特定波长，而是发射三个波长范围，例如红色波长范围、绿色波长范围和蓝色波长范围，每个波长范围具有光谱宽度。接着，使成像光学单元针对其优化的这三个特定波长典型地被选择成对应于这些波长范围的光谱最大值或接近相应的光谱最大值。由于成像光学单元针对少数特定波长进行优化，多色图像生成器发射的波长范围的光谱带宽导致成像品质低劣。因此，本专利技术的目的是提供一种甚至与多色图像生成器一起产生高成像品质的光导布置、成像光学单元、以及头戴式显示器。此外，本专利技术的目的是提供一种用于在传输具有光谱带宽的颜色通道时提高成像光学单元的成像品质的方法。第一目的是通过权利要求1所述的光导布置、权利要求12所述的成像光学单元、以及权利要求15所述的头戴式显示器来实现的。第二目的是通过权利要求16所述的用于提高成像光学单元的成像品质的方法来实现的。从属权利要求包含本专利技术的有利配置。根据本专利技术的光导布置包括光波导，该光波导用于传输具有光谱最大值和光谱带宽的至少一个颜色通道。然而，特别地，光波导可以被实施为用于传输至少一个第一颜色通道和一个第二颜色通道的光波导，其中，这些颜色通道具有相应的光谱最大值和相应的光谱带宽，并且其中，光谱最大值在光谱中的位置彼此不同。该光波导典型地被配置用于传输这种类型的三个颜色通道。根据本专利技术，光导布置包括用于减小该颜色通道的光谱带宽、或者在至少两个颜色通道的情况下减小这些颜色通道的光谱带宽的装置。在本描述的背景下，光波导应被认为涵盖了由透明材料构成的以下任何元件，该元件例如通过在该元件的外表面或材料内部界面处的全内反射而在其内部传输光。然而，反射还可以在部分或完全反射的层上实现、而不是通过全反射来实现。在本描述的背景下，颜色通道被认为尤其是用于生成多色图像的颜色空间的原色。原色在此可以例如是红色、绿色和蓝色。然而，其他原色也是可能的，例如青色、品红色和黄色。此外，原则上，颜色空间还可以包括多于或少于三种原色，并且因此可以存在多于或少于三个颜色通道。此外，在本描述的背景下，生成单色图像时的情形也旨在被颜色通道涵盖。接着，颜色通道决定单色图像的颜色。本专利技术是基于以下见解：多色图像生成器的有待通过光导布置来传输的每个颜色通道典型地由具有光谱最大值的特定波长范围形成，其波长定义了颜色通道的原色。在这种情况下，每个波长范围具有一定的光谱宽度，其中，针对每个颜色通道，光波导的材料色散使得波长范围内的光根据光的波长具有不同的反射角。由于光导布置仅针对每个波长范围内的一个波长(典型地针对定义了颜色通道的原色的波长，但是这不是强制性的)优化，因此该波长范围内的其余波长不以最佳反射角度反射。此外，在通过衍射光栅使成像光束路径耦合进入光波导中和/或成像光束路径从光波导耦合输出的情况下，颜色通道的用于输入耦合和/或输出耦合的衍射光栅在每种情况下针对对应波长范围内的特定波长优化，使得与该波长范围偏离的波长沿略微不同的方向耦合输出。这两种效应的结果是，对于颜色通道，在成像期间，并非相关波长范围内的所有波长都聚焦到同一点。原始图像的一个点再次聚焦到图像中某个点的程度的一种度量是点扩散函数(PSF)。由于每个颜色通道的上述波长相关的色散和衍射，所述点扩散函数的半高全宽增大。这导致基于原始图像生成的图像的分辨率降低，并且导致该图像的对比度损失。该用于减小颜色通道的光谱带宽的装置抵消每个颜色通道的点扩散函数的加宽。根据本专利技术的具有光导布置的成像光学单元可以在这方面被配置成使得每个颜色通道被减小至在多色图像生成器的波长范围的相应光谱最大值附近的窄的光谱范围。借助于根据本专利技术的光导布置，针对每个颜色通道，减小颜色通道的光谱带宽防止传输被分派给所述颜色通道的波长范围的、最促使成像品质低劣的这些波长。在成像光学单元的颜色通道针对多色图像生成器的波长范围的光谱最大值波长优化的情况下，波长范围内的波长对于图像品质低劣的作用越大，这些波长离光谱最大值就越远。因此，光谱带宽减小越多，即颜色通道的光谱范围变得越窄，成像光学单元的成像品质提高就越多。然而，成像光束路径中的强度还由于颜色通道的光谱带宽的减小而损失。因此，借助于用于减小光谱带宽的装置有利地将本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有用于传输至少一个颜色通道(I，II，III)的光波导(4)的光导布置(3)，该至少一个颜色通道具有光谱最大值和光谱带宽，其特征在于，该光导布置(3)包括用于减小该颜色通道(I，II，III)的光谱带宽的装置。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20190201 DE 102019102586.91.一种具有用于传输至少一个颜色通道(I，II，III)的光波导(4)的光导布置(3)，该至少一个颜色通道具有光谱最大值和光谱带宽，其特征在于，该光导布置(3)包括用于减小该颜色通道(I，II，III)的光谱带宽的装置。


2.如权利要求1所述的光导布置(3)，其特征在于，该光导布置具有用于传输至少一个第一颜色通道(I，II，III)和一个第二颜色通道(I，II，III)的光波导(4)，其中，这些颜色通道(I，II，III)具有相应的光谱最大值和相应的光谱带宽，这些颜色通道的光谱最大值在光谱中的位置彼此不同，并且该光导布置(3)具有用于减小这些颜色通道的光谱带宽的装置。


3.如权利要求1或权利要求2所述的光导布置(3)，其特征在于，该用于减小该一个或多个颜色通道(I，II，III)的光谱带宽的装置集成到该光波导(4)中。


4.如权利要求1至3中任一项所述的光导布置(3)，其特征在于，该用于减小该一个或多个颜色通道(I，II，III)的光谱带宽的装置是布置在该光波导的上游或下游的减小元件(19)。


5.如权利要求1至4中任一项所述的光导布置(3)，其特征在于，该用于减小该一个或多个颜色通道(I，II，III)的光谱带宽的装置包括至少一个透射滤光器。


6.如权利要求5所述的光导布置(3)，其特征在于，该至少一个透射滤光器由具有透射滤光器特性的光波导入射表面(5)来实现。


7.如权利要求1至6中任一项所述的光导布置(3)，其特征在于，该用于减小该一个或多个颜色通道(I，II，III)的光谱带宽的装置包括至少一个光谱选择性反射元件(11a，11b)。


8.如权利要求1至7中任一项所述的光导布置(3)，其特征在于，该用于减小该一个或多个颜色通道(I，II，III)的光谱带宽的装置被实施为该光波导(4)的或布置在该光波导(4)的上游或下游的该减小元件(19)的至少一部分的至少一个涂层。


9.如权利要求1至8中任一项所述的光导布置(3)，其特征在于，该用于减小该一个或多个颜色通道(I，II，III)的光谱带宽的装置包括至少一个窄带滤光器和/或一个窄带光谱选择性反射元件。


10.如权利要求1至9中任一项所述的光导布置(3)，其特征在于，该用于减小该一个或多个颜色通道(I，II，III)...

【专利技术属性】
技术研发人员：格奥尔格·米切尔斯，莫姆齐尔·戴维德科夫，
申请(专利权)人：图茨技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE