DE102004020818A1

DE102004020818A1 - Display device, e.g. for head-mounted display, has focussing lens with deflecting element whose entry and/or exit surfaces are curved

Info

Publication number: DE102004020818A1
Application number: DE200410020818
Authority: DE
Inventors: Martin Dr. Roß-Meßemer; Bertram Achtner
Original assignee: Carl Zeiss AG
Current assignee: Carl Zeiss AG
Priority date: 2004-04-28
Filing date: 2004-04-28
Publication date: 2005-11-24

Abstract

A focussing lens (2) includes a deflecting element (4) which folds the beam path in the focussing lens. The beam path (S) passes through an entry surface in the deflecting element, is folded in a deflecting surface by means of reflection, and passes through to the exit surface of the deflecting element. The entry and/or exit surfaces are curved.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anzeigevorrichtung mit einem Bildelement zum Erzeugen eines Bildes und einer Abbildungsoptik, die das Bild so abbildet, daß es von einem die Vorrichtung tragenden Benutzer wahrnehmbar bzw. erfaßbar ist, wobei die Abbildungsoptik ein Umlenkelement umfaßt, das den Strahlengang in der Abbildungsoptik faltet.The The invention relates to a display device with a picture element for generating an image and an imaging optic representing the image so it pictures that is perceptible by a user carrying the device; wherein the imaging optics comprises a deflection element, the beam path in the imaging optics folds.

Solche Anzeigevorrichtungen werden häufig als sogenannte HMD-Vorrichtungen (Head-Mounted-Display-Vorrichtungen) eingesetzt. In diesem Fall besteht die Problematik, daß die Anzeigevorrichtung einerseits leicht und andererseits kostengünstig herstellbar ist.Such Display devices become common used as so-called HMD devices (head-mounted display devices). In this case, there is a problem that the display device on the one hand easily and on the other hand, inexpensive can be produced.

Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, eine Anzeigevorrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß sie mit geringerem Gewicht und/oder kostengünstiger herstellbar ist.outgoing It is an object of the invention to provide a display device of educate the aforementioned type so that they with less weight and / or less expensive can be produced.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Anzeigevorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß das Umlenkelement eine Eintrittsfläche, eine Austrittsfläche sowie eine Umlenkfläche aufweist und der Strahlengang durch die Eintrittsfläche verläuft, dann an der Umlenkfläche mittels einer Reflexion gefaltet ist und sich bis zur Austrittsfläche und durch diese hindurch erstreckt, wobei die Eintritts- und/oder Austrittsfläche gekrümmt ausgebildet ist.According to the invention this Task with a display device of the type mentioned solved by that this Deflection element an entrance surface, an exit surface as well as a deflection surface has and the beam path passes through the entrance surface, then at the deflection surface is folded by a reflection and up to the exit surface and extending therethrough, wherein the entrance and / or exit surface formed curved is.

Durch diese Ausbildung des Umlenkelements kann die Vorrichtung einerseits kompakt und damit auch leicht ausgestaltet werden. Andererseits weist das Umlenkelement auch noch abbildende Eigenschaften auf, wodurch weitere Gewichtseinsparungen erzielbar sind.By This design of the deflecting element, the device on the one hand compact and therefore easy to design. on the other hand the deflection element also has imaging properties, whereby Further weight savings can be achieved.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung umfaßt das Umlenkelement ein Umlenkprisma mit einer ersten und zweiten Prismenseite sowie eine erste Linse mit einer ersten und zweiten Linsenseite, wobei die erste Linsenseite die Eintritts- oder Austrittsfläche bildet, die zweite Linsenseite mit der ersten Prismenseite direkt oder über eine Kontaktschicht verbunden ist und die zweite Prismenseite die Umlenkfläche bildet. In diesem Fall kann das Umlenkelement äußerst kostengünstig mittels gängiger optischer Elemente hergestellt werden. Somit kann auf Spezialanfertigungen verzichtet werden.In a particularly preferred embodiment of the display device according to the invention includes that Deflection element a deflection prism with a first and second prism side and a first lens having first and second lens sides, wherein the first lens side forms the entrance or exit surface, the second lens side with the first prism side directly or via a Contact layer is connected and the second prism side forms the deflection. In this case, the deflection can be extremely inexpensive means common optical elements are produced. Thus, on custom made be waived.

Die Kontaktschicht ist bevorzugt als Immersionsschicht ausgebildet. Dies ist eine besonders einfache und leichte Art der Verbindung der beiden Elemente, die zudem auch noch kostengünstig ist.The Contact layer is preferably formed as an immersion layer. This is a particularly simple and easy way of connecting the two elements, which is also still inexpensive.

Die Immersionsschicht ist bevorzugt so ausgewählt, daß sie auch eine mechanische Verbindung (neben der optischen Kopplung) von Prisma und der ersten Linse bewirkt. Damit können Halterungselemente eingespart werden. Insbesondere kann die Immersionsschicht eine stoffschlüssige bzw. stoffinnige Verbindung mit den entsprechenden Flächen des Prismas und der Linse bewirken. Damit wird eine dauerhafte Verbindung von Prisma und Linse sichergestellt.The Immersion layer is preferably selected so that it also has a mechanical Connection (besides the optical coupling) of prism and the first Lens causes. With that you can Retaining elements can be saved. In particular, the immersion layer a cohesive or stoffinnige connection with the corresponding surfaces of Prism and the lens effect. This will be a permanent connection of Ensured prism and lens.

Besonders bevorzugt ist es bei der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung, wenn die zweite Linsenseite und die erste Prismenseite jeweils als Planflächen ausgebildet sind. In diesem Fall ist die Verbindung besonders leicht herstellbar.Especially it is preferred in the display device according to the invention, when the second lens side and the first prism side are each formed as planar surfaces are. In this case, the connection is particularly easy to produce.

Neben der Verbindung des Umlenkprismas mit der ersten Linse mittels der Immersionsschicht bzw. einer Immersionsflüssigkeit ist auch eine Verbindung mittels einem optischen Kitt oder durch Kleben möglich. Ferner können das Prisma und die Linse auch mittels Ansprengen miteinander verbunden werden.Next the connection of the deflection prism with the first lens by means of Immersion layer or an immersion liquid is also a compound by means of an optical cement or by gluing possible. Furthermore, the Prism and the lens also connected by means of wringing become.

Bei der Anzeigevorrichtung kann die erste Linsenseite die Eintrittsfläche bilden, kann das Umlenkprisma eine dritte Prismenseite und das Umlenkelement eine zweite Linse aufweisen, wobei die zweite Linse mit ihrer ersten Seite mit der dritten Prismenseite direkt oder über eine Kontaktschicht verbunden ist und die zweite Seite der zweiten Linse die Austrittsfläche bildet. Damit läßt sich ein Umlenkelement zur Verfügung stellen, bei dem sowohl die Eintrittsfläche als auch die Austrittsfläche optisch abbildend wirken. Somit wird eine weitere Einsparung von Optikelementen in der Abbildungsoptik möglich.at the display device, the first lens side can form the entrance surface, the deflecting prism can have a third prism side and the deflecting element a second lens, wherein the second lens with its first Side connected to the third prism side directly or via a contact layer is and the second side of the second lens forms the exit surface. This can be a deflection available in which both the entrance surface and the exit surface optically act as a picture. Thus, a further saving of optical elements possible in the imaging optics.

Bevorzugt ist die erste Seite der zweiten Linse und die dritte Prismenseite jeweils als Planfläche ausgebildet. Dies erleichtert die Verbindung der zweiten Linse mit der Prismenseite.Prefers is the first side of the second lens and the third prism side each as a plane surface educated. This facilitates the connection of the second lens with the prism side.

Auch die Kontaktschicht zwischen der zweiten Linse und dem Umlenkprisma kann mittels einer Immersionsschicht, durch Kleben oder mittels einem optischen Kitt realisiert werden. Auch ist ein Ansprengen zur Herstellung der Verbindung möglich.Also the contact layer between the second lens and the deflection prism can by means of an immersion layer, by gluing or by means be realized an optical cement. Also is a wringing possible for the preparation of the connection.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung besteht darin, daß die erste und zweite Linse gleiche geometrische Abmessungen aufweisen. In diesem Fall muß nur ein Linsentyp hergestellt werden, der als erste und als zweite Linse eingesetzt werden kann.A advantageous embodiment of the display device according to the invention consists in that the first and second lens have the same geometric dimensions. In this case only needs a lens type can be made as the first and second lens can be used.

Ferner kann die erste Linsenseite der ersten Linse und die zweite Seite der zweiten Linse in derselben sphärischen Fläche liegen.Further may be the first lens side of the first lens and the second side of the second lens lie in the same spherical surface.

Des weiteren ist es bevorzugt, daß das Prisma und die erste und/oder zweite Linse aus dem gleichen Material gebildet sind. Dies ist für eine gute Abbildungseigenschaft von Vorteil. Insbesondere kann dann eine Kontaktschicht vorgesehen werden, die die gleiche Brechzahl wie die Brechzahl des Materials des Prismas und der Linsen aufweist.Of Further, it is preferable that the Prism and the first and / or second lens of the same material are formed. This is for a good imaging feature of advantage. In particular, then a contact layer can be provided which has the same refractive index as the refractive index of the material of the prism and the lenses.

Besonders gute Abbildungseigenschaften werden erreicht, wenn sich die Brechzahl der Kontaktschicht um nicht mehr als 0,2 von der Brechzahl des Materials des Prismas und der Linse unterscheidet.Especially good imaging properties are achieved when the refractive index the contact layer by not more than 0.2 of the refractive index of the material of the prism and the lens is different.

Die Kontaktschicht weist bevorzugt eine Dicke in einem Bereich von 0 – 50 μm auf.The Contact layer preferably has a thickness in a range of 0-50 microns.

Das Umlenkelement kann eine dritte Linse aufweisen, die in gleicher Weise wie die erste Linse mit der zweiten Prismenseite verbunden ist. In diesem Fall ist es bevorzugt, daß die nicht mit dem Prisma verbundene Fläche der dritten Linse die Umlenkfläche bildet.The Deflection element may have a third lens, in the same As the first lens connected to the second prism side is. In this case, it is preferable that not with the prism connected area the third lens, the deflection forms.

Die Linsen können auch als Plankonkavlinsen ausgebildet sein.The Lenses can be designed as Plankonkavlinsen.

Ferner kann das Umlenkelement einstückig ausgebildet sein. In diesem Fall wird die Montage der Anzeigevorrichtung erleichtert, da das Umlenkelement selbst schon fertig ist.Further can the deflector in one piece be educated. In this case, the mounting of the display device relieved, since the deflection itself is already finished.

Das Umlenkelement kann insbesondere eine sphärische Fläche aufweisen, wobei ein Abschnitt der sphärischen Fläche die Eintrittsfläche und ein anderer Abschnitt der sphärischen Fläche die Austrittsfläche bildet. Insbesondere kann das Umlenkelement als Halbkugel ausgebildet sein. Dies läßt sich besonders leicht herstellen. So ist die Herstellung von sphärischen Flächen mit hoher Genauigkeit leicht und schnell möglich. Das Umlenkelement kann auch als vertikal beschnittene Halbkugel ausgebildet sein, also als Halbkugel, bei der ein oder mehrere Halbkugelabschnitte abgeschnitten sind. Die Schnittfläche verläuft dabei bevorzugt senkrecht zur Umlenkfläche. Ein solches Umlenkelement weist vorteilhaft ein geringeres Gewicht auf als eine vollständige Halbkugel.The Deflection element may in particular have a spherical surface, wherein a portion the spherical one area the entrance area and another portion of the spherical surface forms the exit surface. In particular, the deflecting element may be formed as a hemisphere. This can be especially easy to make. So is the production of spherical surfaces easy and fast with high accuracy. The deflecting element can Also be designed as a vertically trimmed hemisphere, ie as a hemisphere, in which one or more hemisphere sections cut off are. The cut surface extends preferably perpendicular to the deflection. Such a deflecting element advantageously has a lower weight than a full hemisphere.

Die Umlenkfläche des Umlenkelements ist insbesondere als Planfläche ausgebildet. Dabei kann die Umlenkung mittels einer internen Totalreflexion erfolgen. Alternativ kann die Planfläche teil- oder vollverspiegelt sein.The deflection the deflecting element is designed in particular as a plane surface. It can the deflection by means of an internal total reflection done. alternative can the plane surface be partially or fully mirrored.

Die Abbildungsoptik kann ferner eine erste und zweite Optikgruppe umfassen, wobei das Umlenkelement zwischen beiden Optikgruppen angeordnet ist. Damit läßt sich eine äußerst kompakte Abbildungsvorrichtung bereitstellen.The Imaging optics may further include first and second optics groups, wherein the deflecting element is arranged between the two optical groups is. This can be an extremely compact Provide imaging device.

Insbesondere kann die erste Optikgruppe ein Optikelement umfassen, das mit einer Seite mit der Eintritts- oder Austrittsfläche direkt oder über eine Kontaktschicht verbunden ist. Ferner ist es möglich, daß beide Optikgruppen jeweils ein Optikelement aufweisen, das jeweils direkt oder über eine Kontaktschicht mit der zugeordneten Eintritts- bzw. Austrittsfläche verbunden ist.Especially For example, the first optics group may comprise an optic element that is connected to a Side with the entrance or exit surface directly or via a Contact layer is connected. Furthermore, it is possible that both optical groups each have an optical element, each directly or via a Contact layer connected to the associated entrance or exit surface is.

Die durch das Umlenkelement bewirkte Faltung des Strahlengangs ist bevorzugt mittels einer einzigen Reflexion bewirkt. Die Umlenkung beträgt insbesondere 70° – 110° (bevorzugt 90°).The caused by the deflecting folding of the beam path is preferred caused by a single reflection. The diversion is in particular 70 ° - 110 ° (preferred 90 °).

Das Umlenkelement wird vorteilhafterweise insbesondere so ausgestaltet, daß es nur eine einzige Faltung des Strahlengangs bewirkt.The Deflecting element is advantageously designed in particular so that it only causes a single convolution of the beam path.

Die Abbildungsoptik der Anzeigevorrichtung erzeugt bevorzugt ein virtuelles Bild des mittels des Bildelements erzeugten Bildes, wobei insbesondere eine Abbildung nach unendlich möglich ist.The Imaging optics of the display device preferably generates a virtual Image of the image generated by the pixel, in particular a picture to infinity possible is.

Die Austrittspupille der Abbildungsoptik liegt außerhalb der Abbildungsoptik, so daß der Betrachter problemlos sein Auge an den Ort der Austrittspupille bringen kann. Die Anzeigevorrichtung ist dabei insbesondere am Körper befestigt oder auf den Kopf aufgesetzt. Für diesen Fall weist die Anzeigevorrichtung ein entsprechendes Gestell auf.The Exit pupil of the imaging optics lies outside of the imaging optics, so that the Observer easily his eye to the place of the exit pupil can bring. The display device is attached in particular to the body or put on the head. For In this case, the display device has a corresponding frame on.

Die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung kann natürlich noch eine Ansteuereinheit zur Ansteuerung des Bildelements anhand vorgegebener Bilddaten enthalten, wobei das Bildelement entweder ein selbstleuchtendes Bildelement, wie z. B. ein OLED (organisches LED), oder ein nicht selbstleuchtendes Bildelement sein kann, das reflektiv oder transmissiv ausgebildet sein kann (z. B. LCD-Modul, LCoS-Modul, Kippspiegelmatrix). Die Bildebene, in der das Bild erzeugt wird, kann durch das Bildelement selbst gegeben sein oder vom Bildelement beabstandet sein. Im letzteren Fall kann eine Zwischenabbildungsoptik zwischen dem Bildelement und der Bildebene angeordnet sein.The Display device according to the invention can of course nor a drive unit for controlling the pixel based predetermined image data, wherein the pixel either a self-luminous picture element, such. B. an OLED (organic LED), or may be a non-self-luminous picture element, the may be reflective or transmissive (eg LCD module, LCoS module, tilting mirror matrix). The image plane in which the image is created may be given by the picture element itself or by the picture element be spaced. In the latter case, an intermediate imaging optics be arranged between the pixel and the image plane.

Insbesondere ist die Anzeigevorrichtung als sogenannte HMD-Vorrichtung ausgebildet, die noch eine geeignete Haltevorrichtung bzw. ein geeignetes Gestell aufweist, mit dem sie auf dem Kopf des Benutzers aufgesetzt werden kann. Dieses Gestell kann ähnlich zu einem Brillengestell ausgebildet sein. Natürlich kann die Anzeigevorrichtung sowohl zur Bilddarstellung für ein Auge als auch für beide Augen ausgebildet werden und das Bildelement kann einfarbige oder mehrfarbige Bilder erzeugen.Especially if the display device is designed as a so-called HMD device, the still a suitable holding device or a suitable frame has, with which they are placed on the head of the user can. This frame can be similar be formed to a spectacle frame. Of course, the display device both for image representation for an eye as well for Both eyes are formed and the picture element can be monochrome or create multicolored images.

Das Umlenkelement und die Optikgruppen sind insbesondere aus Kunststoff oder Glas gebildet.The Deflection element and the optical groups are in particular made of plastic or glass formed.

Die Erfindung wird beispielshalber anhand der Figuren noch näher erläutert. Von den Figuren zeigen:The The invention will be explained in more detail by way of example with reference to the figures. From show the figures:

1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der Anzeigevorrichtung, und 1 a schematic representation of a first embodiment of the display device, and

2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Anzeigevorrichtung. 2 a schematic representation of a second embodiment of the display device.

Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform umfaßt die Anzeigevorrichtung ein Bildelement 1 zum Erzeugen eines darzustellenden Bildes sowie eine dem Bildelement 1 nachgeordnete Abbildungsoptik 2, die das mittels dem Bildelement 1 erzeugte Bild so als virtuelles Bild abbildet, daß ein Benutzer, für den stellvertretend ein Auge A eingezeichnet ist, das Bild wahrnehmen bzw. (vollständig) erfassen kann.At the in 1 In the embodiment shown, the display device comprises a picture element 1 for generating an image to be displayed and a picture element 1 downstream imaging optics 2 that by means of the picture element 1 image generated as a virtual image that a user, for the representative of an eye A is drawn, the image perceive or can (completely) capture.

Die Abbildungsoptik umfaßt in dieser Reihenfolge nach dem Bildelement 1 eine erste Optikgruppe 3, ein Umlenkelement 4 sowie eine zweite Optikgruppe 5. Wie durch den schematisch eingezeichneten Strahlengang S ersichtlich ist, bewirkt das Umlenkelement 4 eine Faltung des Strahlengangs S um 90°.The imaging optics comprises the picture element in this order 1 a first optics group 3 , a deflecting element 4 as well as a second optics group 5 , As can be seen by the schematically drawn beam path S, causes the deflection 4 a convolution of the beam path S by 90 °.

Das Umlenkelement 4 umfaßt ein 90°-Umlenkprisma P mit einer ersten, zweiten und dritten Prismenseite 6, 7 und 8 sowie eine erste und zweite Plankonvexlinse 9, 10, die jeweils eine Planfläche 11 und 13 sowie eine konvexe Fläche 12 und 14 aufweisen.The deflecting element 4 includes a 90 ° diverter prism P having first, second and third prism sides 6 . 7 and 8th and a first and second plano-convex lens 9 . 10 , each one plane surface 11 and 13 and a convex surface 12 and 14 exhibit.

Die erste Linse 9 bzw. die Planfläche 11 ist über eine Immersionsflüssigkeit und somit über eine Immersionsschicht mit der ersten Prismenseite 6, die als Planfläche ausgebildet ist, verbunden. Die Dicke der Immersionsschicht liegt bevorzugt zwischen 0 μm und 50 μm, wobei in dem hier beschriebenen Beispiel das Prisma P sowie die beiden Linsen 9 und 10 aus PMMA gebildet sind und als Immersionsflüssigkeit Chloroform eingesetzt ist. In diesem Fall dient die Immersionsflüssigkeit (Chloroform) neben ihrer Funktion der optischen Kopplung von Prisma P und erster Linse 9 auch noch zur mechanischen Verbindung und/oder Justierung der beiden Elemente miteinander, da es zu einer stoffschlüssigen bzw. stoffinnigen Verbindung zwischen Immersionsflüssigkeit und der ersten Prismenseite 6 bzw. der Planfläche 11 der ersten Linse 9 kommt.The first lens 9 or the plane surface 11 is via an immersion liquid and thus via an immersion layer with the first prism side 6 , which is designed as a plane surface connected. The thickness of the immersion layer is preferably between 0 .mu.m and 50 .mu.m, in the example described here the prism P and the two lenses 9 and 10 are formed from PMMA and chloroform is used as the immersion liquid. In this case, the immersion liquid (chloroform) serves besides its function of optical coupling of prism P and first lens 9 also for the mechanical connection and / or adjustment of the two elements with each other, since there is a cohesive or stoffinnigen connection between immersion liquid and the first prism side 6 or the plane surface 11 the first lens 9 comes.

Die Immersionsflüssigkeit ist bevorzugt so gewählt, daß der Brechzahlunterschied zwischen der Brechzahl der Immersionsflüssigkeit und dem Material des Umlenkprismas P bzw. der ersten Linse 9 nicht größer als 0,2 beträgt.The immersion liquid is preferably chosen such that the refractive index difference between the refractive index of the immersion liquid and the material of the deflection prism P or the first lens 9 not greater than 0.2.

Die zweite Linse 8 ist mit ihrer Planfläche 13 in gleicher Weise wie die erste Linse über eine Immersionsschicht mit dem Umlenkprisma P verbunden. Somit ist ein Freiformprisma aus dem 90°-Prisma P und den beiden Linsen 9, 10 gebildet, wobei die konvexe Seite 12 der ersten Linse 9 als Eintrittsfläche und die konvexe Seite 14 der zweiten Linse 10 als Austrittsfläche des Umlenkelements 4 dient.The second lens 8th is with its plane surface 13 in the same way as the first lens via an immersion layer with the deflection prism P connected. Thus, a free-form prism of the 90 ° prism P and the both lenses 9 . 10 formed, with the convex side 12 the first lens 9 as entrance surface and the convex side 14 the second lens 10 as the exit surface of the deflecting element 4 serves.

Die zweite Prismenseite 7 kann als totalreflektierende Fläche, als vollverspiegelte oder auch als teilverspiegelte Fläche ausgebildet sein. Eine Teilverspiegelung wird bevorzugt dann eingesetzt, wenn die Anzeigevorrichtung so ausgebildet sein soll, daß der Betrachter auch noch die Umgebung (in Überlagerung mit dem erzeugten Bild) wahrnehmen kann.The second prism side 7 can be designed as a totally reflecting surface, as vollverspiegelte or as partially mirrored surface. A partial mirroring is preferably used when the display device should be designed so that the viewer can still perceive the environment (in superimposition with the generated image).

In 2 ist eine zweite Ausführungsform der Anzeigevorrichtung gezeigt, wobei gleiche Elemente im Vergleich zu der Darstellung von 1 mit gleichen Bezugszeichen dargestellt sind und zu deren Beschreibung auf die obigen Ausführungen verwiesen wird. Die Ausführungsform von 2 unterscheidet sich von der in 1 gezeigten Ausführungsform darin, daß das Umlenkelement 4 als einstückiges Element ausgebildet ist, das eine sphärische Fläche 20 und eine Umlenkfläche 21 aufweist, die als Planfläche ausgebildet ist. Die sphärische Fläche 20 ist so groß ausgebildet, daß ein erster Abschnitt 22 der sphärischen Fläche als Eintrittsfläche des Umlenkelements 4 und ein davon getrennter Abschnitt 23 der sphärischen Fläche 20 als Austrittsfläche des Umlenkelements 4 dient. Die Umlenkfläche 21 kann in gleicher Weise wie die zweite Prismenseite 7 als totalreflektierende Fläche ausgebildet sein. Alternativ kann sie teil- oder vollverspiegelt sein. Das Umlenkelement 4 wirkt als bikonvexe Linse mit interner Umlenkung.In 2 a second embodiment of the display device is shown, wherein like elements compared to the representation of 1 are shown with the same reference numerals and reference is made to the description of the above statements. The embodiment of 2 is different from the one in 1 shown embodiment in that the deflecting element 4 is formed as an integral element having a spherical surface 20 and a deflection surface 21 has, which is designed as a plane surface. The spherical surface 20 is so large that a first section 22 the spherical surface as the entrance surface of the deflecting element 4 and a separate section 23 the spherical surface 20 as the exit surface of the deflecting element 4 serves. The deflection surface 21 can be done in the same way as the second prism side 7 be designed as a totally reflecting surface. Alternatively, it may be partially or fully mirrored. The deflecting element 4 acts as a biconvex lens with internal deflection.

Die erste Optikgruppe 3 umfaßt in der hier beschriebenen Ausführungsform eine Konvex-Konkav-Linse 24 mit negativer Brechkraft und die zweite Optikgruppe 5 umfaßt hier eine Plankonkav-Linse 25. Die Flächen F1 und F6 der Linsen 24 und 25 sind jeweils als asphärische Flächen ausgebildet, wobei die Fläche F6 auch noch als diffraktive Fläche ausgebildet ist. Die diffraktive Fläche umfaßt konzentrische Ringe mit dem Linsenscheitel der Fläche F6 als Mittelpunkt. Jeder Ring hat einen inneren und einen äußeren Radiuspunkt. Der innere Radius des ersten Rings ist 0. Der äußere Radius des m-ten Rings ist der innere Radius des m + 1-ten Rings. Die Breite der Ringe wird von der Mitte zum Rand der Linse kontinuierlich kleiner. Die Furchentiefe am inneren Radius ist null, am äußeren Radius beträgt sie d. Beim Übergang vom m-ten Ring auf den m + 1-ten Ring ist somit eine Stufe der Höhe d vorhanden. Die diffraktive Fläche kann mit der nachfolgenden Phasenprofilfunktion φ beschrieben werden.

dabei steht λ₀ für die Referenzwellenlänge und C_n sind die Koeffizienten des Phasenpolynoms.The first optics group 3 in the embodiment described here comprises a convex-concave lens 24 with negative power and the second optics group 5 here includes a plano-concave lens 25 , The surfaces F1 and F6 of the lenses 24 and 25 are each formed as aspheric surfaces, wherein the surface F6 is also designed as a diffractive surface. The diffractive surface comprises concentric rings with the lens vertex of the surface F6 as the center. Each ring has an inner and an outer radius point. The inner radius of the first ring is 0. The outer radius of the mth ring is the inner radius of the m + 1th ring. The width of the rings becomes continuously smaller from the center to the edge of the lens. The groove depth at the inner radius is zero, at the outer radius it is d. In the transition from the mth ring to the m + 1th ring, there is thus a step of height d. The diffractive surface can be described with the following phase profile function φ.

where λ _{0 is} the reference wavelength and C _n are the coefficients of the phase polynomial.

Der Radius r des m-ten Ringes berechnet sich aus

es gibt maximal N Ringe, wobei

dabei steht r_max für den halben Linsendurchmesser.The radius r of the mth ring is calculated

there are a maximum of N rings, where

where r _max stands for half the lens diameter.

Die Furchentiefe d an jedem Ring beträgt

wobei n₀ der Brechungsindex des Materials für λ₀ ist. Bei der hier beschriebenen Ausführungsform hat sich gezeigt, daß es ausreichend ist, die diffraktive Fläche mit dem Koeffizienten C₁ zu beschreiben. Dieser ist in der nachfolgenden Tabelle 3 angegeben.The groove depth d at each ring is

where n _{0 is} the refractive index of the material for λ ₀ . In the embodiment described here, it has been shown that it is sufficient to describe the diffractive surface with the coefficient C ₁ . This is given in Table 3 below.

Die asphärischen Flächen werden mit der nachfolgenden Formel (Pfeilhöhenformel) beschrieben

z: Pfeilhöhe
K: Exzentrizität
ρ: Scheitelkrümmung
h: Höhe
A,: B, C Koeffizienten für Terme höherer Ordnung.

The aspherical surfaces are described by the following formula (arrow height formula)

z: sagitta
K: eccentricity
ρ: vertex curvature
H: height
A,: B, C coefficients for higher-order terms.

Der genaue optische Aufbau der Abbildungsoptik 2 läßt sich den nachfolgenden Tabellen 1 bis 4 entnehmen, wobei Tabelle 1 die Linsen der beiden Optikgruppen 3 und 4 und das Umlenkelement beschreibt, in der Tabelle 2 die asphärischen Flächen genauer angegeben sind. In Tabelle 3 ist die diffraktive Fläche beschrieben und in Tabelle 4 sind die verwendeten Materialien (siehe Spalte "Material" von Tabelle 1) charakterisiert.The exact optical structure of the imaging optics 2 can be found in the following Tables 1 to 4, wherein Table 1, the lenses of the two optical groups 3 and 4 and describes the deflecting element, in Table 2, the aspheric surfaces are specified in more detail. In Table 3 the diffractive surface is described and in Table 4 the materials used (see column "Material" of Table 1) are characterized.

Tabelle 1:

Table 1:

Tabelle 2:

Table 2:

Tabelle 3:

Table 3:

Tabelle 4:

Table 4:

In Tabelle 4 bezeichnet n_d die Brechzahl für 587,56 nm, ν_d ist die entsprechende Abbesche Zahl und ρ ist die Dichte.In Table 4, n _d denotes the refractive index for 587.56 nm, ν _d is the corresponding Abbe number and ρ is the density.

Das Umlenkelement 4 kann halbkugelförmig ausgebildet sein, jedoch ist ein seitlicher Beschnitt aus fassungstechnischen Gründen oder aus Gewichtseinsparungsgründen möglich.The deflecting element 4 may be hemispherical, however, a lateral trim for technical reasons or weight saving reasons is possible.

Für die Korrektur des Farblängsfehlers ist es vorteilhaft, eine Fläche der zweiten Optikgruppe diffraktiv auszubilden, wie es hier beispielsweise die Fläche F6 ist. Für die Korrektur des Farbquerfehlers ist es vorteilhaft, eine Fläche in der ersten Optikgruppe 3 diffraktiv zu gestalten.For the correction of the longitudinal chromatic aberration, it is advantageous to make a surface of the second optical group diffractive, as here, for example, the surface F6. For the correction of the lateral chromatic aberration, it is advantageous to have an area in the first optical group 3 to make diffractive.

Das Bildelement 1 umfaßt bevorzugt bei beiden Ausführungsformen entweder ein selbstleuchtendes Bildelement oder ein nicht selbstleuchtendes Bildelement, das reflektiv oder transmissiv ausgebildet sein kann. Ferner kann noch eine Ansteuereinheit (nicht gezeigt) vorgesehen sein, die anhand vorgegebener Bilddaten das Bildelement entsprechend ansteuert.The picture element 1 In both embodiments, it preferably comprises either a self-luminous picture element or a non-self-luminous picture element, which may be reflective or transmissive. Furthermore, it is also possible to provide a drive unit (not shown) which correspondingly controls the picture element on the basis of predetermined image data.

Die Abbildungsvorrichtung weist bevorzugt bei beiden Ausführungsformen noch eine Halterung bzw. ein Gestell auf, mit der die Abbildungsvorrichtung am Körper des Benutzers befestigbar ist, bevorzugt am Kopf des Benutzers fixiert werden kann.The Imaging device preferably in both embodiments nor a holder or a frame, with which the imaging device on the body the user is fastened, preferably fixed to the user's head can be.

Claims

Display device with a picture element ( 1 ) for generating an image and an imaging optic ( 2 ), which images the image so as to be detectable by a user carrying the device, the imaging optics (FIG. 2 ) a deflecting element ( 4 ) comprising the beam path (S) in the imaging optics ( 2 ), characterized in that the deflecting element ( 4 ) has an entry surface, an exit surface and a deflection surface and the beam path (S) passes through the entry surface, then folded on the deflection surface by means of a reflection and extends to the exit surface and through it, wherein the entry surface and / or exit surface formed curved is.

Display device according to claim 1, characterized in that the deflection element ( 4 ) a deflection prism (P) having a first and second prism side ( 6 . 7 . 8th ) and a first lens ( 9 . 10 ) with a first and second lens side ( 11 . 12 ; 13 . 14 ), wherein the first lens side ( 12 ; 14 ) forms the entrance or exit surface, the second lens side ( 11 ; 13 ) with the first prism side ( 6 ; 8th ) is connected directly or via a contact layer and the second prism side ( 7 ) forms the deflection.

Display device according to claim 2, characterized in that that the Contact layer is formed as an immersion layer.

Display device according to Claim 3, characterized in that the immersion layer forms a mechanical connection between the prism (P) and the first lens ( 9 ) causes.

Display device according to claim 3 or 4, characterized characterized in that Immersion layer a cohesive Connection causes.

Display device according to one of claims 2 to 5, characterized in that the second lens side ( 11 ) and the first prism side ( 6 ) are each formed as a plane surface.

Display device according to one of Claims 2 to 6, characterized in that the first lens side ( 12 ) forms the entrance surface, the deflection prism (P) a third prism side ( 8th ) and the deflecting element ( 4 ) a second lens ( 10 ), wherein the second lens ( 10 ) with her first page ( 13 ) with the third prism side ( 8th ) is connected directly or via a contact layer and the second side ( 14 ) of the second lens ( 10 ) forms the exit surface.

Display device according to Claim 7, characterized in that the first page ( 13 ) of the second lens and the third prism side ( 8th ) are each formed as a plane surface.

Display device according to claim 7 or 8, characterized in that the first and second lenses ( 9 . 10 ) have the same geometric dimensions.

Display device according to one of claims 7 to 9, characterized in that the first lens side ( 12 ) of the first lens ( 9 ) and the second page ( 14 ) of the second lens ( 8th ) lie in the same spherical surface.

Display device according to one of claims 2 to 10, characterized in that the deflecting prism (P) and the lens ( 9 ; 10 ) or lenses ( 9 ; 10 ) are formed of the same material.

Display device according to claim 1, characterized in that the deflection element ( 4 ) is integrally formed.

Display device according to claim 12, characterized in that the deflecting element ( 4 ) a spherical surface ( 20 ), wherein a section ( 22 ) of the spherical surface ( 20 ) the entrance surface and another section ( 23 ) of the spherical surface ( 20 ) forms the exit surface.

Display device according to claim 12 or 13, characterized in that the deflection element ( 4 ) is designed as a hemisphere.

Display device according to claim 12 or 13, characterized in that the deflection element ( 4 ) is designed as a vertically truncated hemisphere.

Display device according to one of the above claims, characterized in that the deflection surface ( 7 ) is designed as a plane surface.

Display device according to one of the above claims, characterized in that the imaging optics ( 2 ) a first and second optical group ( 3 . 5 ), wherein the deflecting element ( 5 ) between both optical groups ( 3 . 5 ) is arranged.

Display device according to Claim 17, characterized in that the first optical group ( 3 ) an optical element ( 24 ) which is connected to one side (F2) directly or via a contact layer to the entrance or exit surface.

Display device according to one of the above claims, characterized in that the deflection element ( 4 ) causes the convolution of the beam path (S) by means of a single reflection by 70 ° - 110 °, preferably by 90 °.