DE102014107938A1 - display device - Google Patents

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Abstract

Es wird eine Anzeigevorrichtung mit einer auf den Kopf eines Benutzers aufsetzbaren Haltevorrichtung (2) und einer an der Haltevorrichtung (2) befestigten ersten Abbildungsoptik (15), die dafür ausgebildet ist, ein in einer Bildebene (E) erzeugtes Bild als virtuelles Bild so abzubilden, dass es der Benutzer im auf dem Kopf aufgesetzten Zustand der Haltevorrichtung (2) mit einem ersten Auge (LA, RA) wahrnehmen kann, bereitgestellt, wobei die erste Abbildungsoptik (15) eine erste Linse (16) mit negativer Brechkraft und eine von der ersten Linse (16) beabstandete zweite Linse (17) mit positiver Brechkraft aufweist, wobei die erste Linse (16) näher an der Bildebene (E) positioniert ist als die zweite Linse (17).The invention relates to a display device with a holding device (2) which can be placed on the head of a user and a first imaging optical unit (15) attached to the holding device (2), which is designed to image a picture generated in an image plane (E) as a virtual image in that the user can perceive it in the head-mounted state of the holding device (2) with a first eye (LA, RA), the first imaging optical system (15) having a first lens (16) with negative refractive power and one of the first lens (16) having a second lens (17) with positive refractive power, wherein the first lens (16) is positioned closer to the image plane (E) than the second lens (17).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anzeigevorrichtung mit einer auf den Kopf eines Benutzers aufsetzbaren Haltevorrichtung und einer an der Haltevorrichtung befestigten ersten Abbildungsoptik, die dafür ausgebildet ist, ein in einer Bildebene erzeugtes Bild als virtuelles Bild so abzubilden, dass es der Benutzer im auf dem Kopf aufgesetzten Zustand der Haltevorrichtung mit einem ersten Auge wahrnehmen kann. The present invention relates to a display device with a holding device which can be placed on the head of a user and a first imaging optical system attached to the holding device, which is designed to image an image generated in an image plane as a virtual image in such a way that the user places it in an inverted manner State of the holding device can perceive with a first eye.

Bei solchen Anzeigevorrichtungen besteht der Wunsch, ein möglichst großes erzeugtes Bild in einem großen Sichtfeld dem Benutzer darzubieten. Dies ist aufgrund des begrenzten Bauraumes, da die Anzeigevorrichtung auf dem Kopf getragen werden soll, schwierig. Die Abbildungsoptik soll einerseits somit möglichst leicht sein und einen geringen Bauraum aufweisen. Dies führt zu Abbildungsoptiken, mit wenigen Optikelementen und geringen Abmessungen. Andererseits soll sie auch größere erzeugte Bilder in einem ausreichend großen Sichtfeld als virtuelles Bild darbieten. Dazu sind in der Regel größere und mehr Optikelemente notwendig. In such displays, there is a desire to present the largest possible image produced to the user in a large field of view. This is difficult because of the limited space since the display device is to be worn on the head. The imaging optics on the one hand should therefore be as light as possible and have a small space. This leads to imaging optics, with few optical elements and small dimensions. On the other hand, it should also present larger images produced in a sufficiently large field of view as a virtual image. For this purpose, larger and more optical elements are usually necessary.

Ausgehend hiervon ist es daher Aufgabe der Erfindung, eine Anzeigevorrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass die eingangs genannten Schwierigkeiten möglichst vollständig überwunden werden können. Proceeding from this, it is therefore an object of the invention to provide a display device of the type mentioned in such a way that the aforementioned difficulties can be overcome as completely as possible.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einer Anzeigevorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die erste Abbildungsoptik eine erste Linse mit negativer Brechkraft und eine von der ersten Linse beabstandete zweite Linse mit positiver Brechkraft aufweist, wobei die erste Linse näher an der Bildebene positioniert ist als die zweite Linse. According to the invention, the object is achieved with a display device of the type mentioned above in that the first imaging optics has a first lens with negative refractive power and a second lens with positive refractive power spaced from the first lens, wherein the first lens is positioned closer to the image plane than the second lens.

Mit diesem Aufbau der ersten Abbildungsoptik wird vorteilhaft erreicht, dass alle vier Grenzflächen der beiden Linsen unterschiedlich ausgebildet sein können und dadurch die gewünschte hohe Abbildungsqualität bei gleichzeitig geringem Bauraumbedarf verwirklicht werden kann. With this structure of the first imaging optics is advantageously achieved that all four interfaces of the two lenses can be designed differently and thereby the desired high imaging quality can be realized with low space requirement.

Insbesondere ist die erste Abbildungsoptik frei von Umlenkelementen zur Strahlengangfaltung. Dies führt zu einer kompakten Ausbildung der ersten Abbildungsoptik. In particular, the first imaging optics is free of deflecting elements for beam path folding. This leads to a compact design of the first imaging optics.

Die erste Linse weist eine erste und zweite Grenzfläche und die zweite Linse weist eine erste und zweite Grenzfläche auf, wobei bevorzugt alle vier Grenzflächen der beiden Linsen jeweils als Asphären ausgebildet sind. Insbesondere sind sie als rotationssymmetrische Asphären ausgebildet. Bevorzugt sind die Asphären bzw. die rotationssymmetrischen Asphären für alle vier Grenzflächen unterschiedlich. Damit kann in einfacher Art und Weise eine ausgezeichnete Abbildungsqualität bereitgestellt werden. The first lens has first and second interfaces and the second lens has first and second interfaces, wherein preferably all four interfaces of the two lenses are each formed as aspheres. In particular, they are designed as rotationally symmetric aspheres. Preferably, the aspheres or the rotationally symmetric aspheres are different for all four interfaces. This can be provided in a simple manner excellent image quality.

Die erste Abbildungsoptik führt die Abbildung rein refraktiv durch. Insbesondere enthält die erste Abbildungsoptik keine diffraktiven und/oder reflektiven Elemente. The first imaging optics performs the image purely refractive. In particular, the first imaging optics does not contain any diffractive and / or reflective elements.

Die erste Linse kann als Konkav-Konkav-Linse oder als Konvex-Konkav-Linse, deren konkave Seite der Bildebene zugewandt ist, ausgebildet sein. Die zweite Linse kann als Konvex-Konvex- Linse ausgebildet sein. The first lens may be formed as a concave-concave lens or as a convex-concave lens whose concave side faces the image plane. The second lens may be formed as a convex-convex lens.

Bei der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung kann die Bildebene im auf dem Kopf aufgesetzten Zustand der Haltevorrichtung im wesentlichen senkrecht zur Geradeausblickrichtung sein. Dies vereinfacht den Aufbau der ersten Abbildungsoptik. Unter im wesentlichen senkrecht wird hier insbesondere verstanden, dass der Winkel bevorzugt 90° oder nahezu 90° ist. In the display device according to the invention, the image plane in the mounted on the head state of the holding device can be substantially perpendicular to the straight-ahead direction. This simplifies the structure of the first imaging optics. By substantially vertical is meant here in particular that the angle is preferably 90 ° or nearly 90 °.

Insbesondere kann die erste Abbildungsoptik aus der ersten und zweiten Linse bestehen. In diesem Fall enthält die Abbildungsoptik keine weiteren optischen Elemente. In particular, the first imaging optics may consist of the first and second lenses. In this case, the imaging optics contains no further optical elements.

Die beiden Linsen können aus Kunststoff gebildet sein. Damit kann das Gewicht der ersten Abbildungsoptik gering gehalten werden. Es ist auch möglich, dass zumindest eine der beiden Linsen oder beide Linsen aus einem Glasmaterial gebildet sind. The two lenses can be made of plastic. Thus, the weight of the first imaging optics can be kept low. It is also possible that at least one of the two lenses or both lenses are formed from a glass material.

Die beiden Linsen können aus unterschiedlichen Materialien gebildet sein. Insbesondere ist es bevorzugt, dass die erste Linse eine erste Abbe-Zahl und die zweite Linse eine zweite Abbe- Zahl aufweist, wobei die zweite Abbe-Zahl größer ist als die erste Abbe-Zahl. The two lenses may be formed of different materials. In particular, it is preferred that the first lens has a first Abbe number and the second lens has a second Abbe number, wherein the second Abbe number is greater than the first Abbe number.

Die erste Abbildungsoptik kann eine Austrittspupille aufweisen, die z.B. kreisförmig oder rund (z.B. oval) ist. Ferner kann die Austrittspupille auch als Eyebox bezeichnet werden, wobei die Eyebox insbesondere der Bereich ist, der durch die erste Abbildungsoptik bereitgestellt wird und in dem sich das Auge des Benutzers bewegen kann und er stets noch das erzeugte Bild als virtuelles Bild sehen kann. The first imaging optics may have an exit pupil which is, for example, circular or round (eg oval). Furthermore, the exit pupil can also be referred to as an eyebox, the eyebox in particular being the area which is provided by the first imaging optics and in which the user's eye can move and he can still see the generated image as a virtual image.

Die Anzeigevorrichtung kann so ausgebildet sein, dass der Abstand zwischen der Austrittspupille und der Bildebene kleiner als 100 mm ist. Insbesondere kann der Abstand kleiner als 90 mm, 80 mm, 70 mm oder 60 mm und/oder größer als 20 mm, 30 mm oder 40 mm sein. The display device may be configured such that the distance between the exit pupil and the image plane is less than 100 mm. In particular, the distance may be less than 90 mm, 80 mm, 70 mm or 60 mm and / or greater than 20 mm, 30 mm or 40 mm.

Insbesondere kann der Abstand zwischen der Austrittspupille und der zweiten Linse (bzw. der der Austrittspupille zugewandten Seite der zweiten Linse) mindestens 14 mm, 15 mm, 16 mm, 17 mm, 18 mm, 19 mm oder 20 mm betragen. Bei Werten von 15 mm und insbesondere bei Werten von mindestens 18 mm ist es möglich, dass ein Benutzer seine Brille, sofern er eine solche benötigt, bei Benutzung der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung weiterhin tragen kann. Somit kann eine Fehlsichtigkeitskorrektur durch die entsprechende Brille des Benutzers erfolgen und der Benutzer kann trotzdem die Anzeigevorrichtung in der bestimmungsgemäßen Art und Weise nutzen. In particular, the distance between the exit pupil and the second lens (or the exit pupil-facing side of the second lens) may be at least 14 mm, 15 mm, 16 mm, 17 mm, 18 mm, 19 mm or 20 mm. At values of 15 mm and in particular at values of at least 18 mm, it is possible for a user to continue to wear his spectacles, if he needs one, when using the display device according to the invention. Thus, an ametropia correction can be made by the corresponding glasses of the user and the user can still use the display device in the intended manner.

Insbesondere kann der Abstand zwischen der der Bildebene zugewandten Seite der ersten Linse und der Bildebene kleiner oder gleich 25 mm, 24 mm, 23 mm, 21 mm, 20 mm oder 18 mm sein. Der Abstand wird hier entlang der optischen Achse bestimmt. Damit ist eine kompakte Ausbildung der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung möglich. In particular, the distance between the side of the first lens facing the image plane and the image plane may be less than or equal to 25 mm, 24 mm, 23 mm, 21 mm, 20 mm or 18 mm. The distance is determined here along the optical axis. For a compact design of the display device according to the invention is possible.

Die Austrittspupille kann einen Durchmesser oder eine maximale Ausdehnung von größer oder gleich 5 mm, 6 mm, 7 mm, 8 mm, 9 mm oder 10 mm aufweisen. Insbesondere kann der Durchmesser oder die maximale Ausdehnung 6 mm, 7 mm, 8 mm, 9 mm, 10 mm, 11 mm, 12 mm, 13 mm, 14 mm oder 15 mm betragen. The exit pupil may have a diameter or a maximum extension of greater than or equal to 5 mm, 6 mm, 7 mm, 8 mm, 9 mm or 10 mm. In particular, the diameter or maximum extension may be 6 mm, 7 mm, 8 mm, 9 mm, 10 mm, 11 mm, 12 mm, 13 mm, 14 mm or 15 mm.

Die erste Abbildungsoptik kann so ausgebildet sein, dass ein in der Bildebene erzeugtes Bild mit einer Diagonalen von mindestens 45 mm oder 50 mm vollständig als virtuelles Bild gebildet wird. Insbesondere kann die Diagonale 60 mm betragen und die erste Abbildungsoptik kann dieses Bild vollständig als virtuelles Bild abbilden. Das erzeugte Bild ist insbesondere quadratisch oder rechteckförmig. Insbesondere kann ein Seitenverhältnis von 4:3 oder auch 16:9 oder sonstige Seitenverhältnisse vorliegen. The first imaging optics can be designed such that an image generated in the image plane with a diagonal of at least 45 mm or 50 mm is completely formed as a virtual image. In particular, the diagonal can be 60 mm and the first imaging optics can completely image this image as a virtual image. The generated image is in particular square or rectangular. In particular, an aspect ratio of 4: 3 or even 16: 9 or other aspect ratios may be present.

Die erste Abbildungsoptik ist insbesondere so ausgebildet, dass das erzeugte Bild für eine zentral in der Austrittspupille positionierte Augenpupille vignettierungsfrei abgebildet wird. In particular, the first imaging optic is designed in such a way that the generated image is displayed vignetting-free for a pupil of the eye positioned centrally in the exit pupil.

Des weiteren kann die erste Abbildungsoptik so ausgebildet sein, dass sie das erzeugte Bild so abbildet, dass dem Benutzer ein Sichtfeld mit einer Diagonalen von größer als 60° und insbesondere von größer als 70° bereitgestellt ist. Die Diagonale kann z.B. kleiner oder gleich 90°, 85°, 80° oder 75° sein. Furthermore, the first imaging optics can be designed such that it images the generated image so that the user is provided with a field of view with a diagonal of greater than 60 ° and in particular greater than 70 °. The diagonal may e.g. less than or equal to 90 °, 85 °, 80 ° or 75 °.

Bei der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung ist die erste Abbildungsoptik dafür ausgebildet, ein in einer Bildebene erzeugtes Bild als virtuelles Bild so abzubilden, dass es der Benutzer im auf dem Kopf aufgesetzten Zustand der Haltevorrichtung mit einem ersten Auge wahrnehmen kann. Damit ist die Eigenschaft der ersten Abbildungsoptik näher beschrieben, ohne dass die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung ein Element zur Erzeugung des erzeugten Bildes enthalten muß. Die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung umfaßt somit bevorzugt nur die Haltevorrichtung und die erste Abbildungsoptik. In the case of the display device according to the invention, the first imaging optical unit is designed to image an image generated in an image plane as a virtual image so that the user can perceive it with a first eye in the state of the holding device mounted on the head. Thus, the property of the first imaging optics is described in detail, without the display device according to the invention must contain an element for generating the generated image. The display device according to the invention thus preferably comprises only the holding device and the first imaging optics.

Bei der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung kann in der Bildebene ein Bildgeber angeordnet sein, der das Bild erzeugt, das mittels der ersten Abbildungsoptik abgebildet ist. Der Bildgeber kann insbesondere ein selbstleuchtendes Display sein. Ferner kann der Bildgeber ein LCD-Modul, ein LCoS-Modul oder ein OLED-Modul aufweisen. Der Bildgeber kann eine Mehrzahl von (z.B. in Zeilen und Spalten angeordneten) Pixeln aufweisen, von denen jeweils ein Lichtbündel ausgehen kann, um das gewünschte Bild zu erzeugen. In the display device according to the invention can be arranged in the image plane, an imager which generates the image, which is imaged by means of the first imaging optics. The imager may in particular be a self-luminous display. Furthermore, the imager can have an LCD module, an LCoS module or an OLED module. The imager may comprise a plurality of pixels (e.g., arranged in rows and columns), each of which may emit a beam of light to produce the desired image.

Der Bildgeber kann auch Teil eines weiteren Gerätes bzw. einer Vorrichtung sein. So kann beispielsweise ein Mobiltelefon oder eine sonstige tragbare elektronische Vorrichtung mit einem entsprechenden Display eingesetzt werden. Auch ist es möglich, ein Display für eine solche Vorrichtung als solches zu benutzen. The imager may also be part of another device or a device. For example, a mobile phone or other portable electronic device can be used with a corresponding display. It is also possible to use a display for such a device as such.

Bevorzugt kann der Bildgeber auswechselbar in der Bildebene angeordnet sein. So kann z.B. eine Halterung für den Bildgeber vorgesehen sein. Beispielsweise kann die Halterung für ein spezielles Mobiltelefon angepaßt sein, so dass der Benutzer sein Mobiltelefon in die Anzeigevorrichtung einsetzen und benutzen kann. Preferably, the imager can be interchangeably arranged in the image plane. Thus, e.g. be provided a holder for the imager. For example, the holder may be adapted for a particular mobile phone so that the user can insert and use his mobile phone in the display device.

Die erste Abbildungsoptik kann insbesondere so ausgebildet sein, dass der Abstand der beiden Linsen nicht änderbar ist. Es ist jedoch auch möglich, die beiden Linsen so zu haltern, dass sie entlang der optischen Achse verschiebbar sind. Die Halterung kann so ausgebildet sein, dass die erste Linse und/oder die zweite Linse entlang der optischen Achse verschiebbar ist. Diese Verschiebbarkeit kann z.B. für einen Dioptrienausgleich für einen Benutzer eingesetzt werden. The first imaging optics can in particular be designed so that the distance between the two lenses is not changeable. However, it is also possible to support the two lenses so that they are displaceable along the optical axis. The holder may be formed so that the first lens and / or the second lens is displaceable along the optical axis. This displacement can be used eg for a diopter compensation for a user.

Zusätzlich oder alternativ kann die Halterung der beiden Linsen so ausgebildet sein, dass eine Verstellung oder Verschiebung quer oder senkrecht zur optischen Achse möglich ist. Damit kann eine Anpassung der Lage der ersten Abbildungsoptik an die Position des Auges durchgeführt werden. Insbesondere kann eine Anpassung an den Pupillenabstand des Benutzers erfolgen. Additionally or alternatively, the holder of the two lenses may be formed so that an adjustment or displacement transversely or perpendicular to the optical axis is possible. Thus, an adjustment of the position of the first imaging optics to the position of the eye can be performed. In particular, an adaptation to the pupillary distance of the user can take place.

Die Linsen der ersten Abbildungsoptik sind bevorzugt koaxial angeordnet und weisen somit eine gemeinsame optische Achse auf. The lenses of the first imaging optics are preferably arranged coaxially and thus have a common optical axis.

Die erste Abbildungsoptik kann insbesondere so ausgebildet sein, dass das Strehl-Verhältnis für jeden Feldwinkel größer oder gleich 0,3 und insbesondere größer oder gleich 0,4 ist. In particular, the first imaging optics can be designed so that the Strehl ratio for each field angle is greater than or equal to 0.3 and in particular greater than or equal to 0.4.

Die erste Abbildungsoptik kann insbesondere so ausgebildet sein, dass der Betrag der Brennweite der ersten Linse in etwa dem Betrag der Brennweite der zweiten Linse entspricht. Insbesondere kann der Unterschied zwischen den Beträgen der Brennweiten nicht mehr als 30% und insbesondere nicht mehr als 20 % betragen. Der Betrag der Brennweite der zweiten Linse kann größer oder kleiner als der Betrag der Brennweite der ersten Linse sein. Insbesondere kann der Betrag der Brennweite der zweiten Linse dem 0,9- bis 1,2-fachen des Betrages der Brennweite der ersten Linse betragen. In particular, the first imaging optics can be designed so that the amount of the focal length of the first lens corresponds approximately to the amount of the focal length of the second lens. In particular, the difference between the amounts of the focal lengths can not be more than 30% and in particular not more than 20%. The amount of the focal length of the second lens may be larger or smaller than the amount of the focal length of the first lens. In particular, the amount of the focal length of the second lens may be 0.9 to 1.2 times the amount of the focal length of the first lens.

Bei der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung kann die erste Linse als Konvex-Konkav-Linse ausgebildet sein, deren konkave Seite der Bildebene zugewandt ist. Damit lassen sich sehr gute Abbildungseigenschaften verwirklichen. Insbesondere ist die Bereitstellung einer großen Austrittspupille möglich. In the display device according to the invention, the first lens may be formed as a convex-concave lens whose concave side faces the image plane. This allows very good imaging properties to be realized. In particular, the provision of a large exit pupil is possible.

Die konkave Seite der ersten Linse kann insbesondere im wesentlichen kegelförmig ausgebildet sein, wobei die kegelförmige Ausbildung eine abgerundete Spitze (im Bereich der optischen Achse) aufweist. Insbesondere kann die kegelförmige Ausbildung einem geraden Kreiskegel entsprechen, dessen Spitze abgerundet ist. The concave side of the first lens may, in particular, have a substantially conical shape, the conical shape having a rounded tip (in the region of the optical axis). In particular, the conical design may correspond to a straight circular cone whose tip is rounded.

Die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung kann neben der ersten Abbildungsoptik eine zweite Abbildungsoptik aufweisen, die in gleicher Weise ausgebildet ist wie die erste Abbildungsoptik, wobei die zweite Abbildungsoptik dafür ausgebildet ist, ein erzeugtes zweites Bild einem zweiten Auge des Benutzers als virtuelles Bild bereitzustellen, wenn dieser die Haltevorrichtung auf dem Kopf trägt. The display device according to the invention may have, in addition to the first imaging optics, a second imaging optic which is designed in the same way as the first imaging optic, wherein the second imaging optic is designed to provide a generated second image to a second eye of the user as a virtual image, if the latter holds the holding device wearing on the head.

Die zweite Abbildungsoptik kann insbesondere so ausgebildet sein, dass der Abstand der beiden Linsen nicht änderbar ist. Es ist jedoch auch möglich, die beiden Linsen so zu haltern, dass sie entlang der optischen Achse verschiebbar sind. Die Halterung kann so ausgebildet sein, dass die erste Linse und/oder die zweite Linse der zweiten Abbildungsoptik entlang der optischen Achse verschiebbar ist. Diese Verschiebbarkeit kann z.B. für einen Dioptrienausgleich für einen Benutzer eingesetzt werden. Zusätzlich oder alternativ kann die Halterung so ausgebildet sein, dass die beiden Linsen der zweiten Abbildungsoptik quer oder senkrecht zur optischen Achse positioniert werden können. Damit ist eine Anpassung an den vorliegenden Pupillenabstand des jeweiligen Benutzers leicht möglich. The second imaging optics may in particular be designed so that the distance between the two lenses is not changeable. However, it is also possible to support the two lenses so that they are displaceable along the optical axis. The holder can be designed so that the first lens and / or the second lens of the second imaging optical system is displaceable along the optical axis. This displaceability can e.g. be used for a diopter compensation for a user. Additionally or alternatively, the holder may be formed so that the two lenses of the second imaging optics can be positioned transversely or perpendicular to the optical axis. Thus, an adaptation to the available pupil distance of each user is easily possible.

Für beide Abbildungsoptiken kann ein separater Bildgeber in der Anzeigevorrichtung angeordnet sein. Es ist jedoch auch möglich, dass ein gemeinsamer Bildgeber vorgesehen ist, der einen Abschnitt für die erste Abbildungsoptik und einen Abschnitt für die zweite Abbildungsoptik aufweist. Die beiden Abschnitte sind bevorzugt voneinander getrennt. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass, wenn der Benutzer sein Mobiltelefon als Bildgeber nutzt, ein Teil des Bildschirms des Mobiltelefons für die erste Abbildungsoptik das Bild erzeugt und ein anderer Teil des Bildschirms des Mobiltelefons das Bild für die zweite Abbildungsoptik erzeugt. For both imaging optics, a separate imager can be arranged in the display device. However, it is also possible that a common imager is provided which has a section for the first imaging optics and a section for the second imaging optics. The two sections are preferably separated from each other. This can be realized, for example, if, when the user uses his mobile phone as an imager, a part of the screen of the mobile phone for the first imaging optics generates the image and another part of the screen of the mobile phone generates the image for the second imaging optics.

Der Bildgeber kann so ausgebildet sein, dass er ein monochromatisches oder ein mehrfarbiges Bild erzeugt. The imager may be configured to produce a monochromatic or a multicolor image.

Die Haltevorrichtung kann brillenartig ausgebildet sein. Insbesondere kann sie eine Nasenauflage aufweisen. Es ist jedoch auch jede andere Art der Haltevorrichtung möglich, die ein Tragen der Anzeigevorrichtung auf dem Kopf des Benutzers zuläßt. The holding device may be formed like a spectacle. In particular, it may have a nose pad. However, it is also possible any other type of holding device that allows wearing of the display device on the head of the user.

Die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung kann weitere, dem Fachmann bekannte Elemente aufweisen, die zu ihrem Betrieb notwendig sind. The display device according to the invention may have further, known in the art elements that are necessary for their operation.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the specified combinations but also in other combinations or alone, without departing from the scope of the present invention.

Nachfolgend wird die Erfindung beispielsweise anhand der beigefügten Zeichnungen, die auch erfindungswesentliche Merkmale offenbaren, noch näher erläutert. Es zeigen: The invention will be explained in more detail for example with reference to the accompanying drawings, which also disclose characteristics essential to the invention. Show it:

1 eine schematische perspektivische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung 1; 1 a schematic perspective view of an embodiment of the display device according to the invention 1 ;

2 eine schematische Draufsicht der Ausführungsform von 1; 2 a schematic plan view of the embodiment of 1 ;

3 eine Schnittdarstellung durch die erste Bildeinheit 11 der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung; 3 a sectional view through the first image unit 11 the display device according to the invention;

4 eine Darstellung zur Erläuterung des bereitgestellten Sichtfeldes; 4 a representation for explaining the provided field of view;

5 eine Darstellung zur Erläuterung der bei der Abbildung mittels der ersten Abbildungsoptik auftretenden Verzeichnung; 5 a representation for explaining the occurring during the imaging by means of the first imaging optics distortion;

6 eine Darstellung der Modulationsübertragungsfunktion der ersten Bildeinheit 11; 6 a representation of the modulation transfer function of the first image unit 11 ;

79 Darstellungen der Punktbildfunktion der ersten Bildeinheit 11 für verschiedene Feldwinkel; 7 - 9 Representations of the dot image function of the first image unit 11 for different field angles;

10 eine Schnittdarstellung gemäß 3 durch eine weiteren Ausführungsform der ersten Bildeinheit 11; 10 a sectional view according to 3 by a further embodiment of the first image unit 11 ;

11 eine Schnittdarstellung gemäß 10 einer weiteren Ausführungsform der ersten Bildeinheit 11; 11 a sectional view according to 10 a further embodiment of the first image unit 11 ;

12 eine Darstellung gemäß 2 einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung, und 12 a representation according to 2 a further embodiment of the display device according to the invention, and

13 eine perspektivische schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung. 13 a perspective schematic representation of another embodiment of the display device according to the invention.

In 1 ist eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung 1 schematisch in einer perspektivischen Darstellung gezeigt. Die Anzeigevorrichtung 1 weist eine brillenartige Haltevorrichtung 2 mit einem Vorderteil 3, das eine Nasenauflage 4 umfaßt, sowie zwei mit dem Vorderteil 3 verbundene Bügel 5 auf. In 1 is a first embodiment of the display device according to the invention 1 shown schematically in a perspective view. The display device 1 has a glasses-like holding device 2 with a front part 3 that a nose pad 4 includes, as well as two with the front part 3 connected straps 5 on.

Die Anzeigevorrichtung 1 kann wie eine herkömmliche Brille auf den Kopf eines Benutzers aufgesetzt werden, wobei dann die Nasenauflage 4 auf der Nase des Benutzers und die von dem Vorderteil 3 wegweisenden Enden der Bügel 5 an den Ohren des Benutzers aufliegen. The display device 1 Can be placed like a conventional glasses on the head of a user, in which case the nose pad 4 on the nose of the user and those of the front part 3 groundbreaking ends of the temples 5 resting on the ears of the user.

Die Anzeigevorrichtung 1 kann optional Ohrhörer 6 aufweisen, die jeweils über einen Verbindungsabschnitt 7 mit dem Vorderteil 3 verbunden sind. Die Verbindungsabschnitte 7 sind so ausgebildet, dass die Ohrhörer 6 im auf dem Kopf aufgesetzten Zustand der Haltevorrichtung 2 so bezüglich der Ohren des Benutzers positioniert werden können, dass der Benutzer über die Ohrhörer 6 abgegebene Signale wahrnehmen kann. Die Ohrhörer 6 können insbesondere als In-Ohr-Hörer oder Auf-Ohr-Hörer ausgebildet sein. The display device 1 can optional earphone 6 each having a connecting portion 7 with the front part 3 are connected. The connecting sections 7 are designed so that the earphones 6 in the mounted on the head state of the holding device 2 So the user's ears can be positioned over the earphones 6 can perceive emitted signals. The earphones 6 may be designed in particular as in-ear listeners or on-ear listeners.

Die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung 1 kann ferner optional eine Verbindungsleitung K aufweisen, die hier in den rechten Bügel 5 mündet. Über diese Leitung K kann eine Energieversorgung und/oder können Daten übertragen werden. Es ist jedoch auch möglich, die Leitung K wegzulassen. In diesem Fall kann z.B. ein Akku oder eine Batterie vorgesehen sein, um die Energieversorgung, soweit notwendig, sicherzustellen. Daten, sofern sie übertragen werden müssen, können beispielsweise über Funk übertragen werden. The display device according to the invention 1 may also optionally have a connecting line K, here in the right bracket 5 empties. About this line K can be a power supply and / or Data can be transmitted. However, it is also possible to omit the line K. In this case, for example, a battery or a battery may be provided to ensure the power supply, if necessary. Data, if they need to be transmitted, can be transmitted via radio, for example.

Die Anzeigevorrichtung 1 ist insbesondere so ausgebildet, dass sie jedem Auge des Benutzers im aufgesetzten Zustand der Haltevorrichtung 2 ein virtuelles Bild so bereitstellt, dass der Benutzer nur das virtuelle Bild und nicht die Umgebung wahrnehmen kann. In diesem Fall kann die Anzeigevorrichtung 1 auch als HMD-Vorrichtung (Head Mounted Display)-Vorrichtung bezeichnet werden. Somit kann ein Benutzer bei aufgesetzter Anzeigevorrichtung nur die dargestellten Bilder und nicht die Umgebung wahrnehmen. The display device 1 In particular, it is designed so that it fits every eye of the user in the attached state of the holding device 2 provides a virtual image so that the user can perceive only the virtual image and not the environment. In this case, the display device 1 also be referred to as HMD (Head Mounted Display) device. Thus, a user can perceive only displayed images and not the environment with attached display device.

In 2 ist in einer schematischen Draufsicht im wesentlichen ein im Vorderteil 3 angeordnetes Bildmodul 10 dargestellt, das eine erste Bildeinheit 11 für ein linkes Auge LA des Benutzers und eine zweite Bildeinheit 12 für ein rechtes Auge RA des Benutzers aufweist. Da die beiden Bildeinheiten 11, 12 grundsätzlich gleich ausgebildet sind, sind gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet und wird nachfolgend im wesentlichen nur die erste Bildeinheit 11 im Detail beschrieben. In der Darstellung von 2 ist das Vorderteil 3 als oben offen dargestellt, damit das Bildmodul 10 sichtbar ist. Es ist jedoch bevorzugt, dass das Vorderteil 3 geschlossen ausgebildet ist. In 2 is in a schematic plan view essentially one in the front part 3 arranged image module 10 represented, which is a first image unit 11 for a left eye LA of the user and a second imaging unit 12 for a right eye RA of the user. Because the two image units 11 . 12 are basically the same design, like elements are denoted by the same reference numerals and is below essentially only the first image unit 11 described in detail. In the presentation of 2 is the front part 3 as shown above, so that the image module 10 is visible. However, it is preferred that the front part 3 is formed closed.

Die erste Bildeinheit 11 umfaßt einen flächigen Bildgeber 13, eine Steuereinheit 14 für den Bildgeber 13 sowie eine Abbildungsoptik 15 mit zwei voneinander beabstandeten Linsen 16 und 17. The first picture unit 11 comprises a planar imager 13 , a control unit 14 for the imager 13 as well as an imaging optics 15 with two spaced apart lenses 16 and 17 ,

Der flächige Bildgeber, der ein selbstleuchtendes Display sein und z.B. ein LCD-Modul, ein LCoS-Modul oder ein OLED-Modul umfassen kann, erzeugt unter der Steuerung der Steuereinheit 14 ein Bild, das mittels der Abbildungsoptik 15 so abgebildet wird, dass es ein Benutzer, wenn er die Haltevorrichtung 2 auf dem Kopf trägt, mit seinem linken Auge LA als virtuelles Bild wahrnehmen kann. The planar imager, which may be a self-luminous display and may include, for example, an LCD module, an LCoS module or an OLED module, generates under the control of the control unit 14 an image by means of the imaging optics 15 So it will picture a user when he is holding the fixture 2 wearing on his head, with his left eye can perceive LA as a virtual image.

Der flächige Bildgeber 13 erstreckt sich in der y- und x-Richtung und somit senkrecht zur Zeichenebene gemäß 2. Der Bildgeber 13 liegt somit in einer Bildebene E, die durch die y- und x-Richtung aufgespannt ist. Der Bildgeber 13 kann beispielsweise ein Bild erzeugen, das viereckig oder rechteckig ist, wobei sich die entsprechenden Seiten des viereckigen oder rechteckigen Bildes bevorzugt in x- und y-Richtung erstrecken. Bei rechteckigen Bildern erstreckt sich die längere Seite bevorzugt in der y-Richtung. Bei der hier beschriebenen Ausführungsform beträgt das Seitenverhältnis des erzeugten Bildes 4:3, wobei die Diagonale 62,5 mm beträgt. The planar imager 13 extends in the y and x directions and thus perpendicular to the plane according to 2 , The imager 13 is thus in an image plane E, which is spanned by the y and x direction. The imager 13 For example, it may produce an image that is quadrangular or rectangular, with the corresponding sides of the square or rectangular image preferably extending in the x and y directions. For rectangular images, the longer side preferably extends in the y direction. In the embodiment described here, the aspect ratio of the generated image is 4: 3, with the diagonal being 62.5 mm.

Die in 3 gezeigte vergrößerte Schnittdarstellung von einigen Elementen der ersten Bildeinheit 11 ist entlang der Diagonalen des mittels des Bildgebers 13 bereitgestellten Bildfeldes bzw. des erzeugten Bildes, wobei der Strahlenverlauf für eine Hälfte der Diagonalen schematisch dargestellt ist. In the 3 shown enlarged sectional view of some elements of the first imaging unit 11 is along the diagonal of the imager 13 provided image field or the image generated, wherein the beam path for one half of the diagonal is shown schematically.

Wie insbesondere der Darstellung in 3 zu entnehmen ist, ist die erste Linse 16 der Abbildungsoptik 15 als Linse mit negativer Brechkraft ausgebildet und ist die zweite Linse 17, die von der ersten Linse 16 beabstandet ist, als Linse mit positiver Brechkraft ausgebildet. As in particular the representation in 3 it can be seen, is the first lens 16 the imaging optics 15 is designed as a lens with negative refractive power and is the second lens 17 that from the first lens 16 is formed as a lens with positive refractive power.

Die erste Linse 16 weist eine erste und eine zweite Grenzfläche 18, 19 und die zweite Linse 16 weist eine erste und zweite Grenzfläche 20 und 21 auf. Alle vier Grenzflächen 1821 sind als asphärische Flächen ausgebildet. Insbesondere können sie als rotationssymmetrische Asphären ausgebildet sein, die bezüglich der optischen Achse OA rotationssymmetrisch sind. Die optische Achse OA steht senkrecht auf der Bildebene. The first lens 16 has a first and a second interface 18 . 19 and the second lens 16 has a first and second interface 20 and 21 on. All four interfaces 18 - 21 are designed as aspheric surfaces. In particular, they can be designed as rotationally symmetric aspheres, which are rotationally symmetrical with respect to the optical axis OA. The optical axis OA is perpendicular to the image plane.

Die vier Grenzflächen können durch die folgende Flächengleichung beschrieben werden, wobei r die radiale Höhe auf der Fläche ist.

Figure DE102014107938A1_0002
The four interfaces can be described by the following surface equation, where r is the radial height on the surface.
Figure DE102014107938A1_0002

Die Asphärenkonstanten für die Flächen sind in nachfolgender Tabelle 1 angegeben. Tabelle 1 Fläche c k A B C D E F 21 0.02458985 –34.37620747 0 0 0 0 0 0 20 –0.08089100 –1.20132548 –1.02404E-06 0 0 0 0 0 19 –0.05245461 –0.82014849 2.70981E-05 –4.48079E-09 0 0 0 0 18 0.03588622 –7.51958853 –1.60900E-06 8.73574E-09 0 0 0 0 The aspheric constants for the areas are shown below Table 1 given. Table 1 area c k A B C D e F 21 0.02458985 -34.37620747 0 0 0 0 0 0 20 -0.08089100 -1.20132548 -1.02404E-06 0 0 0 0 0 19 -0.05245461 -0.82014849 2.70981E-05 -4.48079E-09 0 0 0 0 18 0.03588622 -7.51958853 -1.60900E-06 8.73574E-09 0 0 0 0

Die Abstände entlang der optischen Achse OA sind in der nachfolgenden Tabelle 2 angegeben. Tabelle 2 Fläche-Fläche Abstand [mm] 2221 16,0 2120 13,9 2019 8,83 1918 3,0 18–E 16,27 The distances along the optical axis OA are given in Table 2 below. Table 2 Surface area Distance [mm] 22 - 21 16.0 21 - 20 13.9 20 - 19 8.83 19 - 18 3.0 18 -E 16.27

Die erste Linse 16 ist aus Polycarbonat mit einer Brechzahl n1 von 1,585 und einer Abbe-Zahl ν1 von 30,0 gebildet. Die zweite Linse 17 ist aus PMMA mit einer zweiten Brechzahl n2 von 1,492 und einer zweiten Abbe-Zahl ν2 von 57,2 gebildet. Die Brechzahlen und Abbe-Zahlen sind hier für die Wellenlänge von 589 nm angegeben. The first lens 16 is made of polycarbonate with a refractive index n1 of 1.585 and an Abbe number ν1 of 30.0. The second lens 17 is formed of PMMA with a second refractive index n2 of 1.492 and a second Abbe number v2 of 57.2. The refractive indices and Abbe numbers are given here for the wavelength of 589 nm.

Da die beiden Linsen 16 und 17 voneinander beabstandet und nicht als Kittglied ausgebildet sind, können alle vier Grenzflächen 1821 genutzt werden, um die gewünschte Abbildung zu erzielen. Damit ist es möglich, das Bild des Bildgebers 13 als virtuelles Bild abzubilden, wobei die Austrittspupille 22 einen Durchmesser von 6 mm aufweist. Die Austrittspupille 22 ist von der Bildebene E und somit von dem Bildgeber 13 um einen Abstand d von 58 mm beabstandet. Somit liegt ein äußerst kompakter Aufbau vor, der, wie nachfolgend gezeigt wird, hervorragende optische Abbildungseigenschaften bereitstellt. Because the two lenses 16 and 17 spaced apart and not formed as a cemented member, all four interfaces 18 - 21 used to achieve the desired image. This makes it possible to view the image of the imager 13 as a virtual image, the exit pupil 22 has a diameter of 6 mm. The exit pupil 22 is from the image plane E and thus from the imager 13 spaced by a distance d of 58 mm. Thus, there is an extremely compact structure which, as shown below, provides excellent optical imaging characteristics.

Die Brennweite der ersten Linse beträgt bei der hier beschriebenen Ausführungsform –18,7 mm und die Brennweite der zweiten Linse 17 beträgt hier +21,02 mm. Damit ist eine gute Farbfehlerkompensation möglich, obwohl die beiden Linsen 16, 17 nicht als Kittglied ausgebildet sind. Insbesondere können die Brennweiten so gewählt sein, dass der Betrag der Brennweite der zweiten Linse 17 größer ist als der Betrag der Brennweite der ersten Linse 16. Bevorzugt liegt der Betrag der Brennweite der zweiten Linse in einem Bereich, der von dem Betrag der Brennweite der ersten Linse bis zu dem 1,2-fachen des Betrages der Brennweite der ersten Linse verläuft. Anders gesagt beträgt das Verhältnis des Betrages der Brennweite der ersten Linse 16 zum Betrag der Brennweite der zweiten Linse 1:1 bis zu 1:1,2. The focal length of the first lens in the embodiment described here is -18.7 mm and the focal length of the second lens 17 here is +21.02 mm. Thus, a good color aberration compensation is possible, although the two lenses 16 . 17 not formed as a cemented element. In particular, the focal lengths can be chosen such that the amount of the focal length of the second lens 17 is greater than the amount of the focal length of the first lens 16 , Preferably, the amount of the focal length of the second lens is in a range extending from the amount of the focal length of the first lens to 1.2 times the amount of the focal length of the first lens. In other words, the ratio of the amount of the focal length of the first lens is 16 to the amount of the focal length of the second lens 1: 1 to 1: 1.2.

So wird das virtuelle Bild dem Benutzer mit einem Sichtfeld S mit α1 = 60° in y-Richtung und α2 = 45° in x-Richtung (4) bereitgestellt, so dass das Sichtfeld S in der Diagonalen 75° beträgt. Thus, the virtual image is given to the user with a field of view S with α1 = 60 ° in the y-direction and α2 = 45 ° in the x-direction ( 4 ) so that the field of view S in the diagonal is 75 °.

Die auftretenden Verzeichnungen innerhalb dieses Sichtfeldes α1 und α2 sind in 5 schematisch dargestellt, wobei der ideale Fall mit den Rechtecken 23 und die tatsächliche Abbildung mit den leicht verzeichneten Vierecken 24 dargestellt ist. Insgesamt ergibt sich aus der Darstellung, dass eine äußerst geringe Verzeichnung vorliegt. Sie ist im Bereich von < 4%. The occurring distortions within this field of view α1 and α2 are in 5 shown schematically, being the ideal case with the rectangles 23 and the actual picture with the easily listed rectangles 24 is shown. Overall, the presentation shows that there is very little distortion. It is in the range of <4%.

In 6 ist die polychromatische Modulationsübertragungsfunktion für eine Augenpupille eines Auges eines Benutzers mit einem Durchmesser von 3 mm dargestellt, wobei entlang der Ordinate die Modulation von 0 bis 1 und entlang de Abszisse die Linienpaare pro Millimeter aufgetragen sind. In 6 For example, the polychromatic modulation transfer function is shown for an eye pupil of an eye of a user with a diameter of 3 mm, along the ordinate the modulation from 0 to 1 and along the abscissa the line pairs per millimeter are plotted.

Die Kurve K1 zeigt den theoretischen Idealfall und die restlichen Kurven zeigen die Modulationsübertragungsfunktion für verschiedene Feldwinkel im Sichtfeld, wobei mit durchgezogenen Linien die Modulationsübertragungsfunktion für die y-Richtung und mit gestrichelten Linien für die x-Richtung dargestellt sind. Des weiteren sind für jeden Feldwinkel Wellenlängen 643 nm, 546 nm und 480 nm mit den Wichtungen 5:10:3 berücksichtigt. The curve K1 shows the theoretical ideal case and the remaining curves show the modulation transfer function for different field angles in the field of view, with the solid lines Modulation transfer function for the y-direction and dashed lines for the x-direction are shown. Furthermore, wavelengths 643 nm, 546 nm and 480 nm with the weights 5: 10: 3 are taken into account for each field angle.

Die Kurve K2 betrifft einen Feldwinkel von 0° und somit den Punkt des virtuellen Bildes auf der optischen Achse OA. Hier fallen die Modulationsübertragungsfunktionen für die x-Richtung und die y-Richtung zusammen. Von der Kurve K2 hin zu den Kurven K3 und K4 nehmen die Feldwinkel zu. Die Kurve K3 betrifft einen Feldwinkel von 37,5° für die y-Richtung und die Kurve K4 betrifft einen Feldwinkel von 37,5° für die x-Richtung. Die Kurven K3 und K4 betreffen somit die diagonalen Ecken des virtuellen Bildes. Wesentlich an der Darstellung in 6 ist, dass die Modulationsübertragungsfunktion für alle Feldwinkel des virtuellen Bildes zwischen der Kurve K2 und der Kurve K3 bzw. K4 liegt. The curve K2 relates to a field angle of 0 ° and thus the point of the virtual image on the optical axis OA. Here the modulation transfer functions for the x-direction and the y-direction coincide. From the curve K2 to the curves K3 and K4, the field angles increase. The curve K3 relates to a field angle of 37.5 ° for the y-direction and the curve K4 relates to a field angle of 37.5 ° for the x-direction. The curves K3 and K4 thus affect the diagonal corners of the virtual image. Essential to the presentation in 6 is that the modulation transfer function for all field angles of the virtual image lies between the curve K2 and the curve K3 or K4.

Aus der Darstellung von 6 läßt sich entnehmen, dass die Abbildungsoptik 15 ausgezeichnete Abbildungseigenschaften aufweist. From the presentation of 6 can be seen that the imaging optics 15 has excellent imaging properties.

In 7 ist die Punktbildfunktion für einen Punkt auf der optischen Achse OA dargestellt, wobei entlang der Richtung des Doppelpfeils P1 die Ausdehnung in x-Richtung in mm, entlang der Richtung des Doppelpfeils P2 die Ausdehnung in der y-Richtung in mm und entlang der Ordinate die Intensität in Prozent aufgetragen ist. Bei dieser Darstellung wurde die gleiche Wellenlängenwichtung durchgeführt, wie bei der Darstellung gemäß 6. Wie der Darstellung in 7 zu entnehmen ist, liegen ausgezeichnete Abbildungseigenschaften vor. In 7 is the point image function for a point on the optical axis OA shown, along the direction of the double arrow P1, the expansion in the x direction in mm, along the direction of the double arrow P2, the expansion in the y direction in mm and along the ordinate the intensity is plotted in percent. In this illustration, the same wavelength weighting was performed as in the illustration of FIG 6 , As the illustration in 7 can be seen, have excellent imaging properties.

Bei der Darstellung gemäß 7 beträgt das Strehl-Verhältnis 0,756. Das Strehl-Verhältnis ist das Verhältnis der beobachteten maximalen Intensität in der Abbildungsebene zur theoretisch maximalen Intensität eines perfekten optischen Systems. In the presentation according to 7 the Strehl ratio is 0.756. The Strehl ratio is the ratio of the observed maximum intensity in the imaging plane to the theoretical maximum intensity of a perfect optical system.

Die gleiche Darstellung wie in 7 ist in 8 und 9 gezeigt, wobei 8 einen diagonalen Feldwinkel von 18,7° und 9 einen diagonalen Feldwinkel von 37,5° betreffen. Auch aus diesen Darstellungen läßt sich die ausgezeichnete Abbildungseigenschaft entnehmen, dass Strehl-Verhältnis beträgt hier 0,419 (für 8) und 0,650 (für 9). The same representation as in 7 is in 8th and 9 shown, where 8th a diagonal field angle of 18.7 ° and 9 refer to a diagonal field angle of 37.5 °. These representations also show the excellent imaging property that Strehl ratio here is 0.419 (for 8th ) and 0.650 (for 9 ).

Des weiteren stellt die Abbildungsoptik 15 eine vignettierungsfreie Abbildung zur Verfügung, so dass insgesamt ausgezeichnete Abbildungsqualitäten trotz des großen Sichtfeldes und des sehr kurzen Bauraums vorliegen. Furthermore, the imaging optics 15 a vignette-free mapping available so that overall excellent imaging qualities despite the large field of view and the very short space available.

In 10 ist in einer Schnittdarstellung in gleicher Weise wie in 3 eine weitere Ausführungsform der ersten Bildeinheit und insbesondere der Abbildungsoptik 15 gezeigt. In 10 is in a sectional view in the same way as in 3 a further embodiment of the first image unit and in particular of the imaging optics 15 shown.

Die Abbildungsoptik 15 umfaßt wiederum die zwei voneinander beabstandeten Linsen 16 und 17, wobei die Linse 16, die näher an der Bildebene E liegt, als Negativlinse und die Linse 17 als Positivlinse ausgebildet ist. The imaging optics 15 again comprises the two spaced-apart lenses 16 and 17 , where the lens 16 , which is closer to the image plane E, as a negative lens and the lens 17 is designed as a positive lens.

Während bei den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen die erste Linse 16 als Konkav- Konkav-Linse ausgebildet ist, ist bei der hier beschriebenen Ausführungsform gemäß 10 die erste Linse 16 als Konvex-Konkav-Linse ausgebildet, deren konkave Seite der Bildebene E zugewandt ist. Damit ist es möglich, eine größere Austrittspupille 22 bereitzustellen. Die Austrittspupille 22 weist hier einen Durchmesser von 8 mm auf. Der Durchmesser der Austrittspupille 22 ist hier somit um ein Drittel größer im Vergleich zu den bisher beschriebenen Ausführungsformen. Dabei ist die erste Linse 16 in gleicher Weise wie bei den bisher beschriebenen Ausführungsformen aus Polycarbonat und die zweite Linse 17 aus PMMA gebildet. While in the embodiments described so far, the first lens 16 is designed as a concave-concave lens is in accordance with the embodiment described here 10 the first lens 16 formed as a convex-concave lens, the concave side of the image plane E faces. This makes it possible to have a larger exit pupil 22 provide. The exit pupil 22 here has a diameter of 8 mm. The diameter of the exit pupil 22 is here thus one third larger compared to the previously described embodiments. Here is the first lens 16 in the same way as in the previously described embodiments of polycarbonate and the second lens 17 made of PMMA.

Die vier Grenzflächen 1821 der ersten und zweiten Linse 16, 17 sind wiederum als rotationssymmetrische Asphären ausgebildet, die bezüglich der optischen Achse OA rotationssymmetrisch sind. Sie sind durch die oben angegebene Flächengleichung beschrieben, wobei die Asphärenkonstanten für die Flächen 1821 in den nachfolgenden Tabellen 3, 4 angegeben sind. Tabelle 3 Fläche c k A B 21 0.02755029 –1.19257843 –4.02478E-05 6.53210E-08 20 –0.13372702 –3.43219655 –7.94677E-05 2.61207E-07 19 0.04566567 –47.19842611 –1.01677E-04 6.67058E-07 18 0.18275401 –3.65018645 –2.25585E-05 2.97105E-07 Tabelle 4 Fläche C D E F 21 0 0 0 0 20 –6.57144E-10 8.27311E-13 0 0 19 –2.78498E-09 7.08411E-12 –9.16515E-15 4.10729E-18 18 –1.72556E-09 5.06512E-12 –7.20390E-15 3.88235E-18 The four interfaces 18 - 21 the first and second lenses 16 . 17 are in turn formed as rotationally symmetric aspheres, which are rotationally symmetrical with respect to the optical axis OA. They are described by the area equation given above, with the aspheric constants for the areas 18 - 21 in the following Tables 3, 4 are given. Table 3 area c k A B 21 0.02755029 -1.19257843 -4.02478E-05 6.53210E-08 20 -0.13372702 -3.43219655 -7.94677E-05 2.61207E-07 19 0.04566567 -47.19842611 -1.01677E-04 6.67058E-07 18 0.18275401 -3.65018645 -2.25585E-05 2.97105E-07 Table 4 area C D e F 21 0 0 0 0 20 -6.57144E-10 8.27311E-13 0 0 19 -2.78498E-09 7.08411E-12 -9.16515E-15 4.10729E-18 18 -1.72556E-09 5.06512E-12 -7.20390E-15 3.88235E-18

Die Abstände entlang der optischen Achse OA sind in der nachfolgenden Tabelle 5 angegeben. Tabelle 5 Fläche-Fläche Abstand [mm] 2221 18,0 2120 19,34 2019 0,39 1918 4,0 18–E 20,27 The distances along the optical axis OA are given in Table 5 below. Table 5 Surface area Distance [mm] 22 - 21 18.0 21 - 20 19.34 20 - 19 0.39 19 - 18 4.0 18 -E 20.27

Neben dem großen Durchmesser der Austrittspupille 22 ist bei der hier beschriebenen Ausführungsform noch von Vorteil, dass der Abstand zwischen der Austrittspupille 22 und der Fläche 21 (und somit der Abstand zur zweiten Linse 17) 18 mm beträgt. Dies ermöglicht auch Brillenträgern, die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung bestimmungsgemäß zusammen mit ihrer Brille auf dem Kopf zu tragen. Damit ist ein eventuell notwendiger Dioptrienausgleich durch die Brille des Benutzers gewährleistet und dem Benutzer wird ein ausgezeichnetes Seherlebnis bereitgestellt. In addition to the large diameter of the exit pupil 22 is in the embodiment described here still advantageous that the distance between the exit pupil 22 and the area 21 (and thus the distance to the second lens 17 ) Is 18 mm. This also allows spectacle wearers to wear the display device according to the invention as intended along with their glasses on their heads. Thus, a possibly necessary diopter compensation is ensured by the user's glasses and the user is provided an excellent viewing experience.

In 11 ist in einer Schnittdarstellung in gleicher Weise wie in 10 eine Abwandlung der Ausführungsform der ersten Bildeinheit 11 und insbesondere der Abbildungsoptik 15 gemäß 10 gezeigt. In 11 is in a sectional view in the same way as in 10 a modification of the embodiment of the first image unit 11 and in particular the imaging optics 15 according to 10 shown.

Bei dieser Abwandlung umfasst die Abbildungsoptik 15 wiederum zwei voneinander beabstandeten Linsen 16 und 17, wobei die erste Linse 16, die näher an der Bildebene E liegt, als Negativlinse und die zweite Linse 17 als Positivlinse ausgebildet ist. Ferner ist die erste In this modification, the imaging optics includes 15 again two spaced-apart lenses 16 and 17 , where the first lens 16 , which is closer to the image plane E, as a negative lens and the second lens 17 is designed as a positive lens. Further, the first one

Linse 16 als Konvex-Konkav-Linse ausgebildet, deren konkave Seite der Bildebene E zugewandt ist. Die zweite Linse 17 ist als Konvex-Konvex-Linse ausgebildet. Des weiteren ist die erste Linse 16 in gleicher Weise wie bei den bisher beschriebenen Ausführungsformen aus Polycarbonat und die zweite Linse aus PMMA gebildet. Es wurden die gleichen Materialien wie bei den bisher beschriebenen Ausführungsformen verwendet. lens 16 formed as a convex-concave lens, the concave side of the image plane E faces. The second lens 17 is designed as a convex-convex lens. Furthermore, the first lens 16 formed in the same manner as in the previously described embodiments of polycarbonate and the second lens of PMMA. The same materials were used as in the previously described embodiments.

Die vier Grenzflächen 1821 der ersten und zweiten Linse 16, 17 sind als rotationssymmetrische Asphären ausgebildet, die bezüglich der optischen Achse OA rotationssymmetrisch sind. Sie können durch die oben angegebene Flächengleichung beschrieben werden, wobei die Asphärenkonstanten der Flächen 1821 in den nachfolgenden Tabellen 6 und 7 angegeben sind. Tabelle 6 Fläche c k A B 21 0.03033007 –1.60209948 –4.30003E-05 6.46580E-08 20 –0.12496804 –3.35679383 –8.06124E-05 2.67804E-07 19 0.04115641 –43.59420143 –8.60171E-05 5.94804E-07 18 0.16131129 –3.81629776 5.94271E-06 1.79555E-07 Tabelle 7 Fläche C D E F 21 0 0 0 0 20 –6.80472E-10 8.06005E-13 0 0 19 –2.59066E-09 6.83841E-12 –9.37934E-15 4.79164E-18 18 –1.58643E-09 5.55020E-12 –9.00686E-15 5.57075E-18 The four interfaces 18 - 21 the first and second lenses 16 . 17 are formed as rotationally symmetric aspheres, which are rotationally symmetrical with respect to the optical axis OA. They can be described by the area equation given above, with the aspheric constants of the areas 18 - 21 in Tables 6 and 7 below. Table 6 area c k A B 21 0.03033007 -1.60209948 -4.30003E-05 6.46580E-08 20 -0.12496804 -3.35679383 -8.06124E-05 2.67804E-07 19 0.04115641 -43.59420143 -8.60171E-05 5.94804E-07 18 0.16131129 -3.81629776 5.94271E-06 1.79555E-07 Table 7 area C D e F 21 0 0 0 0 20 -6.80472E-10 8.06005E-13 0 0 19 -2.59066E-09 6.83841E-12 -9.37934E-15 4.79164E-18 18 -1.58643E-09 5.55020E-12 -9.00686E-15 5.57075E-18

Die Abstände entlang der optischen Achse OA sind in der nachfolgenden Tabelle 8 angegeben. Tabelle 8 Fläche-Fläche Abstand [mm] 2221 18,0 2120 19,92 2019 0,40 1918 4,15 18–E 18,05 The distances along the optical axis OA are given in Table 8 below. Table 8 Surface area Distance [mm] 22 - 21 18.0 21 - 20 19.92 20 - 19 0.40 19 - 18 4.15 18 -E 18.05

Bei dieser Ausführungsform weist die runde Austrittspupille 22 einen Durchmesser von 8 mm auf. Auch ist wiederum der Abstand zwischen der Austrittspupille 22 und der Fläche 21 18 mm, so dass Brillenträger die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung 1 bestimmungsgemäß zusammen mit ihrer Brille auf dem Kopf tragen können. Des weiteren ist die Verzeichnung bei dieser Ausführungsform sehr gering. Sie ist kleiner gleich 1 %. In this embodiment, the round exit pupil 22 a diameter of 8 mm. Again, the distance between the exit pupil is 22 and the area 21 18 mm so that wearer glasses the display device according to the invention 1 intended to wear together with their glasses on their heads. Furthermore, the distortion in this embodiment is very small. It is less than or equal to 1%.

Im Unterschied zu der Ausführungsform gemäß 10 ist bei der vorliegenden Ausführungsform der Abstand d von der Austrittspupille 22 bis zur Bildebene etwas kleiner. Bei der Ausführungsform gemäß 11 beträgt der Abstand 60,52 mm wohingegen er bei der Ausführungsform gemäß 10 62 mm beträgt. Unlike the embodiment according to 10 In the present embodiment, the distance d is from the exit pupil 22 to the image level a little smaller. In the embodiment according to 11 the distance is 60.52 mm whereas in the embodiment according to FIG 10 62 mm.

Bei der bisherigen Beschreibung wurde davon ausgegangen, dass jede Bildeinheit 11, 12 einen eigenen flächigen Bildgeber 13 aufweist. Natürlich ist es auch möglich (wie schematisch in 12 dargestellt ist), einen durchgehenden flächigen Bildgeber 13 vorzusehen, wobei ein Teil des Bildgebers 13 mittels der Abbildungsoptik 15 für das linke Auge LA und ein davon beabstandeter oder direkt angrenzender Bereich des Bildgebers 13 mittels der Abbildungsoptik 15 für das rechte Auge RA abgebildet wird. Insbesondere kann ein Mobiltelefon, z.B. ein sogenanntes Smartphone, oder eine sonstige Vorrichtung mit einer entsprechenden Anzeige (wie z.B. der sogenannte iPod touch der Firma Apple Inc., Kalifornien, USA) als flächiger Bildgeber 13 genutzt werden. In diesem Fall weist das Vorderteil 3 z.B. eine Aufnahme (nicht gezeigt) auf, in die das Mobiltelefon bzw. die sonstige Vorrichtung eingesetzt werden kann. Es ist auch möglich, nur eine in einem Mobiltelefon oder ähnlichen Geräten verwendete Anzeige als solche zu verwenden. In the previous description, it was assumed that each image unit 11 . 12 a separate planar imager 13 having. Of course it is also possible (as shown schematically in 12 is shown), a continuous area imager 13 provide, with a part of the imager 13 by means of the imaging optics 15 for the left eye LA and an area of the imager spaced apart or directly adjacent thereto 13 by means of the imaging optics 15 is imaged for the right eye RA. In particular, a mobile telephone, for example a so-called smartphone, or another device with a corresponding display (such as, for example, the so-called iPod touch from Apple Inc., California, USA) can be used as a planar imager 13 be used. In this case, the front part 3 For example, a recording (not shown), in which the mobile phone or other device can be used. It is also possible to use only one display used in a mobile phone or similar devices as such.

Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung 1 ist in 13 schematisch dargestellt. A further embodiment of the display device according to the invention 1 is in 13 shown schematically.

Das Vorderteil 3 ist im wesentlichen kastenförmig ausgebildet und weist eine Nasenauflage 4 auf, wobei die dem Benutzer zugewandte Seite des Vorderteils 3 offen ausgebildet ist. Die Kontur der offenen Seite ist so, dass beim Tragen der Haltevorrichtung 2 der Rand der offenen Seite am Kopf anliegt, wobei dieses Anliegen bevorzugt lichtdicht ist. The front part 3 is essentially box-shaped and has a nose pad 4 on, wherein the user-facing side of the front part 3 is open. The contour of the open side is such that when wearing the holding device 2 the edge of the open side abuts the head, this concern is preferably light-tight.

Statt der Bügel 5 der bisherigen Ausführungsformen ist ein elastisches Band 25 oder ein Band 25 mit einstellbarer Länge (das auch elastisch sein kann) mit seinen beiden Enden seitlich am Vorderteil 3 befestigt, so dass man das Band 25 über den Hinterkopf führen kann und somit ein Anpreßdruck vorliegt, der das Vorderteil 3 gegen den Kopf in ergonomisch angenehmer Weise drückt. Instead of the temple 5 the previous embodiments is an elastic band 25 or a band 25 with adjustable length (which can also be elastic) with both ends on the front side 3 attached, so that the tape 25 can lead over the back of the head and thus there is a contact pressure, the front part 3 presses against the head in an ergonomically pleasing manner.

Ferner sind schematisch die erste und zweite Abbildungsoptik 15 gezeigt. Wenn der Benutzer die Anzeigevorrichtung 1 auf dem Kopf trägt, kann er somit ein in der Bildebene E erzeugtes Bild mit seinem linken und rechten Auge in der beschriebenen Art und Weise wahrnehmen. Furthermore, schematically the first and second imaging optics 15 shown. When the user the display device 1 on the head, he can thus perceive an image generated in the image plane E with his left and right eye in the manner described.

Die Anzeigevorrichtung gemäß 13 ist insbesondere so ausgebildet, dass ein herkömmliches Mobiltelefon oder eine sonstige Vorrichtung mit entsprechender Anzeige austauschbar einsetzbar ist und im eingesetzten Zustand der Bildschirm des Mobiltelefons bzw. die Anzeige der Vorrichtung in der Bildebene E liegt. The display device according to 13 is in particular designed so that a conventional mobile phone or other device with a corresponding display can be used interchangeably and in the inserted state of the screen of the mobile phone or the display of the device is in the image plane E.

Claims (18)

Anzeigevorrichtung mit einer auf den Kopf eines Benutzers aufsetzbaren Haltevorrichtung (2) und einer an der Haltevorrichtung (2) befestigten ersten Abbildungsoptik (15), die dafür ausgebildet ist, ein in einer Bildebene (E) erzeugtes Bild als virtuelles Bild so abzubilden, dass es der Benutzer im auf dem Kopf aufgesetzten Zustand der Haltevorrichtung (2) mit einem ersten Auge (LA, RA) wahrnehmen kann, wobei die erste Abbildungsoptik (15) eine erste Linse (16) mit negativer Brechkraft und eine von der ersten Linse (16) beabstandete zweite Linse (17) mit positiver Brechkraft aufweist, wobei die erste Linse (16) näher an der Bildebene (E) positioniert ist als die zweite Linse (17). Display device with a holding device which can be placed on the head of a user ( 2 ) and one on the holding device ( 2 ) attached first imaging optics ( 15 ) which is designed to image an image generated in an image plane (E) as a virtual image so that the user in the upside down state of the holding device ( 2 ) with a first eye (LA, RA) can perceive, wherein the first imaging optics ( 15 ) a first lens ( 16 ) with negative refractive power and one of the first lens ( 16 ) spaced second lens ( 17 ) with positive refractive power, the first lens ( 16 ) is positioned closer to the image plane (E) than the second lens ( 17 ). Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, bei der die erste Abbildungsoptik (15) frei von Umlenkelementen zur Strahlengangfaltung ist. Display device according to Claim 1, in which the first imaging optics ( 15 ) is free of deflecting elements for beam path folding. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die erste Linse (16) eine erste und zweite Grenzfläche (18, 19) und die zweite Linse (17) eine erste und zweite Grenzfläche (20, 21) aufweisen und alle vier Grenzflächen (1821) der beiden Linsen (16, 17) jeweils als rotationssymmetrische Asphären ausgebildet sind. Display device according to Claim 1 or 2, in which the first lens ( 16 ) a first and second interface ( 18 . 19 ) and the second lens ( 17 ) a first and second interface ( 20 . 21 ) and all four interfaces ( 18 - 21 ) of the two lenses ( 16 . 17 ) are each formed as rotationally symmetric aspheres. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 3, bei der alle vier rotationssymmetrischen Asphären unterschiedlich sind.  Display device according to claim 3, in which all four rotationally symmetric aspheres are different. Anzeigevorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, bei der die Bildebene (E) im auf dem Kopf aufgesetzten Zustand der Haltevorrichtung (2) im wesentlichen senkrecht zur Geradeausblickrichtung ist. Display device according to one of the preceding claims, wherein the image plane (E) in the upside down state of the holding device ( 2 ) is substantially perpendicular to the straight-ahead direction. Anzeigevorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, bei der die erste Abbildungsoptik (15) aus der ersten und zweiten Linse (16, 17) besteht. Display device according to one of the above claims, wherein the first imaging optics ( 15 ) from the first and second lenses ( 16 . 17 ) consists. Anzeigevorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, bei der die beiden Linsen (16, 17) aus Kunststoff gebildet sind. Display device according to one of the preceding claims, in which the two lenses ( 16 . 17 ) are formed of plastic. Anzeigevorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, bei der die beiden Linsen (16, 17) aus unterschiedlichen Materialen gebildet sind. Display device according to one of the preceding claims, in which the two lenses ( 16 . 17 ) are formed of different materials. Anzeigevorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, bei der die erste Linse (16) eine erste Abbe-Zahl und die zweite Linse (17) eine zweite Abbe-Zahl aufweist, wobei die zweite Abbe-Zahl größer ist als die erste Abbe-Zahl. Display device according to one of the preceding claims, in which the first lens ( 16 ) a first Abbe number and the second lens ( 17 ) has a second Abbe number, the second Abbe number being greater than the first Abbe number. Anzeigevorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, bei der die erste Abbildungsoptik (15) eine Austrittspupille (22) aufweist, wobei der Abstand (d) zwischen der Austrittspupille (22) und der Bildebene (E) kleiner ist als 100 mm und bevorzugt kleiner als 65 mm ist. Display device according to one of the above claims, wherein the first imaging optics ( 15 ) an exit pupil ( 22 ), wherein the distance (d) between the exit pupil ( 22 ) and the image plane (E) is less than 100 mm and preferably less than 65 mm. Anzeigevorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, bei der die erste Abbildungsoptik (15) eine Austrittspupille (22) aufweist, die eine maximale Ausdehnung von größer oder gleich 5 mm aufweist. Display device according to one of the above claims, wherein the first imaging optics ( 15 ) an exit pupil ( 22 ), which has a maximum extension of greater than or equal to 5 mm. Anzeigevorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, bei der die erste Abbildungsoptik (15) ein in der Bildebene (E) erzeugtes Bild mit einer Diagonalen von mindestens 45 mm vollständig als virtuelles Bild abbildet. Display device according to one of the above claims, wherein the first imaging optics ( 15 ) images in the image plane (E) generated image with a diagonal of at least 45 mm completely as a virtual image. Anzeigevorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, bei der die erste Abbildungsoptik (15) das erzeugte Bild zentral vignettierungsfrei abbildet. Display device according to one of the above claims, wherein the first imaging optics ( 15 ) images the generated image centrally without vignetting. Anzeigevorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, bei der die erste Abbildungsoptik (15) das erzeugte Bild so abbildet, dass dem Benutzer ein Sichtfeld mit einer Diagonalen von größer als 60° und insbesondere von größer als 70° bereitgestellt ist. Display device according to one of the above claims, wherein the first imaging optics ( 15 ) images the generated image such that the user is provided with a field of view with a diagonal of greater than 60 ° and in particular greater than 70 °. Anzeigevorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, bei der in der Bildebene (E) ein Bildgeber (13) angeordnet ist, der das Bild erzeugt, das mittels der ersten Abbildungsoptik (15) abgebildet ist. Display device according to one of the preceding claims, in which in the image plane (E) an imager ( 13 ), which generates the image which is produced by means of the first imaging optics ( 15 ) is shown. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 15, bei der der Bildgeber (13) auswechselbar in der Bildebene (E) angeordnet ist. Display device according to Claim 15, in which the imager ( 13 ) is arranged interchangeable in the image plane (E). Anzeigevorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, bei der der Betrag der Brennweite der zweiten Linse (17) in einem Bereich liegt, der sich vom Betrag der Brennweite der ersten Linse (16) bis zum 1,2-fachen des Betrages der Brennweite der ersten Linse (16) erstreckt. Display device according to one of the preceding claims, in which the amount of the focal length of the second lens ( 17 ) is within a range of the amount of the focal length of the first lens ( 16 ) up to 1.2 times the amount of the focal length of the first lens ( 16 ). Anzeigevorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, bei der die erste Linse (16) als Konvex-Konkav-Linse ausgebildet ist, wobei die konkave Seite (18) der ersten Linse (16) der Bildebene (E) zugewandt ist. Display device according to one of the preceding claims, in which the first lens ( 16 ) is formed as a convex-concave lens, wherein the concave side ( 18 ) of the first lens ( 16 ) faces the image plane (E).
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