DE102014207493A1

DE102014207493A1 - Display device and display method

Info

Publication number: DE102014207493A1
Application number: DE102014207493.2A
Authority: DE
Inventors: Ersun Kartal
Original assignee: Carl Zeiss AG
Current assignee: Carl Zeiss Smart Optics GmbH
Priority date: 2014-04-17
Filing date: 2014-04-17
Publication date: 2015-10-22
Also published as: WO2015158830A1

Abstract

Es wird eine Anzeigevorrichtung mit einer auf den Kopf eines Benutzers (B) aufsetzbaren Haltevorrichtung (2), einem an der Haltevorrichtung (2) befestigten Bildmodul (20), das eine Bildeinheit (5), die ein Bild erzeugt, und eine Abbildungsoptik (6), die das erzeugte Bild im auf dem Kopf aufgesetzten Zustand der Haltevorrichtung (2) so abbildet, dass es der Benutzer (B) als virtuelles Bild wahrnehmen kann, aufweist, und einer Steuereinheit (9) zur Steuerung des Bildmoduls (20), bereitgestellt, wobei ein Meßmodul (19) vorgesehen ist, das im auf dem Kopf aufgesetzten Zustand der Haltevorrichtung (2) die Lage des Kopfes des Benutzers (B) und/oder einen eine Eigenschaft der Umgebung charakterisierenden Parameter mißt, daraus einen Datensatz erzeugt und diesen an die Steuereinheit (9) weiterleitet, die in Abhängigkeit des Datensatzes das Bildmodul (20) so ansteuert, dass das virtuelle Bild in einer von zumindest zwei unterschiedlichen Bildebenen (B1, B2) des Bildmoduls (20) abgebildet wird.The invention relates to a display device having a holding device (2) which can be placed on the head of a user (B), an image module (20) attached to the holding device (2), which forms an image unit (5) which generates an image and an imaging optics (6 ) which images the generated image in the head-mounted state of the holder (2) so that the user (B) can perceive it as a virtual image, and a control unit (9) for controlling the image module (20) in which a measuring module (19) is provided, which measures the position of the head of the user (B) and / or a parameter characterizing a property of the environment in the head-mounted state of the holding device (2), generates a data record therefrom and displays it forwards the control unit (9), which controls the image module (20) as a function of the data record such that the virtual image is imaged in one of at least two different image planes (B1, B2) of the image module (20) d.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anzeigevorrichtung mit einer auf dem Kopf eines Benutzers aufsetzbaren Haltevorrichtung, einem an der Haltevorrichtung befestigten Bildmodul, das eine Bildeinheit, die ein Bild erzeugt, und eine Abbildungsoptik, die das erzeugte Bild im auf dem Kopf aufgesetzten Zustand der Haltevorrichtung so abbildet, dass es der Benutzer als virtuelles Bild wahrnehmen kann, aufweist, und einer Steuereinheit zur Steuerung des Bildmoduls. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein entsprechendes Anzeigeverfahren für eine solche Anzeigevorrichtung der eingangs genannten Art. The present invention relates to a display device having a holding device to be placed on the head of a user, an image module attached to the holding device, an image unit forming an image, and imaging optics to image the formed image in the head-mounted state of the holding device in that the user can perceive it as a virtual image, and a control unit for controlling the image module. Furthermore, the present invention relates to a corresponding display method for such a display device of the type mentioned.

Solche Anzeigevorrichtungen sind in der Regel so ausgebildet, dass das virtuelle Bild in einer vorbestimmten Bildebene, die einen vorbestimmten Abstand zur Abbildungsoptik aufweist, dem Benutzer dargeboten wird. Dies führt bei der Benutzung einer solchen Anzeigevorrichtung in der Praxis zu Schwierigkeiten, da ein Benutzer, wenn er sich im Freien bewegt, in der Regel mit seinen Augen auf unendlich akkommodiert. Befindet er sich in einem geschlossenen Raum, wird der Benutzer in der Regel auf eine kürzere Distanz, beispielsweise im Bereich von 1 m bis 3 m akkommodieren. Wenn nun die Lage der Bildebene damit nicht übereinstimmt, muß der Benutzer, wenn er das virtuelle Bild wahrnehmen will, auf die Bildebene akkommodieren, was als nachteilig empfunden wird. Insbesondere paßt dann das virtuelle Bild häufig mit der Wahrnehmung der Umgebung nicht mehr zusammen, was für den Benutzer einen schlechteren Bildeindruck vermittelt. Such display devices are typically designed such that the virtual image is presented to the user in a predetermined image plane having a predetermined distance from the imaging optics. This leads to difficulties in the use of such a display device in practice, since a user, when he moves outdoors, usually accommodated with his eyes to infinite. If he is in a closed room, the user will usually accommodate a shorter distance, for example in the range of 1 m to 3 m. Now, if the position of the image plane does not match, the user must, if he wants to perceive the virtual image, Accommodate on the image plane, which is perceived as disadvantageous. In particular, then the virtual image often no longer matches the perception of the environment, which gives the user a worse image impression.

Ausgehend hiervon ist es daher Aufgabe der Erfindung, eine Anzeigevorrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass die beschriebenen Schwierigkeiten so gut wie vollständig überwunden werden können. Ferner soll auch das entsprechende Anzeigeverfahren in gleicher Weise weitergebildet werden. 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 difficulties described can be almost completely overcome. Furthermore, the corresponding display method should also be developed in the same way.

Die Aufgabe wird bei einer Anzeigevorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass ein Meßmodul vorgesehen ist, das im auf dem Kopf aufgesetzten Zustand der Haltevorrichtung die Lage des Kopfes des Benutzers und/oder einen eine Eigenschaft der Umgebung charakterisierenden Parameter mißt, daraus einen Datensatz erzeugt und diesen an die Steuereinheit weiterleitet, die in Abhängigkeit des Datensatzes das Bildmodul so ansteuert, dass das virtuelle Bild in einer von zumindest zwei unterschiedlichen Bildebenen des Bildmoduls abgebildet wird. The object is achieved in a display device of the type mentioned above in that a measuring module is provided which measures the position of the head of the user and / or characterizing a property of the environment parameters in the mounted on the head state of the holding device, generates a data set and forwards it to the control unit, which controls the image module as a function of the data record in such a way that the virtual image is imaged in one of at least two different image planes of the image module.

Damit wird vorteilhaft erreicht, dass die Lage der Bildebene an die gerade vorliegende Umweltbedingung bzw. die Lage des Kopfes des Benutzers angepaßt wird. Die virtuelle Bilddarstellung fügt sich daher für den Benutzer in seine tatsächliche Umgebung besser ein, ein starkes Umfokussieren ist nicht mehr notwendig, so dass insgesamt ein verbesserter Bildeindruck für den Benutzer vorliegt. This advantageously ensures that the position of the image plane is adapted to the current environmental condition or the position of the head of the user. The virtual image representation therefore fits in better for the user in his actual environment, a strong refocusing is no longer necessary, so that overall there is an improved visual impression for the user.

Das Meßmodul kann mit der Haltevorrichtung (mechanisch) verbunden sein. Insbesondere kann es an der Haltevorrichtung befestigt sein. The measuring module can be connected to the holding device (mechanically). In particular, it may be attached to the holding device.

Es ist jedoch auch möglich, dass das Meßmodul nicht an der Haltevorrichtung befestigt und somit auch nicht mechanisch mit der Haltevorrichtung verbunden ist. Das Meßmodul kann somit als separates Modul vorgesehen sein. Es kann z.B. durch ein Mobiltelefon verwirklicht sein, das z.B. Standortdaten als einen eine Eigenschaft der Umgebung charakterisierenden Parameter mißt. Daraus kann z.B. abgeleitet werden, ob sich der Benutzer, der das Mobiltelefon bei sich trägt, in einem Raum oder im Freien befindet. However, it is also possible that the measuring module is not attached to the holding device and thus not mechanically connected to the holding device. The measuring module can thus be provided as a separate module. It can e.g. be realized by a mobile phone, e.g. Measures location data as a parameter characterizing a property of the environment. This may be e.g. whether the user carrying the mobile phone is in a room or outdoors.

Die Übertragung des Datensatzes an die Steuereinheit kann drahtlos erfolgen. Dazu können bekannte Funkprotokolle eingesetzt werden. Beispielsweise kann eine sogenannte Bluetooth-Verbindung genutzt werden. Es ist jedoch auch möglich, dass die Übertragung des Datensatzes über eine Verbindungsleitung erfolgt. The transmission of the data set to the control unit can be wireless. For this purpose, known radio protocols can be used. For example, a so-called Bluetooth connection can be used. However, it is also possible that the transmission of the data record takes place via a connecting line.

Das Meßmodul kann einen Abstandsensor aufweisen. Der Abstandsensor kann insbesondere nach dem Laufzeitverfahren arbeiten. Bei dem Laufzeitverfahren wird ein Lichtpuls ausgesandt und die Zeit gemessen, bis die Reflexion des Lichtpulses wieder beim Abstandsensor eintrifft. Die benötigte Zeit ist proportional zum Abstand. The measuring module may have a distance sensor. The distance sensor can work in particular according to the transit time method. In the transit time method, a light pulse is emitted and the time is measured until the reflection of the light pulse arrives again at the distance sensor. The time required is proportional to the distance.

Es kann aber auch jede andere Art von Abstandsensor verwendet werden. However, any other type of distance sensor can be used.

Ferner kann das Meßmodul eine Kamera aufweisen. Mit dieser Kamera kann einerseits eine Abstandsmessung durchgeführt werden. Andererseits kann auch ein Kamerabild ausgewertet werden und anhand dieser Auswertung der gewünschte Datensatz erzeugt werden. Insbesondere kann eine kontextsensitive Auswertung automatisch durchgeführt werden. Furthermore, the measuring module can have a camera. On the one hand, a distance measurement can be carried out with this camera. On the other hand, a camera image can also be evaluated and the desired data record can be generated on the basis of this evaluation. In particular, a context-sensitive evaluation can be carried out automatically.

Ferner kann das Meßmodul einen Lagesensor umfassen. Solche Lagesensoren sind dem Fachmann bekannt und können beispielsweise als Gyroskop ausgebildet sein. So kann der Lagesensor den Kippwinkel der Haltevorrichtung und somit des Kopfes um eine, zwei oder auch alle drei Achsen (beispielsweise x-, y- und z-Achse) messen. Furthermore, the measuring module may comprise a position sensor. Such position sensors are known to the person skilled in the art and can be designed, for example, as a gyroscope. Thus, the position sensor can measure the tilt angle of the holding device and thus of the head about one, two or also all three axes (for example x, y and z axis).

Die zumindest zwei unterschiedlichen Bildebenen unterscheiden sich insbesondere in ihrem Abstand zur Abbildungsoptik. So kann eine erste der Bildebenen im Bereich von 0,5 m bis 5 m von der Abbildungsoptik beabstandet sein. Eine zweite Bildebene der Bildebenen kann z.B. einen Abstand von größer als 5 m, größer als 10 m, größer als 20 m, größer als 30 m aufweisen. Insbesondere kann die zweite Bildebene auch im Unendlichen liegen. The at least two different image planes differ, in particular, in their distance from the imaging optics. Thus, a first of the image planes in the range of 0.5 m to 5 m from the Be spaced imaging optics. A second image plane of the image planes may, for example, have a distance of greater than 5 m, greater than 10 m, greater than 20 m, greater than 30 m. In particular, the second image plane can also lie at infinity.

Natürlich kann das Bildmodul mehr als zwei unterschiedliche Bildebenen aufweisen. Insbesondere kann es drei, vier, fünf, sechs, sieben, acht, neun, zehn oder mehr Bildebenen aufweisen, die sich insbesondere in ihrem Abstand zur Abbildungsoptik unterscheiden. Of course, the image module may have more than two different image planes. In particular, it may have three, four, five, six, seven, eight, nine, ten or more image planes, which differ in particular in their distance from the imaging optics.

Die Abbildungsoptik kann ein Brillenglas mit einem Einkoppelabschnitt in einem Randbereich des Brillenglases und einem Auskoppelabschnitt in einem Mittelbereich des Brillenglases aufweisen, wobei das Brillenglas einen Lichtführungskanal umfaßt, der Lichtbündel von Pixeln des erzeugten Bildes, die über die Einkoppelabschnitte des Brillenglases in das Brillenglas eingekoppelt sind, im Brillenglas bis zum Auskoppelabschnitt führt, um sie über den Auskoppelabschnitt aus dem Brillenglas auszukoppeln. The imaging optics may comprise a spectacle lens having a coupling-in section in an edge region of the spectacle lens and a decoupling section in a middle region of the spectacle lens, the spectacle lens comprising a light-guiding channel, the light bundle of pixels of the generated image which are coupled into the spectacle lens via the coupling-in sections of the spectacle lens, in the spectacle lens leads to the coupling-out section in order to decouple it from the spectacle lens via the decoupling section.

Die Lichtführung kann z.B. durch innere Totalreflexion an der Vorder- und Rückseite des Brillenglases stattfinden. Es ist jedoch auch möglich, die entsprechenden Abschnitte der Vorder- und Rückseite des Brillenglases mit einer reflektiven oder teilreflektiven Beschichtung zu versehen. Des weiteren kann beispielsweise im Brillenglas eine reflektive Schicht angeordnet sein, die die Reflexion an der Vorder- oder Rückseite ersetzt. Es ist auch möglich, zwei voneinander beabstandete reflektive Schichten im Brillenglas anzuordnen, die dann die Lichtführung vom Einkoppelabschnitt zum Auskoppelabschnitt im Brillenglas bewirken. The light guide may e.g. take place by total internal reflection at the front and back of the lens. However, it is also possible to provide the corresponding sections of the front and back of the spectacle lens with a reflective or partially reflective coating. Furthermore, for example, a reflective layer which replaces the reflection at the front or rear side can be arranged in the spectacle lens. It is also possible to arrange two spaced apart reflective layers in the spectacle lens, which then cause the light guidance from the coupling-in section to the decoupling section in the spectacle lens.

Der Auskoppelabschnitt kann mehrere voneinander beabstandete Umlenkflächen aufweisen, die insbesondere als reflektive oder teilreflektive Umlenkflächen ausgebildet sind. Die reflektiven oder teilreflektiven Umlenkflächen können auch als Fresnel-Flächen bezeichnet werden. The decoupling portion may have a plurality of spaced-apart deflection surfaces, which are in particular formed as reflective or partially reflective deflection surfaces. The reflective or partially reflective deflection surfaces can also be referred to as Fresnel surfaces.

Die reflektiven oder teilreflektiven Umlenkflächen können eine reine Strahlumlenkung bewirken. Es ist jedoch auch möglich, die reflektiven oder teilreflektiven Umlenkflächen so auszubilden, dass sie neben der reinen Strahlumlenkung auch eine abbildende Wirkung aufweisen. Diese abbildende Wirkung kann z.B. zu einer Korrektur zumindest eines Abbildungsfehlers genutzt werden. The reflective or partially reflective deflection surfaces can cause a pure beam deflection. However, it is also possible to design the reflective or partially reflective deflection surfaces such that they also have an imaging effect in addition to the pure beam deflection. This imaging effect can e.g. be used to correct at least one aberration.

Die reflektiven oder teilreflektiven Umlenkflächen sind bevorzugt jeweils als plane Fläche ausgebildet. Es ist jedoch auch möglich, dass die reflektiven oder teilreflektiven Umlenkflächen selbst jeweils gekrümmt sind. The reflective or partially reflective deflection surfaces are preferably each formed as a planar surface. However, it is also possible that the reflective or partially reflective deflection surfaces themselves are each curved.

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 wird ferner ein Anzeigeverfahren für eine Anzeigevorrichtung mit einer auf dem Kopf eines Benutzers aufsetzbaren Haltevorrichtung und einem an der Haltevorrichtung befestigten Bildmodul, das eine Bildeinheit, die ein Bild erzeugt, und eine Abbildungsoptik, die das erzeugte Bild im auf dem Kopf aufgesetzten Zustand der Haltevorrichtung so abbildet, dass es der Benutzer als virtuelles Bild wahrnehmen kann, aufweist, bereitgestellt, wobei im auf dem Kopf aufgesetzten Zustand der Haltevorrichtung die Lage des Kopfes des Benutzers und/oder ein eine Eigenschaft der Umgebung charakterisierender Parameter gemessen wird, daraus ein Datensatz erzeugt und in Abhängigkeit des Datensatzes das Bildmodul so angesteuert wird, dass das virtuelle Bild in einer von zumindest zwei unterschiedlichen Bildebenen des Bildmoduls abgebildet wird. There is further provided a display method for a display device having a holding device mounted on the head of a user and an image module attached to the holding device, the image unit forming an image, and imaging optics displaying the formed image in the upside down state of the holding device such that the user can perceive it as a virtual image, wherein the position of the head of the user and / or a parameter characterizing a property of the environment is measured in the head-mounted state of the holding device, and a data record is generated therefrom depending on the data set, the image module is driven such that the virtual image is imaged in one of at least two different image planes of the image module.

Damit ist eine Anpassung der Bildprojektion bzw. der Erzeugung des virtuellen Bildes an die aktuelle Umgebung des Benutzers möglich. This makes it possible to adapt the image projection or the generation of the virtual image to the current environment of the user.

Das erfindungsgemäße Anzeigeverfahren kann die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung (einschließlich ihrer Weiterbildungen) beschriebenen Verfahrensschritte aufweisen. The display method according to the invention can have the method steps described in connection with the display device according to the invention (including its developments).

In gleicher Weise kann die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung Elemente aufweisen, die zum Betrieb der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung (einschließlich ihrer Weiterbildungen) notwendig sind bzw. in diesem Zusammenhang beschrieben werden. In the same way, the display device according to the invention may comprise elements which are necessary for the operation of the display device according to the invention (including its developments) or are described in this connection.

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 a schematic perspective view of an embodiment of the display device according to the invention;

2 eine vergrößerte Teilschnittansicht des ersten Brillenglases 3; 2 an enlarged partial sectional view of the first spectacle lens 3 ;

3 eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer ersten Bildebene E1, und 3 a schematic representation for explaining a first image plane E1, and

4 eine schematische Darstellung gemäß 3 zur Erläuterung der Lage einer zweiten Bildebene E2. 4 a schematic representation according to 3 for explaining the position of a second image plane E2.

Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform umfaßt die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung 1 eine auf den Kopf des Benutzers aufsetzbare Haltevorrichtung 2, die bei der hier beschriebenen Ausführungsform als herkömmliches Brillengestell ausgebildet ist, sowie ein erstes und ein zweites Brillenglas 3, 4, die an der Haltevorrichtung 2 befestigt sind. Die Haltevorrichtung 2 mit den Brillengläsern 3 und 4 kann z.B. als Sportbrille, Sonnenbrille und/oder Brille zur Korrektur einer Fehlsichtigkeit ausgebildet sein, wobei dem Benutzer über das erste Brillenglas 3 ein virtuelles Bild in sein Gesichtsfeld eingespielt werden kann, wie nachfolgend beschrieben wird. At the in 1 embodiment shown comprises the display device according to the invention 1 an attachable to the head of the user holding device 2 , which is formed in the embodiment described here as a conventional spectacle frame, and a first and a second spectacle lens 3 . 4 attached to the fixture 2 are attached. The holding device 2 with the glasses 3 and 4 For example, it can be designed as sports glasses, sunglasses and / or glasses for the correction of ametropia, wherein the user has access via the first spectacle lens 3 a virtual image can be recorded in his field of view, as will be described below.

Wie am besten aus der vergrößerten Teilschnittansicht in 2 ersichtlich ist, umfaßt die Anzeigevorrichtung 1 eine Bildeinheit 5 (die z.B. ein OLED-Modul umfaßt), mit dem ein Bild erzeugt werden kann, das als das virtuelle Bild in das Gesichtsfeld des Benutzers eingespiegelt werden soll. Dazu weist die Anzeigevorrichtung 1 eine Abbildungsoptik 6 auf, die ein zwischen der Bildeinheit 5 und dem ersten Brillenglas 3 angeordnetes Optikelement 7 enthält. Des weiteren dient das erste Brillenglas 3 selbst auch als Teil der Abbildungsoptik 6. As best of the enlarged partial sectional view in 2 can be seen, the display device comprises 1 an image unit 5 (Eg, an OLED module includes), with which an image can be generated, which is to be reflected as the virtual image in the field of view of the user. For this purpose, the display device 1 an imaging optics 6 on, the one between the picture unit 5 and the first spectacle lens 3 arranged optical element 7 contains. Furthermore, the first spectacle lens is used 3 even as part of the imaging optics 6 ,

Die Bildeinheit 5 ist als flächiger Bildgeber mit einer Vielzahl von z.B. in Spalten und Zeilen angeordneten Pixeln ausgebildet, wobei von jedem Pixel ein Lichtbündel 8 ausgehen kann. Durch eine entsprechende Ansteuerung der Pixel mittels einer Steuereinheit 9 kann das gewünschte Bild erzeugt werden. In 2 ist stellvertretend für die Lichtbündel 8 der Strahlengang eines Lichtstrahles eingezeichnet, so dass auch nachfolgend von dem Lichtstrahl 8 die Rede ist. The picture unit 5 is formed as a planar imager with a plurality of, for example, arranged in columns and rows pixels, each pixel of which is a light beam 8th can go out. By a corresponding control of the pixels by means of a control unit 9 the desired image can be generated. In 2 is representative of the light bundles 8th drawn the beam path of a light beam, so that also subsequent to the light beam 8th the speech is.

Der von der Bildeinheit 5 ausgehende Lichtstrahl 8 durchläuft das Optikelement 7 und tritt über eine Stirnseite 10 des ersten Brillenglases 3 in das erste Brillenglas 3 ein und wird dann im ersten Brillenglas 3 durch interne Totalreflexion an der Vorder- und Rückseite 11, 12 des ersten Brillenglases 3 bis zu einem Auskoppelabschnitt 13 geführt. Der Auskoppelabschnitt 13 weist mehrere nebeneinander angeordnete reflektive Umlenkflächen 14 bzw. reflektive Facetten 14 auf, die den Lichtstrahl 8 so in Richtung zur Rückseite 12 hin umlenken, dass er über die Rückseite 12 aus dem Brillenglas 3 austritt. The one from the picture unit 5 outgoing light beam 8th goes through the optical element 7 and comes over a front 10 of the first spectacle lens 3 in the first lens 3 and then in the first lens 3 by internal total reflection on the front and back 11 . 12 of the first spectacle lens 3 up to a decoupling section 13 guided. The decoupling section 13 has several juxtaposed reflective deflecting surfaces 14 or reflective facets 14 on that the light beam 8th so towards the back 12 turn it over, that he over the back 12 out of the lens 3 exit.

Somit kann ein Benutzer, wenn er die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung 1 bestimmungsgemäß auf dem Kopf trägt, das mittels der Bildeinheit 5 erzeugte Bild als virtuelles Bild wahrnehmen, wenn er auf den Auskoppelabschnitt 13 blickt. Bei der hier beschriebenen Ausführungsform muß der Benutzer bezogen auf die Blickrichtung G eines Geradeausblicks etwas nach rechts schauen. In 2 ist zur Verdeutlichung der Drehpunkt 15 des Auges des Benutzers sowie in die Eyebox 16 (der Bereich, der durch die Anzeigevorrichtung 1 bereitgestellt wird und in dem sich das Auge des Benutzers bewegen kann und er stets noch das erzeugte Bild als virtuelles Bild sehen kann) eingezeichnet. Thus, a user, when he the display device of the invention 1 wearing on its head as intended, by means of the image unit 5 perceived image as a virtual image when he is on the decoupling section 13 looks. In the embodiment described here, the user must look slightly to the right with respect to the viewing direction G of a straight-ahead view. In 2 is to illustrate the pivot point 15 of the user's eye as well as in the eyebox 16 (The area covered by the display device 1 is provided and in which the eye of the user can move and he still can see the generated image as a virtual image) located.

Der Abschnitt des ersten Brillenglases 3, über den der Lichtstrahl 9 in das Brillenglas 3 eingekoppelt wird, kann auch als Einkoppelabschnitt 17 bezeichnet werden. Die entsprechenden Abschnitte der Vorder- und Rückseite 11, 12 des Brillenglases 3 zwischen dem Einkoppelabschnitt 17 und dem Auskoppelabschnitt 13, an denen die innere Totalreflexion stattfindet, dienen somit als Lichtführungskanal 18, der die über den Einkoppelabschnitt 17 eingekoppelten Lichtstrahlen 9 bis zum Auskoppelabschnitt 13 führt. The section of the first spectacle lens 3 over which the light beam 9 in the spectacle lens 3 can also be used as a coupling section 17 be designated. The corresponding sections of the front and back 11 . 12 of the spectacle lens 3 between the coupling section 17 and the decoupling section 13 , where the total internal reflection takes place, thus serve as a light guide channel 18 passing the coupling section 17 coupled light beams 9 to the decoupling section 13 leads.

Die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung umfaßt ferner ein Meßmodul 19, das schematisch in 1 und in 2 eingezeichnet ist. Mit dem Meßmodul 19 kann beispielsweise die Kopflage des die Anzeigevorrichtung auf dem Kopf tragenden Benutzers gemessen und als Datensatz an die Steuereinheit 9 abgegeben werden. Zusätzlich oder alternativ kann mittels des Meßmoduls 19 zumindest ein eine Eigenschaft der Umgebung charakterisierender Parameter gemessen werden. So kann das Meßmodul beispielsweise einen Abstandssensor enthalten, der den Abstand zu Objekten mißt, die in einem gewissen Bereich in Blickrichtung vor dem Benutzer vorhanden sind. Die Meßergebnisse werden wiederum als Datensatz der Steuereinheit hinzugeführt. The display device according to the invention further comprises a measuring module 19 that is schematically in 1 and in 2 is drawn. With the measuring module 19 For example, the head position of the user wearing the display device on the head can be measured and stored as a data record to the control unit 9 be delivered. Additionally or alternatively, by means of the measuring module 19 at least one characterizing a property of the environment parameters are measured. For example, the measuring module may include a distance sensor that measures the distance to objects present in a certain range in the viewing direction in front of the user. The measurement results are in turn added as a record of the control unit.

Die Steuereinheit 9 steuert die Bildeinheit 5 und/oder die Abbildungsoptik 6, die zusammen auch als Bildmodul 20 bezeichnet werden können, so an, dass das erzeugte Bild als virtuelles Bild in einer von zumindest zwei unterschiedlich weit vom Benutzer liegenden Bildebenen des Bildmoduls 20 abgebildet wird. In 3 ist eine erste Bildebene E1 bezogen auf einen stark schematisch dargestellten Benutzer B gezeigt. Die erste Bildebene E1 weist einen ersten Abstand d1 vom Kopf des Benutzers B bzw. vom Auge des Benutzers auf. In 3 ist zur Vereinfachung der Darstellung die Anzeigevorrichtung 1 lediglich schematisch dargestellt. In dieser Entfernung d1 ist das erzeugte virtuelle Bild für den Benutzer scharf wahrzunehmen. Die Größe für die Entfernung d1 kann beispielsweise im Bereich von 50 cm bis 5 m liegen. The control unit 9 controls the image unit 5 and / or the imaging optics 6 , which together also as a picture module 20 can be designated, so that the image generated as a virtual image in one of at least two different levels of user image levels of the image module 20 is shown. In 3 is a first image plane E1 with respect to a user B shown very schematically shown. The first image plane E1 has a first distance d1 from the head of the user B or from the user's eye. In 3 For simplicity of illustration, the display device is shown 1 only shown schematically. At this distance d1, the generated virtual image is sharply perceived by the user. The size for the distance d1 may be, for example, in the range of 50 cm to 5 m.

In 4 ist in gleicher Weise wie in 3 die Lage einer zweiten Bildebene E2 dargestellt, bei der der Abstand zum Kopf des Benutzers B bzw. dem Auge des Benutzers B nun d2 beträgt, wobei d2 größer ist als d1. Bei dem Wert von d2 kann es sich beispielsweise um einen Wert von größer als 3 m, größer als 5 m und insbesondere größer als 10 m handeln. Insbesondere kann die Bildebene E2 auch im Unendlichen liegen. In 4 is the same as in 3 the position of a second image plane E2 shown, in which the distance to the head of the user B or the eye of the user B is now d2, where d2 is greater than d1. For example, the value of d2 may be greater than 3 meters, greater than 5 meters, and most preferably greater than 10 meters. In particular, the image plane E2 can also lie at infinity.

Mit der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung 1 ist es somit möglich, die Darstellung des virtuellen Bildes an die aktuellen Erfordernisse für den Benutzer automatisch anzupassen. So kann die Darstellung in der ersten Bildebene E1 gewählt werden, wenn der Benutzer sich in einem Raum befindet oder wenn der Benutzer auf den Boden blickt. Die Darstellung in der zweiten Bildebene E2 kann gewählt werden, wenn der Benutzer B sich im Freien bewegt und/oder geradeaus nach vorne blickt. With the display device according to the invention 1 Thus, it is possible to automatically adapt the presentation of the virtual image to the current requirements for the user. Thus, the representation in the first image plane E1 can be selected when the user is in a room or when the user is looking at the floor. The representation in the second image plane E2 can be selected when the user B moves outdoors and / or looks straight ahead.

Um die Darstellung in der ersten oder zweiten Bildebene E1, E2 zu bewirken, kann z.B. die Bildeinheit 5 so bewegt werden, dass ihr Abstand zum Optikelement 7 und/oder zum ersten Brillenglas 3 verändert wird, wie durch den Doppelpfeil P1 angedeutet ist. To effect the representation in the first or second image plane E1, E2, for example, the image unit 5 be moved so that their distance to the optical element 7 and / or to the first spectacle lens 3 is changed, as indicated by the double arrow P1.

Zusätzlich oder alternativ kann das Optikelement 7 wie durch den Doppelpfeil P2 angedeutet bewegt werden. Damit ist eine Abstandsänderung zwischen dem Optikelement 7 und dem Brillenglas 3 und/oder zwischen dem Optikelement 7 und der Bildeinheit 5 möglich. Additionally or alternatively, the optical element 7 as indicated by the double arrow P2 are moved. This is a change in distance between the optical element 7 and the spectacle lens 3 and / or between the optical element 7 and the picture unit 5 possible.

Zur Bewegung der Bildeinheit 5 und/oder des Optikelementes 7 kann ein geeigneter Aktuator bzw. können Aktuatoren vorgesehen sein. Der Aktuator kann z.B. ein Piezoaktuator sein. To the movement of the image unit 5 and / or the optical element 7 a suitable actuator or actuators can be provided. The actuator may be, for example, a piezo actuator.

Das Meßmodul 19 kann eine Kamera umfassen, die einen Bereich vor der Anzeigevorrichtung 1 aufnimmt. Mit einer geeigneten Bilderkennung (durch Software und/oder Hardware) kann der gewünschte Datensatz erzeugt werden, der an die Steuereinheit 9 weitergeleitet wird. Insbesondere kann die Kamera als 3D-Kamera ausgebildet sein, die ein dreidimensionales Bild aufnimmt. The measuring module 19 may include a camera, which is an area in front of the display device 1 receives. With a suitable image recognition (by software and / or hardware), the desired data record can be generated, which is sent to the control unit 9 is forwarded. In particular, the camera can be designed as a 3D camera that takes a three-dimensional image.

Bei der beschriebenen Ausführungsform erfolgt die Einkopplung der Lichtbündel 8 über die Stirnseite 10 des ersten Brillenglases 3. Natürlich ist es auch möglich, die Anzeigevorrichtung 1 so auszubilden, dass die Einkopplung über die Rückseite 12 des ersten Brillenglases 3 stattfindet. In the described embodiment, the coupling of the light beam takes place 8th over the front side 10 of the first spectacle lens 3 , Of course it is also possible the display device 1 form so that the coupling over the back 12 of the first spectacle lens 3 takes place.

Das erste Brillenglas 3 weist bevorzugt eine gekrümmte Vorderseite 11 und/oder eine gekrümmte Rückseite 12 auf. The first spectacle lens 3 preferably has a curved front 11 and / or a curved back 12 on.

Das Optikelement 7, die Bildeinheit 5 und die Steuereinheit 9 können in dem rechten Brillenbügel der brillenartig ausgebildeten Haltevorrichtung 2 angeordnet sein. The optical element 7 , the picture unit 5 and the control unit 9 can in the right temple of the glasses-like holding device 2 be arranged.

Bei den bisher beschriebenen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung 1 erfolgt die Einspiegelung des virtuellen Bildes in das Gesichtsfeld des Benutzers B durch das erste Brillenglas 3. Natürlich ist auch eine Einspiegelung durch das zweite Brillenglas 4 möglich. Des weiteren kann die Anzeigevorrichtung 1 so ausgebildet sein, dass Informationen bzw. virtuelle Bilder über beide Brillengläser 3, 4 eingespiegelt werden. Dabei kann die Einspiegelung so erfolgen, dass ein dreidimensionaler Bildeindruck entsteht. Dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich. In the previously described embodiments of the display device according to the invention 1 the reflection of the virtual image into the field of view of the user B takes place through the first spectacle lens 3 , Of course, there is also a reflection through the second lens 4 possible. Furthermore, the display device 1 be formed so that information or virtual images on both lenses 3 . 4 be reflected. The reflection can be done so that a three-dimensional image impression is created. However, this is not mandatory.

Die Brillengläser 3, 4 können eine Brechkraft von Null oder eine von Null verschiedene Brechkraft, insbesondere zur Korrektur von Fehlsichtigkeiten, aufweisen. Wie in den Figuren gezeigt ist, sind sowohl die Vorderseite 11 als auch die Rückseite 12 des Brillenglases 3 gekrümmt ausgebildet. Die Vorderseite 11 kann insbesondere sphärisch gekrümmt sein. Wenn das Brillenglas eine von Null verschiedene Brechkraft aufweist, um eine Fehlsichtigkeit zu korrigieren, ist in der Regel die Krümmung der Rückseite 12 entsprechend gewählt, um die gewünschte Korrektur zu erreichen. The lenses 3 . 4 can have a refractive power of zero or a non-zero refractive power, in particular for the correction of refractive errors. As shown in the figures, both are the front 11 as well as the back 12 of the spectacle lens 3 formed curved. The front 11 may in particular be spherically curved. If the spectacle lens has a refractive power different from zero in order to correct a refractive error, the curvature of the rear side is usually 12 selected accordingly to achieve the desired correction.

Die Haltevorrichtung 2 muß nicht als brillenartige Haltevorrichtung ausgebildet sein. Es ist auch jede andere Art der Haltevorrichtung möglich, mit der ein Aufsetzen oder Tragen der Anzeigevorrichtung 1 auf dem Kopf des Benutzers erfolgen kann. The holding device 2 does not have to be designed as glasses-like holding device. It is also possible any other type of holding device, with the putting on or carrying the display device 1 can be done on the user's head.

Die Merkmale der beschriebenen Ausführungsbeispiele können, soweit technisch sinnvoll, miteinander kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung bereitzustellen. The features of the described embodiments can, as far as technically feasible, be combined with each other to provide further embodiments of the display device according to the invention.

Claims

Display device with a holding device (B) which can be placed on the head of a user ( 2 ), one on the holding device ( 2 ) attached image module ( 20 ), which is an image unit ( 5 ), which produces an image, and imaging optics ( 6 ), the image produced in the upside down state of the holding device ( 2 ) so that the user (B) can perceive it as a virtual image, and a control unit ( 9 ) for controlling the image module ( 20 ), characterized by a measuring module ( 19 ), in the upside down state of the holding device ( 2 ) measures the position of the user's head (B) and / or a parameter characterizing a property of the environment, generates a data record therefrom and sends it to the control unit ( 9 ), which depending on the data set, the image module ( 20 ) so that the virtual image in one of at least two different image planes (B1, B2) of the image module ( 20 ) is displayed.

Display device according to claim 1, characterized in that the measuring module ( 19 ) has a distance sensor.

Display device according to claim 1 or 2, characterized in that the measuring module ( 19 ) has a camera.

Display device according to one of the above claims, characterized in that the measuring module ( 19 ) has a position sensor.

Display device according to one of the preceding claims, characterized in that the distance of the at least two different image planes (B1, B2) from the imaging optics ( 6 ) is different.

Display device according to claim 5, characterized in that the distance of one of the image planes (B1) in the range of 0.5 m to 5 m and the distance of another of the image planes (B2) is greater than 5 m.

Display device according to one of the above claims, characterized in that the measuring module ( 19 ) with the holding device ( 2 ) connected is.

Display device according to one of the above claims, characterized in that the imaging optics is a spectacle lens ( 3 . 4 ) with a coupling-in section ( 17 ) in an edge region of the spectacle lens ( 3 . 4 ) and a decoupling section ( 13 ) in a central region of the spectacle lens ( 3 . 4 ), wherein the spectacle lens a light guide channel ( 18 ), the light beam ( 8th ) of pixels of the generated image, which are transmitted via the coupling-in section ( 17 ) of the spectacle lens ( 3 . 4 ) in the spectacle lens ( 3 . 4 ) are coupled in the spectacle lens to the outcoupling section ( 13 ) to pass it via the decoupling section ( 13 ) from the spectacle lens ( 3 . 4 ) decouple.

Display method for a display device with a holding device which can be placed on the head of a user (B) ( 2 ) and one on the holding device ( 2 ) attached image module ( 20 ), which is an image unit ( 5 ), which produces an image, and imaging optics ( 6 ), the image produced in the upside down state of the holding device ( 2 ) so that the user (B) can perceive it as a virtual image, characterized in that in the upside-down state of the holding device ( 2 ) the position of the head of the user (B) and / or a parameter characterizing a property of the environment is measured, from which a data record is generated and, depending on the data set, the image module ( 20 ) is controlled so that the virtual image in one of at least two different image planes (B1, B2) of the image module ( 20 ) is displayed.