DE102008033767A1

DE102008033767A1 - Multifunktions-Glas

Info

Publication number: DE102008033767A1
Application number: DE102008033767A
Authority: DE
Inventors: Hans-Jürgen DOBSCHAL; Günter Rudolph; Karsten Lindig
Original assignee: Carl Zeiss AG
Current assignee: Tooz Technologies GmbH
Priority date: 2007-01-26
Filing date: 2008-07-18
Publication date: 2010-01-21
Also published as: DE102007004444B4; WO2008089992A1; DE102007004444A1

Abstract

Multifunktions-Glas (1) gemäß der Hauptpatentanmeldung DE 102007004444.7, bei dem ein außerhalb dieses Glases (1) mit einem Bildgeber (3) erzeugtes reelles Bild über eine Einkoppelfläche (20), welche auf einer proximal liegenden optischen Fläche im Randbereich des Glases (1) liegt, optisch einkoppelbar und innerhalb dieses Glases (1) optisch übertragbar ist und dann eine Auskopplung eines virtuellen Bildes aus dem Glas (1) in Richtung Auge (10) durch eine mikrostrukturierte optische Fläche, welche eine Auskoppelfläche (22) ist, erfolgt, die proximal oder distal liegend auf einer der optischen Flächen des Glases (1) aufgebracht ist, bei dem weiterhin zwischen dem Randbereich des Glases (1), an dem die Bildeinkopplung erfolgt (Einkoppelfläche 20), und der mikrostrukturierten optischen Fläche zur Auskopplung des Bildes (Auskoppelfläche 22) im Strahlengang im Glas (1) ein Teilbereich einer Randfläche mit einer optisch umlenkenden Wirkung als erste Umlenkfläche (21) angeordnet ist, dann an mindestens einer der optischen Flächen mindestens eine Totalreflexion (23) erfolgt, dann eine Lichtbündelumlenkung an einer zweiten Umlenkfläche (24) erfolgt, welche auf jeweils einem anderen Teilbereich der Randfläche als dem, der für die erste Umlenkfläche (21) vorbestimmt ist, angeordnet ist und dann an mindestens einer der optischen Flächen mindestens eine weitere Totalreflexion (23) erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Multifunktions-Glas, bei dem ein außerhalb dieser Gläser erzeugtes Bild über eine Randfläche eines Glases optisch einkoppelbar und innerhalb dieses Glases optisch übertragbar und über eine der vor einem Auge eines Beobachters liegenden optischen Flächen des Glases in das Auge auskoppelbar ist.
Diese Patentanmeldung ist eine Zusatzpatentanmeldung zur deutschen Patentanmeldung DE 10 2007 004 444.7 ; Anmeldetag 26.01.2007, auf deren Inhalt vollumfänglich Bezug genommen wird.
Die Erfindung soll das Problem lösen, eine vergleichsweise einfach aufgebaute Datenbrille zu schaffen, die der Funktion einer Brille und deren Trageeigenschaften möglichst nahe kommt. Es soll ein angepasstes Querformatbild darstellbar sein. Die auf unterschiedliche Weise generierten Bilder sollen insbesondere in Sonnenbrillen, Sportbrillen, Arbeitsschutzbrillen sowie klassischen Brillen, die als Sehhilfe dienen, der realen Umgebungssicht überlagert werden. Da die in derartige Brillen eingesetzten Gläser in der Regel keine planparallelen Platten sind, soll insbesondere auch das Problem gelöst werden, eine Bildübertragung auch innerhalb in sich gekrümmter Brillengläser zu ermöglichen.
Die Lösung der Aufgabe gelingt erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs 1.
Die Unteransprüche 2 bis 13 sind vorteilhafte Ausgestaltungen des Hauptanspruchs.
Grundlegende Idee dieser Erfindung ist ein Multifunktions-Glas, das insbesondere in einer Datenbrille Einsatz findet, welches im See-Through-Modus arbeitet und zur Darstellung von Informationen dient. Die Herausforderung liegt in der an Sonnenbrillen, Sportbrillen oder auch klassischen Brillen angepassten Ergonomie der Datenbrille, die gekrümmte Flächen aufweist.
Die Erfindung ermöglicht eine besonders günstige Lichtführung im Bereich des Brillenglasrandes sowie hauptsächlich im Brillenglas selbst.
Ein wesentlicher Gesichtspunkt der Erfindung liegt darin, dass durch die Positionierung des Bildgebers zum Brillenglas und die Lichtbündelumlenkungen im Brillenglas eine Bildübertragung in gekrümmten Brillengläsern erfolgt, bei einer sehr geringen benötigten Brillenglas Dicke bei dennoch relativ großen möglichen Bildwinkeln. Damit ergeben sich für die Datenbrille ein sehr geringer Bauraum, ein geringes Gewicht und weitreichende formgestalterische Freiheiten zum Design von modischen Brillen.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von Ausführungsbeispielen beschrieben.
Es zeigen:
1: Schema zur Bestimmung der optischen Flächen eines Brillenglases in Bezug zum Beobachter
2: Schema zur Bestimmung der Randflächen eines Brillenglases in Bezug zum Beobachter
3: Ansicht einer Halbseite einer Brille, deren Bildgeber kranial am lateralen Brillenrand angeordnet ist sowie die Strahlführung durch die am Brillenglas eingesetzten optischen Elemente
4: Eine weitere Ansicht einer Halbseite einer Brille gemäß 3
5: Darstellung der Strahlführung im Brillenglas, wobei zwischen Bildgeber und Brillenglas ein Umlenkelement angeordnet ist
6: Eine weitere Ansicht der Strahlführung gemäß 5
Die 1 und 2 veranschaulichen die Definition der Richtungen, welche die Flächen des Brillenglases 1 in Bezug zum Körper des Beobachters festlegen.
3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Multifunktions-Brillenglases 1, welches gekrümmt ist. Solche Multifunktions-Brillengläser werden in Datenbrillen, eingesetzt, die durch die nun mögliche gekrümmte Formgebung des Brillenglases in einem ansprechenden Design angeboten werden können. An einem Brillenglas 1 ist ein Brillenbügel 2 befestigt. Der Bildgeber 3 ist in seiner Lage zum Brillenglas 1 fest positioniert, wobei seine Befestigung sowohl am Brillenglas 1, am Brillenbügel 2 oder auch an einer hier nicht gezeichneten Randfassung für das Brillenglas 1 erfolgen kann. Der Bildgeber 3 ist lateral in Höhe des kranialen Randes des Brillenglases 1 angeordnet.
Diese Position ist besonders günstig, da zwischen dem Brillenglas 1 und Auge 10 des Trägers der Brille ausreichend Bauraum zur Verfügung steht, um den Bildgeber 3 mit sogar mit seiner Ansteuerelektronik unterzubringen. Bei dieser Ausführungsform werden die Abmessungen der Brille in der Breite und in der Höhe durch den Einbau des Bildgebers 3 nicht oder nur unwesentlich vergrößert. Der Bildgeber 3 besteht im Beispiel aus einer monochromen Segmentanzeige, die 12 Zeichen in einer Zeile darstellen kann. Die zur Segmentanzeige gehörige Ansteuerelektronik befindet sich auf dem Träger, der die Segmentanzeige trägt. Die von der Segmentanzeige des Bildgebers 3 ausgehenden Lichtbündel werden in die proximal liegende sphärische optische Fläche des Glases eingekoppelt. Das Gebiet der Einkoppelfläche 20 erstreckt sich lateral entlang am kranialen Rand des Brillenglases, beginnend naheliegend vom lateralen Rand des Brillenglases aus. Von der Einkoppelfläche 20 werden die Lichtbündel auf eine erste Umlenkfläche 21 gerichtet, welche als Freiform-Spiegelfläche in einen lateral liegenden Teilbereich des kranialen Randes des Brillenglases eingearbeitet ist. Von hier aus werden die Lichtbündel im Glas in eine kaudal-mediale Richtung geführt, wobei an der distalen und der proximalen optischen Fläche des Glases jeweils mehrere Totalreflexionen 23 erfolgen. Die Lichtbündel treffen auf eine zweite Umlenkfläche 24, die eine weitere Freiform-Spiegelfläche ist, welche etwa mittig in den kaudalen Rand des Brillenglases eingearbeitet ist. Von hier aus werden die Lichtbündel im Glas in eine kranial-mediale Richtung geführt, wobei an der distalen und der proximalen optischen Fläche des Glases jeweils Totalreflexionen 23 erfolgen bis die Lichtbündel auf eine Auskoppelfläche 22 treffen, die im Beispiel auf der proximalen optischen Fläche das Glases aufgebracht ist. Die Auskoppelfläche ist ein Holographisch- Optisches-Element (HOE), welches als Oberflächenhologramm in einem Teilbereich der proximalen optischen Fläche des Glases ausgebildet ist. 4 zeigt die Anordnung, wie diese zu 3 beschrieben ist, in einer Blickrichtung des Trägers der Brille.
5 zeigt eine weitere Variante der Darstellung der Strahlführung, wobei zwischen dem Bildgeber 3 und der Einkoppelfläche 20 des Brillenglases 1 ein Umlenkelement 9 angeordnet ist. Mit dieser Anordnung gelingt es den erforderlichen Bauraum für den Bildgeber weiter zu verkleinern und es ergeben sich weitere Freiheiten im Design der Brille. Das Umlenkelement 9 ist im Beispiel ein planer Spiegel.
6 zeigt die Anordnung, wie diese zu 5 beschrieben ist, in einer Blickrichtung des Trägers der Brille.

1: Multifunktions-(Brillen-)Glas
2: Brillenbügel
3: Bildgeber
9: Umlenkelement
10: Auge
20: Einkoppelfläche
21: erste Umlenkfläche
22: Auskoppelfläche
23: Totalreflexionen
24: zweite Umlenkfläche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 102007004444 [0002]

Claims

Multifunktions-Glas (1) gemäß der Hauptpatentanmeldung DE 10 2007 004 444.7, bei dem ein außerhalb dieses Glases (1) mit einem Bildgeber (3) erzeugtes reelles Bild über eine Einkoppelfläche (20), welche auf einer proximal liegenden optischen Fläche im Randbereich des Glases (1) liegt, optisch einkoppelbar und innerhalb dieses Glases (1) optisch übertragbar ist, und dann eine Auskopplung eines virtuellen Bildes aus dem Glas (1) in Richtung Auge (10) durch eine Mikrostrukturierte optische Fläche, welche eine Auskoppelfläche (22) ist, erfolgt, die proximal oder distal liegend, auf einer der optischen Flächen das Glases (1) aufgebracht ist, bei dem weiterhin zwischen dem Randbereich des Glases (1), an dem die Bildeinkopplung erfolgt (Einkoppelfläche 20), und der Mikrostrukturierten optischen Fläche zur Auskopplung des Bildes (Auskoppelfläche 22) im Strahlengang im Glas (1) ein Teilbereich einer Randfläche mit einer optisch umlenkenden Wirkung als erste Umlenkfläche (21) angeordnet ist, dann an mindestens einer der optischen Flächen mindestens eine Totalreflexion (23) erfolgt, dann eine Lichtbündelumlenkung an einer zweiten Umlenkfläche (24) erfolgt, welche auf jeweils einem anderen Teilbereich der Randfläche, als dem, der für die erste Umlenkfläche (21) vorbestimmt ist, angeordnet ist und dann an mindestens einer der optischen Flächen mindestens eine weitere Totalreflexion (23) erfolgt.
Multifunktions-Glas nach Anspruch 1, wobei das in das Glas (1) eingekoppelte Bild zuletzt an einer proximalen optischen Fläche total reflektiert wird und dann eine Auskopplung eines virtuellen Bildes aus der proximalen optischen Fläche des Glases (1) in Richtung Auge (10) durch die Mikrostrukturierte optische Fläche, welche die Auskoppelfläche (22) ist, erfolgt, welche auf der distalen optischen Fläche des Glases (1) aufgebracht ist, wobei die Mikrostrukturierte optische Fläche für den Strahlengang des Bildes in Reflexion wirkt und in Blickrichtung transmittierend ist.
Multifunktions-Glas nach Anspruch 1, wobei das in das Glas (1) eingekoppelte Bild zuletzt an einer distalen optischen Fläche des Glases total reflektiert wird und dann eine Auskopplung eines virtuellen Bildes aus der proximalen optischen Fläche des Glases in Richtung Auge (10) durch die Mikrostrukturierte optische Fläche, welche die Auskoppelfläche (22) ist, erfolgt, welche auf der proximalen optischen Fläche des Glases (1) aufgebracht ist, wobei die Mikrostrukturierte optische Fläche für den Strahlengang des Bildes in Transmission wirkt und in Blickrichtung transmittierend ist.
Multifunktions-Glas nach Anspruch 1, wobei die Einkoppelfläche (20) eine optische Glasfläche oder eine Mikrostrukturierte optische Fläche ist.
Multifunktions-Glas nach Anspruch 1, wobei das jeweils erzeugte reelle Bild in einem rechteckförmigen Teilbereich der proximalen optische Fläche des Glases (1), welche die Einkoppelfläche (20) ist, einkoppelbar ist, wobei die rechteckförmige Einkoppelfläche (20) lateral liegend sich mit seiner Längsseite entlang des kranialen Randes des Glases (1) erstreckt.
Multifunktions-Glas nach Anspruch 1, wobei die Bildumlenkungen an der Randfläche des Glases (1) durch die erste Umlenkfläche (21) und durch die zweite Umlenkfläche (24) erfolgen, wobei die Umlenkflächen (21, 24) als ein Mikrostrukturiertes optisches Element oder als Spiegel in den Rand des Glases eingeformt sind.
Multifunktionsglas nach Anspruch 6, wobei die Umlenkfläche (21, 24) neben der optisch umlenkenden Wirkung zusätzlich eine abbildende Wirkung hat.
Multifunktions-Glas nach Anspruch 1, wobei die Mikrostrukturierte optische Fläche, welche die Auskoppelfläche (22) ist, ein diffraktives Element oder ein Holographisches optisches Element (HOE) oder ein Fresnel-Element ist.
Multifunktions-Glas nach Anspruch 1, wobei im Strahlengang zwischen dem Bildgeber (3) und der Einkoppelfläche (20) an dem Rand der optischen Flächen des Glases (1) ein Umlenkelement (9) angeordnet ist.
Multifunktions-Glas nach Anspruch 9, wobei das Umlenkelement (9) ein Prisma oder ein Spiegel ist oder ein auf einem Träger aufgebrachtes Mikrostrukturiertes optisches Element ist.
Multifunktions-Glas nach Anspruch 1, wobei dieses in einer Datenbrille einsetzbar ist, die ein Gestell hat, welches ein gekrümmtes Brillenglas für ein rechtes Auge (10) und ein gekrümmtes Brillenglas für ein linkes Auge (10) haltert, wobei eines oder beide dieser Brillengläser ein Multifunktions-Glas (1) ist und der Bildgeber (3) vor der proximal liegenden optischen Fläche des Glases (1) und in Bezug zu der in der kranialen Randfläche des Glases (1) liegenden ersten Umlenkfläche (21 angeordnet ist.
Multifunktions-Glas nach Anspruch 11, wobei das Brillengestell lateral Brillenbügel (2) aufweist, wobei der Bildgeber (3) an dem Brillenbügel (2) oder am Glas (1) oder an einer Fassung des Glases (1) befestigt ist.
Multifunktions-Glas nach Anspruch 1, wobei der Bildgeber (3) eine aktiv leuchtende Matrix oder eine mit einer Lichtquelle (11) beleuchtete Matrix oder eine Streuscheibe (8) ist, auf welche mit einem gescannten, modulierten Laserlichtbündel ein Zwischenbild schreibbar ist.