DE102014207494A1

DE102014207494A1 - Spectacle lens for a display device that can be placed on the head of a user and forms an image

Info

Publication number: DE102014207494A1
Application number: DE102014207494.0A
Authority: DE
Inventors: Frank Widulle
Original assignee: Carl Zeiss AG
Current assignee: Tooz Technologies GmbH
Priority date: 2014-04-17
Filing date: 2014-04-17
Publication date: 2015-10-22

Abstract

Es wird ein Brillenglas für eine auf den Kopf eines Benutzers aufsetzbare und ein Bild erzeugende Anzeigevorrichtung (1) bereitgestellt, wobei das Brillenglas (3) eine Vorderseite (11) und eine Rückseite (12) sowie einen Einkoppelabschnitt (16) und einen Auskoppelabschnitt (14) aufweist, wobei der Auskoppelabschnitt (14) zumindest zwei nebeneinander angeordnete reflektive Umlenkflächen (13) aufweist und das Brillenglas (3) dazu geeignet ist, Lichtbündel (9) von Pixeln des erzeugten Bildes, die über den Einkoppelabschnitt (16) in das Brillenglas (3) eingekoppelt sind, im Brillenglas (3) bis zum Auskoppelabschnitt (14) zu führen und nach Reflexion an den reflektiven Umlenkflächen (13) durch die Rückseite (12) aus dem Brillenglas (3) auszukoppeln, wobei die reflektiven Umlenkflächen (13) an einer Flächenstruktur (23) im Brillenglas (3) ausgebildet sind, und das Brillenglas (3) ein Hauptteil (20) mit der Vorder- und Rückseite (11,12) aufweist, in dem eine sich von der Rückseite (12) oder von der Vorderseite (11) bis zur Flächenstruktur (23) erstreckende Ausnehmung (21) vorhanden ist, in die ein Einsatzelement (22) eingesetzt ist, dessen der Flächenstruktur (23) zugewandtes erstes Ende (29) komplementär zur Flächenstruktur (23) ausgebildet ist, wobei die reflektiven Umlenkflächen (13) zwischen der Flächenstruktur (23) des Hauptteils (20) und dem ersten Ende (29) des Einsatzelementes (22) liegen.A spectacle lens is provided for a head-mounted and image-forming display device (1), the spectacle lens (3) having a front side (11) and a back side (12) and a coupling-in section (16) and a coupling-out section (14 ), wherein the decoupling section (14) has at least two reflective deflecting surfaces (13) arranged next to one another and the spectacle lens (3) is suitable for bundling light bundles (9) of pixels of the generated image which enter the spectacle lens via the coupling section (16). 3) are coupled to guide in the spectacle lens (3) to the coupling-out section (14) and, after reflection at the reflective deflecting surfaces (13) through the rear side (12) out of the spectacle lens (3), wherein the reflective deflection surfaces (13) a surface structure (23) in the spectacle lens (3) are formed, and the spectacle lens (3) has a main part (20) with the front and back (11,12), in which a from the back (12) or from the front side (11) to the surface structure (23) extending recess (21) is provided in which an insert element (22) is inserted, the surface structure (23) facing the first end (29) complementary to the surface structure ( 23), the reflective deflection surfaces (13) lying between the surface structure (23) of the main part (20) and the first end (29) of the insert element (22).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brillenglas für eine auf dem Kopf eines Benutzers aufsetzbare und ein Bild erzeugende Anzeigevorrichtung, wobei das Brillenglas eine Vorderseite und eine Rückseite sowie einen Einkoppelabschnitt und einen Auskoppelabschnitt aufweist, wobei der Auskoppelabschnitt zumindest zwei nebeneinander angeordnete reflektive Umlenkflächen aufweist und das Brillenglas dazu geeignet ist, Lichtbündel von Pixeln des erzeugten Bildes, die über den Einkoppelabschnitt in das Brillenglas eingekoppelt sind, im Brillenglas bis zum Auskoppelabschnitt zu führen und nach Reflexion an den reflektiven Umlenkflächen durch die Rückseite aus dem Brillenglas auszukoppeln. The present invention relates to a spectacle lens for a display device which can be placed on the head of a user and forms an image, wherein the spectacle lens has a front side and a back side as well as a coupling-in section and a coupling-out section, wherein the coupling-out section has at least two reflective deflecting surfaces arranged side by side and the spectacle lens for this purpose is suitable for guiding light bundles of pixels of the generated image, which are coupled into the spectacle lens via the coupling-in section, in the spectacle lens up to the decoupling section and, after reflection at the reflective deflection surfaces, through the rear side out of the spectacle lens.

Bei solchen Brillengläsern ist es wünschenswert, wenn die reflektiven Umlenkflächen im Brillenglas angeordnet sind. Dies führt jedoch zu einer schwierigen und kostenintensiven Herstellung. In such spectacle lenses, it is desirable if the reflective deflection surfaces are arranged in the spectacle lens. However, this leads to a difficult and costly production.

Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, ein Brillenglas der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass es kostengünstig und genau hergestellt werden kann. Proceeding from this, it is an object of the invention to develop a spectacle lens of the type mentioned so that it can be produced inexpensively and accurately.

Die Aufgabe wird bei einem Brillenglas der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die reflektiven Umlenkflächen an einer Flächenstruktur im Brillenglas ausgebildet sind und das Brillenglas ein Hauptteil mit der Vorder- und Rückseite aufweist, in dem eine sich von der Rückseite oder Vorderseite bis zur Flächenstruktur erstreckende Ausnehmung vorhanden ist, in die ein Einsatzelement eingesetzt ist, dessen der Flächenstruktur abgewandtes erstes Ende komplementär zur Flächenstruktur ausgebildet ist, wobei die reflektiven Umlenkflächen zwischen der Flächenstruktur des Hauptteils und dem ersten Ende des Einsatzelementes liegen. The object is achieved with a spectacle lens of the type mentioned above in that the reflective deflection surfaces are formed on a surface structure in the spectacle lens and the spectacle lens has a main part with the front and back, in which extending from the back or front to the surface structure Recess is present, in which an insert element is used, the surface structure facing away from the first end is complementary to the surface structure, wherein the reflective deflection surfaces between the surface structure of the main part and the first end of the insert element lie.

Durch diese Ausbildung des Brillenglases können das Hauptteil und das Einsatzelement separat hergestellt werden. Dazu kann beispielsweise ein Spritzgußverfahren benutzt werden. Die reflektiven Umlenkflächen können dann an der Flächenstruktur des Hauptteils oder am ersten Ende des Einsatzelementes ausgebildet werden und danach kann das Einsatzelement in die Ausnehmung des Hauptteils eingesetzt werden, um das Brillenglas herzustellen. Due to this design of the spectacle lens, the main part and the insert element can be manufactured separately. For this purpose, for example, an injection molding process can be used. The reflective deflection surfaces can then be formed on the surface structure of the main part or on the first end of the insert element and then the insert element can be inserted into the recess of the main part to produce the spectacle lens.

Insbesondere kann sich die Ausnehmung von der Rückseite bis zur Flächenstruktur erstrecken. In particular, the recess may extend from the back to the surface structure.

Das Brillenglas kann einen Lichtführungskanal aufweisen, in dem die Lichtbündel vom Einkoppelabschnitt zum Auskoppelabschnitt geführt sind. Wenn die Ausnehmung sich von der Rückseite bis zur Flächenstruktur erstreckt, läuft der Lichtführungskanal durch eine Grenzfläche zwischen dem Hauptteil und dem Einsatzelement, so dass die Lichtbündel bei Führung vom Einkoppelabschnitt bis zum Auskoppelabschnitt durch die Grenzfläche laufen. Die Grenzfläche kann so positioniert sein, dass sie mit dem Hauptstrahl von zumindest einem der Lichtbündel einen Winkel einschließt, der im Bereich von 70° bis 110° liegt, bevorzugt in einem Bereich von 80° bis 100° und insbesondere in einem Bereich von 85° bis 95°. The spectacle lens can have a light guide channel, in which the light bundles are guided from the coupling-in section to the coupling-out section. When the recess extends from the back to the surface structure, the light guide channel passes through an interface between the main part and the insert element, so that the light bundles run through the interface when guided from the coupling section to the coupling-out section. The interface may be positioned to include an angle with the main beam of at least one of the light beams that is in the range of 70 ° to 110 °, preferably in a range of 80 ° to 100 °, and more preferably in a range of 85 ° up to 95 °.

Damit wird der Vorteil erreicht, dass die Grenzfläche für die optische Abbildungsqualität nicht störend ist oder nur so geringe Aberrationen erzeugt, die akzeptabel sind. Thus, the advantage is achieved that the interface for the optical imaging quality is not annoying or produces only so small aberrations that are acceptable.

Insbesondere kann das Einsatzelement komplementär zur Ausnehmung des Hauptteils ausgebildet sein. In diesem Fall kann zwischen dem Einsatzelement und dem Hauptteil keinerlei Luftspalt vorhanden sein. Insbesondere kann das Einsatzelement mit dem Hauptteil verklebt sein. Es können bevorzugt nur die Flächen verklebt sein, die bei der Abbildung des virtuellen Bildes nicht von dem Lichtbündel durchlaufen werden. Natürlich können alternativ auch die vom Lichtbündel durchlaufenen Grenzflächen verklebt werden. In particular, the insert element can be designed to be complementary to the recess of the main part. In this case, there can be no air gap between the insert element and the main part. In particular, the insert element can be glued to the main part. It can be glued preferably only the surfaces that are not traversed by the light bundle in the image of the virtual image. Of course, alternatively, the intersected by the light beam interfaces can be glued.

Als Kleber wird bevorzugt ein Klebstoff eingesetzt, der eine an das Hauptteil und/oder das Einsatzelement angepaßte Brechzahl aufweist. The adhesive used is preferably an adhesive which has a refractive index adapted to the main part and / or the insert element.

Das der Flächenstruktur abgewandte zweite Ende des Einsatzelementes kann bündig an den umgebenden Abschnitt der Rückseite oder Vorderseite anschließen. Damit wird für den Benutzer ein Brillenglas bereitgestellt, das eine glatte Rückseite oder Vorderseite aufweist. The second structure facing away from the surface of the insert element may be flush with the surrounding portion of the back or front. This provides the user with a lens that has a smooth back or front.

Die reflektiven Umlenkflächen sind bevorzugt so im Brillenglas angeordnet, dass sie im Brillenglas vergraben sind. Sie erstrecken sich somit bevorzugt nicht bis zur Vorderseite oder Rückseite. The reflective deflection surfaces are preferably arranged in the spectacle lens such that they are buried in the spectacle lens. They thus preferably do not extend to the front or back.

Das Einsatzelement und das Hauptteil können aus dem gleichen Material gebildet sein. Dies ist besonders vorteilhaft, da dann thermisch bedingte Ausdehnungen gleich sind und optisch die gleiche Brechzahl vorliegt. The insert element and the main part may be formed of the same material. This is particularly advantageous because then thermally induced expansions are the same and optically the same refractive index is present.

Insbesondere können die reflektiven Umlenkflächen neben einer reinen Strahlumlenkung auch zusammen eine abbildende Eigenschaft aufweisen. In particular, the reflective deflection surfaces can also have an imaging property together with a pure beam deflection.

Die reflektiven Umlenkflächen sind insbesondere so ausgebildet, dass sie eine konstante Reflektivität über ihre Fläche aufweisen. Sie weisen in diesem Fall somit keine Abschnitte mit unterschiedlichen Reflektivitäten auf. The reflective deflection surfaces are in particular designed so that they have a constant reflectivity over their surface. In this case, therefore, they have no sections with different reflectivities.

Das Hauptteil kann einstückig oder mehrteilig ausgebildet sein. Ebenfalls kann das Einsatzelement einstückig oder mehrteilig ausgebildet sein. The main part may be formed in one piece or in several parts. Likewise, the insert element may be formed in one piece or in several parts.

Der Querschnitt des Einsatzelementes kann in einer Richtung von einem dem ersten Ende abgewandten Ende zum ersten Ende hin abnehmen. Das Einsatzelement verjüngt sich somit in dieser Richtung. Insbesondere kann das Einsatzelement im wesentlichen pyramidenstumpfförmig oder kegelstumpfförmig ausgebildet sein. The cross-section of the insert element may decrease in a direction from an end remote from the first end to the first end. The insert element thus tapers in this direction. In particular, the insert element may be formed substantially truncated pyramidal or frusto-conical.

Die reflektiven Umlenkflächen können teilreflektiv oder vollständig reflektiv (Spiegelflächen) sein. The reflective deflection surfaces can be partially reflective or completely reflective (mirror surfaces).

Es wird ferner eine Anzeigevorrichtung mit einer auf dem Kopf eines Benutzers aufsetzbaren Haltevorrichtung, einem an der Haltevorrichtung befestigten Bilderzeugungsmodul, das ein Bild erzeugt, und einer an der Haltevorrichtung befestigten Abbildungsoptik, die ein erfindungsgemäßes Brillenglas aufweist und die das erzeugte Bild im auf dem Kopf aufgesetzten Zustand der Haltevorrichtung so abbildet, dass es der Benutzer als virtuelles Bild wahrnehmen kann, bereitgestellt. There is also a display device with a mountable on the head of a user holding device, attached to the holding device imaging module that generates an image, and attached to the holding device imaging optics, which has a spectacle lens according to the invention and put the generated image in an upside down State of the holding device so that the user can perceive it as a virtual image, provided.

Das Brillenglas der Abbildungsoptik kann insbesondere die erfindungsgemäßen Weiterbildungen aufweisen. The spectacle lens of the imaging optics may in particular have the further developments according to the invention.

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

Es wird ferner ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Brillenglases bereitgestellt, bei dem das Hauptteil und das Einsatzelement hergestellt werden, auf der Flächenstruktur des Hauptteils und/oder dem ersten Ende des Einsatzelementes eine reflektive Beschichtung zur Bildung der reflektiven Umlenkflächen erzeugt wird, und danach das Einsatzelement in die Ausnehmung des Hauptteils eingesetzt wird. Furthermore, a method is provided for producing a spectacle lens according to the invention, in which the main part and the insert element are produced, on the surface structure of the main part and / or the first end of the insert element a reflective coating for forming the reflective deflection surfaces is produced, and then the insert element is inserted into the recess of the main part.

Insbesondere können das Hauptteil und das Einsatzelement separat hergestellt werden. Beispielsweise können sie durch ein Spritzgußverfahren hergestellt werden. Es ist natürlich möglich, eine Spritzgußform zu verwenden, mit der beide Teile separat aber gleichzeitig hergestellt werden. In particular, the main part and the insert element can be manufactured separately. For example, they can be produced by an injection molding process. It is of course possible to use an injection mold with which both parts are produced separately but simultaneously.

Das Einsatzelement kann mit dem Hauptteil beim Einsetzen verklebt werden. Dazu können z.B. bekannte Optikkleber eingesetzt werden. Insbesondere können thermische oder durch UV-Strahlung härtbare Kleber verwendet werden. The insert element can be glued to the main part during insertion. For this, e.g. known optical adhesive can be used. In particular, thermal or UV-curable adhesives can be used.

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 erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung; 1 a schematic perspective view of a display device according to the invention;

2 eine vergrößerte Teilschnittansicht des ersten Brillenglases 3 einschließlich einer schematischen Darstellung des Bilderzeugungsmoduls; 2 an enlarged partial sectional view of the first spectacle lens 3 including a schematic representation of the imaging module;

3 eine Ansicht der Vorderseite 11 des ersten Brillenglases 3; 3 a view of the front 11 of the first spectacle lens 3 ;

4 eine vergrößerte Teilschnittansicht in Explosionsdarstellung des ersten Brillenglases 3, und 4 an enlarged partial sectional view in exploded view of the first spectacle lens 3 , and

5 eine vergrößerte Teilschnittansicht des ersten Brillenglases 3. 5 an enlarged partial sectional view of the first spectacle lens 3 ,

Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform umfaßt die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung 1 eine auf den Kopf eines Benutzers aufsetzbare Haltevorrichtung 2, die z.B. in Art eines herkömmlichen Brillengestells ausgebildet sein kann, sowie ein erstes und ein zweites Brillenglas 3, 4, die an der Haltevorrichtung 2 befestigt sind. Die Haltevorrichtung 2 mit den Brillengläsern 3, 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 eingespiegelt 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 a user holding device 2 , which may be formed, for example, in the manner of a conventional spectacle frame, as well as a first and a second spectacle lens 3 . 4 attached to the fixture 2 are attached. The holding device 2 with the glasses 3 . 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 reflected in his field of view, as described below.

Dazu umfaßt die Anzeigevorrichtung 1 ein Bilderzeugungsmodul 5, das im Bereich des rechten Brillenbügels der Haltevorrichtung 2 angeordnet sein kann, wie in 1 schematisch dargestellt ist. Das Bilderzeugungsmodul 5 kann ein flächiges Bilderzeugungselement 6, wie z.B. einen OLED-, CMOS- oder LCoS-Chip oder eine Kippspiegelmatrix, mit einer Vielzahl von z.B. in Spalten und Zeilen angeordneten Pixeln aufweisen. This includes the display device 1 an imaging module 5 , which is in the area of the right eyeglass temple of the holding device 2 can be arranged as in 1 is shown schematically. The imaging module 5 may be a planar imaging element 6 , such as an OLED, CMOS or LCoS chip or a tilting mirror having a plurality of, for example arranged in columns and rows pixels.

Die Brillengläser 3 und 4 und insbesondere das erste Brillenglas 3 sind nur beispielshalber zusammen mit der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung 1 beschrieben. Die Brillengläser 3, 4 bzw. zumindest das erste Brillenglas 3 sind jeweils für sich als erfindungsgemäßes Brillenglas 3, 4 oder als erfindungsgemäßes optisches Element ausgebildet. Das erfindungsgemäße optische Element kann auch in anderem Zusammenhang als mit der hier beschriebenen Anzeigevorrichtung 1 eingesetzt werden. Ferner kann das optische Element, wenn es als Brillenglas ausgebildet ist, natürlich auch als zweites Brillenglas 4 ausgebildet sein. The lenses 3 and 4 and in particular the first spectacle lens 3 are only by way of example together with the display device according to the invention 1 described. The lenses 3 . 4 or at least the first spectacle lens 3 are each as a spectacle lens according to the invention 3 . 4 or formed as an inventive optical element. The optical element according to the invention can also be used in other context than with the display device described here 1 be used. Furthermore, the optical element, if it is designed as a spectacle lens, of course, as a second spectacle lens 4 be educated.

Wie am besten aus der vergrößerten Teilschnittansicht in 2 ersichtlich ist, weist die Anzeigevorrichtung 1 eine Abbildungsoptik 7 auf, die ein zwischen dem Bilderzeugungselement 6 bzw. dem Bildgeber 6 und dem ersten Brillenglas 3 angeordnetes Optikelement 8 enthält. Des weiteren dient das erste Brillenglas 3 selbst auch als Teil der Abbildungsoptik 7. As best of the enlarged partial sectional view in 2 can be seen, the display device 1 an imaging optics 7 on, one between the imaging element 6 or the imager 6 and the first spectacle lens 3 arranged optical element 8th contains. Furthermore, the first spectacle lens is used 3 even as part of the imaging optics 7 ,

Von jedem Pixel des Bildgebers 6 kann ein Lichtbündel 9 ausgehen. Durch eine entsprechende Ansteuerung der Pixel des Bildgebers 6 mittels einer Steuereinheit 19, die Teil des Bilderzeugungsmoduls 5 sein kann, kann das gewünschte Bild erzeugt werden. In 2 ist stellvertretend für die Lichtbündel 9 der Strahlengang eines Lichtstrahls eingezeichnet, so dass nachfolgend auch von dem Lichtstrahl 9 die Rede ist. From each pixel of the imager 6 can be a ray of light 9 out. By an appropriate control of the pixels of the imager 6 by means of a control unit 19 , which is part of the imaging module 5 can be, the desired image can be generated. In 2 is representative of the light bundles 9 drawn the beam path of a light beam, so that subsequently also by the light beam 9 the speech is.

Der vom Bildgeber 6 ausgehende Lichtstrahl 9 läuft durch das Optikelement 8 und tritt über eine Stirnseite 10 des ersten Brillenglases 3 in das erste Brillenglas ein. Der Lichtstrahl 9 trifft dann auf eine Vorderseite 11 des ersten Brillenglases 3, wobei der Auftreffwinkel so vorgegeben ist, dass eine interne Totalreflexion stattfindet. Nach einer erneuten inneren Totalreflexion an einer Rückseite 12 des ersten Brillenglases 3 trifft der Lichtstrahl 9 auf eine von mehreren reflektiven Umlenkflächen 13 eines Auskoppelabschnittes 14 des ersten Brillenglases 3 und wird von der reflektiven Umlenkfläche 13 so zur Rückseite 12 reflektiert, dass der Lichtstrahl über die Rückseite 12 aus dem ersten Brillenglas 3 austritt. The from the imager 6 outgoing light beam 9 runs through the optical element 8th and comes over a front 10 of the first spectacle lens 3 into the first lens. The light beam 9 then meets a front page 11 of the first spectacle lens 3 , wherein the angle of incidence is predetermined so that a total internal reflection takes place. After a new total internal reflection on a backside 12 of the first spectacle lens 3 the light beam hits 9 on one of several reflective deflection surfaces 13 a decoupling section 14 of the first spectacle lens 3 and becomes of the reflective deflection surface 13 so to the back 12 reflects that the light beam over the back 12 from the first spectacle lens 3 exit.

Somit kann ein Benutzer, wenn er die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung 1 bestimmungsgemäß auf dem Kopf trägt, das mittels des Bildgebers 6 erzeugte Bild als virtuelles Bild wahrnehmen, wenn er auf den Auskoppelabschnitt 14 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 das Auge des Benutzers sowie die Eyebox 18 bzw. die Austrittspupille 18 der Abbildungsoptik 7 eingezeichnet. Die Eyebox 18 ist 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. Thus, a user, when he the display device of the invention 1 wearing on the head as intended, by means of the imager 6 perceived image as a virtual image when he is on the decoupling section 14 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 the user's eye as well as the eyebox 18 or the exit pupil 18 the imaging optics 7 located. The eyebox 18 is the area covered by the display device 1 and in which the user's eye can move and he can still see the generated image as a virtual image.

Der Abschnitt des ersten Brillenglases 3 über den der Lichtstrahl 9 in das Brillenglas 3 eingekoppelt wird, kann als Einkoppelabschnitt 16 bezeichnet werden. Obwohl bei der beschriebenen Ausführungsform eine Einkopplung über die Stirnseite 10 beschrieben ist, ist es auch möglich, eine Einkopplung über die Rückseite 12 des ersten Brillenglases 3 durchzuführen. The section of the first spectacle lens 3 over which the light beam 9 in the spectacle lens 3 can be coupled, as a coupling section 16 be designated. Although in the described embodiment a coupling over the front side 10 It is also possible, a coupling over the back 12 of the first spectacle lens 3 perform.

Die Bereiche der Vorder- und Rückseite 11, 12 des ersten Brillenglases, in denen der Lichtstrahl 9 durch innere Totalreflexion von dem Einkoppelabschnitt 16 bis zu dem Auskoppelabschnitt 14 geführt werden, bilden einen Lichtführungskanal 17, in dem die Lichtbündel 9 vom Einkoppelabschnitt 16 bis zum Auskoppelabschnitt 14 geführt werden. The areas of the front and back 11 . 12 of the first spectacle lens in which the light beam 9 by total internal reflection from the coupling-in section 16 to the decoupling section 14 are guided, forming a light guide channel 17 in which the light bundles 9 from the coupling section 16 to the decoupling section 14 be guided.

Bei der Darstellung in 2 ist lediglich nur eine innere Totalreflexion an der Vorderseite 11 sowie an der Rückseite 12 dargestellt. Dies ist jedoch als rein schematische Darstellung zu verstehen. Natürlich können mehrere innere Totalreflexionen stattfinden. Ferner ist es auch möglich, die Vorder- und/oder Rückseite im Bereich des Lichtführungskanals 17 mit einer reflektiven oder teilreflektiven Beschichtung zu versehen, so dass die Lichtführung im Lichtführungskanal 17 durch eine normale Reflexion an der entsprechenden Reflexionsfläche bewirkt wird. Es ist ferner möglich, im ersten Brillenglas 3 eine oder zwei reflektiven Schichten anzuordnen, die jeweils von Vorderseite 11 und Rückseite 12 beabstandet sind und zur Lichtführung dienen und somit den Lichtführungskanal 17 (zumindest teilweise) bilden. When displayed in 2 is just a total internal reflection at the front 11 as well as on the back 12 shown. However, this is to be understood as a purely schematic representation. Of course, several total internal reflections can take place. Furthermore, it is also possible, the front and / or back in the region of the light guide channel 17 be provided with a reflective or partially reflective coating, so that the light guide in the light guide channel 17 is effected by a normal reflection on the corresponding reflection surface. It is also possible in the first spectacle lens 3 to arrange one or two reflective layers, each one from the front 11 and back 12 are spaced apart and serve to guide the light and thus the light guide channel 17 (at least partially) form.

In der in 3 gezeigten Ansicht der Vorderseite 11 sind schematisch der Einkoppelabschnitt 16, der Lichtführungskanal 17 sowie der Auskoppelabschnitt 14 mit den reflektiven Umlenkflächen 13 (bzw. reflektive Facetten 13) dargestellt. In the in 3 shown view of the front 11 are schematically the coupling section 16 , the light guide channel 17 and the decoupling section 14 with the reflective deflection surfaces 13 (or reflective facets 13 ).

Wie in 2 angedeutet ist, weist das erste Brillenglas 3 ein Hauptteil 20 mit einer Ausnehmung 21 auf, in der ein Einsatzelement 22 eingesetzt ist. Durch diese Art der Ausbildung des ersten Brillenglases 3 kann dieses vereinfacht hergestellt werden, was in Verbindung mit 4 nachfolgend beschrieben wird. As in 2 is indicated, the first lens shows 3 a major part 20 with a recess 21 on, in which an insert element 22 is used. By this type of training of the first spectacle lens 3 This can be made in a simplified way, in conjunction with 4 will be described below.

In 4 sind in einer vergrößerten Teilschnittdarstellung das Hauptteil 20 und das Einsatzelement 22 gezeigt bevor das Einsatzelement 22 in die Ausnehmung 21 des Hauptteils 20 eingesetzt ist. In 4 are the main part in an enlarged partial sectional view 20 and the insert element 22 shown before the insert element 22 into the recess 21 of the main part 20 is used.

Wie sich dieser Darstellung entnehmen läßt, erstreckt sich die Ausnehmung 21 von der Rückseite 12 des ersten Brillenglases in Richtung zur Vorderseite 11 hin, wobei die Ausnehmung in einer Flächenstruktur 23 endet, die gekrümmt ausgebildete Hauptflanken 24 aufweist, die jeweils mit Nebenflanken 25 verbunden sind, so dass im wesentlichen eine Zick-Zack-Struktur in der in 4 gezeigten Schnittdarstellung vorliegt. Die Hauptflanken 24 sind hier gekrümmt dargestellt. Sie können jedoch auch plan ausgebildet sein. As can be seen from this illustration, the recess extends 21 from the back 12 of the first spectacle lens towards the front 11 out, wherein the recess in a surface structure 23 ends, the curved trained main edges 24 has, each with minor edges 25 are connected so that essentially a zig-zag structure in the 4 shown sectional view is present. The main flanks 24 are shown here curved. However, they can also be designed plan.

Die Ausnehmung 21 ist im wesentlichen pyramidenstumpfförmig ausgebildet und weist in der y-z-Ebene einen viereckigen Querschnitt auf. Natürlich kann sie auch jede andere Querschnittsform (z.B. Dreieck, Polygon mit mehr als vier Ecken, rund, oval, etc.) aufweisen. Somit ist die Ausnehmung 21 bei der hier beschriebenen Ausführungsform durch vier seitliche Grenzflächen im Hauptteil 20 begrenzt, die sich jeweils von der Flächenstruktur 23 bis zur Rückseite 12 erstrecken. Von diesen vier seitlichen Grenzflächen sind in der Schnittdarstellung von 4 eine erste seitliche Grenzfläche 26 sowie eine zweite seitliche Grenzfläche 27 sichtbar. Die seitlichen Grenzflächen sind so ausgebildet, dass sich die Ausnehmung 21 von der Rückseite 12 bis zur Flächenstruktur 23 verjüngt. The recess 21 is formed substantially truncated pyramid and has a quadrangular cross section in the yz plane. Of course, it can also have any other cross-sectional shape (eg triangle, polygon with more than four corners, round, oval, etc.). Thus, the recess 21 in the embodiment described here by four lateral interfaces in the main part 20 limited, depending on the area structure 23 to the back 12 extend. Of these four lateral interfaces are in the sectional view of 4 a first lateral interface 26 and a second lateral interface 27 visible, noticeable. The lateral interfaces are formed so that the recess 21 from the back 12 up to the surface structure 23 rejuvenated.

Das Einsatzelement 22 weist eine zur Ausnehmung 21 (einschließlich der Flächenstruktur 23) komplementäre Form auf, wobei die zu den Hauptflanken 24 komplementären Flächenstücke 28 an dem der Flächenstruktur 23 zugewandten Ende 29 des Einsatzelementes 22 mit einer reflektiven Beschichtung 30 (gestrichelt dargestellt) versehen sind. Lediglich auf dem ganz rechts liegenden Flächenstück 28 ist keine reflektive Beschichtung 30 vorgesehen. Die Flächenstücke 28 sind mit Nebenflanken 33 verbunden, so dass das Ende 29 eine Zick-Zack-Struktur aufweist, die komplementär zur Flächenstruktur 23 ist. The insert element 22 has a recess 21 (including the area structure 23 ) complementary shape, with the main flanks 24 complementary patches 28 on the surface structure 23 facing the end 29 of the insert element 22 with a reflective coating 30 (shown in dashed lines) are provided. Only on the rightmost surface piece 28 is not a reflective coating 30 intended. The patches 28 are with minor flanks 33 connected, so the end 29 has a zig-zag structure that is complementary to the surface structure 23 is.

Das Einsatzelement 22 ist im wesentlichen pyramidenstumpfförmig ausgebildet und weist in der y-z-Ebene einen viereckigen Querschnitt auf. Natürlich kann das Einsatzelement 22 auch die im Zusammenhang mit der Ausdehnung 21 beschriebenen Querschnittsformen aufweisen. The insert element 22 is formed substantially truncated pyramid and has a quadrangular cross section in the yz plane. Of course, the insert element 22 also in connection with the expansion 21 having described cross-sectional shapes.

Das Hauptteil 20 und das Einsatzelement 22 können z.B. mittels eines Spritzgußverfahrens hergestellt werden. The main part 20 and the insert element 22 can be produced for example by means of an injection molding process.

Wenn das Einsatzelement 22 in die Ausnehmung 21 des Hauptteils 20 eingesetzt ist, wie in 5 dargestellt ist, liegt die reflektive Beschichtung 30 jedes Flächenstücks 28 somit zwischen dem Flächenstück 28 und der gegenüberliegenden Hauptflanke 24 des Hauptteils 20. Zur Vereinfachung der Darstellung ist in 5 nur die reflektive Beschichtung 30 oder das Flächenstück 28 dargestellt. When the insert element 22 into the recess 21 of the main part 20 is used, as in 5 is shown, lies the reflective coating 30 every patch 28 thus between the surface piece 28 and the opposite main flank 24 of the main part 20 , To simplify the illustration is in 5 only the reflective coating 30 or the patch 28 shown.

Nachdem das ganz rechts liegende Flächenstück 28 keine reflektive Beschichtung 30 aufweist, ist das Flächenstück 28 mit dem Bezugszeichen 28 versehen. After the rightmost piece of surface 28 no reflective coating 30 has, is the surface piece 28 with the reference number 28 Mistake.

Das Einsatzelement 22 ist bei der hier beschriebenen Ausführungsform so ausgebildet, dass sein der Flächenstruktur 23 abgewandtes zweites Ende 31 den Krümmungsverlauf der Vorderseite 12 nahtlos fortsetzt, so dass insgesamt eine kontinuierliche Rückseite 12 vorliegt. Insbesondere kann die Rückseite 12 die vorbestimmte Krümmung aufweisen bzw. den vorbestimmten Krümmungsverlauf. The insert element 22 is formed in the embodiment described here so that its the surface structure 23 remote second end 31 the curvature of the front 12 seamlessly continues, giving a total continuous back 12 is present. In particular, the back can 12 have the predetermined curvature and the predetermined curvature.

Wie in 4 ferner schematisch angedeutet ist, kann der Hauptteil 20 in einer Formschale 32 liegen, wenn das Einsatzelement 22 in die Ausnehmung 21 eingesetzt wird. Damit kann gewährleistet werden, dass die Vorderseite 11 ihren vorbestimmten Krümmungsverlauf beibehält. Das Vorsehen der Formschale 32 ist jedoch nur optional und kann auch weggelassen werden. As in 4 is further indicated schematically, the main part 20 in a mold bowl 32 lie when the insert element 22 into the recess 21 is used. This can be ensured that the front 11 maintains its predetermined curvature. The provision of the mold shell 32 is only optional and can be omitted.

Insbesondere kann das Einsatzelement 22 mit dem Hauptteil 20 verklebt werden, so dass eine sichere und dauerhafte Verbindung vorliegt. In particular, the insert element 22 with the main part 20 glued, so that a secure and permanent connection is present.

Wie in 5 dargestellt ist, ist die erste Grenzfläche 26 so relativ zu den im Lichtführungskanal 17 geführten Lichtbündeln 9 orientiert, dass die Lichtbündel 9 mit der Grenzfläche 26 einen Winkel α einschließen, der bevorzugt 90° beträgt. Insbesondere kann der Winkel α in einem Bereich von 70° bis 110° und besonders bevorzugt 80° bis 100° liegen. Bei dem eingezeichneten Lichtbündel 9 handelt es sich um den Hauptstrahl des von dem jeweiligen Pixel ausgehenden Lichtbündels 9. As in 5 is the first interface 26 so relative to the light guide channel 17 guided light beams 9 oriented that the light bundles 9 with the interface 26 include an angle α, which is preferably 90 °. In particular, the angle α can be in a range of 70 ° to 110 ° and particularly preferably 80 ° to 100 °. At the marked light beam 9 it is the main ray of the light beam emanating from the respective pixel 9 ,

Bei einem solchen Winkel α führt der Durchtritt der Lichtbündel 9 durch die Grenzfläche 26 in das Einsatzelement 22 zu keinen optischen Nachteilen. Insbesondere können die Materialien für Hauptteil 20 und Einsatzelement 22 unterschiedliche Brechzahlen aufweisen, was einen weiteren Freiheitsgrad bei der Optimierung der Abbildung für die Darstellung des virtuellen Bildes darstellt. Natürlich ist es auch möglich, dass die Brechzahlen der beiden Materialien für Einsatzelement 22 und Hauptteil 20 gleich sind oder nahezu gleich sind. Insbesondere kann für das Hauptteil 20 und das Einsatzelement 22 das gleiche Material verwendet werden. At such an angle α leads the passage of the light beam 9 through the interface 26 in the insert element 22 to no visual disadvantages. In particular, the materials for bulk 20 and insert element 22 have different refractive indices, which represents another degree of freedom in the optimization of the image for the representation of the virtual image. Of course, it is also possible that the refractive indices of the two materials for insert element 22 and main body 20 are the same or almost the same. In particular, for the main part 20 and the insert element 22 the same material can be used.

Bei der hier beschriebenen Ausführungsform ist somit das erste Brillenglas 3 zweiteilig ausgebildet und weist das Hauptteil 20 sowie das Einsatzelement 22 auf. Das Hauptteil 20 und das Einsatzelement 22 können jeweils einstückig sein. Es ist jedoch auch möglich, dass das Hauptteil 20 mehrstückig ausgebildet ist. Gleiches ist für das Einsatzelement 22 möglich. Auch dieses kann als mehrstückiges Einsatzelement 22 ausgebildet sein. In the embodiment described here, therefore, the first spectacle lens 3 formed in two parts and has the main part 20 as well as the insert element 22 on. The main part 20 and the insert element 22 can each be one-piece. However, it is also possible that the main part 20 is formed in several pieces. The same is true for the insert element 22 possible. This too can be used as a multi-piece insert element 22 be educated.

Ferner kann die reflektive Beschichtung 30 statt auf den Flächenstücken 28 auf den Hauptflanken 24 des Hauptteils 20 ausgebildet sein. Jedoch ist es bevorzugt, dass die reflektive Beschichtung 30 auf den Flächenstücken 28 des Einsatzelementes 22 ausgebildet sind und dass dieses Einsatzelement (mit den darauf ausgebildeten reflektiven Beschichtungen 30) dann in das Hauptteil 20 eingesetzt wird. Furthermore, the reflective coating 30 instead of on the surface pieces 28 on the main flanks 24 of the main part 20 be educated. However, it is preferred that the reflective coating 30 on the surface pieces 28 of the insert element 22 are formed and that this insert element (with the reflective coatings formed thereon 30 ) then into the main part 20 is used.

Die reflektiven Beschichtungen 30 bilden somit reflektive Umlenkflächen 13, die zur Auskopplung der Lichtbündel 9 aus dem ersten Brillenglas 3 dienen. Die reflektiven Umlenkflächen 13 können eine reine Strahlumlenkung bewirken oder können zusätzlich auch eine abbildende Eigenschaft aufweisen. Insbesondere können sie die abbildende Eigenschaft einer gedachten gekrümmten optischen Umlenkfläche in einer fresnelartigen Art und Weise nachstellen. The reflective coatings 30 thus form reflective deflection surfaces 13 for decoupling the light bundles 9 from the first spectacle lens 3 serve. The reflective deflection surfaces 13 may cause a pure beam deflection or may additionally have an imaging property. In particular, they can adjust the imaging property of an imaginary curved optical deflection surface in a fresnel-like manner.

Wie in der Darstellung von 5 angedeutet ist, kann das ganze rechts liegende Flächenstück 28 nicht als reflektive Umlenkfläche ausgebildet sein und somit nicht für die Abbildung benutzt werden. In diesem Fall kann z.B. die entsprechende reflektive Beschichtung 30 im Bereich dieser Hauptflanke 24 weggelassen werden. Natürlich ist es möglich, das ganz rechts liegende Flächenstück für die Abbildung zu nutzen. In diesem Fall wird auf ihm natürlich auch die reflektive Beschichtung 30 aufgebracht. As in the presentation of 5 is hinted, can the whole right-lying surface piece 28 not be designed as a reflective deflection and thus are not used for the image. In this case, for example, the corresponding reflective coating 30 in the area of this main flank 24 be omitted. Of course it is possible to use the rightmost patch for the illustration. In this case, of course, the reflective coating on it 30 applied.

Bei der beschriebenen erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung 1 erfolgt die Einspiegelung des virtuellen Bildes in das Gesichtsfeld des Benutzers über das erste Brillenglas 3. Natürlich ist auch eine Einspiegelung über 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 notwendig. In the described display device according to the invention 1 the reflection of the virtual image into the field of view of the user takes place via the first spectacle lens 3 , Of course, there is also a reflection on 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 absolutely necessary.

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. Natürlich kann die Vorderseite 11 und/oder die Rückseite 12 auch plan sein. 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 entsprechende Korrektur zu erreichen. Die Rückseite 14 kann dann eine von der sphärischen Form abweichende Krümmung aufweisen. 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. Of course, the front can 11 and / or the back 12 also be plan. 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 appropriate correction. The backside 14 may then have a curvature different from the spherical shape.

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 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 which a placement or carrying the display device can be done on the head of the user.

Claims

Spectacle lens for a user's head-mounted and image-forming display device ( 1 ), whereby the spectacle lens ( 3 ) a front side ( 11 ) and a back ( 12 ) and a coupling section ( 16 ) and a decoupling section ( 14 ), wherein the decoupling section ( 14 ) at least two juxtaposed reflective deflecting surfaces ( 13 ) and the spectacle lens ( 3 ) is suitable for light bundles ( 9 ) of pixels of the generated image, which are transmitted via the coupling-in section ( 16 ) in the spectacle lens ( 3 ), in the spectacle lens ( 3 ) to the decoupling section ( 14 ) and after reflection at the reflective deflection surfaces ( 13 ) through the back ( 12 ) from the spectacle lens ( 3 ), characterized in that the reflective deflection surfaces ( 13 ) on a surface structure ( 23 ) in the spectacle lens ( 3 ), and the spectacle lens ( 3 ) a main part ( 20 ) with the front and back ( 11 . 12 ) in which a from the back ( 12 ) or from the front ( 11 ) to the surface structure ( 23 ) extending recess ( 21 ) in which an insert element ( 22 ) is used, whose surface structure ( 23 ) facing first end ( 29 ) complementary to the surface structure ( 23 ), wherein the reflective deflection surfaces ( 13 ) between the surface structure ( 23 ) of the main part ( 20 ) and the first end ( 29 ) of the insert element ( 22 ) lie.

Spectacle lens according to claim 1, characterized in that the recess ( 21 ) from the back ( 12 ) to the surface structure ( 23 ) and that the spectacle lens ( 3 ) a light guide channel ( 17 ), in which the light bundles ( 9 ) from the coupling section ( 16 ) to the decoupling section ( 14 ) and passing through an interface ( 26 ) between the main part ( 20 ) and the insert element ( 22 ) so that the light bundles ( 9 ) when guided by the coupling section ( 16 ) to the decoupling section ( 14 ) through the interface ( 26 ), the interface ( 26 ) is positioned so that it is aligned with the main beam of at least one of the light beams ( 9 ) includes an angle (α) that is in the range of 70 ° to 110 °.

Spectacle lens according to one of the above claims, characterized in that the insert element ( 22 ) complementary to the recess ( 21 ) of the main part ( 20 ) is trained.

Spectacle lens according to one of the above claims, characterized in that the surface structure ( 23 ) facing away from the second end ( 31 ) of the insert element ( 22 ) flush with the surrounding portion of the back ( 12 ) or the front side ( 11 ).

Spectacle lens according to one of the above claims, characterized in that the insert element ( 22 ) with the main part ( 20 ) is glued.

Spectacle lens according to one of the above claims, characterized in that the insert element ( 22 ) and the main part ( 20 ) are formed of the same material.

Spectacle lens according to one of the above claims, characterized in that the reflective deflection surfaces ( 13 ) together have an imaging property.

Spectacle lens according to one of the preceding claims, characterized in that the main part ( 20 ) is integrally formed.

Spectacle lens according to one of the above claims, characterized in that the insert element ( 22 ) is integrally formed.

Spectacle lens according to one of the above claims, characterized in that the cross section of the insert element ( 22 ) in a direction from one of the first ends ( 29 ) facing away from the second end ( 31 ) to the first end ( 29 ) decreases.

Spectacle lens according to one of the above claims, characterized in that the reflectivity of the reflective deflection surfaces ( 13 ) is constant over its area.

Display device with a holding device which can be placed on the head of a user ( 2 ), one on the holding device ( 2 ) attached imaging module ( 5 ), which produces an image, one on the holding device ( 2 ) attached imaging optics ( 7 ), which is a spectacle lens ( 3 ) according to one of the preceding claims and the image produced in the upside down state of the holding device ( 2 ) so that the user can perceive it as a virtual image.

Process for producing a spectacle lens according to one of Claims 1 to 11, in which the main part and the insert element are produced, a reflective coating is produced on the surface structure of the main part and / or the first end of the insert element in order to form the reflective deflection surfaces, and then the insert element is inserted into the recess of the main part.