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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abbildungsoptik für eine auf den Kopf eines Benutzers aufsetzbare Anzeigevorrichtung, die ein Bild aus mehreren Pixeln, von denen Lichtbündel ausgehen, erzeugt, sowie eine Anzeigevorrichtung mit einer solchen Abbildungsoptik.
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Bei einer solchen Abbildungsoptik tritt gerade bei gängigen Massenfertigungsverfahren die Schwierigkeit auf, das Material- und Fertigungsabweichungen dazu führen können, dass die erwünschten oder benötigten optischen Eigenschaften des optischen Systems nicht erreicht werden bzw. erreicht werden können.
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Ausgehend hiervon ist es daher Aufgabe der Erfindung, eine Abbildungsoptik der eingangs genannten Art bereitzustellen, bei der eine unerwünschte Verschlechterung der optischen Eigenschaften aufgrund von Material- und Fertigungsabweichungen möglichst vermieden bzw. kompensiert werden kann.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Korrekturverfahren für eine Abbildungsoptik für eine auf den Kopf eines Benutzers aufsetzbare Anzeigevorrichtung, die ein Bild aus mehreren Pixeln, von denen Lichtbündel ausgehen, erzeugt, gelöst, wobei die Abbildungsoptik ein Optikelement, das eine erste Eintrittsfläche aufweist, und ein Brillenglas, das einen vom Optikelement beabstandeten Auskoppelabschnitt aufweist, umfasst, wobei die Abbildungsoptik das erzeugte Bild als virtuelles Bild abbildet, indem das Optikelement die über die erste Eintrittsfläche dem Optikelement zugeführten Lichtbündel bis zum Brillenglas führt, in dem sie bis zum Auskoppelabschnitt geführt und über den Auskoppelabschnitt zur Erzeugung des virtuellen Bildes ausgekoppelt werden, wobei das Korrekturverfahren
- 1) einen Messschritt durchführt, in dem
- 1a) die Geometrie des Optikelement und/oder des Brillenglases gemessen wird,
- 1b) eine die Führung der Lichtbündel beeinflussende Fläche des Optikelement und/oder des Brillenglases gemessen wird und/oder
- 1c) eine optische Abbildungseigenschaft der Abbildungsoptik gemessen wird,
- 2) einen Vergleichsschritt durchführt, in dem ein im Messschritt gemessener Wert mit einem vorgegebenen Sollwert verglichen wird und in Abhängigkeit einer dabei ermittelten Abweichung ein Korrekturbedarf festgelegt wird, und
- 3) einen Korrekturschritt zur Erfüllung des Korrekturbedarfs durchführt, in dem
- 3a) zumindest ein optisches Korrekturelement mit dem Optikelement oder dem Brillenglas verbunden wird und/oder
- 3b) zumindest eine die Führung der Lichtbündel beeinflussende Fläche des Optikelement und/oder des Brillenglases bearbeitet wird.
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Mit dem erfindungsgemäßen Korrekturverfahren können nachträglich eine oder mehrere optisch wirksame Flächen angebracht oder gefügt werden. Da mittels des Messschritts die Eigenschaften der Abbildungsoptik sehr gut bekannt sind, kann z.B. mittels einer genauen Positionierung (z.B. genaue Einstellung von Abstand und Winkel) einer oder mehrerer optischer Flächen die Abbildungsoptik so korrigiert werden, dass unerwünschte Abweichungen der Abbildungsoptik (z.B. geometrischen Abweichungen oder Abweichungen der optischen Eigenschaften des Materials der Abbildungsoptik) ausgeglichen werden können. Diese Art der Korrektur kann insbesondere als Inline-Prozess in der Fertigung realisiert werden.
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Die Korrektur kann beispielsweise über das Fügen eines oder mehrerer zusätzlicher Korrekturelemente geschehen, welche optische Flächen enthalten. Der Korrekturparameter ist hierbei die Position des gefügten Korrekturelementes zum Optikelement oder zum Brillenglas. Ferner kann die optische Wirkung des zu fügenden Korrekturelementes individuell an die entsprechende Abbildungsoptik angepasst werden. So kann z.B. die optische wirksame Fläche (bzw. die optisch wirksamen Flächen) des Korrekturelementes an die Abbildungsoptik individuell angepasst werden.
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Bei dem Korrekturverfahren kann im Schritt 3a zum Verbinden ein optischer Kitt verwendet werden. Die Brechzahl des optischen Kitts kann mit der des Optikelements oder des Brillenglases übereinstimmen.
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Es ist aber auch möglich, dass die Brechzahl des optischen Kitts unterschiedlich ist zu der des Optikelements oder des Brillenglases. Dadurch kann gezielt eine eigenständige optische Wirkung mittels des Kitts erreicht werden.
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Ferner kann der optische Kitt zum Ausgleichen von Formabweichungen und/oder Toleranzen der zu verbindenden Flächen eingesetzt werden.
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Bei dem Korrekturverfahren kann im Schritt 3a ein mit dem Kitt ausgefüllter Klebespalt gleichmäßig dick sein oder nicht gleichmäßig dick sein. Im letzteren Fall kann dadurch eine vorbestimmte optische Wirkung erreicht werden.
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Bei dem Korrekturverfahren kann im Schritt 3b eine materialabtragende Bearbeitung durchgeführt werden. In dieser Weise kann die Form und/oder die Lage einer oder mehrerer optischer Flächen der Abbildungsoptik geändert werden, um die gewünschte Korrektur zu erreichen.
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Des Weiteren kann bei dem erfindungsgemäßen Korrekturverfahren im Schritt 3b eine materialhinzufügende Bearbeitung durchgeführt werden.
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Im Schritt 3b kann z.B. ein thermoplastisches Material oder ein Material, das aus einem Reaktivsystem hervorgeht, hinzugefügt wird.
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Das Hinzufügen kann z.B. durch direktes Abformen des optischen Materials erfolgen. So kann die Abformung fest gegen eine vorgegebene Form erfolgen. Die Form kann auch variabel sein, indem beispielsweise die Geometrie in der Form angepasst wird.
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Durch eine Anpassung des hinzuzufügenden Materials können seine optischen Eigenschaften und Wirkungen gezielt angepasst werden. Dies ist insbesondere im Falle der Reaktivsysteme durch Einsatz geeigneter mehrkomponentiger Systeme möglich.
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Die materialhinzufügende Bearbeitung im Schritt 3b kann z.B. mittels Gießen von thermoplastischen Materialien und/oder duroplastischen Materialien realisiert werden.
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Als thermoplastisches Material kann z.B. PMMA (Polymethylmethacrylat, z. B. Plexiglas), PA (Polyamide, z.B. Trogamid CX), COP (Cycloolefin-Polymere, z.B. Zeonex), PC (Polycarbonat, Poly(bisphenol-A-carbonat), z.B. Makrolon), LSR (Liquid Silicone Rubber, z.B. Silopren, Elastosil), PSU (Polysulfon, z.B. Ultrason), PES (Polyethersulfon) und/oder PAS (Polyarylensulfon) verwendet werden. Als duroplastisches Material kann z.B. ADC (Allyl-Diglykolcarbonat, z.B. CR-39), Acrylate (z.B. Spectralite), PUR (Polyurethane, z.B. RAVolution), PU/PUR (Polyharnstoffe, Polyurethane, z.B. Trivex), PTU (Polythiourethane, z.B. MR-8, MR-7) und/oder Polymere auf Episulfid/Polythiol-Basis (z.B. MR-174).
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Der Schritt des Herstellens der Abbildungsoptik und/oder des Hinzufügens von Material im Schritt 3b kann z.B. mittels eines Gießverfahrens, eines RIM-Verfahrens, eines Spritzgußverfahrens oder eines Spritzprägeverfahrens erfolgen. Solche Verfahren zeichnen sich durch hohe Genauigkeiten aus. Beim RIM-Verfahren (Reaction Injection Moulding-Verfahren) werden mindestens zwei Komponenten, wie z.B. Polyol und Isocyanat, miteinander vermischt und dann unter Druck in eine Form injiziert, in der die Abbildungsoptik oder ein Teil davon so positioniert ist, dass die gewünschte Hinzufügung von Material erfolgen kann. Die zwei Komponenten reagieren miteinander, so dass das gewünschte chemisch vernetzte Polymer (hier z.B. Polyurethan) gebildet wird.
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Insbesondere können herkömmlich bekannte Reaktivsysteme eingesetzt werden, wie sie aus der Herstellung von Brillengläsern bekannt sind. So können z.B. ADC (Allyl-Diglykolcarbonat, z.B. CR-39), Acrylate (z.B. Spectralite), PUR (Polyurethane, z.B. RAVolution), En/Thiol-Systeme (z.B. Finalite), PU/PUR (Polyharnstoffe, Polyurethane, z.B. Trivex), PTU (Polythiourethane, z.B. MR-8, MR-7) und/oder Polymere auf Episulfid-Polythiol-Basis (z.B. MR-174) verwendet werden. Auch können Epoxide verwendet werden.
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Es wird ferner eine Abbildungsoptik mit einem Optikelement, das eine erste Eintrittsfläche aufweist, und einem Brillenglas, das einen vom Optikelement beabstandeten Auskoppelabschnitt aufweist, bereitgestellt, wobei die Abbildungsoptik durch die Schritte des erfindungsgemäßen Korrekturverfahrens hergestellt ist.
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Bei der Abbildungsoptik können das Optikelement und das Brillenglas als einstückiges optisches Bauteil ausgebildet sein.
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Insbesondere kann die gekrümmte Austrittsfläche des Optikelements sphärisch oder asphärisch gekrümmt sein.
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Des Weiteren kann das Optikelement zusammen mit dem Brillenglas L-förmig angeordnet sein. Das Optikelement kann insbesondere einstückig ausgebildet sein. Es ist jedoch auch möglich, dass es mehrstückig ausgebildet ist und die mehreren Teilstücke in direktem Kontakt miteinander stehen (z.B. verkittet oder verklebt), so dass ein einzelnes Optikelement bereitgestellt ist. Das Optikelement ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass die Führung des erzeugten Bildes bzw. des entsprechenden Lichtes im Optikelement, das z.B. aus Kunststoff oder Glas gebildet sein kann, ohne etwaige Luftspalte erfolgt.
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Alternativ kann im Optikelement und/oder zwischen dem Brillenglas und dem Optikelement zumindest ein definierter Luftspalt vorgesehen sein. Den Luftspalt kann Luft oder ein definiertes Gas füllen. Der Luftspalt kann auch zur Korrektur im Korrekturschritt geeignet angepasst und/oder mit einem geeigneten Gas gefüllt werden.
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Die erste Eintrittsfläche des Optikelementes ist bevorzugt gekrümmt ausgebildet. Sie kann jedoch alternativ plan sein.
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Des Weiteren kann die erste Eintrittsfläche als Reflexionsfläche zur Führung des erzeugten Bildes dienen. Die Reflexion kann z.B. mittels innerer Totalreflexion bewirkt werden. Somit kann die Eintrittsfläche transmissiv bei der Einkopplung des erzeugten Bildes und reflektiv bei der Führung der eingekoppelten wirken. Ferner ist es möglich, die Eintrittsfläche teilreflektiv auszubilden (z.B. durch Aufbringen einer geeigneten Reflexionsschicht).
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Die Reflexion kann z.B. mittels innerer Totalreflexion bewirkt werden. Bei der erfindungsgemäßen Abbildungsoptik kann das Optikelement in direktem Kontakt mit dem Brillenglas stehen. Die entsprechenden Flächen können z.B. verkittet oder verklebt sein. Damit wird eine sehr kompakte Ausbildung der Abbildungsoptik bereitgestellt. Ferner kann somit eine dauerhafte Justierung von Optikelement zu Brillenglas gewährleistet werden.
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Durch diese Kontaktierung des Optikelementes mit dem Brillenglas wird ferner vorteilhaft eine Reduzierung von Falsch- bzw. Streulicht erreicht.
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Das Optikelement kann zur Führung des erzeugten Bildes zwischen der ersten Eintrittsfläche und dem Brillenglas keine Reflexion, eine einzige Reflexion oder auch mehrere Reflexionen bewirken. Bevorzugt werden mindestens eine, zwei, drei, vier, fünf Reflexionen bewirkt. Die Anzahl der Reflexionen liegt bevorzugt im Bereich von zwei bis zehn und wird bevorzugt in Abhängigkeit der Position eines Bildgebers des Bilderzeugungsmoduls und der Brennweite der Abbildungsoptik gewählt.
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Bei der erfindungsgemäßen Abbildungsoptik können die Grenzflächen des Optikelements, die nicht zur Führung und/ oder Ein- oder Auskopplung des erzeugten Bildes dienen, geschwärzt und/oder absorbierend für Licht sein. Damit wird eine gute Streulichtunterdrückung erreicht.
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Das Brillenglas kann eine gekrümmte oder plane Vorderseite aufweisen. Der Auskoppelabschnitt kann eine abbildende Wirkung aufweisen und kann reflektiv, transmissiv, diffraktiv und/oder refraktiv sein.
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Das Brillenglas und das Optikelement können jeweils z.B. aus Glas und/oder Kunststoff hergestellt sein.
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Bei der erfindungsgemäßen Abbildungsoptik können das Brillenglas und das Optikelement zusammen, in einer Ansicht von oben gesehen, eine L-Form aufweisen. Insbesondere kann das Optikelement von der Rückseite des Brillenglases vorstehen. Dies kann zu der beschriebenen L-Form führen.
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Die Führung des Bildes bzw. der Lichtbündel im Optikelement und im Brillenglas kann durch Reflexionen und/oder innere Totalreflexionen erfolgen. Falls die Führung durch Reflexionen bewirkt werden soll, sind eventuell reflektierende Beschichtungen oder reflektierende Flächen vorzusehen. Die Reflexionen können durch die äußeren Grenzflächen des Brillenglases und/oder des Optikelementes (wie z.B. Vorder- und Rückseite des Brillenglases) und/oder an innen liegenden Flächen bewirkt werden.
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Der Auskoppelabschnitt ist von der Eintrittsfläche (z.B. lateral) beabstandet. Es findet somit bevorzugt stets zumindest eine Reflexion oder mehrere Reflexionen im Brillenglas (z.B. eine Reflexion an der Vorderseite und eine Reflexion an der Rückseite des Brillenglases) zur Führung des erzeugten Bildes nach der Einkopplung in das Brillenglas bis zum Auskoppelabschnitt statt. Der Auskoppelabschnitt ist somit (z.B. lateral) vom Optikelement beabstandet.
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Insbesondere kann die eine reflektierende Fläche des Optikelementes als asphärische Fläche ausgebildet sein. Die asphärische Fläche kann insbesondere keine Rotationssymmetrie aufweisen. Insbesondere kann sie als Freiformfläche ausgebildet sein. Unter einer Freiformfläche wird hier insbesondere eine gekrümmte Fläche verstanden, die in zwei unterschiedlichen Hauptschnitten unterschiedliche Krümmungen aufweist und/oder die gekrümmt ist und keine Rotationssymmetrie aufweist.
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Auch die anderen reflektierenden Flächen des Optikelementes können jeweils als asphärische Fläche und insbesondere als Freiformfläche ausgebildet sein.
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Der Auskoppelabschnitt kann eine oder mehrere reflektive Flächen (die nachfolgend auch als reflektive Umlenkflächen bezeichnet werden) aufweisen, die für die Lichtbündel reflektiv oder teilreflektiv sind. Die reflektiven Umlenkflächen können auch als reflektive Facetten bezeichnet werden.
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Die reflektiven Umlenkflächen können jeweils plan oder gekrümmt ausgebildet sein. Ferner können die Umlenkflächen fresnelartig eine gekrümmte Reflexionsfläche nachstellen, die neben einer reinen Strahlumlenkung auch eine abbildende Eigenschaft aufweist.
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Die reflektiven Flächen können im Brillenglas vergraben ausgebildet sein. Insbesondere können sie z.B. an der Vorderseite des Brillenglases ausgebildet sein. Sie können so mit Material des Brillenglases aufgefüllt sein, dass die Vorderseite eine glatte, durchgehende Fläche ist. Wird mit einem anderen Material als dem des Brillenglases aufgefüllt, so besitzt beiden Materialen vorteilhafterweise einen identischen Brechungsindex.
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Des Weiteren wird eine Anzeigevorrichtung mit einer auf den Kopf eines Benutzers aufsetzbaren Haltevorrichtung, einem an der Haltevorrichtung erzeugten Bilderzeugungsmodul, das ein Bild erzeugt und einer an der Haltevorrichtung befestigten erfindungsgemäßen Abbildungsoptik bereitgestellt, die das erzeugte Bild im auf den Kopf aufgesetzten Zustand der Haltevorrichtung so abbildet, dass es der Benutzer als virtuelles Bild wahrnehmen kann.
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Die Haltevorrichtung kann brillenartig ausgebildet sein und einen ersten und zweiten Brillenbügel aufweisen, wobei das Optikelement zumindest teilweise in einem der beiden Brillenbügel angeordnet ist.
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Das Bilderzeugungsmodul kann insbesondere einen flächigen Bildgeber aufweisen, wie z.B. ein LCD-Modul, ein LCoS-Modul, ein OLED-Modul oder eine Kippspiegelmatrix. Insbesondere kann der Bildgeber ein OLED-, ein LCD-, ein LCoS- und/oder ein DotMatrix-Mikrodisplay aufweisen. Ferner kann der Bildgeber ein LED-Segmentdisplay aufweisen. Des Weiteren kann der Bildgeber ein direkt scannendes Laserdisplaymodul (und eventuell mit einer Optik zum Pupillenmatching) aufweisen. Ferner kann der Bildgeber ein scannendes Laserdisplaymodul mit streuendem Medium in einer Zwischenbildebene vor dem Optikteil oder vor dem Brillenglas und einer Optik zum Pupillenmatching aufweisen. Der Bildgeber kann selbstleuchtend oder nicht selbstleuchtend sein.
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Das Bilderzeugungsmodul kann insbesondere so ausgebildet sein, dass ein einfarbiges oder ein mehrfarbiges Bild erzeugt wird.
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Die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung kann als Datenbrille ausgebildet sein, bei der das erzeugte Bild z.B. darzustellende Daten enthält.
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Die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung kann weitere, dem Fachmann bekannte Elemente aufweisen, die zu ihrem Betrieb notwendig sind.
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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.
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Nachfolgend wird die Erfindung beispielsweise anhand der beigefügten Zeichnungen, die auch erfindungswesentliche Merkmale offenbaren, noch näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische perspektivische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung;
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2 eine vergrößerte Teilschnittansicht der Abbildungsoptik einschließlich einer schematischen Darstellung des Bilderzeugungsmoduls;
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3 eine vergrößerte Teilschnittansicht der Abbildungsoptik von 2 mit gefügtem Korrekturelement 30;
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4 eine vergrößerte Teilschnittansicht der Abbildungsoptik einer weiteren Ausführungsform mit gefügtem Korrekturelement 30;
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5 eine vergrößerte Teilschnittansicht der Abbildungsoptik einer weiteren Ausführungsform mit gefügtem Korrekturelement 30, und
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6 eine vergrößerte Teilschnittansicht der Abbildungsoptik einer weiteren Ausführungsform mit einer nachbearbeiteten optischen Fläche.
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Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform umfasst die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung 1 eine auf den Kopf eines Benutzers aufsetzbare Haltevorrichtung 2, die in der hier beschriebenen Ausführungsform als herkömmliches Brillengestell ausgebildet ist, sowie ein erstes und 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 Gesichtsbild eingespiegelt werden kann, wie nachfolgend beschrieben wird.
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Wie am besten aus der vergrößerten perspektivischen Teilansicht in 2 ersichtlich ist (die Haltevorrichtung 2 ist nicht dargestellt), umfasst die Anzeigevorrichtung 1 ein Bilderzeugungsmodul 5, das einen Bildgeber 6 (z.B. ein OLED-Modul) aufweist, 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 7 auf, die ein zwischen 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.
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In dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel sind das erste Brillenglas 3 und das Optikelement 8 als einstückiges Optikbauteil ausgebildet. Es ist auch möglich, dass das erste Brillenglas 3 und das Optikelement 8 zwei separate Optikbauteile sind, die miteinander verbunden sind (z.B. verkittet), wie durch die gepunktete Linie F3 angedeutet ist. Es ist ferner möglich, dass das erste Brillenglas 3 vom Optikelement 8 beabstandet ist, so dass zwischen ihnen ein Luftspalt vorhanden ist.
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Die Abbildungsoptik 7 ist als solche als erfindungsgemäße Abbildungsoptik 7 ausgebildet und ist bevorzugt für eine auf den Kopf eines Benutzers aufsetzbare und ein Bild erzeugende Anzeigevorrichtung ausgelegt. Die Abbildungsoptik 7 wird hier nur zur Verdeutlichung ihrer erfindungsgemäßen Ausbildung mit der Haltevorrichtung 2 gemäß 1 beschrieben. Die Abbildungsoptik 7 kann jedoch auch für jede andere Haltevorrichtung ausgelegt werden.
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Der Bildgeber 6 ist als flächiger Bildgeber mit einer Vielzahl von z.B. in Spalten und Zeilen angeordneten Pixeln ausgebildet, wobei von jedem Pixel ein Lichtbündel 9 ausgehen kann. Durch eine entsprechende Ansteuerung der Pixel (z.B. mittels einer Steuereinheit 10) kann das gewünschte Bild erzeugt werden. In 2 ist stellvertretend für die Lichtbündel 9 der Strahlengang eines Lichtstrahles eingezeichnet, so dass nachfolgend auch von dem Lichtstrahl 9 die Rede ist.
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Der vom Bildgeber 6 ausgehende Lichtstrahl 9 tritt über eine erste Eintrittsfläche F1 des Optikelementes 8 in das Optikelement 8 ein und trifft auf eine gegenüberliegende Reflexionsfläche F2. Der Lichtstrahl 9 wird von der Reflexionsfläche F2 zum ersten Brillenglas 9 reflektiert und wird in diesem durch Reflexionen an Vorderseite 18 und Rückseite 15 des ersten Brillenglases 3 bis zu einem Auskoppelabschnitt 13 geführt. Der Auskoppelabschnitt 13 weist mehrere nebeneinander angeordnete reflektive Umlenkflächen 14 (die auch als reflektive Facetten bezeichnet werden können) auf, an denen eine Reflexion der Lichtstrahlen 9 in Richtung zur Rückseite 15 des ersten Brillenglases 3 stattfindet, so dass die Lichtstrahlen 9 über die Rückseite 15 aus dem ersten Brillenglas 3 austreten.
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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 13 blickt. Bei der hier beschriebenen Ausführungsform muss der Benutzer bezogen auf die Blickrichtung G eines Geradeausblicks nach unten und zur Seite schauen. In 2 ist zur Verdeutlichung der Drehpunkt 16 des Auges des Benutzers sowie die Eyebox 17 bzw. die Austrittspupille 17 der Abbildungsoptik eingezeichnet. Die Eyebox 17 ist der Bereich, der durch die Anzeigevorrichtung 1 bereitgestellt wird und in dem sich die Pupille des Auges des Benutzers bewegen kann und er stets noch das erzeugte Bild als virtuelles Bild sehen kann.
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Aufgrund der beschriebenen Lichtbündelleitung des Optikelementes 8 kann dieses auch als Lichtleiter 8, insbesondere als bilderhaltender und/oder abbildender Lichtleiter, bezeichnet werden.
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Die Facetten 14 können plan oder gekrümmt ausgebildet sein. Bei einer gekrümmten Ausbildung der Facetten kann der Auskoppelabschnitt 13 insgesamt eine abbildende Wirkung aufweisen.
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Die Rückseite 15 des Brillenglases kann sphärisch oder asphärisch gekrümmt sein. Ferner kann die Vorderseite 18 des Brillenglases plan oder gekrümmt sein.
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Die Krümmung der Flächen F1, F2, der Rückseite 15 und/oder der Facetten 14 kann eine sphärische Krümmung, eine asphärische Krümmung oder die Krümmung einer Freiformfläche sein. Unter einer Freiformfläche wird insbesondere eine gekrümmte Fläche verstanden, die in zwei unterschiedlichen Hauptschnitten unterschiedliche Krümmungen aufweist und/oder die gekrümmt ist und keine Rotationssymmetrie aufweist. Insbesondere kann die Freiformkrümmung nicht sphärisch und nicht rotationssymmetrisch sein.
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Das Optikelement 8 ist so ausgebildet, dass es in dem rechten Brillenbügel B1 der Haltevorrichtung 2 eingebaut werden kann. Der rechte Brillenbügel B1 dient dann als Gehäuse für das Optikelement 8.
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Natürlich kann die Anzeigevorrichtung 1 auch so ausgebildet sein, dass die Blickrichtung zur Erfassung des virtuellen Bildes mit der Geradeaus-Blickrichtung G zusammenfällt.
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Bei der Abbildungsoptik 7 ist keine Möglichkeit der Korrektur des ersten Brillenglases 3 oder des Optikelementes 8 vorgesehen, die z.B. aufgrund von Material- oder Fertigungsabweichungen notwendig wäre oder für die individuelle Anpassung genutzt werden könnte.
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Daher wird erfindungsgemäß die hergestellte Abbildungsoptik 7 einem Messschritt unterzogen, in dem die Geometrie des Optikelementes 8 und/oder des ersten Brillenglases 3 gemessen wird. Alternativ oder zusätzlich kann im Messschritt zumindest eine die Führung der Lichtbündel beeinflussend Fläche (wie z.B. die Flächen F1, F2, 15 und 18) vermessen werden. Des Weiteren kann alternativ oder zusätzlich eine oder mehrere optische Abbildungseigenschaften der ersten Abbildungsoptik 7 gemessen werden.
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Zumindest ein im Messschritt gemessener Wert wird mit einem vorbestimmten Sollwert verglichen und in Abhängigkeit des Vergleichsergebnisses wird ein Korrekturbedarf ermittelt. Z.B. kann bei der Messung der Fläche F2 festgestellt werden, dass ihre Krümmung zu stark vom Sollwert abweicht. Um dies zu korrigieren, wird ein optisches Korrekturelement 30 an die Fläche F1 gefügt, wie schematisch in 3 angedeutet ist. Das in 3 gezeigte Korrekturelement 30 ist linsenartig ausgebildet. Es ist jedoch auch jede andere Form möglich, wie z.B. eine prismenartige oder keilförmige.
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Das Fügen des optischen Korrekturelements 30 kann mit Hilfe eines geeigneten optischen Kitts (Klebstoffs) erfolgen, dessen optische Eigenschaften, insbesondere der Brechungsindex, identisch mit denen des ersten Brillenglases 3 oder des Optikelementes 8 sind, um so ein optisch homogenes Bauteil zu erhalten. Alternativ können die optischen Eigenschaften des Kitts gezielt anders gewählt werden als die des ersten Brillenglases 3 oder des Optikelementes 8, um eine eigenständige optische Wirkung durch die Verklebung zu erhalten.
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Der Klebespalt kann beispielsweise gleichmäßig dick sein oder eine davon abweichende vorbestimmte Geometrie (z.B. keilförmig) aufweisen, um dadurch eine vorbestimmte optische Wirkung zu erzielen.
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Als Kitt kann ein thermisch aushärtbarer oder strahlenhärtender z.B. mittels UV-Licht aushärtbarer Kitt eingesetzt werden, so dass die Härtung des Kitts z.B. thermisch oder beispielsweise mit Hilfe von UV-Licht erfolgen kann.
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Andere Fügemöglichkeiten für das Fügen des optischen Korrekturelements 30 sind z.B. thermische Verfahren (wie beispielsweise das Ultraschall-Verschweißen) oder Lösemittelklebeverfahren.
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Als Material für das erste Brillenglas 3, für das Optikelement 8 und für das optische Korrekturelement 30 kann z.B. Kunststoff (wie z.B. Polycarbonat) oder Glas verwendet werden.
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Wie in der schematischen Darstellung in 2 gezeigt, ist sowohl die Rückseite 15 als auch die Vorderseite 18 des ersten Brillenglases 3 gekrümmt ausgebildet.
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Zur Lichtführung im ersten Brillenglas 3 bis zum Auskoppelabschnitt 13 weist das erste Brillenglas 3 zwei gegenüberliegende reflektierende Schichten 21 und 22 auf, die sich jeweils von der zweiten Eintrittsfläche F4 bis zum Auskoppelabschnitt 13 erstrecken. Die erste reflektierende Schicht 21 ist auf der Rückseite 15 ausgebildet und die zweite reflektierende Schicht 22 ist auf der Vorderseite 18 ausgebildet. Für die reflektierenden Schichten 21 und 22 kann das gleiche Material verwendet werden wie für die reflektiven Umlenkflächen 14.
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Die reflektierenden Schichten 21 und 22 können auch weggelassen werden. In diesem Fall findet die Führung im ersten Brillenglas 3 durch innere Totalreflexion an der Rückseite 15 und der Vorderseite 18 des ersten Brillenglases 3 statt.
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Die reflektiven Facetten 14 sind vergraben ausgebildet und bevorzugt so mit Material des Brillenglases 3 aufgefüllt, dass die Vorderseite 18 eine glatte, durchgehende Seite ist. Wird mit einem anderen Material als dem des Brillenglases 3 aufgefüllt, so besitzen beide Materialen vorteilhafterweise einen identischen Brechungsindex bzw. eine identische Dispersion.
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Bei dem erfindungsgemäßen Brillenglas 2 kann die Rückseite 15 insbesondere eine Krümmung aufweisen, um eine Fehlsichtigkeitskorrektur zu bewirken. Damit wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass auch das dargestellte virtuelle Bild für den Benutzer scharf wahrnehmbar ist, da die Auskopplung der Lichtbündel 9 über die Rückseite 15, die die Korrekturfläche für den Benutzer ist, erfolgt.
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Bei der bisher beschriebenen Ausführungsform war der Aufbau des Brillenglases 3 einschalig. Es ist auch ein zweischaliger Aufbau möglich, wie dies in 4 gezeigt ist. In diesem Fall umfasst das Brillenglas 3 eine Außenschale 19 sowie eine Innenschale 20. Die reflektierende Schicht 22 ist zwischen der Innen- und Außenschale 20, 19 ausgebildet. Auch hier ist das gefügte optische Korrekturelement 30 gezeigt, das nach dem Messschritt und dem danach ermittelten Korrekturbedarf zur Korrektur mit dem Optikelement 8 verbunden wurde. Das in 4 gezeigte Korrekturelement 30 ist ein Keil mit planen optischen Flächen.
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Ferner kann ein mehr als zweischaliger Aufbau des ersten Brillenglases 3 vorliegen. Beispielsweise kann eine weitere Innenschale vorgesehen sein, die an der Innenschale 20 anliegt. In diesem Fall wären beide reflektierende Schichten 21 und 22 im Brillenglas 3 vergraben.
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In 5 ist eine Abwandlung des erfindungsgemäßen Brillenglases von 2, wobei bei dieser Abwandlung die zweite reflektierende Schicht 22 nicht vorgesehen ist und stattdessen eine innere Totalreflexion an der Vorderseite 18 stattfindet. Auch hier ist das gefügte optische Korrekturelement 30 gezeigt, das in gleicher Weise wir in 4 als Keil ausgebildet ist.
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Die Materialien der Innen- und Außenschale 20 und 19 sind bevorzugt gleich, so dass sie einen identischen Brechungsindex aufweisen. Es ist jedoch auch möglich, dass die Materialien der Innen- und Außenschale 20 und 19 unterschiedlich sind. Dies kann z.B. dazu genutzt werden, die mechanischen Eigenschaften des einen Materials mit den optischen Eigenschaften des anderen Materials zu kombinieren. Die Innen- und Außenschale 20 und 19 sind bevorzugt ganzflächig verklebt, so dass ein kompaktes erstes Brillenglas 3 vorliegt.
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Neben dem Fügen des optischen Korrekturelements 30 kann die Korrektur auch über direkte Abformung eines optischen Materials erfolgen. Das Material kann dabei ein thermoplastisches Material oder ein Material sein, das aus einem Reaktivsystem hervorgeht. Die Abformung kann hierbei fest gegen eine geeignete Form erfolgen oder aber auch variabel, indem beispielsweise die Geometrie in der Form angepasst wird. Durch eine Anpassung des Materials können auch Eigenschaften gezielt angepasst werden. Dies ist insbesondere im Falle der Reaktivsysteme durch Einsatz geeigneter mehrkomponentiger Systeme möglich.
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Eine weitere Korrekturmöglichkeit besteht im nachträglichen Abtragen einer oder mehrerer dafür geeigneter optisch wirksamer Flächen. Hier erfolgt die Korrektur durch Bearbeiten der Form der optischen Fläche und ggf. auch ihrer Lage. Dies ist beispielhaft in 6 gezeigt, bei der die Fläche F2 etwas abgetragen wurde, um die gewünschte Korrektur zu erzielen.
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Bei der 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. In diesem Fall kann das Optikelement 8 und das Bilderzeugungsmodul 5 im linken Brillenbügel B2 angeordnet werden. Des Weiteren kann die Anzeigevorrichtung 1 so ausgebildet sein, dass Informationen bzw. virtuelle Bilder über beide Brillengläser 3 und 4 eingespiegelt werden. Dabei kann die Einspiegelung so erfolgen, dass ein dreidimensionaler Bildeindruck entsteht. Dies ist jedoch nicht zwingend notwendig.
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Die Brillengläser 3 und 4 können eine Brechkraft von Null oder eine von Null verschiedene Brechkraft (insbesondere zur Korrektur von Fehlsichtigkeiten) aufweisen. Wie in den Figuren xx gezeigt ist, sind sowohl die Vorderseite 18 als auch die Rückseite 15 des Brillenglases 3 gekrümmt ausgebildet. Die Vorderseite 18 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 15 entsprechend gewählt, um die entsprechende Korrektur zu erreichen. Die Rückseite 15 kann eine von der sphärischen Form abweichende Krümmung aufweisen, insbesondere also asphärisch geformt sein.
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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.
