DE102022005036B3

DE102022005036B3 - Glasses display device for displaying a virtual image in a downwardly tapering, virtually expandable field of view of the glasses display device

Info

Publication number: DE102022005036B3
Application number: DE102022005036.6A
Authority: DE
Inventors: Miro Taphanel; Ding Luo
Original assignee: Viaholo GmbH
Current assignee: Viaholo GmbH
Priority date: 2022-07-13
Filing date: 2022-07-13
Publication date: 2023-10-26
Anticipated expiration: 2042-07-14

Abstract

Die Offenbarung betrifft eine Brillen-Anzeigevorrichtung (0) zum Anzeigen eines virtuellen Bildes in einem für einen Nutzer virtuell ergänzbaren Sichtfeld der Brillen-Anzeigevorrichtung (0), mit einer zeilenförmigen Bildschirmeinheit (29) zum Abstrahlen eines Lichtes als computergenerierte Bildinformation; mit einer Linseneinheit (13) zum Kollimieren des von der zeilenförmigen Bildschirmeinheit (29) abgestrahlten Lichtes; und mit einer Strahlteilereinheit (10) zum Umlenken des kollimierten Lichtes zum Nutzer hin in einen Raumbereich, in welchem bei bestimmungsgemäßem Gebrauch der Brillen-Anzeigevorrichtung (0) eine oder zwei Pupillen des Nutzers angeordnet sind, wobei eine horizontale Breite des virtuell ergänzbaren Sichtfelds in einem in einer Vertikalrichtung unteren Bereich kleiner ist als in einem in der Vertikalrichtung oberen Bereich um eine verbesserte Brillen-Anzeigevorrichtung (0) bereitzustellen.The disclosure relates to a spectacle display device (0) for displaying a virtual image in a field of view of the spectacle display device (0) that can be virtually expanded for a user, with a line-shaped screen unit (29) for emitting light as computer-generated image information; with a lens unit (13) for collimating the light emitted by the line-shaped screen unit (29); and with a beam splitter unit (10) for deflecting the collimated light towards the user into a spatial area in which one or two of the user's pupils are arranged when the glasses display device (0) is used as intended, with a horizontal width of the virtually expandable field of view in one is smaller in a lower region in a vertical direction than in an upper region in the vertical direction in order to provide an improved spectacle display device (0).

Description

Die Offenbarung betrifft eine Brillen-Anzeigevorrichtung zum Anzeigen eines virtuellen Bildes in einem für einen Nutzer virtuell ergänzbaren Sichtfeld der Brillen-Anzeigevorrichtung, mit einer zeilenförmigen Bildschirmeinheit zum Abstrahlen eines Lichtes als computergenerierte Bildinformation, einer Linseneinheit zum Kollimieren des von der zeilenförmigen Bildschirmeinheit abgestrahlten Lichtes und einer Strahlteilereinheit zum Umlenken des kollimierten Lichtes zum Nutzer hin in einen Raumbereich, in welchem beim bestimmungsgemäßen Gebrauch der Brillen-Anzeigevorrichtung eine Pupille oder zwei Pupillen des Nutzers angeordnet sind.The disclosure relates to a glasses display device for displaying a virtual image in a field of view of the glasses display device that can be virtually expanded for a user, with a line-shaped screen unit for emitting light as computer-generated image information, a lens unit for collimating the light emitted by the line-shaped screen unit and a Beam splitter unit for deflecting the collimated light towards the user into a spatial area in which one or two pupils of the user are arranged when the glasses display device is used as intended.

Eine Brillen-Anzeigevorrichtung zum Anzeigen eines virtuellen Bildes, auch Augmented Reality-Brille oder kurz AR-Brille, kann sogenannte immersive virtuelle Bildinhalte in die natürliche Sicht-Umgebung eines AR-Brillenträgers, des Nutzers, einblenden. Der Grad der Immersion hängt dabei stark von der Größe des Sichtfeldes der Brille ab, da eingeblendete virtuelle Objekte nicht sofort unsichtbar werden, also verschwinden sollten, wenn der Kopf gedreht wird, da ein raumfest dargestelltes virtuelles Objekt sich aus dem virtuell ergänzbaren Sichtfeld der AR-Brille bewegt, der Ort des Objektes sich jedoch noch in dem natürlichen Sichtfeld des Nutzers befindet. Idealerweise hat so eine AR-Brille ein virtuell ergänzbares Sichtfeld, das dem natürlichen Sichtfeld des menschlichen Auges entspricht. Dies stellt jedoch sehr hohe Anforderungen an die Optik, also die verwendete Linseneinheit, und Strahlteilertechnologie, also die verwendete Strahlteileinheit, dar, und hat zur Folge, dass die AR-Brille groß und schwer wird.A glasses display device for displaying a virtual image, also known as augmented reality glasses or AR glasses for short, can display so-called immersive virtual image content in the natural visual environment of an AR glasses wearer, the user. The degree of immersion depends heavily on the size of the field of view of the glasses, since virtual objects that are displayed do not immediately become invisible, so they should disappear when the head is turned, since a virtual object that is displayed in a fixed space is removed from the virtually expandable field of view of the AR. The glasses move, but the location of the object is still in the user's natural field of vision. Ideally, AR glasses have a virtually expandable field of vision that corresponds to the natural field of vision of the human eye. However, this places very high demands on the optics, i.e. the lens unit used, and beam splitter technology, i.e. the beam splitter unit used, and results in the AR glasses becoming large and heavy.

So benötigt eine AR-Brille eine Optik, welche die Pixel oder Bildpunkte des Bildschirms, der verwendeten Bildschirmeinheit, der AR-Brille in eine Entfernung abbilden, die vom menschlichen Auge fokussiert werden kann. Ohne eine solche Linseneinheit wären die Pixel zu nahe am Auge und könnten nicht wahrgenommen werden. Eine wesentliche Größe bei der Auslegung einer solchen Optik ist die Größe der sogenannten Augenbox oder Eyebox. Die Eyebox beschreibt ein Volumen, in dem die Pupille des menschlichen Auges platziert werden muss, um die Bildschirmeinheit, das heißt die von ihr angezeigte computergenerierte Bildinformation in einer vorgegebenen, typischerweise empirisch als akzeptabel befundenen Bildqualität (Auflösung, Helligkeit, etc.) und entsprechend hinreichend scharf betrachten zu können. Dabei gibt es zumindest zwei wesentliche Effekte, welche ein im Vergleich zur Größe der Pupillenöffnung des menschlichen Auges (2 bis 5 mm) großes Eyebox-Volumen fordern. Zum einen bewegt sich das Auge je nach Blickrichtung, so dass sich die Pupille an unterschiedliche Orten bewegen kann. Auch variiert der Augenabstand von Nutzer zu Nutzer und liegt grob in einem Intervall von 56 bis 72 mm. Somit muss entweder die Optik und damit die Eyebox individuell je Nutzer vor dem Auge zentriert werden, oder aber es wird eine vergrößerte Eyebox implementiert, so dass diese Verschiebung und beispielsweise auch ein schiefes Aufsetzen der AR-Brille in gewissen Grenzen toleriert wird. Da jedoch eine mechanische Zentrierung einen eigenen Prozess darstellt und somit entsprechend aufwändig im Produkt zu integrieren wäre, wird eine größere Eyebox diesseits als elegantere Lösung angesehen.AR glasses require optics that image the pixels or image points of the screen, the screen unit used, the AR glasses at a distance that can be focused by the human eye. Without such a lens unit, the pixels would be too close to the eye and could not be perceived. An important factor when designing such an optic is the size of the so-called eye box. The eyebox describes a volume in which the pupil of the human eye must be placed in order to view the screen unit, i.e. the computer-generated image information displayed by it, in a predetermined image quality (resolution, brightness, etc.) that is typically empirically found to be acceptable and correspondingly sufficient to be able to look at it clearly. There are at least two main effects that require a large eyebox volume compared to the size of the pupil opening of the human eye (2 to 5 mm). On the one hand, the eye moves depending on the direction in which it is viewed, so that the pupil can move to different places. The eye relief also varies from user to user and is roughly between 56 and 72 mm. This means that either the optics and thus the eyebox must be centered individually in front of the eye for each user, or an enlarged eyebox must be implemented so that this shift and, for example, a crooked placement of the AR glasses is tolerated within certain limits. However, since mechanical centering is a separate process and would therefore be difficult to integrate into the product, a larger eyebox is seen as a more elegant solution.

Je größer die Eyebox ist, desto schwieriger ist jedoch das Entwerfen der zugehörigen Optik. Eine große Eyebox korrespondiert mit einer vergrößerten numerischen Apertur der Optik, das heißt für eine große Eyebox wird Licht, welches über größere Winkelbereiche von den jeweiligen Bildpunkten emittiert wird, eingefangen und abgebildet. Es ist allgemein bekannt, dass es aufwändiger ist, lichtstarke Optiken, also Optiken mit einer hohen numerischen Apertur auf der Abbildungsseite, für große Winkelbereiche zu optimieren. Beispielsweise wird bei einem Mikroskop das Sichtfeld mit größer werdender numerischer Apertur immer kleiner. Allerdings kann mit hohem technischem Aufwand, das heißt mit einer großen Anzahl von Linsen, auch bei einer hohen numerischen Apertur ein großes Sichtfeld erzeugt werden, was beispielsweise die Entwicklung von Lithografie-Objektiven zeigt. Ein weiteres alltägliches Beispiel wären Objektive für Fotoapparate, für welche je größer die Lichtstärke ist, das heißt je höher die Blendenzahl ist, desto mehr Linsen genutzt werden müssen, um eine vergleichbare Abbildungsleistung technisch zu realisieren. Diese Beispiele belegen, dass es technisch anspruchsvoll ist, eine (im Vergleich zur Pupillengröße) große Eyebox zu realisieren, und insbesondere das Realisieren eines möglichst großen Sichtfeldes und gleichzeitig einer möglichst großen Eyebox in einem technischen Kompromiss zueinander erfolgen muss.However, the larger the eyebox, the more difficult it is to design the associated optics. A large eyebox corresponds to an enlarged numerical aperture of the optics, which means that for a large eyebox, light that is emitted by the respective image points over larger angular ranges is captured and imaged. It is generally known that it is more complex to optimize bright optics, i.e. optics with a high numerical aperture on the imaging side, for large angular ranges. For example, in a microscope, the field of view becomes smaller as the numerical aperture increases. However, with great technical effort, i.e. with a large number of lenses, a large field of view can be created even with a high numerical aperture, as shown, for example, by the development of lithography lenses. Another everyday example would be lenses for cameras, for which the greater the light intensity, i.e. the higher the aperture number, the more lenses have to be used in order to technically achieve comparable imaging performance. These examples prove that it is technically demanding to realize a large eyebox (compared to the pupil size), and in particular that the realization of the largest possible field of vision and at the same time the largest possible eyebox must be achieved in a technical compromise to one another.

Beispielsweise zeigt die EP 2 751 611 B1 einen Ansatz, um aus einer kleinen Austrittspupille der Projektionsoptik eine große Eyebox zu realisieren. Dazu wird mittels Mehrfach-Reflexion in einem sogenannten Waveguide und einem optischen Gitter, das das Licht nur teilweise auskoppelt, die Austrittspupille der Optik repliziert und effektiv zweidimensional (flächig) nebeneinander angeordnet. Entsprechend vergrößert sich dabei die Gesamtfläche und somit der Raumbereich, in welchem bei bestimmungsgemäßem Gebrauch der AR-Brille die Pupillen des Nutzers angeordnet werden können und das virtuelle Bild in der gewünschten Bildqualität sichtbar ist. Nachteilig an dieser Vorgehensweise ist der hohe Lichtverlust aufgrund der zweidimensionalen Mehrfachanordnung. Dieser Ansatz wird auch als sogenannte zweidimensionale Pupillenerweiterung bezeichnet, da so eine vergrößerte Eyebox erreicht wird, indem man die kleine Austrittspupille des Systems, welche die Verwendung kleiner Optiken ermöglicht, repliziert, das heißt in zwei Dimensionen nebeneinander anordnet. Ein weiterer Nachteil einer zweidimensionalen Pupillenerweiterung ist, dass entsprechend Fläche auf dem Waveguide dafür vorgesehen werden muss, da das Licht eingekoppelt werden muss, dann eine erste Pupillenerweiterung in einer Dimension erfährt, und dann eine weitere Pupillenerweiterung in einer zweiten Dimension. In diesen Bereichen kann dann kein Licht ausgekoppelt werden, weswegen sich der virtuell ergänzbare, für das virtuelle Bild zugängliche Sichtbereich entsprechend verkleinert.For example, the shows EP 2 751 611 B1 an approach to create a large eyebox from a small exit pupil of the projection optics. For this purpose, the exit pupil of the optics is replicated using multiple reflection in a so-called waveguide and an optical grating, which only partially decouples the light, and is effectively arranged next to each other in two dimensions (area). The total area increases accordingly and thus the area of space in which the user's pupils can be arranged when the AR glasses are used as intended and the virtual image is visible in the desired image quality. The disadvantage of this approach is the high loss of light due to the two-dimensional multiple arrangement. This approach is also called so-called two-dimensional pupil expansion, because an enlarged eyebox is achieved by replicating the small exit pupil of the system, which enables the use of small optics, i.e. arranging it next to each other in two dimensions. Another disadvantage of a two-dimensional pupil dilation is that a corresponding area on the waveguide must be provided for this, since the light has to be coupled in, then experiences a first pupil dilation in one dimension, and then a further pupil dilation in a second dimension. No light can then be coupled out in these areas, which is why the virtually supplementable viewing area accessible to the virtual image is correspondingly reduced.

Die AU 2016 314 630 B2 zeigt einen weiteren Ansatz zum Nutzen der Eyebox, um Augenpupillenbewegungen auszugleichen. Dort wird ein Messsystem und ein Spiegelumlenksystem vorgeschlagen, um Augenpupillenbewegungen durch Nachführen des Lichtes in zwei Winkelrichtungen zu kompensieren. Effektiv wird so eine sehr kleine Eyebox ausgelegt (was eine kleine Optik ermöglicht), die Lage der Augenpupillen sensorisch erfasst und mittels einer Kinematik das virtuell ergänzbare Sichtbare der AR-Brille so nachgeführt, dass alle Lichtstrahlen die Pupille des Auges treffen. Nachteilig ist hier, dass eine aufwändige kinematische optische Nachführung notwendig ist. Ein weiterer Nachteil ist, dass eine exakte sensorische Erfassung der Position und Ausrichtung der Augenpupille notwendig ist.The AU 2016 314 630 B2 shows another approach to using the eyebox to compensate for eye pupil movements. A measuring system and a mirror deflection system are proposed there to compensate for eye pupil movements by tracking the light in two angular directions. In effect, a very small eyebox is designed (which enables small optics), the position of the eye pupils is recorded using sensors and the virtually supplementable visible area of the AR glasses is tracked using kinematics so that all light rays hit the pupil of the eye. The disadvantage here is that complex kinematic optical tracking is necessary. Another disadvantage is that an exact sensory recording of the position and orientation of the eye pupil is necessary.

In dem Buch „Optical Architectures for Augmented-, Virtual-, and Mixed-Reality Headsets“ von Bernard C. Kress, veröffentlicht von der Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers im Jahr 2020, wird in Kapitel 6.2 der technische Begriff der „Eyebox“ im Zusammenhang mit Virtual-Reality-Brillen und Augmented-Reality-Brillen definiert. Dort wird der Stand der Technik bezüglich der Auslegung einer AR-Optik und der resultierenden Eyebox zusammengefasst. Die dortige Definition kann auch für die vorliegende Offenbarung gelten. Die Eyebox ist dabei im Wesentlichen als Volumen definiert, in dem gewisse vorgegebene Helligkeitsanforderungen und/oder gewisse vorgegebene Abbildungsanforderungen wie beispielsweise eine Mindestauflösung oder eine Mindestschärfe erfüllt werden.In the book “Optical Architectures for Augmented, Virtual, and Mixed Reality Headsets” by Bernard C. Kress, published by the Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers in 2020, the technical term “eyebox” is used in Chapter 6.2. defined in connection with virtual reality glasses and augmented reality glasses. The state of the art regarding the design of AR optics and the resulting eyebox is summarized there. The definition there can also apply to the present disclosure. The eyebox is essentially defined as a volume in which certain predetermined brightness requirements and/or certain predetermined imaging requirements such as a minimum resolution or a minimum sharpness are met.

Die Eyebox wird dort stets ausgehend von den Randbedingungen, welche sich für die maximalen Sichtwinkel des virtuell ergänzbaren Sichtfeldes der Brillen-Anzeigevorrichtung ergeben, konstruiert bzw. optimiert. Dabei wird die Gesetzmäßigkeit einer inversen Proportionalität festgestellt, das heißt festgestellt, dass die Eyebox umso kleiner ausfallen wird, je größer das virtuell ergänzbare Sichtfeld der AR-Brille ist. Damit wird durch die Anforderung einer Eyebox-Mindestgröße prinzipbedingt zugleich die Sichtfeldgröße beschränkt.The eyebox is always designed or optimized based on the boundary conditions that arise for the maximum viewing angle of the virtually expandable field of view of the glasses display device. The law of inverse proportionality is determined, which means that the larger the virtually expandable field of view of the AR glasses, the smaller the eyebox will be. In principle, the requirement for a minimum eyebox size also limits the size of the field of vision.

Die DE 10 2021 206 209 B3 zeigt eine Brillen-Anzeigevorrichtung, mittels welcher sich ein virtuelles Bild in einem möglichst großen Unterbereich des Sichtfeldes anzeigen lässt und deren Formfaktor dem einer gewöhnlichen Brille sehr nahe kommt.The DE 10 2021 206 209 B3 shows a glasses display device by means of which a virtual image can be displayed in the largest possible sub-area of the field of vision and whose form factor is very close to that of ordinary glasses.

Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Brillen-Anzeigevorrichtung zum Anzeigen eines virtuellen Bildes in einem für einen Nutzer virtuell ergänzbaren Sichtfeld der Brillen-Anzeigevorrichtung bereitzustellen, welche die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwindet, insbesondere einen höheren Grad an Immersion ermöglicht. Der Grad an Inversion steigt dabei mit größerem virtuell ergänzbarem Sichtfeld, abnehmendem Gewicht und abnehmender Größe der Brillen-Anzeige-Vorrichtung, sowie zunehmender wahrgenommener Bildqualität des virtuellen Bildes.The present invention is therefore based on the object of providing an improved glasses display device for displaying a virtual image in a field of view of the glasses display device that can be virtually supplemented by a user, which overcomes the disadvantages known from the prior art, in particular a higher degree of immersion enabled. The degree of inversion increases with a larger virtually expandable field of view, decreasing weight and size of the glasses display device, and increasing perceived image quality of the virtual image.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, der Beschreibung und den Figuren.This task is solved by the subject matter of the independent patent claim. Advantageous embodiments result from the dependent claims, the description and the figures.

Ein Aspekt bezieht sich auf eine Brillen-Anzeigevorrichtung, auch als Augmented-Reality-Brille oder AR-Brille bezeichnet, zum Anzeigen eines virtuellen Bildes in zumindest einem für einen Nutzer, den Brillenträger, virtuell ergänzbaren Sichtfeld der Brillen-Anzeigevorrichtung. Die Brillen-Anzeigevorrichtung weist dabei eine Gestelleinheit auf, zumindest eine an der Gestelleinheit angebrachte zeilenförmige Bildschirmeinheit zum Abstrahlen eines Lichtes als computergenerierte Bildinformation in eine im Wesentlichen vertikale Richtung, welche auch als erste Richtung bezeichnet werden kann, zumindest eine an der Gestelleinheit angebrachte Linseneinheit zum Kollimieren des von der zeilenförmigen Bildschirmeinheit abgestrahlten Lichtes, und zumindest eine an der Gestelleinheit angebrachte Strahlteilereinheit, welche als Scannereinheit mit einer festgelegten Scannerfrequenz ausgebildet ist zum Scannen, das heißt Abtasten, eines Raumbereiches, in welchem bei bestimmungsgemäßem Gebrauch der Brillen-Anzeigevorrichtung zumindest eine jeweilige Pupille des Nutzers angeordnet sind, mit dem kollimierten Licht. Dabei ist die Strahlteilereinheit zum Umlenken des kollimierten Lichtes zu dem Nutzer hin in besagten Raumbereich entsprechend in einen im Wesentlichen horizontalen Richtungsbereich ausgebildet, welcher auch als zweiter Richtungsbereich bezeichnet werden kann. Die Scannereinheit kann hier mehrere Scanelemente umfassen, für welche dann eine Scanfrequenz bevorzugt einheitlich vorgegeben ist. Das virtuell ergänzbare Sichtfeld und/oder die Bildschirmeinheit und/oder die Linseneinheit und/oder die Strahlteilereinheit kann doppelt, d.h. für jedes Auge ausgeführt sein. Es kann aber beispielsweise die Bildschirmeinheit auch eine kombinierte Bildschirmeinheit sein, welche dedizierte Bildschirm-Bereiche für jedes Auge, d.h. jeweils nur einem Auge zugeordnete Bildschirm-Bereiche aufweist.One aspect relates to a glasses display device, also referred to as augmented reality glasses or AR glasses, for displaying a virtual image in at least one field of view of the glasses display device that can be virtually supplemented for a user, the glasses wearer. The glasses display device has a frame unit, at least one line-shaped screen unit attached to the frame unit for emitting light as computer-generated image information in a substantially vertical direction, which can also be referred to as the first direction, at least one lens unit attached to the frame unit for collimation of the light emitted by the line-shaped screen unit, and at least one beam splitter unit attached to the frame unit, which is designed as a scanner unit with a fixed scanner frequency for scanning, that is, scanning, a spatial area in which, when the glasses display device is used as intended, at least one respective pupil of the Users are arranged with the collimated light. The beam splitter unit is designed to deflect the collimated light towards the user in said spatial area in a substantially horizontal directional area, which can also be referred to as a second directional area. The scanner unit can here comprise several scanning elements, for which a scanning frequency is then preferably predetermined uniformly. The vir The field of view that can be completely supplemented and/or the screen unit and/or the lens unit and/or the beam splitter unit can be designed twice, ie for each eye. However, for example, the screen unit can also be a combined screen unit, which has dedicated screen areas for each eye, ie screen areas assigned to only one eye.

Die zeilenförmige Bildschirmeinheit kann ein sogenanntes Liniendisplay sein oder umfassen. Insbesondere kann die Bildschirmeinheit in ihrer Haupterstreckungsrichtung, ihrer Längs- oder Längenrichtung, zumindest um einen Faktor 10, insbesondere um einen Faktor 50, bevorzugt um einen Faktor 100, besonders bevorzugt um zumindest einen Faktor 500, und ganz besonders bevorzugt zumindest um einen Faktor 1000 größer sein als in einer quer zur Längenrichtung verlaufenden Breitenrichtung. Die Größe kann dabei jeweils in Pixeln gemessen werden, beispielsweise kann die zeilenförmige Bildschirmeinheit also eine Größe von zumindest 3 x 600 Pixeln oder Bildpunkten oder zumindest 30 x 1500 Bildpunkten oder Pixeln haben. Die Linseneinheit ist dabei zwischen den Bildpunkten der Bildschirmeinheit und der Strahlteilereinheit angeordnet, so dass die Bildschirmeinheit in der Vertikalrichtung, welche eine im Wesentlichen vertikale Richtung oder vertikale Richtung ist, übereinander angeordnet. Eine „im Wesentlichen“ vorgegebene Richtung kann im Rahmen dieser Offenbarung als bis auf eine vorgegebene Abweichung vorgegebene Richtung zu verstehen sein, wobei die vorgegebene Abweichung beispielsweise höchstens 15° bevorzugt höchstens 7° beträgt. Analog gilt für einen im Wesentlichen vertikalen oder horizontalen Richtungsbereich, dass er Richtungen umfassen kann, welche im Wesentlichen vertikale bzw. horizontale Richtungen sind. Die vorgegebene Abweichung kann dabei auch mehr als 10°, beispielsweise höchstens 45° oder höchstens 30° betragen. Horizontale und vertikale Richtung sind dabei bei bestimmungsgemäßem Gebrauch der Brillen-Anzeigevorrichtung im Schwerefeld der Erde definiert, ebenso wie in der vertikalen Richtung oben und unten und bei bestimmungsgemäßen Gebrauch im Gesicht eines Nutzers angeordnet mit Blick gerade aus.The line-shaped screen unit can be or include a so-called line display. In particular, the screen unit can be larger in its main extension direction, its longitudinal or longitudinal direction, at least by a factor of 10, in particular by a factor of 50, preferably by a factor of 100, particularly preferably by at least a factor of 500, and most preferably at least by a factor of 1000 than in a width direction running transversely to the length direction. The size can be measured in pixels, for example the line-shaped screen unit can have a size of at least 3 x 600 pixels or pixels or at least 30 x 1500 pixels or pixels. The lens unit is arranged between the image points of the screen unit and the beam splitter unit, so that the screen unit is arranged one above the other in the vertical direction, which is a substantially vertical direction or vertical direction. In the context of this disclosure, a “substantially” predetermined direction can be understood as a predetermined direction up to a predetermined deviation, the predetermined deviation being, for example, a maximum of 15°, preferably a maximum of 7°. Analogously, a substantially vertical or horizontal directional range can include directions that are essentially vertical or horizontal directions. The specified deviation can also be more than 10°, for example at most 45° or at most 30°. When the glasses display device is used as intended, the horizontal and vertical directions are defined in the earth's gravity field, as well as in the vertical direction above and below and when used as intended, they are arranged on the face of a user looking straight ahead.

Entsprechend ist die Strahlteilereinheit an ihrem oberen Ende näher an der Bildschirmeinheit als an ihrem unteren Ende. Dabei ist eine horizontale Breite des virtuell ergänzbaren Sichtfelds in einem in der Vertikalrichtung unteren Bereich kleiner als in einem in der Vertikalrichtung oberen Bereich. Der obere Bereich des Sichtfeldes ist somit der dem zeilenförmigen Bildschirmeinheit und der Linseneinheit nähere Bereich des virtuell ergänzbaren Sichtfelds. Dabei kann die horizontale Breite des virtuell ergänzbaren Sichtfelds vom unteren Bereich zum oberen Bereich monoton zunehmen. Insbesondere kann das virtuell ergänzbare Sichtfeld die Form eines Trapezes haben, wobei die Form des Trapezes hier zwei stumpfe Innenwinkel an der unteren Seite des Sichtfelds und somit des Trapezes und zwei spitze Innenwinkel an der oberen Seite des virtuell ergänzbaren Sichtfelds und somit des Trapezes implizieren kann.Accordingly, the beam splitter unit is closer to the screen unit at its upper end than at its lower end. A horizontal width of the virtually expandable field of view is smaller in a lower region in the vertical direction than in an upper region in the vertical direction. The upper area of the field of view is therefore the area of the virtually expandable field of view that is closer to the line-shaped screen unit and the lens unit. The horizontal width of the virtually expandable field of view can increase monotonically from the lower area to the upper area. In particular, the virtually expandable field of view can have the shape of a trapezoid, whereby the shape of the trapezoid here can imply two obtuse internal angles on the lower side of the field of view and thus of the trapezoid and two acute internal angles on the upper side of the virtually supplementable field of view and thus of the trapezoid.

Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass große virtuell ergänzbare Sichtfelder für Brillen-Anzeigevorrichtungen in vorteilhafter Weise realisiert werden können, wenn ein horizontal größeres Sichtfeld für obere Bildinhalte realisiert wird, und ein horizontal kleineres Sichtfeld für die unteren Bildinhalte akzeptiert wird, das heißt insbesondere, wenn das Sichtfeld wie oben beschrieben trapezförmig ausgeführt wird. Es hat sich gezeigt, dass mittels eines derartigen, insbesondere trapezförmigen, Sichtfeldes eine große Eyebox nur für im Vergleich zu herkömmlichen Formaten der Sichtfelder wenige Augenpositionen notwendig ist, insbesondere für die Bereiche mit größerem Sichtfeld eine kleine Eyebox ausreichend ist. Es kann so folglich, wie auch weiter unten noch ausgeführt, eine Eyebox mit lokal variierender Größe implementiert werden. Mit dem sich nach unten verjüngenden Sichtfeld kann eine kompakte, hocheffiziente Linseneinheit realisiert werden, bei der eine eindimensionale Pupillenerweiterung in Form der Strahlteilereinheit in Kombination mit einer zeilenförmigen Bildschirmeinheit ausreichend für ein sehr großes Maß an Immersion ist. Das sich nach unten verjüngende, also im unteren Bereich kleiner als im oberen Bereich ausgeführte Sichtfeld führt dabei dazu, dass die größten Sichtwinkel, genauer gesagt die Sichtwinkel mit der größten horizontalen Komponente, also die horizontal größten Sichtwinkel, so nahe wie möglich an der Optik bzw. Linseneinheit auftreten und so von dieser noch eingefangen und abgebildet werden.The invention is based on the knowledge that large, virtually expandable fields of view for eyeglass display devices can be realized in an advantageous manner if a horizontally larger field of view is realized for upper image content and a horizontally smaller field of view is accepted for the lower image content, that is, in particular, if the field of view is trapezoidal as described above. It has been shown that by means of such a field of view, in particular a trapezoidal one, a large eyebox is only necessary for a few eye positions compared to conventional formats of the field of view, and a small eyebox is sufficient in particular for the areas with a larger field of view. Consequently, as explained below, an eyebox with a locally varying size can be implemented. With the downwardly tapering field of view, a compact, highly efficient lens unit can be realized in which a one-dimensional pupil expansion in the form of the beam splitter unit in combination with a line-shaped screen unit is sufficient for a very high degree of immersion. The field of view that tapers downwards, i.e. is smaller in the lower area than in the upper area, means that the largest viewing angles, more precisely the viewing angles with the largest horizontal component, i.e. the largest horizontal viewing angles, are as close as possible to the optics or .Lens unit occur and are captured and imaged by it.

Es ergibt sich somit der Vorteil, dass die Strahlengänge für die horizontal größten Sichtwinkel maximal kurz sind. Im Stand der Technik entstehen hier längere Strahlengänge, da eine Strahlteilertechnologie verwendet wird, welche auf totaler innerer Reflexion beruht. Dadurch ergibt sich das Problem, dass Lichtstrahlen am Rand des Sichtbereiches nach rechts oder links weg laufen, was im Stand der Technik zusätzlich zur vertikalen eindimensionalen Pupillenerweiterung, wie sie vorliegend genutzt wird, eine zweite eindimensionale Pupillenerweiterung in die orthogonale Richtung, für horizontale Sichtstrahlen erforderlich wird. Da bei einer Pupillenerweiterung jedoch das Licht immer auf mehrere Strahlgänge verteilt wird, wird auch die Lichteffizienz stark reduziert. Durch die hier implementierten kürzesten Strahlengänge für die horizontalen Sichtwinkel kann anstelle der zweiten Pupillenerweiterung mit einer großen Optik gearbeitet werden und als Folge eine signifikant höhere Lichteffizienz erreicht werden. Die vorgeschlagene Lösung nutzt somit entsprechend nur eine sogenannte eindimensionale Pupillenerweiterung und statt der verbreiteten zweiten eindimensionalen Pupillenerweiterung eine zeilenartige, im Wesentlichen eindimensionale Optik.This has the advantage that the beam paths for the largest horizontal viewing angles are maximally short. In the prior art, longer beam paths are created here because beam splitter technology is used, which is based on total internal reflection. This results in the problem that light rays at the edge of the viewing area run away to the right or left, which in the prior art requires, in addition to the vertical one-dimensional pupil expansion as used here, a second one-dimensional pupil expansion in the orthogonal direction for horizontal viewing rays . However, since the light is always distributed over several beam paths when the pupil is dilated, the light efficiency is also greatly reduced. Thanks to the shortest beam paths implemented here for the horizontal viewing angles, large optics can be used instead of the second pupil dilation and, as a result, significantly higher light efficiency can be achieved. The proposed solution therefore uses ent speaking only a so-called one-dimensional pupil dilation and instead of the common second one-dimensional pupil dilation a line-like, essentially one-dimensional optic.

Die Lichteffizienz wird im Stand der Technik auch durch die Problematik des Streulichtes verschlechtert. Als Streulicht werden Lichtstrahlen bezeichnet, die von der Bildschirmeinheit erzeugt werden, sich aber ungewollt mit den virtuell dargestellten Bildinhalten überlagern und so beispielsweise den Kontrast verschlechtern. Ein sich mit zunehmendem Abstand von der Bildschirmeinheit verjüngendes Sichtfeld hat im Zusammenspiel mit einem scannenden Verfahren den Vorteil, dass in Sichtbereichen mit kleinerem Sichtwinkelbereich die nicht benötigten, sich außerhalb des Sichtwinkelbereichs befindlichen Bildpunkte der Bildschirmeinheit abgeschaltet werden können, ohne Verlust im virtuellen Bild und auch ohne Streulicht zu erzeugen. Des Weiteren ermöglicht das sich nach unten verjüngende Sichtfeld auch lokal unterschiedlich große Eyeboxen, wobei die Größe der Eyeboxen wiederum mit dem Abstrahlwinkelbereich der Bildpunkte der zeilenförmigen Bildschirmeinheit zusammenhängt. Dieser Zusammenhang erschließt die Möglichkeit, mit der Verwendung von nicht quadratischen Pixeln, beispielsweise Pixel mit optimierten Seitenlängen, je nach Pixelposition eine optimierte Winkelabstrahlcharakteristik für die Bildpunkte zu wählen. Dadurch wird wiederum das Streulicht reduziert, weil mehr Licht in den nutzbaren Winkelbereich gelenkt wird. Auch kann so die elektro-optische Effizienz erhöht werden. Die Breite muss dabei nicht an jeder Position, das heißt für jeden Bildpunkt der Bildschirmeinheit individuell gewählt werden. Faktisch ist es ausreichend, die Bildpunkte in mehrere Gruppen einzuteilen, und dann für jede Bildpunkt- oder Pixelgruppe die gleichen Pixelabmessungen auszuwählen, so dass die Abmessungen der Pixel von Gruppe zu Gruppe variieren, jedoch innerhalb einer Gruppe gleich sind.The light efficiency is also deteriorated in the prior art due to the problem of scattered light. Scattered light refers to light rays that are generated by the screen unit but unintentionally overlap with the virtually displayed image content and thus, for example, worsen the contrast. A field of view that tapers as the distance from the screen unit increases, in conjunction with a scanning method, has the advantage that in viewing areas with a smaller viewing angle range, the unneeded pixels of the screen unit that are outside the viewing angle range can be switched off, without loss in the virtual image and also without to generate scattered light. Furthermore, the downwardly tapering field of view also enables eyeboxes of different sizes locally, the size of the eyeboxes in turn being related to the radiation angle range of the pixels of the line-shaped screen unit. This connection opens up the possibility of selecting an optimized angular radiation characteristic for the pixels depending on the pixel position by using non-square pixels, for example pixels with optimized side lengths. This in turn reduces scattered light because more light is directed into the usable angle range. The electro-optical efficiency can also be increased in this way. The width does not have to be selected individually at every position, i.e. for each pixel of the screen unit. In fact, it is sufficient to divide the pixels into several groups and then select the same pixel dimensions for each pixel or pixel group, so that the dimensions of the pixels vary from group to group, but are the same within a group.

Entsprechend ist in einer vorteilhaften Ausführungsform vorgesehen, dass die zeilenförmige Bildschirmeinheit zumindest eine Reihe von Lichtquellen, insbesondere LEDs wie beispielsweise Micro-LEDs aufweist, welche Lichtabstrahlflächen von zumindest zwei unterschiedlichen Abmessungen haben. Bevorzugt haben die Lichtabstrahlflächen zumindest zwei in der Haupterstreckungsrichtung der zeilenförmigen Bildschirmeinheit gemessen unterschiedlich große Längen-Abmessungen. Besonders bevorzugt sind ausschließlich diese in der Haupterstreckungsrichtung der zeilenförmigen Bildschirmeinheit gemessenen Längen-Abmessungen der Lichtquellen unterschiedlich groß, das heißt dann eine quer zu der Längenabmessung gemessene Breitenabmessung der Lichtquellen für alle Lichtquellen einer Reihe oder aller Reihen identisch. Grundsätzlich kann hier die Längen-Abmessung für jede Lichtquelle individuell angepasst werden, sodass sich die Längen-Abmessung entlang der Reihe von Lichtquelle zu Lichtquelle ändert. Praxisnäher, also einfacher zu produzieren ist jedoch der Ansatz von Gruppen von Lichtquellen, wobei die Lichtquellen einer Gruppe gleiche Längen-Abmessungen haben, die Längen-Abmessungen jedoch von Gruppe zu Gruppe variieren können, wie weiter unten für eine vorteilhafte Ausführungsform beschrieben. Damit kann in Kombination mit dem sich nach unten verjüngenden Sichtfeld der Grad der Immersion verbessert werden, insbesondere durch den Einfluss der Lichtquellen-Abmessungen auf die Kompaktzeit der Linseneinheit und die Größe der Eyebox.Accordingly, in an advantageous embodiment it is provided that the line-shaped screen unit has at least one series of light sources, in particular LEDs such as micro-LEDs, which have light-emitting surfaces of at least two different dimensions. The light emitting surfaces preferably have at least two length dimensions of different sizes measured in the main extension direction of the line-shaped screen unit. Particularly preferably, only these length dimensions of the light sources measured in the main extension direction of the line-shaped screen unit are of different sizes, that is to say a width dimension of the light sources measured transversely to the length dimension is identical for all light sources in a row or all rows. Basically, the length dimension can be adjusted individually for each light source, so that the length dimension changes along the row from light source to light source. However, the approach of groups of light sources is more practical and easier to produce, with the light sources in a group having the same length dimensions, but the length dimensions can vary from group to group, as described below for an advantageous embodiment. In combination with the downwardly tapering field of view, the degree of immersion can be improved, in particular due to the influence of the light source dimensions on the compact time of the lens unit and the size of the eyebox.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die zeilenförmige Bildschirmeinheit zumindest eine Reihe der den jeweiligen Lichtquellen zugeordneten Mikrolinsen oder sonstigen Mikrooptiken aufweist, wobei die Mikrolinsen oder sonstigen Mikrooptiken einer Reihe zumindest zwei von einer Rotationssymmetrie unterschiedlich stark abweichende Linsenformen aufweisen. Die Linsenformen können dabei ähnlich der geschilderten Abmessungen der Lichtquellen variieren, das heißt jeweils individuell oder für Gruppen von Mikrolinsen unterschiedlich vorgegeben sein. So kann beispielsweise eine Gruppe von Mikrolinsen rotationssymmetrisch, mit rotationssymmetrischer Linsenform, ausgeführt sein, und eine weitere Gruppe von Mikrolinsen deformiert, mit von der Rotationssymmetrie abweichender Linsenform, ausgebildet sein, um entsprechend die Winkel-Abstrahlcharakteristik der zugehörigen Lichtquelle einzustellen. Ähnlich der unterschiedlichen Abmessungen der Lichtquellen tragen auch die unterschiedlichen Linsenformen zu der verbesserten elektrisch-optischen Effizienz und verminderten Streulichteffekten bei.In a further advantageous embodiment it is provided that the line-shaped screen unit has at least one row of the microlenses or other micro-optics assigned to the respective light sources, the microlenses or other micro-optics of a row having at least two lens shapes that deviate to different degrees from a rotational symmetry. The lens shapes can vary similarly to the dimensions of the light sources described, that is to say they can be specified individually or differently for groups of microlenses. For example, a group of microlenses can be designed to be rotationally symmetrical, with a rotationally symmetrical lens shape, and another group of microlenses can be designed to be deformed, with a lens shape that deviates from the rotational symmetry, in order to adjust the angular radiation characteristic of the associated light source accordingly. Similar to the different dimensions of the light sources, the different lens shapes also contribute to improved electrical-optical efficiency and reduced scattered light effects.

Die Winkel-Abstrahlcharakteristik eines Bildpunktes, das heißt einer Lichtquelle, kann somit durch die Wahl der Abmessungen der jeweiligen Bildpunkte im Zusammenspiel mit der Linsenform zugeordneter Mikrolinsen oder sonstiger Mikrooptiken eingestellt werden. Dabei wird vor jeder Lichtquelle eine eigene Mikrooptik, insbesondere Mikrolinse, platziert. Dabei kann sowohl die Brennweite durch die Linsenform der Mikrooptik verändert werden und dabei die Abmessungen der Lichtquelle konstant gehalten werden, als auch die Mikrooptik konstant gehalten werden und die Abmessungen des Pixels verändert werden. Entsprechend ist auch eine Mischung beider Ansätze möglich. Da in der hier beschriebenen Brillen-Anzeigevorrichtung eine zeilenförmige Bildschirmeinheit gewählt ist, ist es ausreichend die Eyebox nur in einer Dimension veränderlich zu wählen, in der zweiten Dimension ist die Größe der Austrittpupille der Linseneinheit und damit die Eyebox konstant und vergleichsweise klein, und wird durch die Strahlteilereinheit, welche als eindimensionale Pupillenerweiterung fungiert, vergrößert.The angular radiation characteristic of a pixel, i.e. a light source, can thus be adjusted by choosing the dimensions of the respective pixels in interaction with the lens shape of microlenses or other micro-optics. A separate micro-optic system, in particular a microlens, is placed in front of each light source. Both the focal length can be changed by the lens shape of the micro-optics while keeping the dimensions of the light source constant, and the micro-optics can be kept constant and the dimensions of the pixel can be changed. Accordingly, a mixture of both approaches is also possible. Since a line-shaped screen unit is selected in the glasses display device described here, it is sufficient to select the eyebox to be variable in only one dimension; in the second dimension is the size of the exit pupil of the lens unit and thus the eyebox is constant and comparatively small, and is enlarged by the beam splitter unit, which acts as a one-dimensional pupil dilation.

Entsprechend ist in einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform vorgesehen, dass die zeilenförmige Bildschirmeinheit einen Zentralabschnitt, einen ersten und zweiten Endabschnitt, sowie einen ersten und einen zweiten Zwischenabschnitt aufweist, wobei der erste Zwischenabschnitt in der Haupterstreckungsrichtung der Bildschirmeinheit zwischen dem ersten Endabschnitt und dem Zentralabschnitt, und der zweite Zwischenabschnitt in der Haupterstreckungsrichtung der Bildschirmeinheit zwischen dem zweiten Endabschnitt und dem Zentralabschnitt angeordnet ist. Dabei sind die Längen-Abmessungen der Lichtquellen in dem Zentralabschnitt und/oder den Endabschnitten kleiner als in den beiden Zwischenabschnitten und/oder die Mikrolinsen in dem Zentralabschnitt und/oder den Endabschnitten von einer Rotationssymmetrie weniger stark abweichend, als in den beiden Zwischenabschnitten. Auf diese Weise werden die oben beschriebenen unterschiedlichen Gruppen von Lichtquellen unterschiedlicher Abmessungen bzw. Mikrolinsen unterschiedlicher Linsenformen in besonders vorteilhafter, für einen gesteigerte elektro-optischen Effizienz und verminderten Streulichteffekten, realisiert.Accordingly, in a further particularly advantageous embodiment it is provided that the line-shaped screen unit has a central section, a first and second end section, as well as a first and a second intermediate section, the first intermediate section being in the main extension direction of the screen unit between the first end section and the central section, and the second intermediate section is arranged in the main extension direction of the screen unit between the second end section and the central section. The length dimensions of the light sources in the central section and/or the end sections are smaller than in the two intermediate sections and/or the microlenses in the central section and/or the end sections deviate less from rotational symmetry than in the two intermediate sections. In this way, the different groups of light sources of different dimensions or microlenses of different lens shapes described above are realized in a particularly advantageous manner, for increased electro-optical efficiency and reduced scattered light effects.

In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Strahlteilereinheiten mehrere in der Vertikalrichtung übereinander angeordnete scannende semi-transparente Strahlteilereinheit-Elemente, Scanelemente, aufweist, deren jeweilige horizontale Breite in einem in der Vertikalrichtung unteren Bereich in dieser Ausführungsform kleiner ist als in einem in der Vertikalrichtung oberen Bereich. Die Breite kann dabei von dem unteren Bereich zum oberen Bereich monoton zunehmen, insbesondere entsprechend dem Sichtfeld der Form eines Trapezes folgen. Damit kann in besonders einfacher Weise die beschriebene sich nach unten verjüngende Form des virtuell ergänzbaren Sichtfeldes erreicht werden.In another advantageous embodiment, it is provided that the beam splitter units have a plurality of scanning semi-transparent beam splitter unit elements, scanning elements, arranged one above the other in the vertical direction, the respective horizontal width of which is smaller in a lower region in the vertical direction in this embodiment than in one in the Vertical direction upper area. The width can increase monotonically from the lower area to the upper area, in particular following the shape of a trapezoid in accordance with the field of view. This means that the described downwardly tapering shape of the virtually expandable field of view can be achieved in a particularly simple manner.

Die Strahlteilereinheit ist eine scannende Strahlteilereinheit mit mehreren in der Vertikalrichtung übereinander angeordneten scannenden semi-transparenten Strahlteilereinheit-Elementen, Scanelementen, und die Brillen-Anzeigevorrichtung weist eine Steuereinheit zum Steuern der Strahlteilereinheit und damit der Scanelemente, sowie der Bildschirmeinheit auf. Dabei ist die Steuereinheit ausgebildet, bei Scannen des virtuell erweiterbaren Sichtbereiches im unteren Bereich ein oder mehrere Pixel in zumindest einem von zwei durch einen Zentralbereich getrennten Randbereich in der Bildschirmeinheit auszuschalten (sodass von ihnen unabhängig vom angezeigten virtuellen Bild kein Licht emittiert wird) und/oder nur bei Scannen des virtuell erweiterbaren Sichtbereiches im oberen Bereich alle Pixel der Bildschirmeinheit zu aktivieren (sodass von ihnen abhängig vom angezeigten virtuellen Bild Licht oder kein Licht emittiert wird). Bevorzugt können beim Scannen im unteren Bereich mehrere Pixel in beiden Randbereichen ausgeschaltet werden. Das hat den Vorteil, dass für einen großen Grad an Immersion nicht benötigte Bildpunkte auch nicht zu einem Streulicht beitragen und somit unter Beibehaltung der Immersion Energie gespart wird.The beam splitter unit is a scanning beam splitter unit with a plurality of scanning semi-transparent beam splitter unit elements, scanning elements, arranged one above the other in the vertical direction, and the glasses display device has a control unit for controlling the beam splitter unit and thus the scanning elements, as well as the screen unit. The control unit is designed to switch off one or more pixels in at least one of two edge areas in the screen unit separated by a central area when scanning the virtually expandable viewing area in the lower area (so that no light is emitted by them regardless of the virtual image displayed) and / or only when scanning the virtually expandable viewing area in the upper area, all pixels of the screen unit are activated (so that light or no light is emitted from them, depending on the virtual image displayed). When scanning in the lower area, several pixels in both edge areas can preferably be switched off. This has the advantage that pixels that are not required for a high degree of immersion do not contribute to scattered light and energy is therefore saved while maintaining immersion.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass als Augenbox oder Eyebox für den Raumbereich, in welchem bei bestimmungsgemä-ßem Gebrauch der Brillen-Anzeigevorrichtung die eine Pupille oder die zwei Pupillen des Nutzers angeordnet sind, eine vorgegebene Mindest-Bildqualität, also beispielsweise eine vorgegebene Mindest-Helligkeits-Anforderung und/oder eine sonstige Mindest-Abbildungsanforderung wie beispielsweise eine Mindest-Auflösung und/oder eine Mindest-Bildschärfe definiert ist, und dabei eine horizontale Breite der Augenbox lokal in Abhängigkeit der horizontalen Breite eines Umlenk-Winkels des an der Strahlteilereinheit umgelenkten Lichtes variiert. Das hat den Vorteil, dass das Problem der Notwendigkeit einer großen Eyebox dahingehend gelöst wird, dass die Eyebox-Größe in Abhängigkeit des Sichtwinkels unterschiedlich groß gewählt wird. Insbesondere wird so ermöglicht, dass für die schräge(re)n Sichtstrahlen am Rand des Sichtfeldes, die am schwersten zu optimieren sind, eine kleinere Eyebox als ausreichend erachtet und gewählt ist, und die größte Eyebox nur für gerade(re) Sichtstrahlen im Zentrum des Sichtfeldes.In a particularly advantageous embodiment, it is provided that a predetermined minimum image quality, for example a predetermined one, is provided as the eyebox for the spatial area in which the user's one pupil or two pupils are arranged when the glasses display device is used as intended Minimum brightness requirement and / or another minimum imaging requirement such as a minimum resolution and / or a minimum image sharpness is defined, and a horizontal width of the eye box locally depending on the horizontal width of a deflection angle of the beam splitter unit redirected light varies. This has the advantage that the problem of the need for a large eyebox is solved in that the eyebox size is chosen to be different depending on the viewing angle. In particular, this makes it possible for a smaller eyebox to be considered and selected as sufficient for the oblique (more) slanted visual rays at the edge of the field of view, which are the most difficult to optimize, and the largest eyebox only for straight (more) visual rays in the center of the field of view field of view.

Im Vergleich zum Stand der Technik, in welchem eine konstant große Eyebox für alle Sichtstrahlen unabhängig davon wo im Sichtfeld sie verlaufen gefordert wird, kann so die größere Eyebox im Zentrum des Sichtfeldes optimiert werden, ohne technische Kompromisse bei der Abbildungsqualität hinnehmen zu müssen. Eine über das Sichtfeld nicht konstant große Eyebox hat den weiteren Vorteil, dass eine Anzeige mit gesteigerter Lichteffizienz implementiert werden kann. Die Lichteffizienz wiederum ist gekoppelt an den Energieverbrauch, entsprechend an die Abwärme der AR-Brille und die erforderliche Batteriegröße, und damit wiederum auch mit dem Gewicht der AR-Brille bzw. des gesamten Sets von AR-Brille mit Stromversorgung. Durch eine solchermaßen effizienter gestaltete Brillen-Anzeigevorrichtung wird letztlich wiederum eine vergrößerte numerische Apertur implementiert, was zur Folge hat, dass die Optik und damit die Linseneinheit bei einer größeren Eyebox Licht aus einem größeren Winkelbereich einfangen und abbilden muss. Dabei ist zu beachten, dass der Winkelbereich, in den ein Bildpunkt abstrahlt, angepasst werden kann. Strahlt ein Bildpunkt im Winkelbereich Lichtstrahlen ab, welche von der Optik nicht eingefangen werden, oder welche von der Optik eingefangen werden, aber niemals in die Pupille des Auges geleitet werden, dann werden diese Lichtstrahlen in unnötiger Weise emittiert und die effektive Effizienz des Bildpunktes verschlechtert sich.In comparison to the state of the art, in which a constantly large eyebox is required for all visual rays regardless of where in the field of view they run, the larger eyebox in the center of the field of view can be optimized without having to accept technical compromises in terms of image quality. An eyebox that is not consistently large across the field of view has the further advantage that a display with increased light efficiency can be implemented. The light efficiency, in turn, is linked to the energy consumption, corresponding to the waste heat from the AR glasses and the required battery size, and thus in turn also to the weight of the AR glasses or the entire set of AR glasses with power supply. A glasses display device designed in such a more efficient manner ultimately implements an enlarged numerical aperture, which means that the optics and thus the lens unit have to capture and image light from a larger angular range with a larger eyebox. It should be noted that the angular range into which an image point emits can be adjusted. Shine If an image point in the angular range emits light rays that are not captured by the optics, or which are captured by the optics but are never directed into the pupil of the eye, then these light rays are emitted unnecessarily and the effective efficiency of the image point deteriorates.

Generell ist es somit vorteilhaft, den Winkel-Abstrahlbereich der Bildpunkte und den Winkel-Umlenkbereich der Optik anzugleichen, beispielsweise über die oben erwähnte Linsenform und/oder Lichtquellen-Abmessungen und/oder Gestaltung der Linseneinheit. Mit einer über den Sichtbereich variierenden Größe der Eyebox ist es somit besonders vorteilhaft, über eine Reihe bzw. Zeile der Bildschirmeinheit die Bildschirmpunkte, also die Lichtquellen, in ihrer Abstrahl-Charakteristik bezüglich des abgestrahlten Winkels (ihrem Winkel-Abstrahlbereich) kontinuierlich oder, praxisnäher, in Gruppen, zu verändern. Dies erfolgt dabei in Abhängigkeit der konkreten Implementierung der Optik bzw. Mikrolinsen oder Linseneinheit mit dem Ziel, möglichst nur Licht in die Winkelbereiche abzustrahlen, welche notwendig sind und somit von der Optik bzw. der Linseneinheit und Strahlteilereinheit auch in die Eyebox abgebildet werden. Wie im Folgenden noch beschrieben, muss dabei mit dem sich nach unten verjüngenden Sichtfeld die größte Eyebox nicht für den maximalen Sichtwinkel im Sichtfeld erreicht werden, sondern ungefähr nur für den halben Sichtwinkel des Sichtfeldes. Damit wird die für die gewünschte Bildqualität und damit Immersion erforderliche Auslegung der Optik wesentlich einfacher. Idealerweise wird hier die größte Eyebox ungefähr bei dem halben Sichtwinkel erreicht.In general, it is therefore advantageous to align the angular radiation range of the image points and the angular deflection range of the optics, for example via the above-mentioned lens shape and/or light source dimensions and/or design of the lens unit. With a size of the eyebox that varies over the viewing area, it is therefore particularly advantageous to monitor the screen points, i.e. the light sources, in their radiation characteristics with respect to the emitted angle (their angular radiation range) continuously over a row or row of the screen unit or, more practically, in groups, to change. This is done depending on the specific implementation of the optics or microlenses or lens unit with the aim of only emitting light into the angular ranges that are necessary and are therefore also imaged into the eyebox by the optics or the lens unit and beam splitter unit. As described below, with the field of view tapering downwards, the largest eyebox does not have to be achieved for the maximum viewing angle in the field of view, but rather only for approximately half the viewing angle of the field of view. This makes the design of the optics required for the desired image quality and thus immersion much easier. Ideally, the largest eyebox is achieved at approximately half the viewing angle.

Entsprechend ist in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform vorgesehen, dass die horizontale Breite der Augenbox für den oder die horizontal breitesten Umlenkwinkel (welche den horizontal größten Sichtwinkeln und damit Wahrnehmungen aus dem Rand des Sichtbereiches entsprechen) und/oder für den horizontal geringsten Umlenkwinkel von 0° (welcher Wahrnehmungen im Zentrum des Sichtbereiches entspricht) am geringsten ist, und für einen Umlenkwinkel um den horizontalen mittleren Umlenkwinkel, welcher den halben Wert des horizontal breitesten Umlenkwinkels hat, am größten ist. Beispielsweise kann der horizontal breiteste Umlenkwinkel 40° ± 10° betragen, insbesondere 40° ± 5°, und der horizontal mittlere Umlenkwinkel 20° ± 5°, insbesondere 20° ± 2,5°. Diese Werte haben sich als besonders vorteilhaft erwiesen.Accordingly, in a particularly advantageous embodiment it is provided that the horizontal width of the eye box is for the horizontally widest deflection angle or angles (which correspond to the horizontally largest viewing angles and thus perceptions from the edge of the viewing area) and/or for the horizontally lowest deflection angle of 0° ( which corresponds to perceptions in the center of the field of vision) is smallest, and is largest for a deflection angle around the horizontal mean deflection angle, which has half the value of the horizontally widest deflection angle. For example, the horizontally widest deflection angle can be 40° ± 10°, in particular 40° ± 5°, and the horizontally average deflection angle can be 20° ± 5°, in particular 20° ± 2.5°. These values have proven to be particularly advantageous.

Es ergibt sich somit der Vorteil, dass ein sich nach unten verjüngendes virtuell ergänzbares Sichtfeld der AR-Brille mit einer zeilenförmigen Bildschirmeinheit und entsprechend einer länglich ausgeprägten Linseneinheit realisiert wird, wobei diese Linseneinheit dann eine maximal große Eyebox nicht unter maximalem Blickwinkel, sondern ungefähr bei dem halben horizontalen Sichtwinkel besitzt. Da somit die Optik nicht für eine Eyebox optimiert werden muss, welche beim maximalen Sichtwinkel auch die für kleinere Sichtwinkel bestehenden Anforderungen erfüllen muss, können erheblich einfachere Systeme gewählt werden. Dies fördert wiederum wie beschrieben die Immersion. Im Gegensatz zu bekannten Ansätzen, welche beispielsweise beim sog. „fovearted rendering“ die Anforderung an eine Auflösung zum Rand eines Bildbereiches hin absenken, wird jedoch mit dem hier beschriebenen Ansatz der Seheindruck nicht verschlechtert, obwohl das Auge je nach Aufmerksamkeit auch kurzzeitig Sichtpunkte unter starkem Winkel am Rand des virtuellen Sichtfeldes betrachten wird, da diese für die geschilderte Auslegung immer noch scharf dargestellt werden.This results in the advantage that a downwardly tapering, virtually expandable field of view of the AR glasses is realized with a line-shaped screen unit and correspondingly an elongated lens unit, with this lens unit then having a maximum eyebox not at the maximum viewing angle, but approximately at that half horizontal viewing angle. Since the optics do not have to be optimized for an eyebox, which also has to meet the requirements for smaller viewing angles at the maximum viewing angle, considerably simpler systems can be chosen. This in turn promotes immersion as described. In contrast to known approaches, which, for example in so-called "foveared rendering", lower the resolution requirement towards the edge of an image area, the approach described here does not deteriorate the visual impression, although the eye can also briefly see points of view under strong light, depending on the level of attention Angles at the edge of the virtual field of view will be considered, as these are still displayed sharply for the described design.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen dass, das virtuell ergänzbare Sichtfeld für das jeweilige Auge des Nutzers horizontal asymmetrisch ausgebildet ist bezüglich einer zentralen Blickachse, welche bei bestimmungsgemäßem Gebrauch durch einen Nutzer mit geradeaus orientiertem Blick bestimmt ist, wobei insbesondere eine Horizontal-Komponente des horizontal breitesten Umlenk-Winkels nach innen zur Nase hin geringer ist als eine Horizontal-Komponente des horizontal breitesten Umlenk-Winkels nach außen von der Nase fort. Das hat den Vorteil, dass die Nase, welche auch einen Teil des natürlichen Sichtfeldes des Nutzers begrenzt, konstruktiv berücksichtigt wird und so die Optik in ihrer Größe optimiert und bei gleich großer Optik zur Seite hin ein vergrößertes virtuell ergänzbares Sichtfeld realisiert werden kann. In a further advantageous embodiment, it is provided that the virtually supplementable field of vision for the user's respective eye is designed to be horizontally asymmetrical with respect to a central viewing axis, which, when used as intended, is determined by a user with a straight-ahead gaze, in particular a horizontal component of the horizontal The widest deflection angle inwards towards the nose is less than a horizontal component of the horizontally widest deflection angle outwards away from the nose. This has the advantage that the nose, which also limits part of the user's natural field of vision, is taken into account in the design and the size of the optics is optimized and an enlarged field of vision that can be virtually expanded to the side can be achieved with the optics of the same size.

Die vorstehend in der Beschreibung, auch im einleitenden Teil, genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen von der Erfindung als umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt und erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind. Es sind auch Ausführungen und Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die somit nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen Anspruchs aufweisen. Es sind darüber hinaus Ausführungen und Merkmalskombinationen, insbesondere durch die oben dargelegten Ausführungen, als offenbart anzusehen, die über die in den Rückbezügen der Ansprüche dargelegten Merkmalskombinationen hinausgehen oder von diesen abweichen.The features and combinations of features mentioned above in the description, also in the introductory part, as well as the features and combinations of features mentioned below in the description of the figures and/or shown in the figures alone can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations, without to leave the scope of the invention. Embodiments that are not explicitly shown and explained in the figures, but which emerge from the explained embodiments and can be generated by separate combinations of features are therefore also to be regarded as included and disclosed by the invention. Versions and combinations of features are also to be regarded as disclosed, which therefore do not have all the features of an originally formulated independent claim. In addition, versions and combinations of features, in particular through the statements set out above, are to be regarded as disclosed, which go beyond those in the back reference The combinations of features set out in the claims go beyond or deviate from them.

Anhand der in den nachfolgenden Figuren gezeigten schematischen Zeichnungen soll der erfindungsgemäße Gegenstand näher erläutert werden, ohne diesen auf die hier gezeigten spezifischen Ausführungsformen einschränken zu wollen.The object according to the invention will be explained in more detail using the schematic drawings shown in the following figures, without wishing to limit it to the specific embodiments shown here.

Dabei zeigt:

1 eine beispielhafte Ausführungsform einer Brillen-Anzeigevorrichtung zum Anzeigen eines virtuellen Bildes in einer schematischen Seiten-Schnittansicht;
2a,b die beispielhafte Ausführung aus 1 in einer schematischen Frontalansicht und in einer Draufsicht;
3 eine Konstruktionsvorschrift für das Auslegen einer horizontalen Breite einer Eyebox in Abhängigkeit des Abstands als optischer Weg zwischen Pupillenposition und Bildschirmeinheit;
4 die horizontale Breite einer beispielhaften Eyebox in Abhängigkeit des horizontalen Sichtwinkels; und die
5a-d beispielhafte LED-Anordnungen mit unterschiedlichen Abmessungen.

This shows:

1 an exemplary embodiment of a glasses display device for displaying a virtual image in a schematic side sectional view;
2a,b the exemplary version 1 in a schematic front view and in a top view;
3 a design specification for designing a horizontal width of an eyebox depending on the distance as the optical path between the pupil position and the screen unit;
4 the horizontal width of an exemplary eyebox depending on the horizontal viewing angle; and the
5a-d exemplary LED arrangements with different dimensions.

In den unterschiedlichen Figuren sind dabei gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the different figures, identical or functionally identical elements are provided with the same reference numerals.

In 1 ist eine schematische Seiten-Schnittansicht einer beispielhaften Brillen-Anzeigevorrichtung 0 gezeigt. Insgesamt wird hier von einer zeilenförmigen Bildschirmeinheit 29 Licht durch eine entsprechend zeilenartige, längliche Optik, eine Linseneinheit 13 über einen Strahlteiler 10 mit mehreren Scanelementen 10' in eine Pupille 21 eines menschlichen Auges 20 abgebildet. Dabei ergibt sich ein vertikales Sichtfeld, das mit Sichtstrahl 221 nach oben und Sichtstrahl 222 nach unten begrenzt ist. Zu beachten ist, dass der optische Weg, das heißt der Abstand von Pupille 21 zur Pupille 131 der Optik, das heißt der Linseneinheit 13 und damit zur Bildschirmeinheit 29 für den oberen Sichtstrahl 221 kürzer ist als der Weg für den untersten Sichtstrahl 222. Der Strahlteiler 10 mit den Scanelementen 10' fungiert dabei als eindimensionale Pupillenerweiterung. Vertikale Sichtstrahlen wie 226, 263, welche durch die Austrittspupille 211 der Linseneinheit 13 verlaufen, welche durch eine Blende 131 technisch definiert wird, werden an den Scanelementen 10' mehrfach reflektiert, so dass sich neben dem effektiv sichtbaren Lichtstrahl 224, welcher auf die Pupille 21 trifft, auch weitere Sichtstrahlen 224' entstehen, welche nicht auf die Pupille 21 treffen und somit nicht wahrgenommen werden. Dazu sind die Scanelemente 10' teilverspiegelt.In 1 a schematic side sectional view of an exemplary glasses display device 0 is shown. Overall, light is imaged here from a line-shaped screen unit 29 through a corresponding line-like, elongated optics, a lens unit 13 via a beam splitter 10 with several scanning elements 10 'into a pupil 21 of a human eye 20. This results in a vertical field of view that is limited by the viewing beam 221 upwards and the viewing beam 222 downwards. It should be noted that the optical path, i.e. the distance from the pupil 21 to the pupil 131 of the optics, i.e. the lens unit 13 and thus to the screen unit 29 for the upper viewing beam 221, is shorter than the path for the lowest viewing beam 222. The beam splitter 10 with the scanning elements 10 'acts as a one-dimensional pupil dilation. Vertical visual rays such as 226, 263, which run through the exit pupil 211 of the lens unit 13, which is technically defined by an aperture 131, are reflected several times on the scanning elements 10 ', so that in addition to the effectively visible light beam 224, which is directed at the pupil 21 hits, additional visual rays 224 'also arise, which do not hit the pupil 21 and are therefore not perceived. For this purpose, the scanning elements 10' are partially mirrored.

Das Auge 20 des Nutzers blickt somit im gezeigten Beispiel durch eine Pupille 21 auf die Anordnung der hier mit den Scanelementen 10' ausgebildete und damit scannenden Strahlteilereinheit 10, wobei die individuellen Scanelemente 10'jeweils um ihre Drehachse 24 rotierend gelagert sind. Dabei weisen die Scanelemente 10' einen mechanischen Winkelbereich 243 zwischen zwei Endlagen 241, 242 auf. Dieser mechanische Winkelbereich 243 bedingt einen optischen Winkelbereich 231, 232, welcher als zweiter Richtungsbereich dem für das virtuelle Bild nutzbaren Sichtfeld, dem virtuell ergänzbaren Sichtfeld der Brillen-Anzeigevorrichtung entspricht. Grundsätzlich kann hier der mechanische Winkelbereich 243 auch größer gewählt werden, wobei dann die zeilenförmige Bildschirmeinheit 29 nur genutzt wird, wenn ein Sichtstrahlengang 224, 224' innerhalb der Begrenzungen 221, 222 verläuft. Die Begrenzungen 221, 222 entsprechen vorliegend dem natürlichen menschlichen Sichtfeld des Nutzers. Dieser natürliche Sichtbereich ist symmetrisch um eine zentrale im Wesentlichen horizontale Hauptrichtung 225 angeordnet, welche bevorzugt auch die Mitte des mechanischen Scan- bzw. Winkelbereiches 243 sein sollte. Optimalerweise wird die Ausrichtung der teiltransparenten Scanelemente 10' in Ruhelage so gewählt, dass paralleles Licht entlang des Sichtstrahlengangs 226 aus der Bildschirmeinheit 29 in die Richtung 225 umgelenkt wird. Dabei werden die Scanelemente 10' bevorzugt synchron, das heißt alle mit der gleichen Scanner-Frequenz betrieben. Dabei kann eine Ausprägung mit relativer Phase in Verschiebung zwischen den einzelnen Scanelementen gewählt werden, oder, wie vorliegend gezeigt, ohne Phasenverschiebung zwischen den unterschiedlichen Scanelementen 10'. In diesem letzteren Fall sind die Reflexionsflächen allerteiltransparenten Scanelemente 10' parallel angeordnet.In the example shown, the user's eye 20 thus looks through a pupil 21 at the arrangement of the beam splitter unit 10, which is designed here with the scanning elements 10 'and thus scans, the individual scanning elements 10' each being mounted rotating about their axis of rotation 24. The scanning elements 10' have a mechanical angular range 243 between two end positions 241, 242. This mechanical angular range 243 causes an optical angular range 231, 232, which, as a second directional range, corresponds to the field of view that can be used for the virtual image, the field of view of the glasses display device that can be virtually supplemented. In principle, the mechanical angular range 243 can also be chosen to be larger, in which case the line-shaped screen unit 29 is only used if a visual beam path 224, 224 'runs within the boundaries 221, 222. In the present case, the boundaries 221, 222 correspond to the user's natural human field of vision. This natural viewing area is arranged symmetrically around a central, essentially horizontal main direction 225, which should preferably also be the center of the mechanical scanning or angular area 243. Optimally, the orientation of the partially transparent scanning elements 10' in the rest position is selected such that parallel light is deflected along the viewing beam path 226 from the screen unit 29 in the direction 225. The scanning elements 10' are preferably operated synchronously, that is to say they are all operated at the same scanner frequency. An expression with a relative phase shift between the individual scan elements can be selected, or, as shown here, without a phase shift between the different scan elements 10 '. In this latter case, the reflection surfaces of all partially transparent scanning elements 10' are arranged in parallel.

Die Scanelemente 10' sind in diesem Beispiel zueinander in der z-Richtung in einem vertikalen Abstand 251, 252 positioniert, welcher sich je nach Höhe in der z-Richtung, nach vertikaler Lage im Sichtfeld, unterscheidet. Beispielsweise können die Scanelemente 10' so nahe zueinander positioniert werden, dass ein Sichtstrahlengang 224 vom Rotationszentrum des Auges 20 bzw. des Augapfels die untere Kante 261 eines oberen Scanelementes 10' schneidet und gleichzeitig die obere Kante 262 eines unteren Scanelementes 10' schneidet. Es sind aber auch engere Abstände und auch größere Abstände denkbar. Bei engeren Anordnungen kann ein Sichtstrahlengang gleichzeitig von zwei Scanelementen 10' umgelenkt werden. Damit dies nicht zu Bildartefakten führt, muss vorliegend die Linseneinheit 13 so ausgelegt sein, dass Lichtstrahlen nach Unendlich abgebildet werden, das heißt ein paralleles durch die Strahlteilereinheit 10 umzulenkendes Lichtbündel vorliegt. Das virtuelle Bild kann dann durch ein konkaves Linsenelement 283 zwischen dem Nutzer und den Scanelementen 10' wieder in einen endlichen virtuellen Abstand gerückt werden. Damit der Blick durch den Strahlteiler 10 auf die realen Objekte in der natürlichen Umgebung nicht durch das Linsenelement 283 verfälscht wird, kann dieses durch ein Linsenelement 284 mit inverser Brennweite an einer Außenseite der Brillen-Anzeigevorrichtung 0 wieder korrigiert werden. Die Linsenelemente 283 und 284 sind nicht mehr zwingend notwendig, wenn ein phasenverschobenes Scanning eingesetzt wird.In this example, the scanning elements 10' are positioned from one another in the z-direction at a vertical distance 251, 252, which differs depending on the height in the z-direction, depending on the vertical position in the field of view. For example, the scanning elements 10' can be positioned so close to one another that a visual beam path 224 from the center of rotation of the eye 20 or the eyeball intersects the lower edge 261 of an upper scanning element 10' and at the same time intersects the upper edge 262 of a lower scanning element 10'. However, narrower distances and larger distances are also conceivable. In narrower arrangements, a viewing beam path can be redirected simultaneously by two scanning elements 10'. So that this does not lead to image artifacts, the lens unit 13 must be designed in such a way that light rays are imaged to infinity, that is, parallel les light beam to be redirected by the beam splitter unit 10 is present. The virtual image can then be moved back to a finite virtual distance by a concave lens element 283 between the user and the scanning elements 10 '. So that the view through the beam splitter 10 of the real objects in the natural environment is not distorted by the lens element 283, this can be corrected again by a lens element 284 with an inverse focal length on an outside of the glasses display device 0. The lens elements 283 and 284 are no longer absolutely necessary when phase-shifted scanning is used.

2a zeigt die beispielhafte Ausführungsform von 1 in einer Frontalansicht. Die Brillen-Anzeigevorrichtung 0 weist eine Gestelleinheit 17 mit vorliegend einer Rahmeneinheit 16 und einer Zusatzrahmeneinheit 15 auf. An der Gestelleinheit 17, vorliegend der Rahmeneinheit 15, ist in der jetzt gezeigten Ausführungsform die zeilenförmige Bildschirmeinheit 29 angeordnet, von der zwei Bildschirm-Bereiche 141, 142 jeweils dem rechten bzw. linken Auge 20 des Nutzers zugeordnet sind. Die zeilenförmige Bildschirmeinheit 29 dient dabei dem Abstrahlen eines Lichtes entlang eines Strahlenganges 226, 263 (1) als computergenerierte Bildinformation in einer im Wesentlichen vertikalen Richtung, hier der negativen z-Richtung. Die Brillen-Anzeigevorrichtung 0 weist auch die an der Gestelleinheit 17, vorliegend der Rahmeneinheit 16, angebrachte Strahlteilereinheit 10 auf, welche ausgebildet ist als Scanner-Einheit betrieben zu werden, um das von der Bildschirmeinheit 29 in die vertikale Richtung abgestrahlte Licht in einen zweiten Richtungsbereich, einen im Wesentlichen horizontalen Richtungsbereich, umzulenken, in welchem bei bestimmungsgemäßem Gebrauch die Pupille bzw. Pupillen des Nutzers vorhanden sind. 2a shows the exemplary embodiment of 1 in a frontal view. The glasses display device 0 has a frame unit 17 with, in the present case, a frame unit 16 and an additional frame unit 15. In the embodiment now shown, the line-shaped screen unit 29 is arranged on the frame unit 17, in the present case the frame unit 15, of which two screen areas 141, 142 are each assigned to the right and left eye 20 of the user. The line-shaped screen unit 29 serves to emit light along a beam path 226, 263 ( 1 ) as computer-generated image information in a substantially vertical direction, here the negative z-direction. The glasses display device 0 also has the beam splitter unit 10 attached to the frame unit 17, in the present case the frame unit 16, which is designed to be operated as a scanner unit in order to convert the light emitted by the screen unit 29 in the vertical direction into a second directional range , a substantially horizontal directional area, in which the pupil or pupils of the user are present when used as intended.

Zwischen der Bildschirmeinheit 29 und der Strahlteilereinheit 10 ist eine Linseneinheit 13, vorliegend eine sog. Pancake-Optik mit zwei Linsen 11 und 12, angeordnet. In der Zeichnungsebene, also der y-z-Ebene, weist die Linseneinheit 13 vorliegend zwei (folglich längs der ersten Richtung verlaufende) planparallele Grenzflächen auf, so dass es für einen betrachtenden Dritten nicht zu verzerrter Mimik des Nutzers kommt. Die Strahlteilereinheit 10 weist dabei die in einer Vertikalrichtung, hier der positiven z-Richtung, betrachtet, hintereinander, das heißt in z-Richtung übereinander angeordnete Scanelemente 10' auf, so dass auf ein jeweiliges Scanelement 10' von der Bildschirmeinheit 29 abgestrahltes Licht trifft, welches zuvor diejenigen der anderen Scanelemente 10' durchlaufen hat, welche zwischen dem jeweiligen Scanelement 10' und der Bildschirmeinheit 29 angeordnet sind.A lens unit 13, in this case a so-called pancake optic with two lenses 11 and 12, is arranged between the screen unit 29 and the beam splitter unit 10. In the drawing plane, i.e. the yz plane, the lens unit 13 in the present case has two plane-parallel interfaces (which therefore run along the first direction), so that the user's facial expressions are not distorted for a third party viewing. The beam splitter unit 10 has the scanning elements 10 ', viewed in a vertical direction, here the positive z direction, arranged one behind the other, that is to say one above the other in the z direction, so that light emitted by the screen unit 29 strikes a respective scanning element 10 ', which has previously passed through those of the other scanning elements 10', which are arranged between the respective scanning element 10' and the screen unit 29.

Im vorstehenden Beispiel sind pro Auge 6 Scanelemente dargestellt, welche eine jeweilige Rotations- oder Drehachse 24 (1) entlang der y-Achse haben. Dadurch, dass die Scanelemente 10' mit einer einheitlich festgelegten ScannerFrequenz betrieben werden können, kann erreicht werden, dass die einzelnen Scanelemente 10' mit den zugeordneten teiltransparenten Reflexionsflächen zueinander synchron schwingen. Die Linseneinheit 13 bildet die zeilenförmige Bildschirmeinheit 29 dabei so ab, dass diese über die Strahlteilereinheit 10 vom Auge 20 des Nutzers in einem möglichst großen Teil des natürlichen menschlichen Sichtfeldes, dem virtuell ergänzbaren Sichtfeld der Brillen-Anzeigevorrichtung, gesehen werden kann. Das für das virtuelle Bild nutzbare Sichtfeld, das virtuell ergänzbare Sichtfeld der Brillen-Anzeigevorrichtung, wird dabei vorliegend in seiner horizontalen Breite durch die Erstreckung der Scanelemente 10', der Linseneinheit 13 und der zeilenförmigen Bildschirmeinheit 29 in y-Richtung bestimmt. In vertikaler Richtung wird das für das virtuelle Bild nutzbare Sichtfeld durch die mechanische Auslenkung der Scanner-Einheit 10 bestimmt, deren Breite quer zu ihrer Haupterstreckungsrichtung und durch die Anzahl der verwendeten Scanelemente 10', da jedes einzelne Scanelement 10'nur einen Teilbereich des vertikalen Sichtfeldes abdecken kann.In the example above, 6 scanning elements are shown per eye, which have a respective axis of rotation or rotation 24 ( 1 ) along the y-axis. Because the scanning elements 10' can be operated with a uniformly defined scanner frequency, it can be achieved that the individual scanning elements 10' with the assigned partially transparent reflection surfaces oscillate synchronously with one another. The lens unit 13 images the line-shaped screen unit 29 in such a way that it can be seen via the beam splitter unit 10 by the user's eye 20 in as large a part as possible of the natural human field of vision, the virtually expandable field of view of the glasses display device. The field of view that can be used for the virtual image, the virtually supplementable field of view of the glasses display device, is here determined in its horizontal width by the extension of the scanning elements 10 ', the lens unit 13 and the line-shaped screen unit 29 in the y-direction. In the vertical direction, the field of view that can be used for the virtual image is determined by the mechanical deflection of the scanner unit 10, its width transverse to its main extension direction and by the number of scanning elements 10 'used, since each individual scanning element 10' only represents a partial area of the vertical field of view can cover.

Im gezeigten Beispiel ist das weitere Linsenelement 13 derart ausgeprägt, dass durch die Linsen 11, 12 aus frontaler Richtung, das heißt in negativer x-Richtung verzerrungsfrei durchgeblickt werden kann. Dies ist möglich, da die Linsen 11, 12 streifenartig in x-Richtung ausgestaltet sind, also eine signifikant längere Ausprägung in y-Richtung haben als in x-Richtung. Unter signifikant kann hier beispielsweise ein Unterschied von einer oder zumindest einer Größenordnung verstanden werden, beispielsweise eine Ausdehnung von 6 mm in x-Richtung und 70 mm in y-Richtung. Im vorliegenden Beispiel ist die Pancake-Optik in ihrer Ausgestaltung exemplarisch gewählt und kann auch durch andere Optiken ersetzt werden.In the example shown, the further lens element 13 is designed in such a way that it is possible to look through the lenses 11, 12 from the frontal direction, that is to say in the negative x direction, without distortion. This is possible because the lenses 11, 12 are designed like strips in the x direction, i.e. they have a significantly longer shape in the y direction than in the x direction. Significant here can be understood to mean, for example, a difference of one or at least one order of magnitude, for example an extent of 6 mm in the x-direction and 70 mm in the y-direction. In the present example, the pancake look is chosen as an example and can also be replaced by other looks.

Der sich nach unten, also in negativer z-Richtung verjüngende Sichtbereich 100, hier trapezförmig, ist schraffiert dargestellt. Entsprechend wird bei einem Blick durch diese schraffierten Bereiche hindurch prinzipiell ein von der Brillen-Anzeigevorrichtung 0 erzeugtes virtuelles Bild sehen können. Es werden somit durch die einzelnen Scanelemente 10' im oberen Bereich horizontal größere Unter-Sichtbereiche realisiert und für vertikal betrachtet untere Sichtstrahlgänge horizontal kleinere Unter-Sichtbereiche. Das hat auch den Vorteil, dass der gesamte Sichtbereich 100 dem Nasenausschnitt in guter Näherung folgt. Das optische Prinzip mit mehreren Scanelementen 10' als Array in z-Richtung, also Vertikalrichtung, übereinander angeordnet hat den Vorteil, dass die Sichtstrahlgänge den kürzestem Weg nach oben, also in positiver z-Richtung, zur Linseneinheit 13 nehmen. Damit ist die hier gezeigte sogenannte eindimensionale Pupillenaufweitung mittels Strahlteilereinheit 10 ausreichend, da eine in y-Richtung große Optik 13 eingesetzt werden kann. Allerdings müssen hierzu die sich entlang der Sichtstrahlgänge ausbreitenden Sichtstrahlen, welche mit umgekehrter Richtung den Lichtstrahlen entsprechen, in die Austrittspupille 131 der Linseneinheit 13 treffen. Betrachtet man dies für einen Sichtstrahl 321, welcher von der Pupille 21 des menschlichen Auges einen großen horizontalen Sichtwinkel 322 beschreibt, wie in 2b dargestellt, und einen oberen vertikalen Winkel, das heißt einen Sichtstrahl 321 der auf das oberste Scanelement trifft, dann trifft dieser Sichtstrahl 321 immer noch die Austrittspupille 131 der Linseneinheit 13. Für einen anderen Sichtstrahl 311, welcher im vertikal unteren Sichtbereich am Rand des trapezförmigen Sichtbereichs 100 auf den Strahlteiler 10 trifft und ebenfalls in die Austrittspupille 131 der Linseneinheit 13 fällt, ist der horizontale Sichtwinkel 312 folglich geringer, da der optische Pfad des Sichtstrahls 311, der Sichtstrahlgang, von der Pupille 21 zur Blende 131 der Optik deutlich länger ist. Mit einem sich nicht nach unten verjüngenden Sichtfeld 100, beispielsweise einem üblichen quadratischen Sichtfeld, müsste die Linseneinheit 13 sehr groß werden, um auch die Sichtstrahlen großer horizontaler Sichtwinkel im unteren Bereich einzufangen. Die dann notwendigen breiteren Optiken führen jedoch zu einer größeren und schwereren Brillen-Anzeigevorrichtung und breitere Linsenelemente 11 und 12 stoßen oberhalb der Nase ab einer gewissen Länge mechanisch aneinander und können dementsprechend nicht größer gewählt werden.The viewing area 100, which tapers downwards, i.e. in the negative z direction, here trapezoidal, is shown hatched. Accordingly, when you look through these hatched areas, you will in principle be able to see a virtual image generated by the glasses display device 0. The individual scanning elements 10' thus produce horizontally larger lower viewing areas in the upper area and horizontally smaller lower viewing areas for lower viewing beam paths viewed vertically. This also has the advantage that the entire viewing area 100 follows the nose section to a good approximation. The optical principle with several scanning elements 10 'arranged one above the other as an array in the z direction, i.e. vertical direction the advantage that the viewing beam paths take the shortest path upwards, i.e. in the positive z direction, to the lens unit 13. The so-called one-dimensional pupil expansion shown here using the beam splitter unit 10 is therefore sufficient, since an optics 13 that is large in the y direction can be used. However, for this purpose, the visible rays propagating along the viewing beam paths, which correspond to the light rays in the opposite direction, must hit the exit pupil 131 of the lens unit 13. Consider this for a visual ray 321, which describes a large horizontal viewing angle 322 from the pupil 21 of the human eye, as in 2 B shown, and an upper vertical angle, that is, a viewing ray 321 that hits the top scanning element, then this viewing ray 321 still hits the exit pupil 131 of the lens unit 13. For another viewing ray 311, which is in the vertically lower viewing area at the edge of the trapezoidal viewing area 100 hits the beam splitter 10 and also falls into the exit pupil 131 of the lens unit 13, the horizontal viewing angle 312 is consequently smaller, since the optical path of the viewing beam 311, the viewing beam path, from the pupil 21 to the aperture 131 of the optics is significantly longer. With a field of view 100 that does not taper downwards, for example a usual square field of view, the lens unit 13 would have to be very large in order to capture the visual rays of large horizontal viewing angles in the lower area. However, the wider optics then required lead to a larger and heavier spectacle display device and wider lens elements 11 and 12 mechanically abut each other above the nose from a certain length and cannot therefore be made larger.

In 3 ist eine Konstruktionsvorschrift für eine beispielhafte Auslegung der horizontalen Breite einer Eyebox in Abhängigkeit des optischen Weges für ein Auge gezeigt. Von der zeilenförmigen Bildschirmeinheit 29 wird hier ein Licht emittiert und von der Linseneinheit 13 abgebildet. Die Pupille 21 wird dabei nach unterschiedlichem optischem Weg getroffen, welcher den unterschiedlichen Längen der gestrichelten Sichtstrahlen 311, 321 entspricht. Für den in Vertikalrichtung obersten Sichtstrahl 321 ergibt sich die kürzeste optische Distanz mit den Pupillen 21 an Position 323. Für den in Vertikalrichtung untersten Sichtstrahl 311 haben hingegen die Pupillen 21 eine größere optische Distanz und sind in der Figur somit an Position 313 zu finden. An diesen Positionen 323, 313 können Sichtstrahlen 311, 321 konstruiert werden, welche noch in die Eintrittspupille 131 der Linseneinheit 13 treffen, an diesen Positionen kann somit das virtuelle Bild noch wahrgenommen werden. Dadurch wird für die Pupillenposition 323 der maximale mögliche horizontale Umlenk-Winkel 322 definiert. Bei der vorliegenden Konstruktion wurde zusätzlich eine Breite 331 der Sichtstrahlen berücksichtigt, da die Pupillen 21 selbst einen endlichen Durchmesser haben.In 3 a construction specification is shown for an exemplary design of the horizontal width of an eyebox depending on the optical path for an eye. Light is emitted here from the line-shaped screen unit 29 and imaged by the lens unit 13. The pupil 21 is hit along a different optical path, which corresponds to the different lengths of the dashed visual rays 311, 321. For the highest viewing beam 321 in the vertical direction, the shortest optical distance results with the pupils 21 at position 323. For the lowest viewing beam 311 in the vertical direction, however, the pupils 21 have a greater optical distance and can therefore be found at position 313 in the figure. At these positions 323, 313, visual rays 311, 321 can be constructed, which still hit the entrance pupil 131 of the lens unit 13, so the virtual image can still be perceived at these positions. This defines the maximum possible horizontal deflection angle 322 for the pupil position 323. In the present construction, a width 331 of the visual rays was also taken into account, since the pupils 21 themselves have a finite diameter.

Analog kann auch für die Pupillenposition 313, das heißt den vertikal untersten Sichtstrahl der maximale horizontale Umlenk-Winkel 312 bestimmt werden. Aufgrund der größeren optischen Distanz der Pupillenposition 313 gegenüber Pupillenposition 323 von der Linseneinheit 13 ist dieser Winkel kleiner. Dies ist durch das trapezförmige Sichtfeld 100 (2) bedingt bzw. entspricht dem trapezförmigen Sichtfeld. An der Pupillenposition 323 ist die Linseneinheit 13 nun ausgebildet, nicht nur den maximalen horizontalen Sichtwinkel 322 zu ermöglichen, das heißt den entsprechenden Sichtstrahl geeignet umzulenken, sondern alle horizontalen Sichtwinkel von 0° bis zu dem maximalen horizontalen Sichtwinkel 322. Beispielsweise muss auch der horizontale Sichtwinkel 312 auf die Position 323 abgebildet werden, wodurch sich die Sichtstrahlen 316, 316' ergeben.Analogously, the maximum horizontal deflection angle 312 can also be determined for the pupil position 313, i.e. the vertically lowest visual beam. Due to the greater optical distance of the pupil position 313 compared to the pupil position 323 from the lens unit 13, this angle is smaller. This is due to the trapezoidal field of view 100 ( 2 ) conditional or corresponds to the trapezoidal field of view. At the pupil position 323, the lens unit 13 is now designed to enable not only the maximum horizontal viewing angle 322, that is to say to appropriately redirect the corresponding viewing beam, but also all horizontal viewing angles from 0° up to the maximum horizontal viewing angle 322. For example, the horizontal viewing angle must also be 312 are mapped to position 323, resulting in the viewing rays 316, 316 '.

Wird diese hier an einem beispielhaften Sichtstrahl dargestellte Überlegung mit sämtlichen Sichtstrahlen durchgeführt, dann resultiert daraus die notwendige Pupillengröße, die im Fall des horizontalen Sichtwinkels 312 am größten ist, entsprechend einer größeren horizontalen Breite 314 der Eyebox. Für den grö-ßeren horizontalen Sichtwinkel 322 ergibt sich entsprechend eine kleinere horizontale Breite 324 für die Eyebox. In der Mitte der dargestellten Konstruktionsskizze sind die horizontalen Breiten der Eyeboxen für unterschiedliche maximale Winkel konstruiert. Aus der Darstellung geht aus der Anordnung der Kennzeichnungen der Breiten 331, aus welchen die horizontalen Breiten 314, 324 der Eyebox ersichtlich sind, hervor, dass die notwendigen horizontalen Breiten in nichtlinearer Weise zu mittleren Winkeln hin, zunehmen. Dies ist vorteilhaft, da die Optimierung der Brillen-Anzeigevorrichtung 0 für größere Sichtwinkel schwieriger ist, als die Optimierung für mittlere Winkel. Die Funktion der Breite b ist in 4 noch einmal als Funktion des horizontalen Sichtwinkels, der Horizontalkomponente des Sichtwinkels, aufgetragen.If this consideration shown here is carried out using an exemplary visual ray with all visual rays, then this results in the necessary pupil size, which is largest in the case of the horizontal viewing angle 312, corresponding to a larger horizontal width 314 of the eyebox. For the larger horizontal viewing angle 322, there is a correspondingly smaller horizontal width 324 for the eyebox. In the middle of the construction sketch shown, the horizontal widths of the eyeboxes are designed for different maximum angles. From the illustration, it is clear from the arrangement of the markings of the widths 331, from which the horizontal widths 314, 324 of the eyebox can be seen, that the necessary horizontal widths increase in a non-linear manner towards medium angles. This is advantageous because optimizing the glasses display device 0 for larger viewing angles is more difficult than optimizing for medium angles. The function of the width b is in 4 plotted again as a function of the horizontal viewing angle, the horizontal component of the viewing angle.

Die somit nicht konstante, variierende horizontale Breite 314, 324 der Eyebox hat zur Folge, dass der Abstrahlwinkel 352, 362 der beispielhaft gewählten Bildpunkte 351 und 361 auf der zeilenförmigen Bildschirmeinheit 29 eine unterschiedlich breite Winkel-Abstrahlcharakteristik benötigt. Der Winkelbereich 352, der mit dem Bildpunkt 351 korrespondiert, der die größere horizontale Eyebox hat, ist entsprechend deutlich größer, als der Winkelbereich 362 für Pixel 361, der nur eine kleinere horizontale Breite für die Eyebox implementiert. Somit ist es vorteilhaft, die Winkel-Abstrahlcharakteristik der unterschiedlichen Bildpunkte 351, 361 entsprechend kontinuierlich oder in Gruppen entlang der Haupterstreckungsrichtung der linearen Bildschirmeinheit 29 vorzugeben. Dies kann genutzt werden, um Energie zu sparen und Streulicht zu vermeiden. Eine entsprechende beispielhafte Ausprägung ist in 5 dargestellt.The result of the non-constant, varying horizontal width 314, 324 of the eyebox is that the radiation angle 352, 362 of the image points 351 and 361 selected as an example on the line-shaped screen unit 29 requires a different width angle radiation characteristic. The angular range 352, which corresponds to the pixel 351, which has the larger horizontal eyebox, is correspondingly significantly larger than the angular range 362 for pixel 361, which only implements a smaller horizontal width for the eyebox. It is therefore advantageous to adjust the angle radiation characteristics of the different pixels 351, 361 accordingly continuously or in groups along the main extension direction of the linear screen unit 29. This can be used to save energy and avoid scattered light. A corresponding exemplary expression is in 5 shown.

In 4 ist die horizontale Breite der Eyebox in Millimeter in Abhängigkeit über die horizontale Komponente des jeweiligen Sichtwinkels eines Auges in Graphen aufgetragen. Im gezeigten Beispiel kann dabei von einem ausgehend von einer geraden Blickrichtung des Nutzers nach links und rechts gleich ausgebildeten, symmetrischen virtuell ergänzbaren Sichtfeld und somit einem symmetrischen Größenverlauf der Eyebox ausgegangen werden. Wenn dann beispielsweise ein positiver eingetragener Winkel des Sichtfeldes einem Blick nach rechts entspricht, kann die Größe der Eyebox für Winkel, welche einem Blick nach links entsprechen, durch eine Spiegelung der Graphen 41, 42 an der y-Achse bestimmt werden. Der Graph 42 ist dabei in seiner Form zu Graph 41 identisch, berücksichtigt allerdings eine zusätzliche konstante Verbreiterung 33 der Eyebox, um eine noch breitere Eyebox zu optimieren, z.B. um Augenpupillen mit einem Durchmesser von 2-5 mm zu berücksichtigen oder um unterschiedliche Augenabstände zu kompensieren, d.h. Pupillenpositionen zu ermöglichen die gegenüber dem nominalen Design-Abstand verschoben sind.. Durch den Aufbau der Brillen-Anzeigevorrichtung 0 und das im gezeigten Beispiel gezeigte trapezförmige Sichtfeld 100 ergibt sich die maximale horizontale Breite der Eyebox ungefähr bei der Hälfte der maximalen horizontalen Erstreckung des Sichtwinkels an Winkelposition 43. Zu größeren Sichtwinkeln hin nimmt die horizontale Breite der Eyebox wieder ab und erreicht schließlich ein Minimum am maximalen Betrachtungswinkel an Position 44, vorliegend bei 40°. Dies ist vorteilhaft, da die Anforderungen an die Linseneinheit 13 mit größerem Betrachtungswinkel steigen, wenn eine größere Breite der Eyebox erreicht werden soll.In 4 The horizontal width of the eyebox in millimeters is plotted in graphs as a function of the horizontal component of the respective visual angle of an eye. In the example shown, it can be assumed that, starting from a straight line of sight of the user to the left and right, a symmetrical field of vision that can be virtually supplemented and thus a symmetrical size progression of the eyebox can be assumed. If, for example, a positive entered angle of the field of view corresponds to a view to the right, the size of the eyebox for angles which correspond to a view to the left can be determined by mirroring the graphs 41, 42 on the y-axis. The graph 42 is identical in shape to graph 41, but takes into account an additional constant widening 33 of the eyebox in order to optimize an even wider eyebox, for example to take into account eye pupils with a diameter of 2-5 mm or to compensate for different distances between the eyes , ie to enable pupil positions that are shifted compared to the nominal design distance. Due to the structure of the glasses display device 0 and the trapezoidal field of view 100 shown in the example shown, the maximum horizontal width of the eyebox results in approximately half of the maximum horizontal extent of the Viewing angle at angle position 43. Towards larger viewing angles, the horizontal width of the eyebox decreases again and finally reaches a minimum at the maximum viewing angle at position 44, in this case at 40°. This is advantageous because the demands on the lens unit 13 increase with a larger viewing angle if a larger width of the eyebox is to be achieved.

In den 5a) bis d) werden beispielhafte Anordnungen von Lichtquellen, hier in Mikro-LEDs, mit unterschiedlichen Abmessungen gezeigt. Dabei hängt der effektiv wirksame Winkelbereich der Mikro-LED-Bildpunkte 51, 52, in welchem abgestrahltes Licht tatsächlich im Auge 20 des Betrachters ankommt, von der jeweiligen Größe der Eyebox ab. Die hier vorgeschlagene optische Anordnung der Brillen-Anzeigeeinheit 0 mit der zeilenförmigen Bildschirmeinheit 29 und der Strahlteilereinheit 10 als eindimensionale Pupillenerweiterung hat quer zur Haupterstreckungsrichtung der Bildschirmeinheit 29 eine konstante Größe 211 der Apertur (1). Daher haben alle Lichtquellen, Mikro-LEDs, identische Abmessungen 57 in diese Richtung. Orthogonal dazu, entlang der Reihe und somit entlang des horizontalen Sichtwinkels, variiert die Breite der Eyebox jedoch, weswegen des vorteilhaft ist, unterschiedliche emittierende Winkelbereiche, 513, 523 zu realisieren, was in den beiden 5a) und 5b) gezeigt ist. Die Winkelbereiche können in ihrer Größe kontinuierlich, und damit für jede Position der Bildpunkte 51, 52 einzeln an die jeweiligen lokalen Erfordernisse angepasst werden, oder als technischer Kompromiss in Gruppen von Bildpunkten 51, 52, wie es in 5d) mit der Gruppe 53 und 54 umgesetzt ist.In the 5a) until d ) exemplary arrangements of light sources, here in micro-LEDs, with different dimensions are shown. The effective angular range of the micro-LED pixels 51, 52, in which emitted light actually reaches the viewer's eye 20, depends on the respective size of the eyebox. The optical arrangement of the glasses display unit 0 proposed here with the line-shaped screen unit 29 and the beam splitter unit 10 as a one-dimensional pupil expansion has a constant size 211 of the aperture transversely to the main extension direction of the screen unit 29 ( 1 ). Therefore, all light sources, micro-LEDs, have identical dimensions 57 in this direction. However, the width of the eyebox varies orthogonally, along the row and thus along the horizontal viewing angle, which is why it is advantageous to realize different emitting angular ranges, 513, 523, which is in the two 5a) and 5b) is shown. The size of the angular ranges can be adjusted continuously, and thus individually for each position of the pixels 51, 52, to the respective local requirements, or as a technical compromise in groups of pixels 51, 52, as in 5d ) is implemented with groups 53 and 54.

In 5a) ist ein Mikro-LED-Bildpunkt 51 auf einem Substrat 50 mit einer hier als Mikro-Linse 56 ausgeführten Mikro-Optik dargestellt, welche das Licht bündelt. Dazu ist die Mikro-Optik 56 größer ausgeprägt als der Licht-emittierende Bildpunkt 51, und die Mikro-Optik besitzt eine beispielhafte Brennweite. Die Mikro-Optik kann beispielsweise eine Mikro-Linse sein oder ein Mikro-Reflektor. Das Licht kann jedoch auch mit weiteren optischen Elementen konzentriert werden, beispielsweise mit diffraktiven optischen Elementen. In 5a) wird die Längen-Abmessung 511 genutzt, um das Licht im Wesentlichen in den Winkelbereich 513 abzustrahlen, begrenzt durch die Randstrahlen 512. Im Gegensatz dazu ist in 5b) ein Aufbau mit veränderter, nämlich hier verkleinerter Längen-Abmessung 521 der Mikro-LED 52 gezeigt. Dadurch ergibt sich ein im Vergleich zu Winkelbereich 513 kleinerer Winkelbereich 523, der dann durch den Randstrahl 522 begrenzt wird. Entsprechend kann durch die geeignete Wahl der Längen-Abmessung 511, 521 und gegebenenfalls auch der Linsenform der jeweilige Winkelbereich 512, 522 optimal eingestellt werden.In 5a) a micro-LED pixel 51 is shown on a substrate 50 with micro-optics, designed here as a micro-lens 56, which concentrates the light. For this purpose, the micro-optics 56 is larger than the light-emitting image point 51, and the micro-optics has an exemplary focal length. The micro-optics can be, for example, a micro-lens or a micro-reflector. However, the light can also be concentrated using other optical elements, for example using diffractive optical elements. In 5a) the length dimension 511 is used to emit the light essentially into the angular range 513, limited by the edge rays 512. In contrast, in 5b) a structure with a changed, namely here reduced length dimension 521 of the micro-LED 52 is shown. This results in a smaller angular range 523 compared to angular range 513, which is then limited by the edge beam 522. Accordingly, the respective angular range 512, 522 can be optimally adjusted through the appropriate choice of the length dimension 511, 521 and, if necessary, also the lens shape.

In 5c) sind die Mikro-LED-Bildpunkte 52, 51 der 5a) und 5b) aus einer anderen Perspektive gezeigt. Als Mikro-Optik ist hier eine Mikro-Linse 56 mit rotationssymmetrischer Linsenform gezeigt. Dies ist jedoch nur eine beispielhafte Ausführungsform, in welcher die Mikro-Linsen 56 identisch ausgeprägt sind. Alternativ können auch die Mikro-LEDs 51, 52 mit konstanten Längen-Abmessungen 511, 521 gefertigt werden und entsprechend Mikro-Optiken 56 mit zwei von einer Rotationssymmetrie unterschiedlich abweichenden Linsenformen genutzt werden, um den effektiven nutzbaren Winkelbereich 513, 523 für die beiden Mikro-LED-Pixel 51, 52 unterschiedlich einzustellen. Auch ist es beispielsweise möglich Zylinderlinsen zu verwenden und somit nur einen Wellenlängenbereich im Winkel einzuschränken, wobei es vorteilhaft ist die Zylinderlinse entlang der Zeile in y-Richtung auszurichten.In 5c ) are the micro-LED pixels 52, 51 of 5a) and 5b) shown from a different perspective. A micro lens 56 with a rotationally symmetrical lens shape is shown here as micro optics. However, this is only an exemplary embodiment in which the micro-lenses 56 are identical. Alternatively, the micro-LEDs 51, 52 can also be manufactured with constant length dimensions 511, 521 and corresponding micro-optics 56 with two lens shapes that deviate from rotational symmetry can be used in order to determine the effective usable angular range 513, 523 for the two micro- LED pixels 51, 52 can be set differently. It is also possible, for example, to use cylindrical lenses and thus limit the angle to only one wavelength range, whereby it is advantageous to align the cylindrical lens along the line in the y-direction.

In 5d) ist die Variation des Abstrahlwinkels 513, 523 entlang der linienförmigen Bildschirmeinheit 29 in y-Richtung als Haupterstreckungsrichtung für ein Auge dargestellt. Dabei wird die Länge oder Längen-Abmessung 511, 521 der Mikro-LEDs 51, 52 in der y-Richtung variiert, wie schon in den 5a), 5b), 5c) beispielhaft gezeigt. Dabei sind vorliegend die Längenabmessungen 511, 521 der Lichtquellen in einem Zentralabschnitt 53* und zwei Endabschnitten 53', 53" kleiner als in den beiden je zwischen Zentralabschnitt 53* und je einem Endabschnitt 53', 53" angeordneten Zwischenabschnitten 54', 54". Vorliegend genügen somit zwei Typen von Mikro-LEDs 51, 52. Für den zentralen horizontalen Sichtstrahlgang 551 ist nämlich die kleine horizontale Breite der Eyebox ausreichend, weswegen schmale LEDs wie das Mikro-LED 52 ausreichend sind. Zum mittleren horizontalen Sichtwinkel 556 mit Sichtstrahlengang 552 hin ist eine breitere Eyebox günstig, weswegen ein breiterer Typ von Mikro-LEDs 51 hier verwendet wird. Für horizontale sehr breite Sichtwinkel 554 mit Sichtstrahlengang 553 sind ab einer gewissen Position wieder die kleineren schmalen Mikro-LEDs ausreichend. Die Größe der unterschiedlichen Bereiche 53*, 53', 53", 54', 54" wird so festgelegt, dass die breiten Mikro-LEDs 51 nur solange verwendet werden, wie es für die entsprechende Eyebox erforderlich ist, und sobald wie möglich wieder auf die schmaleren Mikro-LEDs 52 gewechselt wird.In 5d ) the variation of the radiation angle 513, 523 along the line-shaped screen unit 29 in the y-direction is shown as the main extension direction for an eye. The length or length dimension is 511, 521 of the micro-LEDs 51, 52 varies in the y-direction, as already in the 5a) , 5b) , 5c ) shown as an example. In the present case, the length dimensions 511, 521 of the light sources in a central section 53* and two end sections 53', 53" are smaller than in the two intermediate sections 54', 54" arranged between the central section 53* and one end section 53', 53". In the present case, two types of micro-LEDs 51, 52 are sufficient. For the central horizontal viewing beam path 551, the small horizontal width of the eyebox is sufficient, which is why narrow LEDs such as the micro-LED 52 are sufficient. Towards the middle horizontal viewing angle 556 with viewing beam path 552 a wider eyebox is favorable, which is why a wider type of micro-LEDs 51 is used here. For horizontal, very wide viewing angles 554 with a viewing beam path 553, the smaller, narrow micro-LEDs are sufficient from a certain position onwards. The size of the different areas 53*, 53', 53", 54', 54" is determined in such a way that the wide micro-LEDs 51 are only used as long as it is required for the corresponding eyebox and the narrower micro-LEDs 52 are switched back to as soon as possible .

Insgesamt lässt sich festhalten, dass die Kombination des länglichen Aufbaus, das heißt der zeilenförmigen Bildschirmeinheit mit der entsprechend länglichen Linseneinheit und der Strahlteilereinheit als eindimensionale Pupillenerweiterung in Kombination mit dem sich nach unten verjüngenden, insbesondere trapezförmigen Sichtfeld, den Vorteil liefert, dass die horizontal breiteste Eyebox, welche auch als „breiteste Pupille“ bezeichnet werden kann, nicht für den horizontal breitesten oder größten Sichtblickwinkel optimiert werden muss, sondern nur ungefähr für den Blickwinkel mit der im Vergleich dazu halben Größe. Dadurch ergeben sich weitere Vorteile. Es ist nämlich umso schwerer, eine Optik zu optimieren, je breiter das Sichtfeld ist, und je größer die Eyebox ist. In der Praxis heißt das, dass für eine gewünschte Auflösung mehr optische Flächen zur Korrektur eingesetzt werden müssen oder die Auflösung schlechter wird. Da der Stereosichtbereich aufgrund der Nase im oberen Bereich größer ausgeprägt ist als für die vertikal unteren Blickwinkel, ist ein trapezförmiges Sichtfeld auch ergonomischer. Entsprechend kann eine vergleichsweise große Optik verwendet werden, so dass eine eindimensionale Pupillenerweiterung mittels Strahlteilereinheit ausreichend ist. Dadurch wird wiederum die Lichteffizienz deutlich gesteigert. Überdies können so die Abstrahl-Charakteristiken der Licht-emittierenden Pixel an die Größe der Eyebox in Abhängigkeit der Größe des horizontalen Winkels angepasst werden und somit wieder Licht bzw. elektrische Verlustleistung eingespart werden und zusätzlich Streulicht vermindert werden. Hierzu können Licht emittierende Bildpunkte mit einem größeren Winkel-Abstrahlbereich dort eingesetzt werden, wo die Eyebox groß ist, und Licht emittierende Pixel mit einem kleineren Winkel-Abstrahlbereich, wo die Eyebox klein ist.Overall, it can be stated that the combination of the elongated structure, that is to say the line-shaped screen unit with the correspondingly elongated lens unit and the beam splitter unit as a one-dimensional pupil expansion in combination with the downwardly tapering, in particular trapezoidal field of view, provides the advantage that the horizontally widest eyebox , which can also be referred to as the “widest pupil”, does not have to be optimized for the horizontally widest or largest viewing angle, but only approximately for the viewing angle with half the size in comparison. This results in further advantages. The wider the field of vision and the larger the eyebox, the more difficult it is to optimize an optic. In practice, this means that in order to achieve the desired resolution, more optical surfaces have to be used for correction or the resolution becomes worse. Since the stereo viewing area is larger in the upper area due to the nose than for the vertically lower viewing angles, a trapezoidal field of view is also more ergonomic. Accordingly, comparatively large optics can be used, so that a one-dimensional pupil expansion using a beam splitter unit is sufficient. This in turn significantly increases the lighting efficiency. In addition, the radiation characteristics of the light-emitting pixels can be adapted to the size of the eyebox depending on the size of the horizontal angle, thus saving light or electrical power loss and also reducing scattered light. For this purpose, light-emitting pixels with a larger angular emission range can be used where the eyebox is large, and light-emitting pixels with a smaller angular emission range where the eyebox is small.

Claims

Glasses display device (0) for displaying a virtual image in a field of view of the glasses display device (0) that can be virtually expanded for a user, with - a line-shaped screen unit (29) for emitting a light as computer-generated image information; - a lens unit (13) for collimating the light emitted by the line-shaped screen unit (29); - a beam splitter unit (10) for deflecting the collimated light towards the user into a spatial area in which a pupil of the user is arranged when the glasses display device (0) is used as intended, with a horizontal width of the virtually expandable field of view in a vertical direction lower area is smaller than in an upper area in the vertical direction, characterized in that the beam splitter unit (10) is a scanning beam splitter unit (10) and the glasses display device (0) is a control unit for controlling the beam splitter unit (10) and the screen unit (29 ), wherein the control unit is designed to switch off one or more pixels in at least one edge region of the screen unit (29) when scanning the virtually expandable viewing area in the lower area or to switch off all pixels of the screen unit (29) only when scanning the virtually expandable viewing area in the upper area. to activate.

Glasses display device (0) according to the preceding claim, characterized in that the horizontal width of the virtually expandable field of view increases monotonically from the lower region to the upper region, in particular the virtually supplementable field of vision has the shape of a trapezoid.

Glasses display device (0) according to one of the preceding claims, characterized in that the line-shaped screen unit (29) has at least one row of light sources (51, 52), in particular LEDs, which have light emission surfaces of at least two different dimensions, preferably with at least two length dimensions (511, 521) of the light sources measured in the main extension direction of the line-shaped screen unit (29), particularly preferably only the length dimensions (511, 521) of the light sources measured in the main extension direction of the line-shaped screen unit (29) being different are big.

Glasses display device (0) according to one of the preceding claims, characterized in that the line-shaped screen unit (29) has at least one row of microlenses (56) assigned to respective light sources, the microlenses of a row having at least two lens shapes that deviate to different degrees from a rotational symmetry .

Glasses display device (0) according to one of the two preceding claims, characterized in that the line-shaped screen unit (29) has a central section (53*), a first and a second end section (53', 53"), and a first and a second Intermediate section (54', 54"), wherein the first intermediate section is arranged in the main extension direction of the screen unit (29) between the first end section and the central section and the second intermediate section is arranged in the main extension direction of the screen unit (29) between the second end section and the central section , wherein - the length dimensions of the light sources in the central section and / or the end sections are smaller than in the two intermediate sections, and / or - the microlenses in the central section and / or the end sections deviate from rotational symmetry less than in the two intermediate sections .

Glasses display device (0) according to one of the preceding claims, characterized in that the beam splitter unit (10) has a plurality of semi-transparent beam splitter unit elements (10') arranged one above the other in the vertical direction, the respective horizontal width of which is smaller in a lower region in the vertical direction than in an upper region in the vertical direction.

Glasses display device (0) according to one of the preceding claims, characterized in that a predetermined eye box for the spatial area in which the user's one pupil or two pupils are arranged when the glasses display device (0) is used as intended is a predetermined one Minimum image quality is defined, wherein a horizontal width of the eye box varies locally depending on a deflection angle of the light deflected at the beam splitter unit (10).

Glasses display device (0) according to the preceding claim, characterized in that the horizontal width of the eye box is smallest for the horizontally widest deflection angle or angles (554) and/or for the horizontally smallest deflection angle, and for one deflection angle -The area around the horizontally middle deflection angle (556), which has half the value of the horizontally widest deflection angle, is largest.

Glasses display device (0) according to the preceding claim, characterized in that the horizontally widest deflection angle is 40° +/-10°, in particular 40° +/-5°, and the horizontally average deflection angle is 20° +/ -5°, especially 20° +/-2.5°.

Glasses display device (0) according to one of the preceding claims, characterized in that the virtually expandable field of view for the user's respective eye is designed to be horizontally asymmetrical with respect to a central viewing axis, which is determined when used as intended by a user with a straight-ahead gaze, whereby in particular a horizontal component of the horizontally widest deflection angle inwards towards the nose is less than a horizontal component of the horizontally widest deflection angle outwards away from the nose.