DE102022005092B3

DE102022005092B3 - Glasses display system with thread kinematics suitable for displaying a virtual image in a user's field of vision and method for producing and/or calibrating such a system

Info

Publication number: DE102022005092B3
Application number: DE102022005092.7A
Authority: DE
Inventors: Miro Taphanel
Original assignee: Viaholo GmbH
Current assignee: Viaholo GmbH
Priority date: 2022-11-17
Filing date: 2022-11-17
Publication date: 2024-01-11
Anticipated expiration: 2042-11-18

Abstract

Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Brillen-Anzeige-System (1) zum Anzeigen eines virtuellen Bildes in einem Sichtfeld eines Nutzers, mit einer Bildschirmeinheit (110) zum Abstrahlen eines Lichtes (112) als computergenerierte Bildinformation in eine Abstrahlrichtung (-z); mit einer Abtast-Umlenkeinheit (3) zum Abtasten der Bildschirmeinheit (110) und zum Umlenken der von der abgetasteten Bildschirmeinheit (110) abgestrahlten computergenerierten Bildinformation in ein Auge (10) des Nutzers, wobei die Abtast-Umlenkeinheit (3) zumindest zwei in der Abstrahlrichtung (-z) des Lichtes hintereinander angeordnete Strahlteiler-Elemente (11) mit einer jeweiligen teildurchlässigen Spiegelschicht aufweist, wobei die Strahlteiler-Elemente (11) beweglich gelagert sind, um eine jeweilige Mittelposition (116') herum entlang einer Kippachse (15) verkippbar zwischen zwei Umkehrpositionen (116), an welchen eine Kipp-Geschwindigkeit der Strahlteiler-Elemente (11) bei bestimmungsgemäßem Gebrauch Null ist; wobei die Abtast-Umlenkeinheit (3) zumindest ein Faden-Element (16) aufweist, welches je zwei oder mehr Strahlteiler-Elemente (11) mechanisch miteinander koppelt, und dazu ausgebildet ist, bei Bewegen der durch das Faden-Element (16) gekoppelten Strahlteiler-Elemente (11) um die Kippachse (15) die durch das Faden-Element (16) gekoppelten Strahlteiler-Elemente (11) in einer Parallel-Position zu halten, um ein störungs- oder artefaktfreies virtuelles Bild in einem möglichst großem Sichtfeld eines Nutzers anzuzeigen.The present disclosure relates to a glasses display system (1) for displaying a virtual image in a user's field of vision, having a screen unit (110) for emitting a light (112) as computer-generated image information in an emission direction (-z); with a scanning-deflection unit (3) for scanning the screen unit (110) and for deflecting the computer-generated image information emitted by the scanned screen unit (110) into an eye (10) of the user, the scanning-deflection unit (3) having at least two in the Emission direction (-z) of the light has beam splitter elements (11) arranged one behind the other with a respective partially transparent mirror layer, the beam splitter elements (11) being movably mounted and tiltable around a respective central position (116 ') along a tilting axis (15). between two reversal positions (116), at which a tilting speed of the beam splitter elements (11) is zero when used as intended; wherein the scanning deflection unit (3) has at least one thread element (16), which mechanically couples two or more beam splitter elements (11) to one another, and is designed to move the beam splitter elements (11) coupled by the thread element (16) when moving Beam splitter elements (11) to hold the beam splitter elements (11) coupled by the thread element (16) in a parallel position around the tilt axis (15) in order to create a virtual image free of interference or artifacts in the largest possible field of view user.

Description

Die Erfindung betrifft ein Brillen-Anzeige-System zum Anzeigen eines virtuellen Bildes in einem Sichtfeld eines Nutzers, welche auch als Brillen-Anzeigevorrichtung oder Augmented-Reality-Brillen-Anzeigevorrichtung, verkürzt Reality-Brille (AR-Brille), bezeichnet werden kann. Diese weist eine Linien-Bildschirmeinheit zum Abstrahlen eines Lichtes als computergenerierte Bildinformation in eine Abstrahlrichtung sowie eine Abtast-Umlenkeinheit zum Abtasten der Bildschirmeinheit und zum Umlenken der von der abgetasteten Bildschirmeinheit computergenerierten Bildinformation in ein Auge des Nutzers auf. Dabei weist die Abtast-Umlenkeinheit zumindest zwei in der Abstrahlrichtung des Lichtes hintereinander angeordnete Strahlteiler-Elemente mit einer jeweiligen für das von der Bildschirmeinheit abgestrahlte Licht teildurchlässigen Spiegelschicht auf, wobei die Strahlteiler-Elemente beweglich gelagert sind, und zwar um eine jeweilige Mittelposition herum entlang einer Kippachse verkippbar zwischen zwei Umkehrpositionen, an welchen die Kippgeschwindigkeit der Strahlteiler-Elemente bei bestimmungsgemäßem Gebrauch null ist.The invention relates to a glasses display system for displaying a virtual image in a user's field of vision, which can also be referred to as a glasses display device or augmented reality glasses display device, or reality glasses (AR glasses) for short. This has a line screen unit for emitting light as computer-generated image information in a radiation direction and a scanning deflection unit for scanning the screen unit and for deflecting the image information computer-generated by the scanned screen unit into one of the user's eyes. The scanning deflection unit has at least two beam splitter elements arranged one behind the other in the emission direction of the light, each with a respective mirror layer that is partially transparent to the light emitted by the screen unit, the beam splitter elements being movably mounted, namely around a respective central position along a Tilting axis can be tilted between two reversal positions, at which the tilting speed of the beam splitter elements is zero when used as intended.

Mittels Augmented-Reality-(AR)-Brillen kann dem Licht der natürlichen Umgebung, d. h. dem Licht aus einem Sichtfeld eines Nutzers der AR-Brille, ein virtuelles Bild überlagert werden. Es besteht so die Möglichkeit, die menschliche Wahrnehmung zu täuschen, indem sich virtuelle Objekte in die reale Welt einbetten, „einspiegeln“, lassen. Technisch wird dabei Licht eines Displays als virtuelles Bild pro Auge mittels durchlässiger Strahlteiler-Technologie eingespiegelt. Wünschenswert ist es hier, im gesamten natürlichen menschlichen Sichtfeld des Nutzers störungsfrei virtuelle Objekte einspiegeln zu können. Eine beispielhafte Brillen-Anzeigevorrichtung ist in der DE 10 2021 206 209 B3 beschrieben.Using augmented reality (AR) glasses, a virtual image can be superimposed on the light of the natural environment, ie the light from a user's field of vision of the AR glasses. There is thus the possibility of deceiving human perception by allowing virtual objects to be embedded, “mirrored,” into the real world. Technically, light from a display is reflected as a virtual image per eye using transparent beam splitter technology. What is desirable here is to be able to reflect virtual objects in the user's entire natural human field of vision without interference. An exemplary eyeglass display device is in the DE 10 2021 206 209 B3 described.

Die US 2022 0 035 167 A1 zeigt eine Augmented-Reality-Brille mit einer radialen, wabenförmigen oder ringförmigen Anordnung von selektiv beweglichen reflektierenden Elementen. Diese reflektierenden Elemente können jeweils von einer ersten Konfiguration, die parallel zu einer Sichtlinie eines Auges verläuft, in eine zweite Konfiguration bewegt werden, die senkrecht zu dieser Sichtlinie verläuft. Die zweite Konfiguration reflektiert Licht, das dem Auge ein virtuelles Bild zeigt, und blockiert Umgebungslicht im Bereich des virtuellen Bildes.The US 2022 0 035 167 A1 shows augmented reality glasses with a radial, honeycomb or ring-shaped arrangement of selectively movable reflective elements. These reflective elements can each be moved from a first configuration that is parallel to a line of sight of an eye to a second configuration that is perpendicular to that line of sight. The second configuration reflects light that presents a virtual image to the eye and blocks ambient light in the area of the virtual image.

Eine Problematik ist hier, dass die für störungs- oder artefaktfreie virtuelle Objekte erforderliche Genauigkeit für das Abtasten der Bildschirmeinheit sehr hoch ist. Bekannt sind hier beispielsweise aus dem Fraunhofer Forschungsprojekt LAMDA scannende MEMS Spiegel, welche elektronisch durch eine Regelung parallel zueinander bewegt werden, und zwar mit der Absicht, eine grö-ßere Gesamtapparatur zu realisieren und dabei trotzdem die Vorteile kleiner mikroelektronischer Spiegelsysteme zu nutzen, wie beispielsweise eine hohe Eigenfrequenz und ein siliziumbasierter Fertigungsprozess. Dabei bedingen die sehr hohen Anforderungen an die mechanische Fertigung eine Fertigung mittels Halbleitertechnologie. Einerseits ist dadurch das Material auf Silizium als Spiegelsubstrat beschränkt, andererseits sind die räumlichen Dimensionen dort sehr beschränkt.One problem here is that the accuracy required for scanning the screen unit for interference-free or artifact-free virtual objects is very high. Known here, for example, from the Fraunhofer research project LAMDA are scanning MEMS mirrors, which are moved electronically parallel to each other by a control system with the intention of realizing a larger overall apparatus while still using the advantages of small microelectronic mirror systems, such as a high natural frequency and a silicon-based manufacturing process. The very high demands on mechanical production require production using semiconductor technology. On the one hand, the material is limited to silicon as a mirror substrate, but on the other hand, the spatial dimensions there are very limited.

Es stellt sich somit die Aufgabe, ein Brillen-Anzeige-System zum Anzeigen eines störungs- oder artefaktfreien virtuellen Bildes in einem möglichst großem Sichtfeld eines Nutzers bereitzustellen.The task is therefore to provide a glasses display system for displaying an interference-free or artifact-free virtual image in the largest possible field of vision of a user.

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

Ein Aspekt betrifft ein Brillen-Anzeige-System zum Anzeigen eines virtuellen Bildes in einem Sichtfeld eines Nutzers, d. h. eine AR-Brille. Diese weist eine Linien-Bildschirmeinheit zum Abstrahlen eines Lichtes als computergenerierte Bildinformation in eine Abstrahlrichtung auf. Die Abstrahlrichtung ist bei bestimmungsgemäßem Gebrauch eine Vertikalrichtung. Die Abstrahlrichtung kann dabei als mittlere Richtung eines emittierten nichtparallelen Lichtbündels als abgestrahltes Licht verstanden werden. Zum Parallelisieren des abgestrahlten Lichtes kann in einem Strahlgang des Lichtes zwischen Bildschirmeinheit und der unten beschriebenen Abtast-Einheit entsprechend ein oder mehrere Linsen-Elemente, insbesondere eine oder mehrere Freiform-Linsen-Elemente angeordnet sein. Die Linien-Bildschirmeinheit kann auch als zeilenförmige Bildschirmeinheit bezeichnet werden, da sie zu einem vorgegeben Zeitpunkt lediglich eine oder wenige Zeilen eines anzuzeigenden zweidimensionalen (2D) Bildes darstellen kann. Die zweite Dimension des anzuzeigenden Bildes wird durch eine Darstellung weiterer Zeilen des anzuzeigenden Bildes zu anderen Zeitpunkten erschlossen. Dabei kann eine Länge als Haupterstreckungsrichtung der zeilenförmigen Bildschirmeinheit um mindestens eine Größenordnung, d. h., den Faktor 10, insbesondere um zumindest 1,5 Größenordnungen, also den Faktor 50, größer sein als eine quer zur Länge verlaufende Breite der zeilenförmigen Bildschirmeinheit. Insbesondere verlaufen Breite und Länge der Bildschirmeinheit dabei quer, also im Wesentlichen senkrecht (senkrecht oder bis auf eine vorgegeben Abweichung senkrecht) zur Abstrahlrichtung.One aspect relates to a glasses display system for displaying a virtual image in a user's field of vision, i.e. H. AR glasses. This has a line screen unit for emitting light as computer-generated image information in an emission direction. When used as intended, the radiation direction is vertical. The emission direction can be understood as the mean direction of an emitted non-parallel light bundle as emitted light. To parallelize the emitted light, one or more lens elements, in particular one or more free-form lens elements, can be arranged in a beam path of the light between the screen unit and the scanning unit described below. The line screen unit can also be referred to as a line-shaped screen unit because it can display only one or a few lines of a two-dimensional (2D) image to be displayed at a given time. The second dimension of the image to be displayed is opened up by displaying further lines of the image to be displayed at other times. A length as the main extension direction of the line-shaped screen unit can be increased by at least one order of magnitude, i.e. that is, a factor of 10, in particular by at least 1.5 orders of magnitude, i.e. a factor of 50, larger than a width running transversely to the length of the line-shaped screen unit. In particular, the width and length of the screen unit run transversely, i.e. essentially perpendicularly (perpendicularly or, apart from a predetermined deviation, perpendicularly) to the radiation direction.

Das Brillen-Anzeige-System weist auch eine Abtast-Umlenkeinheit zum Abtasten der Bildschirmeinheit und zum Umlenken der von der abgetasteten Bildschirmeinheit abgestrahlten computergenerierten Bildinformation in eine von der Abstrahlrichtung verschiedene zweite Richtung in ein Augen des Nutzers auf. Die zweite Richtung kann dabei auch als Richtungsbereich verstanden werden, der verschiedene mögliche Positionen des Auges bei bestimmungsgemä-ßem Gebrauch, d.h., Positionen des Auges in einer sog. Eyebox, abdeckt, sowie eine Sollposition für die jeweils zu einem gegebenen Zeitpunkt von der Linien-Bildschirmeinheit dargestellte Zeile des 2D Bildes im Sichtfeld des Nutzers. Die zweite Richtung kann dabei als im Wesentlichen horizontale Richtung oder im Wesentlichen horizontaler Richtungsbereich verstanden werden. Die zweite Richtung oder der zweite Richtungsbereich ist dann entsprechend bis auf eine vorgegebene Abweichung von beispielsweise maximal 45 oder maximal 30 Grad bei bestimmungsgemäßem Gebrauch horizontal orientiert, d. h., der zweite Richtungsbereich umfasst dann ausschließlich Richtungen, welche von der Horizontalen um weniger als die vorgegebene Abweichung abweichen. Die vorgegebene Abweichung kann auch weniger, beispielsweise 25 oder 15 Grad betragen und einzeln für eine Abweichung von der Horizontalen in positiver und negativer Vertikalrichtung.The glasses display system also has a scanning deflection unit for scanning the screen unit and for deflecting the computer-generated image information emitted by the scanned screen unit into a second direction different from the emission direction into the user's eyes. The second direction can also be understood as a directional area that covers various possible positions of the eye when used as intended, ie positions of the eye in a so-called eyebox, as well as a target position for which the line is positioned at a given time. Screen unit displayed line of the 2D image in the user's field of vision. The second direction can be understood as a substantially horizontal direction or a substantially horizontal directional range. The second direction or the second directional range is then oriented horizontally up to a predetermined deviation of, for example, a maximum of 45 or a maximum of 30 degrees when used as intended, that is, the second directional range then exclusively includes directions which deviate from the horizontal by less than the predetermined deviation . The specified deviation can also be less, for example 25 or 15 degrees, and individually for a deviation from the horizontal in the positive and negative vertical directions.

Dabei weist die Abtast-Umlenkeinheit zumindest zwei, bevorzugt mehr als zwei, beispielsweise vier oder fünf oder sechs oder sieben oder acht oder neun oder zehn, in der Abstrahlrichtung des Lichtes hintereinander angeordnete Strahlteiler-Elemente mit einer jeweiligen für das von der Bildschirmeinheit abgestrahlte Licht teildurchlässigen Spiegelschicht auf. Die Strahlteiler-Elemente können dabei auch in der Abstrahlrichtung hintereinander in der horizontalen Richtung versetzt angeordnet sein. Dabei sind die Strahlteiler-Elemente beweglich gelagert, und zwar um eine jeweilige Mittelposition herum um oder entlang einer senkrecht zur Abstrahlrichtung und zur zweiten Richtung verlaufenden Kippachse verkippbar zwischen zwei Umkehrpositionen gelagert. An den Umkehrpositionen ist eine Kippgeschwindigkeit der Strahlteilerelemente bei bestimmungsgemäßem Gebrauch, bei welchem durch ein Hin- und Herkippen zwischen den beiden Umkehrpositionen ein Abtasten der Bildschirmeinheit bzw. ein Umlenken der computergenerierten Bildinformation an unterschiedliche Positionen in dem Auge des Nutzers realisiert wird, null. Die Kippachse verläuft dabei entlang einer Haupterstreckungsrichtung, einer Länge der Strahlteiler-Elemente. Da die Strahlteiler-Elemente nur in einer Dimension aktiv abtasten, nämlich der Dimension senkrecht zur Kippachse und somit senkrecht zur (Haupterstreckungsrichtung der) Linien-Bildschirmeinheit, kann die Abtast-Umlenkeinheit auch als eindimensionale (1D) Abtast-Umlenkeinheit bezeichnet werden.The scanning-deflection unit has at least two, preferably more than two, for example four or five or six or seven or eight or nine or ten, beam splitter elements arranged one behind the other in the emission direction of the light, each of which is partially transparent to the light emitted by the screen unit mirror layer. The beam splitter elements can also be arranged one behind the other in the horizontal direction in the radiation direction. The beam splitter elements are mounted movably, namely around a respective central position around or along a tilting axis running perpendicular to the radiation direction and to the second direction, tiltably mounted between two reversal positions. At the reversal positions, a tilting speed of the beam splitter elements is zero when used as intended, in which scanning of the screen unit or a redirection of the computer-generated image information to different positions in the user's eye is achieved by tilting back and forth between the two reversal positions. The tilt axis runs along a main extension direction, a length of the beam splitter elements. Since the beam splitter elements only actively scan in one dimension, namely the dimension perpendicular to the tilt axis and thus perpendicular to the (main extension direction of the) line screen unit, the scanning deflection unit can also be referred to as a one-dimensional (1D) scanning deflection unit.

Bildschirmeinheit und Abtast-Umlenkeinheit können an einer gemeinsamen Gestelleinheit, einer Brillengestell-Einheit angeordnet sein, mittels welcher das Brillen-Anzeige-System von dem Nutzer auf seinem Kopf getragen werden kann. Das Brillen-Anzeige-System kann eine Steuereinheit zum Steuern der Abtast-Umlenkeinheit und der Bildschirmeinheit aufweisen, welche die Winkelposition der Strahlteiler-Elemente basierend auf Sensordaten einer Sensoreinheit zum Erfassen der jeweiligen Winkelpositionen der Strahlteiler-Elemente mit den Bildinhalten des Zeilenbildschirms, d.h. dem als computergenerierte Bildinformation zu einem gegebenen Zeitpunkt abgestrahlten Licht, synchronisiert.Screen unit and scanning deflection unit can be arranged on a common frame unit, a glasses frame unit, by means of which the glasses display system can be worn by the user on his head. The glasses display system can have a control unit for controlling the scanning deflection unit and the screen unit, which determines the angular position of the beam splitter elements based on sensor data from a sensor unit for detecting the respective angular positions of the beam splitter elements with the image contents of the line screen, i.e. the as computer-generated image information at a given time emitted light, synchronized.

Die Abtast-Umlenkeinheit weist zumindest ein Faden-Element auf, welches je zwei oder mehr Strahlteiler-Elemente mechanisch miteinander koppelt und dazu ausgebildet ist, bei Bewegen der durch das Faden-Element gekoppelten Strahlteiler-Elemente um die Kippachse die durch das Faden-Element gekoppelten Strahlteiler-Elemente in einer (in einem Kalibrierverfahren wie weiter unten beschrieben) vorgegebenen Parallel-Position zu halten. Das Faden-Element realisiert dabei eine formschlüssige, auf Zug kraftschlüssig wirkende mechanische Verbindung zwischen den miteinander gekoppelten Strahlteiler-Elementen. Das Faden-Element kann als Faden im weiteren Sinne verstanden werden. Entsprechend kann das Faden-Element insbesondere aus Glasfaser, Polyethylen, Polyamid, Nylon, Stahl, rostfreiem Stahl, Carbonfaser, Aramid, Naturfaser (wie beispielsweise Seide oder Spinnenfäden) oder sonstigen Fasern bestehen, oder eine oder mehrere der genannten Komponenten umfassen. Auch kann das Faden-Element als Monofilament oder aber als Filamentbündel gewählt werden, sowie geflochten oder auf sonstige Art und Weise verzwirnt ausgeführt werden. Es muss auch kein runder Querschnitt für das oder die Faden-Elemente gewählt werden, das Faden-Element kann beispielsweise auch in Form eines Flachbandes ausgeführt werden. Ebenfalls als Faden-Element bezeichnet werden hier formschlüssige mechanische Verbindungen, welche durch dünne und damit fadenartige Ätzteile realisiert werden, beispielsweise durch aus Silicium, Glas, oder Metall geätzte Strukturen. Dadurch kann die mechanische Ankopplung des Faden-Elements in Form einer dünnen fadenartigen Struktur an die zugehörigen Strahlteiler-Elemente als gemeinsames Ätzteil integriert werden. Alternativ zu dieser Integration kann das Faden-Element mittels Kleben formschlüssig mit dem Strahlteiler-Element verbunden werden, wobei alternativ oder ergänzend weitere Fügeverfahren genutzt werden können wie beispielsweise Schweißen und/oder Knoten und/oder weitere.The scanning deflection unit has at least one thread element, which mechanically couples two or more beam splitter elements to one another and is designed to move the beam splitter elements coupled by the thread element about the tilting axis of the beam splitter elements coupled by the thread element To hold beam splitter elements in a predetermined parallel position (in a calibration process as described below). The thread element creates a positive mechanical connection between the beam splitter elements that are coupled to one another and has a force-locking effect when pulled. The thread element can be understood as a thread in a broader sense. Accordingly, the thread element can consist in particular of glass fiber, polyethylene, polyamide, nylon, steel, stainless steel, carbon fiber, aramid, natural fiber (such as silk or spider threads) or other fibers, or comprise one or more of the components mentioned. The thread element can also be chosen as a monofilament or as a filament bundle, as well as braided or twisted in some other way. It is also not necessary to choose a round cross-section for the thread element or elements; the thread element can also be designed, for example, in the form of a flat band. Also referred to here as thread elements are positive mechanical connections which are realized by thin and therefore thread-like etched parts, for example by structures etched from silicon, glass or metal. This allows the mechanical coupling of the thread element in the form of a thin thread-like structure to the associated beam splitter elements to be integrated as a common etched part. As an alternative to this integration, the thread element can be positively connected to the beam splitter element by means of gluing, whereby alternatively or additionally other joining methods can be used, such as welding and/or knots and/or others.

Das Faden-Element bezeichnet also eine im Vergleich zum Strahlteiler-Element dünne Struktur, welche eine mechanische Verbindung zwischen zwei bewegten nächstbenachbarten Strahlteiler-Elementen herstellt, dabei formschlüssig mit den jeweiligen Strahlteiler-Elementen verbunden ist und eine Relativbewegung der Strahlteiler-Elemente bevorzugt ausschließlich mittels einer elastischen Verformung ermöglicht. Dabei kann auch Federenergie durch das Faden-Element aufgenommen werden, welche bei einer schwingenden Bewegung der Strahlteiler-Elemente als beteiligtes Feder-Element kinematische Energie speichert und damit die Eigenfrequenz der gekoppelten Strahlteiler-Elemente beeinflusst.The thread element therefore refers to a thin structure compared to the beam splitter element, which establishes a mechanical connection between two moving, nearest beam splitter elements, is positively connected to the respective beam splitter elements and a relative movement of the beam splitter elements preferably exclusively by means of a elastic deformation allows. Spring energy can also be absorbed by the thread element, which stores kinematic energy as a spring element involved during an oscillating movement of the beam splitter elements and thus influences the natural frequency of the coupled beam splitter elements.

Das hat den Vorteil, dass nicht jedes Strahlteiler-Element einen eigenen Antrieb braucht, und entsprechend auch keine eigene Sensorik zum Erfassen einer jeweiligen Winkelposition des Strahlteiler-Elements. Entsprechend sinken die diesbezüglichen Anforderungen an die Fertigung und die Komplexität der Steuerung bzw. Regelung wird durch die mechanische Kopplung reduziert. Dies hat auch einen energiesparenden Aspekt, der bei mobilen Anwendungen wie dem Brillen-Anzeige-System stets besonders vorteilhaft ist. Der Ansatz ist auch materialunabhängig, so dass die Wahl des Spiegel-Substrats nicht eingeschränkt ist und entsprechend Materialien mit den besten optischen (teiltransparenten) Eigenschaften ausgewählt werden können. Die hier beschriebene Lösung eignet sich auch für im Vergleich zu den MEMS-Spiegeln sehr großen Strahlteiler-Elemente, so dass große Anzeigebereiche für virtuelle Objekte im Brillen-Anzeige-System erreicht werden. Des Weiteren ist die hier vorgestellte Faden-Kinematik besonders leicht, was den Tragekomfort für ein derartiges System erhöht.This has the advantage that not each beam splitter element needs its own drive, and accordingly no separate sensor system for detecting a respective angular position of the beam splitter element. Accordingly, the relevant production requirements decrease and the complexity of the control or regulation is reduced by the mechanical coupling. This also has an energy-saving aspect, which is always particularly advantageous in mobile applications such as the glasses display system. The approach is also material-independent, so that the choice of mirror substrate is not restricted and materials with the best optical (partially transparent) properties can be selected. The solution described here is also suitable for beam splitter elements that are very large compared to MEMS mirrors, so that large display areas for virtual objects in the glasses display system can be achieved. Furthermore, the thread kinematics presented here are particularly light, which increases the wearing comfort of such a system.

In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass das zumindest eine Faden-Element je genau zwei Strahlteiler-Elemente mechanisch miteinander koppelt, und die durch das jeweilige Faden-Element gekoppelten Strahlteiler-Elemente nächstbenachbarte Strahlteiler-Elemente sind. Das hat den Vorteil, dass die Parallel-Position besonders genau eingestellt, d. h. kalibriert, sowie besonders genau gehalten werden kann.In a further embodiment, it is provided that the at least one thread element mechanically couples exactly two beam splitter elements to one another, and the beam splitter elements coupled by the respective thread element are the closest adjacent beam splitter elements. This has the advantage that the parallel position is set particularly precisely, i.e. H. calibrated and can be kept particularly accurate.

In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass in der jeweiligen Parallel-Position der gekoppelten Strahlteiler-Elemente die teildurchlässigen Spiegelschichten der jeweiligen Strahlteiler-Elemente bis auf eine vorgegebene Höchstabweichung parallel verlaufen. Dabei ist die vorgegebene Höchstabweichung von einem Kippwinkel der Strahlteiler-Elemente um die Kippachse abhängig, und zwar derart, dass die vorgegebene Höchstabweichung in zumindest einem oder mehreren Überlappungs-Kippwinkelbereichen, bevorzugt allen Überlappungs-Kippwinkelbereichen, ein Minimum aufweist. Der Überlappungs-Kippwinkelbereich kann dabei für jedes Paar von nächstbenachbarten Strahlteiler-Elementen in Abhängigkeit eines vertikalen Blickwinkels des Auges bestimmt werden. Im Überlappungs-Kippwinkelbereich wird bei bestimmungsgemäßem Gebrauch des Brillen-Anzeige-Systems von der Bildschirmeinheit abgestrahltes Licht gleichzeitig über das jeweilige Paar von nächstbenachbarten Strahlteiler-Elementen, also gleichzeitig über zwei unterschiedliche Strahlteiler-Elemente in das Auge, genauer die Pupille des Nutzers gelenkt. Bei dem Bestimmen beziehungsweise Berechnen der jeweiligen Überlappungs-Kippwinkelbereiche kann eine repräsentative Größe für die Pupille angenommen werden, beispielsweise ein Durchmesser von 2,5mm. Es kann auch ein Ort für die Pupille angenommen werden, insbesondere eine für das Brillen-Anzeige-System spezifizierte Eyebox. Innerhalb dieser kann für ein nochmals genaueres Bestimmen der Überlappungs-Kippwinkelbereiche eine ortsabhängige Verteilung für den vertikalen Blickwinkel des Auges an den jeweiligen Orten oder Positionen angenommen werden. Der Überlappungs-Kippwinkelbereich kann entsprechend auch als für das Auge wirksamer perspektivischer Überlappungs(-Kippwinkel)bereich bezeichnet werden.In a further embodiment it is provided that in the respective parallel position of the coupled beam splitter elements, the partially transparent mirror layers of the respective beam splitter elements run parallel up to a predetermined maximum deviation. The predetermined maximum deviation depends on a tilt angle of the beam splitter elements about the tilt axis, in such a way that the predetermined maximum deviation has a minimum in at least one or more overlap tilt angle ranges, preferably all overlap tilt angle ranges. The overlap tilt angle range can be determined for each pair of closest adjacent beam splitter elements depending on a vertical viewing angle of the eye. In the overlap tilt angle range, when the glasses display system is used as intended, light emitted by the screen unit is simultaneously directed into the eye, more precisely the pupil of the user, via the respective pair of closest adjacent beam splitter elements, i.e. simultaneously via two different beam splitter elements. When determining or calculating the respective overlap tilt angle ranges, a representative size for the pupil can be assumed, for example a diameter of 2.5mm. A location for the pupil can also be assumed, in particular an eyebox specified for the glasses display system. Within this, a location-dependent distribution for the vertical viewing angle of the eye at the respective locations or positions can be assumed for an even more precise determination of the overlap tilt angle ranges. The overlap tilt angle range can accordingly also be referred to as a perspective overlap (tilt angle) range that is effective for the eye.

Das hat den Vorteil, dass die Strahlteiler-Elemente in dem -Kippwinkelbereich besonders genau justiert sind und somit gerade in diesem Bereich, der aufgrund der Überlappung der Strahlteiler-Elemente in einem Sichtstrahl des Nutzers Artefakte vermieden werden können. Der Sichtstrahl von Nutzer, genauer: Auge zu Bildschirmeinheit entspricht dabei dem Strahlgang des Lichtes von Bildschirmeinheit zu Auge. In anderen, von dem Überlappungs-Kippwinkelbereich verschiedenen Bereichen kann die vorgegebene Höchstabweichung jedoch größer sein, ohne dass störende Artefakte erzeugt werden. Dadurch kann entsprechend nochmals die Genauigkeit im System erhöht werden, einerseits, da es möglich ist, entsprechende Kalibrierressourcen auf den Überlappungs-Kippwinkelbereich zu konzentrieren, andererseits, da es Konfigurationen gibt, in welchen sich eine gleichmäßige Genauigkeit für die Parallel-Position der gekoppelten Strahlteiler-Elemente nicht erreichen lässt, und somit stets ein Abwägen (Trade-Off) erforderlich ist.This has the advantage that the beam splitter elements are adjusted particularly precisely in the tilt angle range and thus artifacts can be avoided precisely in this area, which is due to the overlap of the beam splitter elements in the user's line of sight. The line of sight from the user, or more precisely: eye to screen unit, corresponds to the beam path of the light from screen unit to eye. However, in other areas other than the overlap tilt angle range, the predetermined maximum deviation can be larger without disturbing artifacts being generated. As a result, the accuracy in the system can be increased again, on the one hand, because it is possible to concentrate appropriate calibration resources on the overlap tilt angle range, and on the other hand, because there are configurations in which a uniform accuracy is achieved for the parallel position of the coupled beam splitters. Elements cannot be achieved, and therefore a trade-off is always necessary.

In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die vorgegebene Höchstabweichung im jeweiligen Überlappungs-Kippwinkelbereich höchstens 1/30 Grad, bevorzugt höchstens 1/60 Grad, besonders bevorzugt höchstens 1/90 Grad und ganz besonders bevorzugt höchstens 1/120 Grad Verkippung der Strahlteiler-Elemente, d.h. der teiltransparenten Spiegelflächen der Strahlteiler-Elemente, beträgt. Alternativ oder ergänzend kann der jeweilige Überlappungs-Kippwinkelbereich höchstens 15 Grad, bevorzugt höchstens 10 Grad, besonders bevorzugt höchstens 7 Grad und ganz besonders bevorzugt höchstens 3 Grad des gesamten Abtastbereiches umfassen. Die angegebenen maximalen Höchstabweichungen in Kombination mit den angegebenen maximalen Kippwinkelbereichen haben sich dabei als besonders vorteilhaft erwiesen, um Artefakte im Bereich einer für unterschiedliche Nutzer geeigneten Eyebox effektiv zu reduzieren.In a further embodiment it is provided that the predetermined maximum deviation in the respective overlap tilt angle range is at most 1/30 degree, preferably at most 1/60 degree, particularly preferably at most 1/90 degree and most preferably at most 1/120 degree tilting of the beam splitter elements , ie the partially transparent mirror surfaces of the beam splitter elements. Alternatively or additionally, the respective overlap tilt angle range can be maximum at least 15 degrees, preferably at most 10 degrees, particularly preferably at most 7 degrees and most preferably at most 3 degrees of the entire scanning range. The specified maximum deviations in combination with the specified maximum tilt angle ranges have proven to be particularly advantageous in effectively reducing artifacts in the area of an eyebox suitable for different users.

In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass jedes Strahlteiler-Element unter Verwendung eines jeweiligen Feder-Elements um die Kippachse beweglich gelagert ist und die entsprechenden jeweiligen Strahlteiler-Element-Feder-Element-Systeme in ungekoppelter Konfiguration, also für sich und ohne mechanisch mit dem einen oder weiteren Strahlteiler-Elementen gekoppelt zu sein, eine im Wesentlichen identische, idealerweise identische Eigenfrequenz haben. Das hat den Vorteil, dass die Kräfte, welche durch das Faden-Element kompensiert bzw. übertragen werden, minimiert werden, was wiederum weniger Dehnungen und Verschleiß verursacht, die bei der Kalibrierung der Parallel-Position und vor allem bei einem Betrieb über längere Nutzungsdauer bezüglich der angestrebten hohen Parallelität vorteilhaft.In a further embodiment it is provided that each beam splitter element is mounted movably about the tilting axis using a respective spring element and the corresponding respective beam splitter element-spring element systems are in an uncoupled configuration, i.e. on their own and without being mechanically connected to the to be coupled to one or more beam splitter elements, have a substantially identical, ideally identical natural frequency. This has the advantage that the forces that are compensated for or transmitted by the thread element are minimized, which in turn causes less stretching and wear, which occurs when calibrating the parallel position and, above all, when operating over a longer period of use advantageous for the desired high parallelism.

In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Abtast-Einheit mehrere Faden-Elemente aufweist und je zwei oder mehr Strahlteiler-Elemente durch zumindest ein erstes Faden-Element und zumindest ein zweites Faden-Element der Faden-Elemente mechanisch miteinander gekoppelt sind. Dabei ist das erste Faden-Element in einem jeweiligen ersten Endbereich an den Strahlteiler-Elementen befestigt und das zweite Faden-Element in einem jeweiligen zweiten Endbereich an den Strahlteiler-Elementen befestigt. Beide Endbereiche eines Strahlteiler-Elementes werden dabei jeweils getrennt durch einen Mittelbereich, durch welchen die Kippachse verläuft. Somit werden bei einem Verkippen der Strahlteiler-Elemente in eine erste Verkipprichtung entsprechende mechanische Kräfte im Wesentlichen vollständig durch das erste Faden-Element und bei einem Verkippen der Strahlteiler-Elemente in eine der ersten Kipprichtung entgegengesetzten zweiten Kipprichtung die mechanischen Kräfte im Wesentlichen vollständig durch das zweite Faden-Element übertragen. Damit kann die Genauigkeit der Parallel-Position über den gesamten Kipp-Zyklus, welcher eine Verkippung in beide Kipprichtungen umfasst, sichergestellt werden, insbesondere jeweils in den Überlappungs-Kippwinkelbereichen. Überdies können die Faden-Elemente auch eine jeweilige Elastizität der Faden-Elemente ausnutzend vorgespannt (gegeneinander verspannt) montiert sein, also auch bei unbewegten Strahlteiler-Elementen unter Spannung stehen, was ein besonders genaues Kalibrieren der Parallel-Position ermöglicht. Ähnlich kann auch bei der Verwendung nur eines nächstbenachbarte Strahlteiler-Elemente koppelnden Faden-Elementes das eine Faden-Element mit dem oben beschriebenen zugehörigen Feder-Elemente verspannt kalibriert ist. Durch das Ver- oder Vorspannen wird eine mechanisches Spiel in der Lagerung der Strahlteiler-Elemente kompensiert, was wiederum der Präzision des Systems zuträglich ist.In a further embodiment it is provided that the scanning unit has a plurality of thread elements and two or more beam splitter elements are mechanically coupled to one another by at least one first thread element and at least one second thread element of the thread elements. The first thread element is attached to the beam splitter elements in a respective first end region and the second thread element is attached to the beam splitter elements in a respective second end region. Both end regions of a beam splitter element are each separated by a central region through which the tilt axis runs. Thus, when the beam splitter elements are tilted in a first tilting direction, corresponding mechanical forces are essentially completely through the first thread element and when the beam splitter elements are tilted in a second tilting direction opposite to the first tilting direction, the mechanical forces are essentially completely through the second Transfer thread element. This allows the accuracy of the parallel position to be ensured over the entire tilting cycle, which includes tilting in both tilting directions, especially in the overlap tilting angle ranges. In addition, the thread elements can also be mounted pre-stressed (braced against each other) using the respective elasticity of the thread elements, i.e. they can be under tension even when the beam splitter elements are stationary, which enables particularly precise calibration of the parallel position. Similarly, when using only one thread element coupling the next adjacent beam splitter elements, one thread element can be calibrated in a tensioned manner with the associated spring element described above. By bracing or pre-tensioning, any mechanical play in the bearings of the beam splitter elements is compensated for, which in turn improves the precision of the system.

In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass zwischen jeweiligen Befestigungsbereichen unterschiedlicher Strahlteiler-Elemente, an welchen das jeweils zugehörige zumindest eine Faden-Element bei bestimmungsgemä-ßem Gebrauch dauerhaft in Kontakt mit dem jeweiligen Strahlteiler-Element ist, an den Strahlteiler-Elementen jeweilige Abrollbereiche vorhanden sind, an welchen das zugehörige zumindest eine Faden-Element bei bestimmungsgemäßem Gebrauch nur vorübergehend, d. h. sich mit jedem Kipp-Zyklus wiederholend, in Kontakt mit dem jeweiligen Strahlteiler-Element ist. Dabei weisen die Abrollbereiche in einer Orthogonalprojektion senkrecht zur Kippachse betrachtet jeweils Formen („Abrollgeometrien“) auf, welche mit der gleichen von dem Kippwinkel abhängigen Radiusfunktion für einen effektiv wirkenden Radius des jeweiligen Faden-Elements beschrieben werden können. Der effektive Radius kann dabei insbesondere auch als die Länge des Hebels betrachtet werden, über welchen das Faden-Element bei einem jeweiligen Kippwinkel, d.h. zu einem jeweiligen Zeitpunkt eine Kraft zum Verkippen des Strahlteiler-Elementes um die Kippachse ausüben kann. Dabei können geringfügige Abweichungen von der Abrollgeometrie mit gleichem effektivem Radius für die unterschiedlichen Strahlteiler-Elemente gezielt eingebracht werden, also der effektive Radius in einem Strahlteiler-Element im Vergleich zum anderen Strahlteiler-Element gezielt abgeändert werden, um mechanische Ungenauigkeiten in Antrieb und anderen Komponenten zu kompensieren. Entsprechend kann unabhängig von anderen Maßnahmen zur Erhöhung der Präzision in einem zusätzlichen Kalibrieren an einem oder mehreren Teilen einer Oberfläche der Abrollbereiche, bevorzugt berührungslos, Material abgetragen werden, und so eine Parallelität der miteinander gekoppelten Strahlteiler-Elemente in der Parallel-Position, insbesondere im Überlappungs-Kippwinkelbereich, verbessert werden. Dies kann beispielsweise berührungslos mit einem Laser erreicht werden. Der resultierende abgeänderte effektive Radius kann dann als im Wesentlichen gleicher effektiver Radius bezeichnet werden.In a further embodiment, it is provided that between respective fastening areas of different beam splitter elements, on which the associated at least one thread element is permanently in contact with the respective beam splitter element when used as intended, respective rolling areas are present on the beam splitter elements are on which the associated at least one thread element is only temporary when used as intended, i.e. H. repeating with each tilt cycle, is in contact with the respective beam splitter element. The rolling areas, viewed in an orthogonal projection perpendicular to the tilting axis, each have shapes (“rolling geometries”) which can be described with the same radius function, which is dependent on the tilting angle, for an effective radius of the respective thread element. The effective radius can in particular also be viewed as the length of the lever over which the thread element can exert a force to tilt the beam splitter element about the tilt axis at a respective tilt angle, i.e. at a respective point in time. Minor deviations from the rolling geometry with the same effective radius for the different beam splitter elements can be specifically introduced, i.e. the effective radius in one beam splitter element can be specifically changed compared to the other beam splitter element in order to avoid mechanical inaccuracies in the drive and other components compensate. Accordingly, independently of other measures to increase precision, material can be removed from one or more parts of a surface of the rolling areas, preferably without contact, in an additional calibration, and thus a parallelism of the beam splitter elements coupled to one another in the parallel position, in particular in the overlap -Tilt angle range can be improved. This can be achieved, for example, without contact using a laser. The resulting modified effective radius can then be referred to as a substantially equal effective radius.

Alternativ kommt das zumindest eine Faden-Element bei bestimmungsgemä-ßem Gebrauch nur in den Befestigungsbereichen mit den jeweiligen Strahlteiler-Elementen in Kontakt. Durch die nicht vorhandenen bzw. mit (zumindest im Wesentlichen) gleichem effektiv wirkendem Radius gestalteten Abrollbereiche lässt sich der Vorteil erreichen, dass eine effektive Länge der Faden-Elemente zwischen zwei nächstbenachbarten Strahlteiler-Elementen auch bei Verkippen der Strahlteiler-Elemente zumindest im Wesentlichen konstant gehalten wird, d. h. durch die sich ändernde relative Position der beiden Strahlteiler-Elemente und des Faden-Elementes zueinander nicht durch eine unvorteilhafte Form der Abrollflächen bedingt die effektive Länge des Faden-Elementes in einem oder mehreren Teilen des Kippwinkelbereiches verändert, insbesondere verkürzt wird. Auch dies verbessert die Genauigkeit des Systems.Alternatively, when used as intended, the at least one thread element only comes into contact with the respective beam splitter elements in the fastening areas. Due to the non-existence or with (at least essentially) With rolling areas designed with the same effective radius, the advantage can be achieved that an effective length of the thread elements between two nearest beam splitter elements is kept at least essentially constant even when the beam splitter elements are tilted, that is, due to the changing relative position of the two beam splitters -Elements and the thread element to each other are not changed, in particular shortened, by an unfavorable shape of the rolling surfaces, the effective length of the thread element in one or more parts of the tilt angle range. This also improves the accuracy of the system.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Abrollfläche eine konvexe Abrollfläche umfasst oder ist, insbesondere ein Kreiszylinder-Mantelsegment mit der Kippachse als Kreiszylinderachse. Das hat den Vorteil, dass die effektive Länge des Faden-Elementes auf einfache Weise konstant gehalten werden kann, wobei sich bei der Wahl der Abrollfläche als Kreiszylinder-Mantelsegment mit der Kippachse als Kreiszylinderachse der zusätzliche Vorteil ergibt, dass während des Kipp-Zyklus' das Faden-Element nur entlang seiner Haupterstreckungsrichtung, also bei bestimmungsgemäßem Gebrauch im Wesentlichen entlang einer Vertikalrichtung bewegt wird und Verschiebungen in einer Horizontalrichtung senkrecht dazu vermieden werden. Dadurch werden Schwingungen und Verformungen des Faden-Elements vermieden, was wiederum die Genauigkeit der Parallel-Position fördert.In a further advantageous embodiment it is provided that the rolling surface comprises or is a convex rolling surface, in particular a circular cylinder jacket segment with the tilting axis as the circular cylinder axis. This has the advantage that the effective length of the thread element can be kept constant in a simple manner, with the additional advantage of choosing the rolling surface as a circular cylinder jacket segment with the tilting axis as a circular cylinder axis that during the tilting cycle Thread element is only moved along its main extension direction, i.e. when used as intended, essentially along a vertical direction and shifts in a horizontal direction perpendicular to it are avoided. This avoids vibrations and deformations of the thread element, which in turn promotes the accuracy of the parallel position.

Das zumindest eine Faden-Element ist mit den jeweiligen Strahlteiler-Elementen an einer der Kippachse abgewandten Außenkante der Strahlteiler-Elemente und/oder an einer Aufhängung der Strahlteiler-Elemente zugewandten Seitenkante der Strahlteiler-Elemente verklebt. Dabei umläuft das jeweilige Faden-Element eine zugeordnete Ankerstruktur an einer Seitenkante des jeweiligen Strahlteiler-Elementes und bildet um die Ankerstruktur des jeweiligen Strahlteiler-Elementes herum eine Schlaufe. Besonders bevorzugt sind dabei im Bereich der Ankerstruktur auf durch die Außenkante getrennten gegenüberliegenden Seiten der Strahlteiler-Elemente quer zu dem Faden-Element verlaufende Rillen angeordnet, in welchen das Faden-Element das jeweilige Strahlteiler-Element nicht berührt. Die Rillen haben hier den Vorteil, dass sie als Kapillarbremse dienen, d. h. verhindern, dass bei Verkleben der Faden-Elemente mit den Strahlteiler-Elementen ein Klebstoff sich durch die Kapillarwirkung bedingt in unerwünschter Weise ausbreitet. Die Schlaufe je Ankerstruktur liefert dabei den Vorteil einer besonders verlässlichen Kopplung, welche überdies auf einfache Weise das mechanische Koppeln von mehr als zwei Strahlteiler-Elementen mittels eines einzigen Faden-Elementes erlaubt. Das Verkleben an der Außenkante erleichtert die Montage bzw. das Kalibrieren des Systems. Wieder wird somit durch die genannten Maßnahmen die Genauigkeit des Brillen-Anzeige-Systems verbessert.The at least one thread element is glued to the respective beam splitter elements on an outer edge of the beam splitter elements facing away from the tilt axis and/or on a side edge of the beam splitter elements facing a suspension of the beam splitter elements. The respective thread element runs around an associated anchor structure on a side edge of the respective beam splitter element and forms a loop around the anchor structure of the respective beam splitter element. Particularly preferably, in the area of the anchor structure, grooves running transversely to the thread element are arranged on opposite sides of the beam splitter elements separated by the outer edge, in which grooves the thread element does not touch the respective beam splitter element. The advantage of the grooves here is that they serve as a capillary brake, i.e. H. prevent an adhesive from spreading in an undesirable manner due to the capillary effect when the thread elements are glued to the beam splitter elements. The loop per anchor structure provides the advantage of a particularly reliable coupling, which also allows the mechanical coupling of more than two beam splitter elements using a single thread element in a simple manner. Gluing on the outer edge makes it easier to assemble or calibrate the system. Again, the accuracy of the glasses display system is improved by the measures mentioned.

Ein anderer Aspekt betrifft ein Verfahren zum Herstellen und/oder Kalibrieren eines Brillen-Anzeigesystems nach einer der beschriebenen Ausführungsformen. Ein Verfahrensschritt ist dabei ein Anordnen der jeweiligen, noch nicht mit einer vorgegebenen Mindest-Belastbarkeit miteinander gekoppelten Strahlteiler-Elemente in einem der jeweiligen Überlappungs-Kippwinkelbereiche in Parallel-Position zueinander. Ein weiterer Schritt ist das Kalibrieren der Parallel-Position bevorzugt ausschließlich in einer oder mehreren Positionen in dem jeweiligen Überlappungs-Kippwinkelbereich mit der vorgegebenen Höchstabweichung. Schließlich ist ein Verfahrensschritt ein Verkleben des zumindest einen Faden-Elementes mit den jeweiligen Strahlteiler-Elementen, so dass die durch das Faden-Element verbundenen Strahlteiler-Elemente mit der vorgegebenen Mindest-Belastbarkeit miteinander gekoppelt sind. Das Verkleben kann dabei in der zumindest einen Position im Überlappungs-Kippwinkelbereich erfolgen.Another aspect relates to a method for producing and/or calibrating an eyeglass display system according to one of the described embodiments. One method step is to arrange the respective beam splitter elements, which have not yet been coupled to one another with a predetermined minimum load capacity, in one of the respective overlap tilt angle regions in a parallel position to one another. A further step is to calibrate the parallel position, preferably exclusively in one or more positions in the respective overlap tilt angle range with the predetermined maximum deviation. Finally, one method step is to glue the at least one thread element to the respective beam splitter elements, so that the beam splitter elements connected by the thread element are coupled to one another with the predetermined minimum load capacity. The bonding can take place in at least one position in the overlap tilt angle range.

Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens entsprechen dabei Vorteilen und vorteilhaften Ausführungsformen des Brillen-Anzeige-Systems.Advantages and advantageous embodiments of the method correspond to advantages and advantageous embodiments of the glasses display system.

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 departing from 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 or deviate from the combinations of features set out in the references to the claims.

Dabei zeigenShow it

1 the schematic structure of an exemplary embodiment of a glasses display system
2a an exemplary arrangement with a pupil tilted in the negative vertical direction relative to an arrangement of a series of beam splitter elements;
2 B an exemplary distribution of the relative intensity perceptible by a user per beam splitter for a vertical viewing angle of 14 degrees across a vertical field of view;
3a an exemplary first implementation of thread kinematics in a side view;
3b an exemplary second implementation of thread kinematics in a side view; and
3c a third exemplary implementation of thread kinematics in two different phases of the tilting cycle.

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

In 1 ist eine beispielhafte Ausführungsform eines Brillen-Anzeige-Systems 1 gezeigt. Eine Bildschirmeinheit 110 strahlt ein Licht aus, welches durch eine Linsen-Einheit 111 parallelisiert, d. h., nach Unendlich abgebildet wird. Somit verlassen parallele Lichtstrahlen in Abstrahlrichtung entsprechend dem Lichtstrahl 112 die Linseneinheit 110 in negativer z-Richtung als Abstrahlrichtung. Das parallelisierte Licht trifft auf teildurchlässige Strahlteiler-Elemente 11, welche um eine Kippachse 15 gelagert sind, welche parallel zur Bildschirmeinheit 110 senkrecht zur Zeichenebene und damit in einer y-Richtung verläuft. Die Strahlteiler-Elemente 11 scannen in einem Kipp-Bereich θ mit jeweiligen Umkehrpositionen 116 und einer jeweiligen Mittelposition 116'. An den Umkehrpositionen 116 haben die Strahlteiler-Elemente 11 eine Geschwindigkeit 0.In 1 an exemplary embodiment of a glasses display system 1 is shown. A screen unit 110 emits light which is parallelized by a lens unit 111, ie, imaged to infinity. Thus, parallel light rays in the emission direction corresponding to the light beam 112 leave the lens unit 110 in the negative z-direction as the emission direction. The parallelized light hits partially transparent beam splitter elements 11, which are mounted around a tilt axis 15, which runs parallel to the screen unit 110 perpendicular to the drawing plane and thus in a y-direction. The beam splitter elements 11 scan in a tilting range θ with respective reversal positions 116 and a respective middle position 116 '. At the reversal positions 116, the beam splitter elements 11 have a speed of 0.

Gemäß der Gesetzmäßigkeit „Einfallswinkel = Ausfallswinkel“ ergibt sich ein im Vergleich zum Kipp-Bereich θ doppelt so großer Sichtbereich (vorliegend zusammengesetzt aus den Winkelbereichen 114, 114' mit Mittelposition 113), in den das Licht, vorliegend repräsentiert von Lichtstrahl 112, umgelenkt wird. Ein menschlicher Betrachter, ein Nutzer, mit Auge 10 und Pupille 101 kann somit eine computergenerierte Bildinformation im Sichtbereich sehen. Dazu ist die Bildschirmeinheit 110 mit der Winkelposition der Strahlteiler-Elemente 11 sensorisch gekoppelt, was vorliegend nicht dargestellt ist.According to the law “angle of incidence = angle of reflection”, this results in a viewing area that is twice as large as the tilting area θ (in the present case composed of the angular areas 114, 114 'with central position 113), into which the light, represented in the present case by light beam 112, is deflected . A human viewer, a user, with eye 10 and pupil 101 can thus see computer-generated image information in the field of vision. For this purpose, the screen unit 110 is sensorically coupled to the angular position of the beam splitter elements 11, which is not shown here.

Für die Funktion des Brillen-Anzeige-Systems ist wichtig, dass die einzelnen Strahlteiler-Elemente 11 parallel zueinander ausgerichtet sind. Dazu wird vorliegend mittels eines Faden-Elementes 16 eine formschlüssige mechanische Verbindung erzeugt. Dabei sind in der hier gezeigten beispielhaften Ausführungsform zwei Faden-Elemente 16 symmetrisch angeordnet um die Kippachse 15 gezeigt. Es ist somit ein erstes Faden-Elemente 16 an einem dem Auge zugewandten Bereich der Strahlteiler-Elemente 11 angeordnet, und ein weiteres Faden-Element 16 an einem dem Auge 10 abgewandten Bereich der Strahlteiler-Elemente 11, wobei zwischen den beiden Bereichen die Kippachsen 15 verlaufen. Zum Zwecke der besseren Erkennbarkeit in der Figur ist vorliegend allein aus optischen Gründen das Faden-Element 16 als nicht gespanntes Faden-Element 16 eingezeichnet. Bei bestimmungsgemäßem Gebrauch hat der Faden den Zweck einer mechanischen Kopplung zwischen benachbarten Strahlteiler-Elementen 11, wobei auch Kräfte über das jeweilige Faden-Element 16 übertragen werden müssen. Dazu ist ein gespanntes Faden-Element 16 Voraussetzung.For the function of the glasses display system, it is important that the individual beam splitter elements 11 are aligned parallel to one another. For this purpose, a positive mechanical connection is created in the present case by means of a thread element 16. In the exemplary embodiment shown here, two thread elements 16 are shown arranged symmetrically around the tilt axis 15. A first thread element 16 is therefore arranged on a region of the beam splitter elements 11 facing the eye, and a further thread element 16 is arranged on a region of the beam splitter elements 11 facing away from the eye 10, with the tilt axes 15 between the two regions get lost. For the purpose of better visibility in the figure, the thread element 16 is shown as a non-tightened thread element 16 for optical reasons alone. When used as intended, the thread has the purpose of a mechanical coupling between adjacent beam splitter elements 11, whereby forces also have to be transmitted via the respective thread element 16. A tensioned thread element 16 is a prerequisite for this.

Entscheidend für die Funktion ist die Parallelität der Strahlteiler-Elemente 11 zueinander. So gibt es zwischen benachbarten Strahlteiler-Elementen 11 einen optischen Überlappungsbereich, wie dies beispielsweise anhand von Sichtstrahl 14 erläutert werden soll. Sichtstrahl 14 entspricht Strahlgängen, bei welchen das Licht 112 durch zwei unterschiedliche Strahlteiler-Elemente 11 an den gleichen Ort im Auge gelenkt werden kann. Entsprechend berührt Sichtstrahl 14 sowohl eine Unterkante 13' eines oberen Strahlteiler-Elementes 11', als auch eine Oberkante 13" eines nächstbenachbarten unteren Strahlteiler-Elementes 11". Da die Pupille 101 typischerweise einen Öffnungsdurchmesser von ca. 2,5 mm aufweist, ist der entsprechend im Auge 10 gebildete Überlappungsbereich, in welchem sich vom oberen Strahlteiler-Element 11' und vom unteren Strahlteiler-Element 11" in das Auge gelenktes Licht gleichzeitig überlagert, größer als in 1 abstrakt geometrisch mit dem Sichtstrahl 14 konstruiert visualisiert. In dem Überlappungsbereich wird somit eine Bildinformation gleichzeitig mittels der beiden unterschiedlichen Strahlteiler-Elemente 11', 11" wahrgenommen. Der Kippwinkelbereich, der diesem Überlappungsbereich 2 ( 2b) entspricht, wird als Überlappungs-Kippwinkelbereich bezeichnet.The parallelism of the beam splitter elements 11 to one another is crucial for the function. There is an optical overlap area between adjacent beam splitter elements 11, as will be explained, for example, using visible beam 14. Viewing beam 14 corresponds to beam paths in which the light 112 can be directed to the same location in the eye by two different beam splitter elements 11. Correspondingly, viewing beam 14 touches both a lower edge 13' of an upper beam splitter element 11' and an upper edge 13" of a next adjacent lower beam splitter element 11". Since the pupil 101 typically has an opening diameter of approximately 2.5 mm, the overlap region correspondingly formed in the eye 10, in which light directed into the eye from the upper beam splitter element 11 'and from the lower beam splitter element 11'', is simultaneously superimposed , larger than in 1 abstractly geometrically constructed with the visual beam 14 visualized. In the overlap area, image information is thus perceived simultaneously by means of the two different beam splitter elements 11 ', 11". The tilt angle range that corresponds to this overlap area 2 ( 2 B) corresponds to is referred to as the overlap tilt angle range.

Im Allgemeinen wird das Auflösungsvermögen des menschlichen Auges mit typischerweise 1/60 Grad angegeben. Aufgrund der Gesetzmäßigkeit „Einfallswinkel = Ausfallswinkel“ bei der Reflexion von Licht an einem Strahlteiler-Element 11 ergibt sich eine doppelt so hohe Anforderung an die Genauigkeit der Parallelität der Strahlteiler-Elemente 11. Würde somit eine Abweichung von der Parallelität um 1/120 Grad vorliegen, so würden bei gleichzeitiger Betrachtung der Bildschirmeinheit 110 über zwei benachbarte Strahlteiler-Elemente 11 zwei Pixel überlappend durch den Nutzer wahrgenommen werden, wenn die vertikale Auflösung der computergenerierten Bildinformation 1/60 Grad betrüge. Sobald sich zwei Pixel optisch überlagern, wird dies als nachteilige Mitteilung von dem Nutzer als eine geringere Auflösung wahrgenommen. Um eine derartige Bildverschlechterung entsprechend zu verhindern, müssen die Strahlteiler-Elemente 11 eine kleinere Höchstabweichung von der Parallelität aufweisen, so dass die Bildverschlechterung vernachlässigt werden kann. Dies kann beispielsweise durch eine vorgegebene Höchstabweichung von weniger als 1/120 Grad oder idealerweise kleiner als 1/1200 Grad erreicht werden.In general, the resolution power of the human eye is typically stated to be 1/60 of a degree. Due to the law “incidence angle = angle of reflection” when reflecting light on a beam splitter element 11, the requirement for the accuracy of the parallelism of the beam splitter elements 11 is twice as high. If there would be a deviation from the parallelism 1/120 degree, two pixels would be perceived as overlapping by the user when viewing the screen unit 110 via two adjacent beam splitter elements 11 at the same time if the vertical resolution of the computer-generated image information was 1/60 degree. As soon as two pixels optically overlap, the user perceives this as a disadvantageous message as a lower resolution. In order to prevent such image degradation, the beam splitter elements 11 must have a smaller maximum deviation from parallelism, so that the image degradation can be neglected. This can be achieved, for example, by a specified maximum deviation of less than 1/120 degree or ideally less than 1/1200 degree.

Nun ist der Hebelarm von der Kippachse 15 zum äußeren Rand des Strahlteiler-Elementes 11, an dem das Faden-Element 16 fixiert ist, typischerweise rund 2,5 mm groß. Daraus folgt eine zulässige Fertigungstoleranz beim Fertigen der parallel orientierten Strahlteiler-Elemente 11 von Tan(1/120 Grad) x 2,5 mm = 363 nm. Daraus folgt, dass sich eine Abweichung von der Parallelität, ein Kippfehler, von 1/120 Grad ergäbe, wenn einer der beiden Faden-Elemente 16 sich um 363 nm verlängern oder verkürzen würde. Toleranzen im Nanometer-Bereich sind jedoch auf mechanische Art und Weise sehr schwer einzustellen. Besonders vor dem Hintergrund, dass eine mechanische Lagerung um die Kippachse 15 realisiert werden muss und eine solche mechanische Lagerung mit weiteren Toleranzen nicht vernachlässigbarer Größe behaftet ist, wird klar, dass das Problem nicht ohne Weiteres gelöst werden kann.Now the lever arm from the tilt axis 15 to the outer edge of the beam splitter element 11, to which the thread element 16 is fixed, is typically around 2.5 mm in size. This results in a permissible manufacturing tolerance when manufacturing the parallel-oriented beam splitter elements 11 of Tan (1/120 degree) x 2.5 mm = 363 nm. It follows that there is a deviation from parallelism, a tilting error, of 1/120 degree would result if one of the two thread elements 16 were to lengthen or shorten by 363 nm. However, tolerances in the nanometer range are very difficult to set mechanically. Particularly in view of the fact that a mechanical bearing around the tilting axis 15 has to be implemented and such a mechanical bearing is subject to further tolerances of a not negligible size, it becomes clear that the problem cannot be solved easily.

Aus diesem Grund ist eine formschlüssige Synchronisierung der Strahlteiler-Elemente 11 mittels Faden-Element 16 vorteilhaft, beispielsweise da die Synchronisierung mit Faden-Element ohne Lagerspiel mit einer permanenten Vorspannung ausgeführt werden kann. Zudem kann mittels des Faden-elements 16 ausgenutzt werden, dass aufgrund der relativen Lage der Überlappungsbereiche der Strahlteiler-Elemente 11 zur Pupille 101 des Auges 10 der Überlappungsbereich nur in einem sehr kleinen Winkelbereich des gesamten Sichtbereiches sichtbar ist. Somit muss ein Kippfehler benachbarter Strahlteiler-Elemente 11, d.h. die Parallelität benachbarter Strahlteiler-Elemente 11, nur in einem verhältnismäßig kleinen Winkelbereich, beispielsweise weniger als 15 Grad, oder besser noch kleiner als 10 Grad, idealerweise kleiner als 3 Grad realisiert werden. Es genügt somit, die Parallelität der Strahlteiler-Elemente 11 mit der größten Präzision nur in einem Unter-Winkelbereich, dem Überlappungs-Kippwinkelbereich sicherzustellen, was die Fertigung deutlich erleichtert bzw. es erleichtert, eine große effektive Genauigkeit bezüglich der Parallelität zu erreichen. Hierfür ist die beschriebene Faden-Kinematik besonders geeignet.For this reason, a positive synchronization of the beam splitter elements 11 by means of a thread element 16 is advantageous, for example since the synchronization with a thread element can be carried out without bearing play with a permanent pretension. In addition, the thread element 16 can be used to take advantage of the fact that, due to the relative position of the overlapping areas of the beam splitter elements 11 to the pupil 101 of the eye 10, the overlapping area is only visible in a very small angular range of the entire viewing area. Thus, a tilt error of adjacent beam splitter elements 11, i.e. the parallelism of adjacent beam splitter elements 11, only has to be realized in a relatively small angular range, for example less than 15 degrees, or better yet less than 10 degrees, ideally less than 3 degrees. It is therefore sufficient to ensure the parallelism of the beam splitter elements 11 with the greatest precision only in a sub-angle region, the overlap tilt angle region, which significantly facilitates production or makes it easier to achieve a high effective accuracy with regard to parallelism. The thread kinematics described is particularly suitable for this.

In 2a ist ein Auge 10 mit Pupille 101 in einer konkreten relativen Position 29 bezüglich einer Abtast-Umlenkeinheit 3 mit vorliegend acht Strahlteiler-Elementen 11 an jeweils unterschiedlichen Positionen 21-28 und zentraler Blickrichtung 30 gezeigt. Die Strahlteiler-Elemente 11 spannen dabei vertikal ein Sichtfeld von ungefähr -45 Grad bis 15 Grad auf. Dieser Winkel des vertikalen Sichtfeldes ist in 2b auf der x-Achse angetragen. Die unterschiedlichen vertikal übereinander angeordneten Bildbereiche der computergenerierten Bildinformation werden somit durch unterschiedliche Strahlteiler-Elemente 11 für den Nutzer sichtbar gemacht. Beispielsweise werden die entsprechend in z-Richtung oberen Bildbereiche entsprechend nur über das oberste Strahlteiler-Element 28 in das Auge 10 gespiegelt, und die in z-Richtung untersten Bildbereiche nur über das unterste Strahlteiler-Element 21. Dabei ist vorliegend aus Gründen der Übersichtlichkeit nur ein Winkel der Strahlteiler-Elemente 11 dargestellt, bei bestimmungsgemäßem Gebrauch bewegen diese sich jedoch, wie in 1 dargestellt, um die Kippachse 15.In 2a is an eye 10 with pupil 101 in a specific relative position 29 with respect to a scanning deflection unit 3 with eight beam splitter elements 11 in each case at different positions 21-28 and central viewing direction 30. The beam splitter elements 11 span a vertical field of view of approximately -45 degrees to 15 degrees. This angle of vertical field of view is in 2 B plotted on the x-axis. The different image areas of the computer-generated image information, which are arranged vertically one above the other, are thus made visible to the user by different beam splitter elements 11. For example, the corresponding upper image areas in the z direction are reflected into the eye 10 only via the top beam splitter element 28, and the lowest image areas in the z direction are reflected only via the bottom beam splitter element 21. In the present case, for reasons of clarity, only an angle of the beam splitter elements 11 is shown, but when used as intended they move as shown in 1 shown around the tilt axis 15.

2b stellt das Ergebnis einer Simulation dar, in welcher berechnet wurde, wieviel Licht der Bildinformation durch welches Strahlteiler-Element 11 in vertikaler Richtung aufgelöst für das Auge 10 sichtbar ist. Jedes Strahlteiler-Element 11, z. B. das Strahlteiler-Element 11 an Position 24, sorgt dabei nur für die Wahrnehmung des in einem zugeordneten Teilbereich des vertikalen Sichtfeldes angeordneten Bildbereiches. Für zwei nächstbenachbarte Strahlteiler-Elemente 11, beispielsweise Strahlteiler-Elemente 11 an Position 23 und 24, ergibt sich der jeweilige Überlappungsbereich 2, der hier beispielhaft für die beiden genannten Strahlteiler-Elemente 11 eingetragen ist. Dies ist dadurch bedingt, dass ein Lichtstrahl 112, welcher zu einem Pixel der Bildinformation gehört, wie in 1 anhand des Sichtstrahls 14 gezeigt über die Strahlteiler-Elemente 11 an unterschiedlichen Positionen sichtbar sein kann. Dies ist durch die endliche Größe der Pupille 101 des Auges 10 bedingt. 2 B represents the result of a simulation in which it was calculated how much light of the image information is visible to the eye 10 through which beam splitter element 11, resolved in the vertical direction. Each beam splitter element 11, e.g. B. the beam splitter element 11 at position 24, only ensures the perception of the image area arranged in an assigned partial area of the vertical field of view. For two nearest beam splitter elements 11, for example beam splitter elements 11 at positions 23 and 24, the respective overlap region 2 results, which is entered here as an example for the two beam splitter elements 11 mentioned. This is due to the fact that a light beam 112, which belongs to a pixel of the image information, as in 1 shown using the viewing beam 14 can be visible via the beam splitter elements 11 at different positions. This is due to the finite size of the pupil 101 of the eye 10.

Da in dem Überlappungsbereich 2 ein Bildpunkt jeweils über zwei Strahlteiler-Elemente 11 gesehen werden kann, müssen die beteiligten Strahlteiler-Elemente in diesem Bereich 2 die Scan-Bewegung parallel, d. h., ohne bzw. mit minimiertem Kippfehler ausführen. Ansonsten wären, wie bereits oben erläutert, verschiedene vertikale Pixel übereinander überlagert abgebildet und es kommt zu einer Bildverschlechterung durch die Überlagerung bzw. Mittelung der vertikalen Bildinhalte.Since in the overlap area 2 an image point can be seen via two beam splitter elements 11, the beam splitter elements involved in this area 2 must carry out the scanning movement in parallel, i.e. in parallel. i.e., carry out without or with minimized tilting errors. Otherwise, as already explained above, different vertical pixels would be shown superimposed on one another and the image would deteriorate due to the superimposition or averaging of the vertical image contents.

Die Parallel-Position der über das Faden-Element 16 gekoppelten Strahlteiler-Elemente 11 muss somit im Überlappungsbereich, der naturgemäß dem Umkehrbereich der Strahlteiler-Elemente 11 entspricht, mit einer besonders gro-ßen Genauigkeit realisiert werden. Die maximal zulässige Höchstabweichung von der Parallelität sollte dort entsprechend kleiner als 1/30 Grad, besser kleiner als 1/60 Grad, noch besser kleiner als 1/120 Grad sein und idealerweise 1/1200 Grad nicht überschreiten. Da solch eine genaue Kalibrierung technisch sehr aufwändig ist und durch hohe Fertigungspräzision realisiert werden muss, ist es vorteilhaft, wenn diese Grenzwerte bezüglich des relativen Kippfehlers außerhalb des Überlappungsbereiches 2, d. h., in einer vorgegebenen Entfernung von der Umkehrposition, nicht berücksichtigt werden müssen. Entsprechend müssen dann auch nicht alle Strahlteiler-Elemente 11 zueinander parallel ausgerichtet werden, sondern lediglich immer nur die zwei nächstbenachbarten Strahlteiler-Elemente 11 zueinander. Die jeweiligen Überlappungsbereiche 2 gelten dabei für je zwei benachbarte Strahlteiler-Elemente 11 immer für andere vertikale Sichtwinkelbereiche und damit aufgrund der unterschiedlichen Anordnungen der Strahlteiler-Elemente 11 für unterschiedliche Scan-Positionen.The parallel position of the beam splitter elements 11 coupled via the thread element 16 must therefore be realized with a particularly high level of accuracy in the overlap area, which naturally corresponds to the reversal area of the beam splitter elements 11. The maximum permissible deviation from parallelism should be less than 1/30 degree, preferably less than 1/60 degree, even better less than 1/120 degree and ideally not exceed 1/1200 degree. Since such an exact calibration is technically very complex and must be implemented with high manufacturing precision, it is advantageous if these limit values with regard to the relative tilting error outside the overlap area 2, ie, at a predetermined distance from the reversal position, do not have to be taken into account. Accordingly, not all beam splitter elements 11 have to be aligned parallel to one another, but only the two closest adjacent beam splitter elements 11 to one another. The respective overlap areas 2 always apply to two adjacent beam splitter elements 11 for different vertical viewing angle ranges and therefore for different scanning positions due to the different arrangements of the beam splitter elements 11.

Der Überlappungsbereich 2, in dem die vorgegebene Höchstabweichung bezüglich des zulässigen Kippfehlers bzw. der Genauigkeit der Parallel-Position eingehalten werden muss, wird im Folgenden beispielhaft für eine konkrete relative Position 29 (vgl. 2a) berechnet. Der Überlappungsbereich 2 ergibt sich hier zu ungefähr 7 Grad im vertikalen Sichtbereich und entsprechend halbierten 3,5 Grad-Scanbereich der Strahlteiler-Elemente 11. Er ist dabei so konstruiert, dass sich die Pupille 101 auch an leicht variierenden Positionen 29 befinden kann, beispielsweise, wenn das Auge 10 seine vertikale Blickrichtung 28 verändert und nach unten oder oben rotiert. Aber auch die Positionierung des Brillen-Anzeige-Systems 1 am Kopf des Nutzers und damit die Positionierung der Strahlteiler-Elemente 11 relativ zum Auge 10, kann je nach Trageposition unterschiedlich sein. Zudem wird sich für unterschiedliche Nutzer die relative Anordnung in Abhängigkeit der jeweiligen Physiognomie verändern. Üblicherweise spricht man in diesem Zusammenhang von einer Eyebox, also einem Volumen, in der sich die Pupille des Auges befinden kann, um entsprechend der Spezifikation des Brillen-Anzeige-Systems 1, der AR-Brille, den bestimmungsgemäßen Gebrauch zu ermöglichen. Somit ist der Überlappungsbereich 2 für das Erreichen einer größeren Eyebox entsprechend größer zu wählen, beispielsweise für einen vertikalen Sichtbereich von 15 Grad.The overlap area 2, in which the specified maximum deviation with regard to the permissible tilting error or the accuracy of the parallel position must be maintained, is shown below as an example of a specific relative position 29 (cf. 2a) calculated. The overlap area 2 here results in approximately 7 degrees in the vertical viewing area and a correspondingly halved 3.5 degree scanning area of the beam splitter elements 11. It is constructed in such a way that the pupil 101 can also be located in slightly varying positions 29, for example, when the eye 10 changes its vertical viewing direction 28 and rotates downwards or upwards. But the positioning of the glasses display system 1 on the user's head and thus the positioning of the beam splitter elements 11 relative to the eye 10 can also be different depending on the wearing position. In addition, the relative arrangement will change for different users depending on the respective physiognomy. In this context, one usually speaks of an eyebox, i.e. a volume in which the pupil of the eye can be located in order to enable intended use in accordance with the specification of the glasses display system 1, the AR glasses. The overlap area 2 must therefore be chosen correspondingly larger to achieve a larger eyebox, for example for a vertical viewing area of 15 degrees.

In den 3a, 3b und 3c sind unterschiedliche beispielhafte technische Realisierungen der Faden-Kinematik gezeigt.In the 3a , 3b and 3c Different exemplary technical implementations of the thread kinematics are shown.

In 3a ist eine Abrollbereich 37, also ein Oberfläche, auf der das Faden-Element 16 abrollt, beispielhaft in der x-z-Ebene als Kreisbogen mit gemeinsamem Mittelpunkt der Kippachse 15 gezeigt, die Abrollfläche 37 ist also entsprechend ein Mantelbogensegment 31. Dies hat den Vorteil, dass das Faden-Element 16, welches die gezeigten vorliegend drei Strahlteiler-Elemente 11 formschlüssig miteinander verbindet, eine rein in Vertikalrichtung 35 verlaufende Bewegung ausführt.In 3a is a rolling area 37, i.e. a surface on which the thread element 16 rolls, shown for example in the xz plane as a circular arc with a common center of the tilting axis 15, the rolling surface 37 is therefore correspondingly a jacket arc segment 31. This has the advantage that the thread element 16, which positively connects the three beam splitter elements 11 shown here, executes a movement that runs purely in the vertical direction 35.

In 3b ist das Faden-Element 16 als ein Ätzteil ausgeführt, beispielsweise aus Metall, Glas oder Silizium gefertigt. Mittels eines geätzten Spaltes und einer anschließenden gespannten Montage in Vertikalrichtung 35 kann die Innenseite 33 des Faden-Elementes 16 auf der Fläche 32 als Abrollbereich 37 mittels mechanischem Kontakt abrollen. Dieser Art der Ausführung hat den Vorteil, dass die präzise mechanische Verbindung des Faden-Elementes 16 mit dem Strahlteiler-Element 11 bereits als eine einzige Komponente, also einteilig gefertigt werden kann. Eine mechanische Verspannung des Ätzteils bei der Montage in Vertikalrichtung 35 ist jedoch nicht zwingend notwendig, d. h. der mechanische Spalt zwischen Fläche 32 des Strahlteiler-Elements 11 und der Innenfläche 33 des Faden-Elements 16 muss nicht geschlossen werden. Dabei wird die Kraftübertragung mittels elastischer Verformung und entsprechender Federkräfte ausgenutzt.In 3b the thread element 16 is designed as an etched part, for example made of metal, glass or silicon. By means of an etched gap and a subsequent tensioned assembly in the vertical direction 35, the inside 33 of the thread element 16 can roll on the surface 32 as a rolling area 37 by means of mechanical contact. This type of design has the advantage that the precise mechanical connection of the thread element 16 with the beam splitter element 11 can already be manufactured as a single component, i.e. in one piece. However, mechanical tensioning of the etched part during assembly in the vertical direction 35 is not absolutely necessary, ie the mechanical gap between surface 32 of the beam splitter element 11 and the inner surface 33 of the thread element 16 does not have to be closed. The power transmission is exploited by means of elastic deformation and corresponding spring forces.

In 3c ist ein weiterer Abrollbereich 37 dargestellt, welcher hier mit konvexer Abrollfläche 34 ausgeführt ist, der in diesem Beispiel keine Kreisoberfläche darstellt und keinen gemeinsamen Mittelpunkt mit der Kippachse 15 hat. Dies hat zur Folge, dass das Faden-Element 16 neben der dominierenden Bewegung in Vertikalrichtung 35 auch eine Bewegung in der Lateralrichtung 36 ausführt. Bauraumbedingt hat diese Variante den Vorteil, dass damit kompaktere Faden-Kinematiken realisiert werden können.In 3c a further rolling area 37 is shown, which is designed here with a convex rolling surface 34, which in this example does not represent a circular surface and does not have a common center with the tilting axis 15. The result of this is that the thread element 16, in addition to the dominant movement in the vertical direction 35, also carries out a movement in the lateral direction 36. Due to the installation space, this variant has the advantage that more compact thread kinematics can be implemented.

Claims

Glasses display system (1) for displaying a virtual image in a user's field of vision, with - a screen unit (110) for emitting a light (112) as computer-generated image information in an emission direction (-z); - a scanning-deflection unit (3) for scanning the screen unit (110) and for deflecting the computer-generated image information emitted by the scanned screen unit (110) into an eye (10) of the user, the scanning-deflection unit (3) has at least two beam splitter elements (11) arranged one behind the other in the emission direction (-z) of the light with a respective partially transparent mirror layer, the beam splitter elements (11) being movably mounted around a respective central position (116 '). Can be tilted along a tilt axis (15) between two reversal positions (116), at which a tilt speed of the beam splitter elements (11) is zero when used as intended; characterized in that - the scanning deflection unit (3) has at least one thread element (16), which mechanically couples two or more beam splitter elements (11) to one another, and is designed to move through the thread element (16) coupled beam splitter elements (11) to hold the beam splitter elements (11) coupled by the thread element (16) in a parallel position around the tilt axis (15), wherein - the at least one thread element (16 ) is glued to the respective beam splitter elements (11) on an outer edge facing away from the tilting axis (15), the respective thread element (16) running around an anchor structure on a side edge of the respective beam splitter element and around the anchor structure of the respective beam splitter Element (11) forms a loop around.

Glasses display system (1) according to the preceding claim, characterized in that the at least one thread element (16) mechanically couples exactly two beam splitter elements (11) to one another, and which are connected by the respective thread element (16). coupled beam splitter elements (11) are nearest adjacent beam splitter elements (11).

Glasses display system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that in the respective parallel position of the coupled beam splitter elements (11), the partially transparent mirror layers of the respective beam splitter elements (11) run parallel up to a predetermined maximum deviation , wherein the predetermined maximum deviation depends on a tilt angle of the beam splitter elements (11), in such a way that the predetermined maximum deviation has a minimum in an overlap tilt angle range.

Glasses display system (1) according to the preceding claim, characterized in that the predetermined maximum deviation in the overlap tilt angle range is at most 1/30 degree, preferably at most 1/60 degree, particularly preferably at most 1/90 degree, most preferably at most 1 / 120 degrees, and / or the overlap tilt angle range comprises at most 15 degrees, preferably at most 10 degrees, particularly preferably at most 7 degrees, most preferably at most 3 degrees.

Glasses display system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that each beam splitter element (11) is movably mounted about the tilt axis (15) using a spring element and the corresponding respective beam splitter element springs Element systems in an uncoupled configuration have an essentially identical natural frequency.

Glasses display system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the scanning unit has a plurality of thread elements (16) and two or more beam splitter elements (11) through a first and a second thread element (16) of the thread elements (16) are mechanically coupled to one another, the first thread element (16) being attached to the beam splitter elements (11) in a respective first end region and the second thread element (16) in one respective second end region is attached to the beam splitter elements (11) and the two end regions of a beam splitter element are each separated by a central region through which the tilt axis (15) runs.

Glasses display system (1) according to the preceding claim, characterized in that the first and second thread elements are braced against each other.

Glasses display system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that - between respective fastening areas of different beam splitter elements (11), to which the associated at least one thread element (16) is permanently in contact when used as intended the respective beam splitter element (11), there are respective roll-off areas (37) on the beam splitter elements (11), on which the associated at least one thread element (16) only temporarily comes into contact with the respective beam splitter when used as intended. Element (11), and - the rolling areas (37) of the next adjacent beam splitter elements (11) have respective shapes, which can be described with the same radius function dependent on the tilt angle for an effectively acting radius; or that at least one thread element (16) comes into contact with the respective beam splitter elements (11) only in the fastening areas when used as intended.

Glasses display system (1) according to the preceding claim, characterized in that the rolling areas (37) each comprises or is a convex rolling surface (34), in particular a circular cylinder jacket segment (31) with the tilting axis (15) as the circular cylinder axis.

Glasses display system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that in the area of the anchor structure on opposite sides of the beam splitter elements (11) separated by the outer edge, grooves running transversely to the thread element (16) are arranged , in which the thread element (16) does not touch the respective beam splitter element (11).

Method for producing and/or calibrating a glasses display system (1) according to one of the preceding claims, with the method steps: - Arranging the respective beam splitter elements (11), which have not yet been coupled to one another with a predetermined minimum load capacity, in a respective overlap tilt angle range in a parallel position to one another; - Forming a loop around an anchor structure on a side edge of the respective beam splitter element (11) with the respective thread element (16); - Calibration of the parallel position in the respective overlap tilt angle range, with the specified maximum deviation; - Gluing the at least one thread element (16) to the respective beam splitter elements (11), so that the beam splitter elements (11) connected by the thread element (16) are coupled to one another with the predetermined minimum load capacity.

Method according to the preceding claim for a glasses display system (1). Claim 8 , characterized by an additional calibration, in which material is removed from one or more parts of a surface of the rolling areas (37), preferably without contact, and thus a parallelism of the beam splitter elements (11) coupled to one another in the parallel position, in particular in the overlap tilt angle range.