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Die Erfindung betrifft eine Anzeigevorrichtung
mit einem Bilderzeugungselement zum Erzeugen eines Bildes, einer
Brille mit Brillengläsern
sowie einer ein Einkoppelelement aufweisenden ersten Optik zum Einkoppel
des erzeugten Bildes in das Sichtfeld eines die Brille tragenden
Benutzers.
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Eine solche Vorrichtung wird auch
als HMD-Vorrichtung (Head Mounted Display-Vorrichtung) bezeichnet und ist z.B.
für Personen
geeignet, die eine Brille zur Korrektur einer Fehlsichtigkeit benötigen. Die
Anzeigevorrichtung und die erste Optik sind dabei am Brillenbügel der
Brille (zur Korrektur einer Fehlsichtigkeit) befestigt. Solche Befestigungen am
Brillenbügel
sind häufig
nicht sehr stabil, so daß die
Nutzung der HMD-Vorrichtung negativ beeinflußt wird, da z. B. durch eine
Bewegung der ersten Optik relativ zur Brille auch das mittels dem
Bilderzeugungselement erzeugte Bild in unerwünschter Weise für die die
Brille tragende Person bewegt wird.
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Ausgehend hiervon ist es Aufgabe
der vorliegenden Erfindung, eine Anzeigevorrichtung mit einem Bilderzeugungselement
zum Erzeugen eines Bildes, einer Brille mit Brillengläsern, einer
ein Einkoppelelement aufweisenden ersten Optik zum Einkoppeln des
erzeugten Bildes in das Sichtfeld eines die Brille tragenden Benutzers
bereitzustellen, bei der eine sichere Fixierung des Einkoppelelements
relativ zur Brille erreicht wird.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine
Anzeigevorrichtung mit einem Bilderzeugungselement zum Erzeugen
eines Bildes, einer Brille mit Brillengläsern, einer ein Einkoppelelement
aufweisenden ersten Optik zum Einkoppeln des erzeugten Bildes in
das Sichtfeld eines die Brille tragenden Benutzers gelöst, bei
der die erste Optik oder ein Halter, mit dem die erste Optik verbindbar
ist, mittels einer formschlüssigen
Verbindung an einem ersten der Brillengläser befestigt ist und das Einkoppelelement durch
einen Spalt vom ersten Brillenglas getrennt ist.
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Durch die formschlüssige Verbindung
mit dem ersten Brillenglas wird sichergestellt, daß die Lage
des Einkoppelelements relativ zum ersten Brillenglas unveränderbar
ist, so daß eine
ausgezeichnete Bilddarstellung gewährleistet werden kann. Unter
der formschlüssigen
Verbindung wird hier jede Verbindung verstanden, bei der durch Ineinandergreifen
der Formen von zumindest zwei Elementen der Verbindung eine Bewegung
der ersten Optik relativ zum ersten Brillenglas verhindert wird.
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Da das Einkoppelelement durch einen
Spalt vom ersten Brillenglas getrennt ist, wird weiterhin vorteilhaft
erreicht, daß eine
Korrekturwirkung des ersten Brillenglases, wenn dies zur Korrektur
einer Fehlsichtigkeit dient, unverändert bleibt, was nicht der
Fall wäre,
wenn das Einkoppelelement in Kontakt mit dem Brillenglas stehen
würde.
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Es können beide Brillengläser (für jedes Auge
des Benutzers ein Brillenglas) oder nur ein Brillenglas der Brille
zur Korrektur einer Fehlsichtigkeit dienen. Es ist auch möglich, daß beide
Brillengläser nicht
zur Korrektur einer Fehlsichtigkeit dienen. Dies kann der Fall sein,
wenn die Brille z.B. eine Schutzbrille ist.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung
der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung
ist die erste Optik oder der erste Halter mittels einer Schraubverbindung
am ersten Brillenglas befestigt. In diesem Fall wird die formschlüssige Verbindung
durch die Schraube(n) und die entsprechenden Löcher im Brillenglas sowie in
der ersten Optik bzw. im ersten Halter realisiert. Diese Art der
Verbindung kann leicht in analoger Weise wie die Befestigung von
seitlichen Brillenbügeln
und des Nasenbügels
bei rahmenlosen Brillen durchgeführt
werden. Dadurch ist eine sichere und exakt fixierte Lage des Einkoppelelements
relativ zum ersten Brillenglas gewährleistet, wodurch die Bilddarstellungsqualität des mittels
des Bilderzeugungselements erzeugten Bildes sehr hoch ist.
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Die Schraubverbindung kann z.B. mittels
zumindest einer Durchsteckschraube, zumindest einer Kopfschraube,
die durch ein Durchgangsloch im ersten Brillenglas in ein Gewindedurchgangsloch
oder Gewindesackloch in der ersten Optik bzw. im ersten Halter eingeschraubt
ist, oder zumindest einer Paßschraube
verwirklicht werden..
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Insbesondere kann die erste Optik
bzw. der erste Halter mit zumindest zwei Schrauben mit dem ersten
Brillenglas verschraubt sein. Dadurch wird eine sehr hohe Stabilität der Verbindung
gewährleistet.
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Ferner kann bei der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung
die erste Optik bzw. der erste Halter im Randbereich, bevorzugt
im oberen Randbereich des ersten Brillenglases mit dem ersten Brillenglas verbunden
sein. Dadurch wird vorteilhaft erreicht, daß das Sichtfeld des die Brille
tragenden Benutzers durch die Befestigung der ersten Optik bzw.
des ersten Halters am Brillenglas kaum verkleinert wird.
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Insbesondere kann das erste Brillenglas
zwischen dem Einkoppelelement und einem Auge des die Brille tragenden
Benutzers liegen. Bei dieser Anordnung ist ausreichend Platz für das Einkoppelelement
vorhanden, da es an der dem Benutzer abgewandten Seite des ersten
Brillenglases befestigt und angeordnet werden kann.
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Eine besonders bevorzugte Weiterbildung der
erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung
besteht darin, daß die
erste Optik bzw. deren Halterung mittels einer weiteren formschlüssigen Verbindung
mit dem ersten Halter verbindbar ist. Damit wird eine sichere und
dauerhafte Verbindung der ersten Optik über den ersten Halter mit dem
ersten Brillenglas erzeugt.
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Ferner kann bei der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung
die erste Optik bzw. deren Halterung lösbar mit dem ersten Halter
verbunden sein. Dies führt
zu dem Vorteil, daß die
erste Optik nur bei Bedarf mit der Brille verbunden wird und ansonsten die
Brille normal (zur Korrektur der Fehlsichtigkeit) weiterbenutzt
werden kann.
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Bei der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung
kann das Einkoppelelement für
von dem Bilderzeugungselement kommende Lichtstrahlen des Bildes
eine Strahlengangfaltung bewirken. Dadurch wird der Vorteil erreicht,
daß das
Bilderzeugungselement sowie gegebenenfalls weitere optische Elemente
der ersten Optik oberhalb des Einkoppelelements angeordnet werden
können,
so daß die
Tiefe der Anzeigevorrichtung in Blickrichtung des Benutzers gering
gehalten werden kann.
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Insbesondere kann das Einkoppelelement die
Strahlengangfaltung mittels einem Strahlteiler bewirken, der so
angeordnet ist, daß das
erzeugte Bild für
eine die Brille tragenden Benutzer in Überlagerung mit der Umgebung
wahrnehmbar ist. Dadurch wird die sogenannte augmentierte Darstellung
ermöglicht,
bei der dem Benutzer das erzeugte Bild so eingespiegelt wird, daß er das
erzeugte Bild zusätzlich
zu der Umgebung wahrnehmen kann.
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Zur Strahlengangfaltung kann das
Einkoppelelement einen Umlenkspiegel aufweisen. Damit wird ein einfaches
Mittel zur Strahlengangfaltung bereitgestellt, mit dem eine sehr
gute Abbildungsqualität
erreicht werden kann.
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Die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung kann
in einer bevorzugten Weiterbildung noch weitere Elemente aufweisen,
die zur Bilderzeugung notwendig sind (z.B. eine Ansteuereinheit
für das
Bilderzeugungselement sowie eine Spannungs- bzw. Stromversorgung).
Diese weiteren Elemente können im
oder am Gehäuse
vorgesehen oder mit diesem verbunden sein. Insbesondere die Ansteuereinheit kann
drahtlos oder mittels einer Leitung mit dem Bilderzeugungselement
verbunden sein. Die zur Bilderzeugung notwendigen Daten können zur
Ansteuereinheit entweder drahtlos oder über eine Leitung übertragen
werden.
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Ferner kann die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung
noch eine Justiereinrichtung umfassen, mit der die Lage und Ausrichtung
des Einkoppelelements und/oder der ersten Optik relativ zum ersten Brillenglas
eingestellt und fixiert werden kann. Dazu können beispielsweise am ersten
Halter oder der Halterung der ersten Optik entsprechende Justiermittel
vorgesehen sein. Durch diese Weiterbildung ist eine exakte Justierung
des Einkoppelelements und/oder der ersten Optik relativ zum ersten
Brillenglas leicht möglich,
so daß beispielsweise
eine formschlüssige
Verbindung, bei der die Ausrichtung des Einkoppelelements und/oder
der ersten Optik zum ersten Brillenglas nicht optimal ist, mittels
der Justiereinrichtung korrigiert werden kann.
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Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der
erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung
besteht darin, daß ein
weiteres Bilderzeugungselement zum Erzeugen eines weiteren Bildes
sowie eine ein weiteres Einkoppelelement aufweisende zweite Optik
zum Einkoppeln des weiteren Bildes in das Sichtfeld eines die Brille
tragenden Benutzers vorgesehen sind, wobei die zweite Optik oder
ein zweiter Halter, mit dem die zweite Optik verbindbar ist, mittels
einer formschlüssigen
Verbindung an dem zweiten Brillenglas befestigt ist und das weitere
Einkoppelelement der zweiten Optik durch einen Spalt vom zweiten
Brillenglas getrennt ist. Damit können für beide Augen des Benutzers
unterschiedliche Bilder erzeugt und den Augen zugeführt werden,
wobei insbesondere eine dreidimensionale Darstellung ermöglicht wird.
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Das weitere Einkoppelelement bzw.
der zweite Halter können
in gleicher Weise wie das Einkoppelelement der ersten Optik bzw.
der ersten Halter weitergebildet werden.
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Als Bilderzeugungselement kann beispielsweise
eine selbstleuchtende Anzeige, wie z.B. eine hintergrundbeleuchtete
LCD-Anzeige oder eine LED-Anzeige, oder z.B. eine nichtselbstleuchtende Anzeige
verwendet werden. Das Bilderzeugungselement kann auch ein sogenanntes
(räumliches)
Lichtventil (z.B. eine Kippspiegelmatrix (z.B. von Texas Instruments)
mit einer Vielzahl von in Zeilen und Spalten angeordneten Kippspiegeln)
umfassen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand
der Zeichnung im Prinzip beispielshalber noch näher erläutert. Es zeigen: '
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1 schematisch
eine Vorderansicht einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung;
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2 schematisch
eine vergrößerte Seitenansicht
der in 1 gezeigten Anzeigevorrichtung, und
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3 schematisch
eine perspektivische Darstellung eines am Brillenglas zu befestigenden Halters
und eines HMD-Moduls gemäß einer
weiteren Ausführungsform.
j Wie aus 1 ersichtlich
ist, umfaßt
die efindungsgemäße Anzeigevorrichtung eine
Brille 1 mit einem ersten und einem zweiten Brillenglas 2, 3,
die in einem herkömmlichen
Brillengestell 4 mit einem Nasenbügel B und zwei seitlichen Bügeln S1
und S2 gehaltert sind, sowie ein HMD-Modul 5.
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Das HMD-Modul 5, das in 1 schematisch dargestellt
ist, umfaßt
ein Bilderzeugungselement 6 (wie beispielsweise ein hintergrundbeleuchtedes
LCD-Modul), mit dem ein Bild erzeugbar ist, das über eine erste Optik 7 so
in das Sichtfeld eines die Brille 1 tragenden Benutzers
eingekoppelt wird, daß der
Benutzer das Bild wahrnehmen kann.
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Die erste Optik 7 umfaßt eine
Abbildungsoptik 8, die durch eine schematisch eingezeichnete
Linse dargestellt ist, sowie ein Einkoppelelement 9, das bei
dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel
ein Tellerwürfel
ist.
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Die Abbildungsoptik 8 und
das Bilderzeugungselement 6 sind in einem Gehäuse 10 angeordnet
und mit einer dünneren
Strichstärke
eingezeichnet, da sie in der Darstellung von 1 eigentlich durch das Gehäuse 10 verdeckt
und nicht sichtbar sind und der Tellerwürfel 9 ist analem unteren offenen Ende des Gehäuses 10 mit
dem Gehäuse 10 verbunden.
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Ferner weist das Gehäuse 10 zwei
Flansche 11, 12 auf, die in der Vorderansicht
von 1 gesehen, jeweils
seitlich vorstehen und die am Brillenglas 2 festgeschraubt
sind. Dazu ist in jedem Flansch 11, 12 eine Durchgangsbohrung
und sind in dem ersten Brillenglas 2 zwei weitere den Durchgangsbohrungen
der Flansche 12 und 13 zugeordnete Durchgangsbohrungen
vorgesehen. Durch diese Durchgangsbohrungen ist, wie am besten aus 2 ersichtlich ist, jeweils
von der dem Betrachter zugewandten Seite des ersten Brillenglases 2 eine Schraube 13 hindurchgeführt, auf
die von der anderen Seite des ersten Brillenglases 2 eine
Mutter 14 aufgeschraubt ist, so daß die Flansche 11 und 12 gegen
das erste Brillenglas 2 gedrückt werden und eine formschlüssige Verbindung
zwischen Gehäuse 10 und
erstem Brillenglas 2 vorliegt.
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Die Flansche 11 und 12 sind
so ausgebildet, daß im
montierten Zustand des HMD-Moduls 5 am ersten Brillenglas 2,
wie in 2 gezeigt ist,
zwischen dem Einkoppelelement 9 (Tellerwürfel) und dem
ersten Brillenglas 2 ein Spalt 15 (Luftspalt)
vorhanden ist. Dies ist besonders vorteilhaft für den Fall, daß die Brille 1 eine
Brille zur Korrektur einer Fehlsichtigkeit ist, da aufgrund des
Luftspaltes das Einkoppelelement 9 die Korrekturwirkung
des ersten Brillenglases 2 nicht beeinflußt.
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Die in Verbindung mit 1 beschriebene Anzeigevorrichtung
ist für
eine augmentierte Darstellung ausgebildet, da der Benutzer (durch
ein schematisch eingezeichnetes Auge A angedeutet), der die Brille 1 trägt, aufgrund
des Tellerwürfels 9 eine Überlagerung
des mit dem Bilderzeugungselement 6 erzeugten Bildes (durch
Pfeile P1 und P2 angedeutet) mit der Umgebung (durch Pfeile P3 angedeutet) wahrnehmen
kann. Natürlich
kann statt des Tellerwürfels 9 beispielsweise
ein Umlenkprisma vorgesehen werden, so daß keine Überlagerung von dem erzeugten
Bild mit der Umgebung mehr stattfindet, sondern der Benutzer im
Bereich des erzeugten Bildes nur noch dieses wahrnehmen kann.
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Das HMD-Modul 5 weist noch
weitere Elemente (nicht gezeigt) auf, die zur Bilderzeugung notwendig
sind, wie z.B. eine Ansteuereinheit für das Bilderzeugungselement 6 und
eine Spannungs- bzw. Stromversorgung. Diese Elemente können im
oder am Gehäuse 10 vorgesehen
oder mit diesem verbunden sein. Insbesondere die Ansteuereinheit
kann drahtlos oder mittels einer Leitung mit dem Bilderzeugungselement 6 verbunden
sein. Die zur Bilderzeugung notwendigen Daten können zur Ansteuereinheit entweder
drahtlos oder über
eine Leitung übertragen werden.
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Neben der beschriebenen Schraubverbindung
mittels der Durchsteckschrauben 13 können beispielsweise in dem
Gehäuse 10 zwei
den Durchgangslöchern
im ersten Brillenglas 2 zugeordnete Gewindedurchgangslöcher (nicht
gezeigt) oder Gewindesacklöcher
(nicht gezeigt) vorgesehen sein, in die entsprechende Schrauben
eingeschraubt werden können.
Solche Gewindesacklöcher
können
auch im Teilerwürfel 9 selbst
vorgesehen sein. In diesem Fall wird eine formschlüssige Verbindung
des Teilerwürfels 9 mit
dem ersten Brillenglas hergestellt.
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Ferner ist es möglich, auch am zweiten Brillenglas 3 ein
HMD-Modul, das die beispielsweise identisch zu dem HMD-Modul 5 ausgebildet
sein kann, zu befestigen. In diesem Fall ist insbesondere eine dreidimensionale
Darstellung durch entsprechende Erzeugung der Bilder möglich, da
die Bilder für
das rechte und linke Auge des Benutzers getrennt erzeugt und getrennt
den beiden Augen zugeführt werden
können.
Hierbei ist eine exakte Fixierung besonders vorteilhaft, da nur
dadurch der für
eine stereoskopische Betrachtung besonders wichtige Augenabstand
eingehalten werden kann.
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In 3 ist
in einer perspektivischen Darstellung ein Halter 16 sowie
ein Teil eines HMD-Moduls 5' (das im wesentlichen
gleich zu dem HMD-Modul 5 von 1 ausgebildet sein kann und bei dem gleiche Elemente
im Vergleich mit dem HMD-Modul 5 mit gleichen Bezugszeichen
bezeichnet sind) mit einem am Gehäuse 10 befestigten
Haltergegenstück 17 gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung gezeigt.
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Der Halter 16 umfaßt einen
Befestigungssteg 18 mit zwei Durchgangslöchern 19, 20,
die in gleicher Weise wie bei der Ausführungsform von 1 und 2 zwei
Durchgangsbohrungen im ersten Brillenglas 2 zugeordnet
sind. Somit kann der Halter 16 an dem ersten Brillenglas 2 festgeschraubt
werden (wie bei der Ausführungsform
von 1 und 2), so daß eine formschlüssige Verbindung
vorliegt. Der Befestigungssteg 18 kann der Krümmung des
ersten Brillenglases 2 so angepaßt sein, daß er im montierten Zustand
am ersten Brillenglas 2 anliegt.
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An der dem ersten Brillenglas 2 abgewandten
Seite des Befestigungsstegs 18 (im montierten Zustand des
Halters 16) ist ein T-förmiges
Führungselement 21 befestigt.
Das Führungselement 21 weist einen
Mittelsteg 22, der mit dem Befestigungssteg 18 verbunden
ist, sowie einen Quersteg 23 auf.
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Das am Gehäuse 10 befestigte
Haltergegenstück 17 umfaßt eine
T-Nut •24,
die so ausgebildet ist, daß das
Haltergegenstück 17 von
oben auf das Führungselement 21 aufgesetzt
und dann nach unten geschoben werden kann, wobei die beiden freien Schenkel 25, 26 des
Haltergegenstücks 17 den Quersteg 23 des
Führungselements 21 beidseitig hintergreifen.
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Ferner ist in der T-Nut 24 des
Haltergegenstücks 17 ein
Anschlagelement 27 vorgesehen, das im verbundenen Zustand
auf der oberen Endfläche 28 des
Führungselements 21 aufliegt.
Damit ist eine lösbare
(formschlüssige)
Verbindung zwischen dem Halter 16 und dem Gehäuse 10 vorgesehen,
so daß das
HMD-Modul 5' nach
Bedarf mit der Brille 1 verbunden werden kann.