DE202007019170U1

DE202007019170U1 - HMD-Vorrichtung

Info

Publication number: DE202007019170U1
Application number: DE202007019170U
Authority: DE
Original assignee: Carl Zeiss AG
Current assignee: Microoled Fr
Priority date: 2007-03-29
Filing date: 2007-03-29
Publication date: 2010-11-04
Anticipated expiration: 2017-03-30
Also published as: US7633683B2; US20080239523A1; DE102007016138A1

Abstract

HMD-Vorrichtung mit einer Abbildungsoptik für das rechte Auge und einer Abbildungsoptik für das linke Auge, wobei jede Abbildungsoptik ein in der Objektebene erzeugtes Bild so abbildet, daß es ein Benutzer in einer Bildebene wahrnehmen kann, jede der Abbildungsoptiken ein optisches Element (23) und ein dem optischen Element (23) nachgeordnetes Umlenkelement (25) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bildgeber (24) und das dem Bildgeber (24) folgende optische Element (23) mittels eines linear geführten, durch eine Antriebseinheit beweglichen Aufnahmerahmen (14) gehaltert sind, wobei eine Linearbewegung in Richtung einer optischen Achse erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft eine HMD-Vorrichtung mit einer Abbildungsoptik für das rechte Auge und einer Abbildungsoptik für das linke Auge, wobei jede Abbildungsoptik ein in der Objektebene erzeugtes Bild so abbildet, daß es ein Benutzer in einer Bildebene wahrnehmen kann, jede der Abbildungsoptiken ein optisches Element und ein dem optischen Element nachgeordnetes Umlenkelement aufweist.
Eine solche Abbildungsoptik ist beispielsweise in der EP 1 513 000 A1 beschrieben. Die Abbildungsoptik für die Anzeigeeinrichtung ist für ein normalsichtiges Auge berechnet. Nachteilig ist, daß ein Benutzer, dessen Augen eine Fehlsichtigkeit aufweisen, eine Fehlsichtigkeitskorrektur vornehmen muß.
Die Lösung in DE 101 32 872 A1 verwendet eine HMD-Vorrichtung, welche am Gestell einer Brille befestigt ist.
In DE 102 31 427 A1 wird vorgeschlagen das HMD am Brillenglas zu befestigen.
Die DE 10311972 A1 beschreibt ein HMD, welches eine Aufnahme aufweist, mit der Gläser verschiedener Korrekturstärke auswechselbar gehaltert werden.
Das Tragen der HMD-Vorrichtung zusammen mit der Brille wird jedoch häufig als unangenehm angesehen. Die HMD-Vorrichtung muß entweder individuell angepaßt werden oder es müssen spezielle Brillengläser vorrätig sein, die auswechselbar sind.
In jedem Fall ist eine Fehlsichtigkeitskorrektur mit einem erheblichen Aufwand verbunden, sofern diese überhaupt vorgesehen ist.
Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, eine HMD-Vorrichtung zu schaffen, die sowohl für normalsichtige Benutzer als auch für verschiedene Benutzer geeignet ist, deren Augen eine Fehlsichtigkeit aufweisen.
Die Aufgabe der Erfindung wird bei einer HMD-Vorrichtung der Eingangs genannten Art durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche 2 bis 6 sind vorteilhafte Ausgestaltungen des Anspruchs 1.
Da die Benutzer einer HMD-Vorrichtung unterschiedliche Sehstärke haben können ist vorgesehen, die Lage mindestens einer optisch wirksamen Komponente entlang einer optischen Achse für jedes der Augen des Benutzers einstellbar zu gestalten. Die Einstellung erfolgt mittels einer Getriebespindel oder mittels eines Kurvengetriebes oder mittels eines kleinen Linearmotors.
Bei der HMD-Vorrichtung wird der Dioptrienausgleich vorzugsweise dadurch realisiert, daß die Bewegung eines Aufnahmerahmens, welcher das optische Element zusammen mit einem Bildgeber haltert, durch ein Kurvengetriebe eingeleitet wird, das an das manuell bedienbare Einstellrad angeformt ist. Diese Lösung ist besonders einfach und daher kostengünstig.
Das Einstellrad ist relativ groß und somit leicht zugänglich bzw. leicht bedienbar. Die Krafteinleitung kann bequem mit zwei Fingern oder auch mit einem Finger vorgenommen werden. Die Bedienung ähnelt der Einstellmöglichkeit an einem Fernglas. Durch geeignete Wahl der Steigung der Nutkurve kann die Fokussierung sehr feinfühlig und präzise gestaltet werden. Die Steigung ermöglicht geringen Kraftaufwand für die Stellbewegung. Die Lösung realisiert die Funktion mit geringem Bauraum und wenigen, sehr einfach herstellbaren Bauteilen.
Der Übertragungsstift, der in der Nutkurve läuft kann in seiner axialen Richtung gefedert ausgeführt werden, so daß die Federkraft für Selbsthemmung sorgt. Zudem läuft der Übertragungsstift durch die Vorspannung spielfrei.
An der Kurvenbahn der Nutkurve können Noppen angeformt werden, die dem Anwender durch höheren Kraftaufwand oder ein Geräusch z. B. die Mittelstellung, Anschlagstellungen oder bestimme Dioptrie-Abstände signalisieren.
Diese rastende Einstellung kann auch durch eine Rastfeder am Einstellrad, der gegen Rastzähne am Gestell wirkt, realisiert werden.
Das manuell bedienbare Einstellrad kann vom Kurvenrad getrennt werden, so daß durch die beiden Teile eine Rutschkupplung realisiert werden kann. Durch die Rutschkupplung können die manuellen Kräfte begrenzt werden, damit diese nicht die hochempfindliche Optik bzw. Mechanik beschädigen können.
Bei der Gestaltung von Langloch und Nutkurve ist darauf zu achten, daß die Begrenzung der Bewegung in der Nutkurve liegt, nicht im Langloch und nicht im Aufnahmerahmen liegt, um zu hohe Biegemomente am Übertragungsstift bzw. im Aufnahmerahmen und seinen Lagerteilen zu vermeiden. Die Übersetzung von Drehwinkel zu Dioptrie-Veränderung kann linear sein.
An das Einstellrad können Markierungen angebracht werden, welche z. B. die Nullstellung, Anschlagstellungen oder Dioptrien-Inkremente darstellen. Das Einstellrad wird ergonomisch so gestaltet, daß die Drehbewegung mit den Fingern leicht eingeleitet werden kann ohne abzurutschen bzw. ohne hohen Kraftaufwand. Dies wird z. B. durch eine Formgebung mit Noppen-, Rändel- oder Wellenkontur am Umfang des Einstellrades realisiert.
Das Einstellrad ist zur einfachen Montage mit einem Schnapphaken an der Steckachse ausgeführt.
Als Basis für eine hochpräzise Führung des aus Kunststoff gefertigten Aufnahmerahmens wird ein metallischer Führungsbolzen verwendet, der relativ einfach und billig sehr genau gefertigt werden kann. Der Aufnahmerahmen hält die optisch wirksamen Elemente, welche durch die Linearverschiebung den Dioptrienausgleich ermöglicht. (z. B. Display mit Hintergrundbeleuchtung und Linse). Als Werkstoffpaarung für die Führung kann zum Beispiel POM (Aufnahmerahmen) und Stahl (Führungsbolzen) verwendet werden. Der Führungsbolzen ist in eine Grundplatte eingegossen oder in diese eingerastet.
Er kann eine spezielle Oberflächenbehandlung zur Optimierung der Gleiteigenschaften erhalten.
Eine Ausführung der Erfindung wird nachfolgend an Hand von Figuren beschrieben. Es zeigen:
1: HMD-Vorrichtung mit benutzerseitig angeordneten Einstellrädern
2: Teilansicht Einstellrad
3: Teilansicht Gestell mit gelagertem Einstellrad
4: Teilansicht Einstellrad mit Rahmen
5: Teilansicht Gestell mit montiertem Bildgeber und optischem Element
6: Teilansicht des mechanischen Aufbaus für eine Hälfte der HMD-Vorrichtung
7: Teilansicht auf das Gestell ohne Einstellrad
8 HMD-Vorrichtung mit einem seitlich angeordneten Einstellrad.
1 zeigt eine HMD-Vorrichtung aus der Perspektive. Die HMD-Vorrichtung ist brillenartig gestaltet. Ein Gestell 12 lagert rechts und links jeweils einen schwenkbaren Haltebügel 2 und in der Mitte des Gestells 12 ist eine Nasenauflage 3. Das Gestell hat jeweils ein Bildfenster 6 für das rechte und das linke Auge eines Beobachters. Zwischen dem rechten Bildfenster 6 und dem rechten Haltebügel 2 ist ein rechtes Einstellrad 4 angeordnet. Zwischen dem linken Bildfenster 6 und dem linken Haltebügel 2 ist ein linkes Einstellrad 5 angeordnet. Mittels Betätigung des rechten und/oder linken Einstellrades 4, 5 wird die Fehlsichtigkeit des Rechten und des linken Auges individuell ausgeglichen.
2 zeigt den Aufbau des rechten und des linken Einstellrades 4, 5, die Baugleich sind. Das Einstellrad hat eine geschlitzte Steckachse 8. An einem Teil der Steckachse 8 ist ein Schnapphaken 9 nach außen vorstehend angeordnet. Weiterhin ist in das Einstellrad 4, 5 etwa 340° um die Steckachse 8 herum eine Nutkurve 7 eingearbeitet, deren Mittenradius sich stetig vergrößert. Der äußere Rand des Einstellrades 4, 5 hat Noppen 10, um eine sichere Betätigung des Einstellrades 4, 5 zu gewährleisten. Weiterhin ist eine Rastfeder 11 angebracht.
3 zeigt die linke Seite (auf den Benutzer gesehen) eines Gestells 12 der HMD-Vorrichtung 1 mit montiertem rechten Einstellrad 4. Durch ein im Gestell 12 befindliches Langloch 13 ist die Nutkurve 7 des Einstellrades 4 erkennbar. In dem Gestell 12 befindet sich eine Bohrung, in welche die Streckachse 8 des Einstellrades 4 eingesteckt ist. Der Schnapphaken 9 sichert das Einstellrad 4 gegen die Gehäusefläche.
Haltestege 20, 21 dienen zur Aufnahme eines Führungsbolzens 22 und eine Führungsleiste 14 wird zwischen einem Gleitschuh 17 und einer Federnase 18 eingeklemmt (siehe 5).
4 zeigt eine Ansicht des rechten Einstellrades 4 im Zusammenbau mit einem Aufnahmerahmen 15. (auf den Benutzer gesehen, zur übersichtlicheren Darstellung wird das dazwischen liegende Gestell nicht gezeigt.) Der Aufnahmerahmen 15 hat zur geradlinigen Führung an einer oberen rechten Seite eine Führungsbuchse 16 und an einer unteren rechten Seite den Gleitschuh 17, an dem die Federnase 18 angebracht ist.
Ein Übertragungsstift 19 ist an der rechten Seite des Aufnahmerahmens 15 etwa mittig angebracht und steht in Richtung Einstellrad 4. Dabei greift der Führungsstift 19 im montierten Zustand durch das Langloch 13 (siehe 3) in die Nutkurve 7 des Einstellrades 4. Wird das Einstellrad 4 gedreht, gleitet der Übertragungsstift 19 in der Nutkurve 7, wobei der Aufnahmerahmen 15 durch die Führungsbuchse 16, den Gleitschuh 17 und die Federnase 18 am Gestell 12 (siehe 5) linear bewegt wird.
5 zeigt die in 3 und 4 beschriebenen Teile im zusammengefügten Zustand, wobei hier zusätzlich ein Bildgeber 24 und ein optisches Element 23 gezeigt sind, welche in dem Aufnahmerahmen 15 gehaltert werden. Weiterhin ist ein Führungsbolzen 22 gezeigt, der an einem Ende in einen Haltesteg 20 des Gestells 12 und an seinem anderen Ende in einen Haltesteg 21 des Gestells eingespannt ist.
Vor der Montage wurde der Führungsbolzen 22 in die Führungsbuchse 16 eingesteckt. Der Gleitschuh 17 gleitet an einer äußeren Seite der Führungsleiste 14, wobei die Federnase an eine innere Seite der Führungsleiste 14 andrückt.
6 zeigt den kompletten optischen und mechanischen Aufbau der linken Seite der HMD-Vorrichtung (auf den Benutzer gesehen). Genau spiegelbildlich ist die rechte Seite der HMD-Vorrichtung aufgebaut.
Der Bildgeber 24 und das optische Element 23 werden in dem Aufnahmerahmen 15 gehaltert. Dem Aufnahmerahmen 15 folgt im optischen Übertragungsweg ein Umlenkelement 25, welches ein vom Bildgeber 24 erzeugtes Bild in ein rechtes Auge des Benutzers lenkt.
Der Bildgeber 24 ist beispielsweise vom Typ OLED oder LCD, das optische Element 23 ist eine Konkav-Konvex-Linse mit negativer Brechkraft und das Umlenkelement 25 ist ein Spiegel oder Prisma mit positiver Brechkraft. Das vom Bildgeber 24 erzeugte Bild wird als virtuelles Bild vom Auge des Benutzers wahrgenommen.
7 zeigt eine Ansicht auf das Gestell 12 (aus Sicht des Benutzers), wobei das rechte Einstellrad 4 nicht montiert ist. Gezeigt sind radial um eine Drehachse 26 des Einstellrades 4 angeordnete Rastzähne 27. Die Rastzähne 27 wirken mit einer Rastfeder 11 (in 2 dargestellt) als rastende Einstellhilfe.
8 zeigt (auf den Benutzer gesehen) den mechanisch-optischen Aufbau einer Hälfte der HMD-Vorrichtung. Die Darstellung entspricht der in 6 gezeigten, mit dem Unterschied, daß die Antriebseinheit für den Aufnahmerahmen 15 aus einem seitlich angeordneten Einstellrad 4 besteht, daß direkt mit eine Gewindespindel 29 verbunden ist. Die Gewindespindel 29 ist zweiseitig in Lagern 28 gelagert. Zwischen den Lagern 28 treibt die Gewindespindel 29 eine Gewindehülse 30, wobei die Gewindehülse 30 mit dem Aufnahmerahmen verbunden ist.

1: HMD-Vorrichtung
2: Haltebügel
3: Nasenauflage
4: Rechtes Einstellrad
5: Linkes Einstellrad
6: Bildfenster
7: Nutkurve
8: Steckachse
9: Schnapphaken
10: Noppen
11: Rastfeder
12: Gestell
13: Langloch
14: Führungsleiste
15: Aufnahmerahmen
16: Führungsbuchse
17: Gleitschuh
18: Federnase
19: Übertragungsstift
20: Haltesteg
21: Haltesteg
22: Führungsbolzen
23: Optisches Element
24: Bildgeber
25: Umlenkelement
26: Drehachse
27: Rastzähne
28: Lager
29: Gewindestange
30: Gewindehülse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- EP 1513000 A1 [0002]
- DE 10132872 A1 [0003]
- DE 10231427 A1 [0004]
- DE 10311972 A1 [0005]

Claims

HMD-Vorrichtung mit einer Abbildungsoptik für das rechte Auge und einer Abbildungsoptik für das linke Auge, wobei jede Abbildungsoptik ein in der Objektebene erzeugtes Bild so abbildet, daß es ein Benutzer in einer Bildebene wahrnehmen kann, jede der Abbildungsoptiken ein optisches Element (23) und ein dem optischen Element (23) nachgeordnetes Umlenkelement (25) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bildgeber (24) und das dem Bildgeber (24) folgende optische Element (23) mittels eines linear geführten, durch eine Antriebseinheit beweglichen Aufnahmerahmen (14) gehaltert sind, wobei eine Linearbewegung in Richtung einer optischen Achse erfolgt.
HMD-Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinheit ein Spindelantrieb ist, wobei ein Einstellrad beidseitig eines Gestells angeordnet ist.
HMD-Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinheit ein motorischer Linearantrieb ist.
HMD-Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinheit ein Kurvengetriebe ist.
HMD-Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß vom Benutzer her gesehen, beidseitig der Bildfenster (6) für das rechte und das linke Auge Einstellräder (4, 5) angeordnet sind, jedes der Einstellräder (4, 5) mechanisch mit jeweils einem Kurvengetriebe gekoppelt ist, wobei jedes Kurvengetriebe eine eingangsseitige Drehbewegung des Einstellrades (4, 5) in eine ausgangsseitige lineare Bewegung des Aufnahmerahmens (14) umsetzt.
HMD-Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand des optischen Elements (23) den Aufnahmerahmen (14) bildet.