DE202013010443U1

DE202013010443U1 - An imaging device for magnified viewing of displays and displays of portable multifunction devices while viewing the environment

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Publication number: DE202013010443U1
Application number: DE201320010443
Authority: DE
Original assignee: Innospiring GmbH
Current assignee: Innospiring GmbH
Priority date: 2013-11-19
Filing date: 2013-11-19
Publication date: 2013-12-12
Anticipated expiration: 2023-11-20

Abstract

Tragbare Abbildungsvorrichtung die vor das Gesicht des Benutzer zu halten ist und folgenden Merkmale aufweist – eine Bilderzeugungseinrichtung (1), – ein lichtdurchlässiges optisches Mittel (2), in einer Position vor den Augen des Benutzers – ein optisches Mittel (4), welches das vom Multifunktionsgerät abgestrahlte Bild reflektiert – ein optisches Mittel (3), welches das vom Multifunktionsgerät abgestrahlte Bild vergrößert, dadurch gekennzeichnet, dass das lichtdurchlässige optische Mittel (2) sich über mindestens ein Auge des Benutzers erstreckt, und dass die Bilderzeugungseinrichtung (1), das reflektierende optische Mittel (4), das vergrößernde optische Mittel (3) und das lichtdurchlässige optische Mittel (2) so angeordnet sind, dass das von der Bilderzeugungseinrichtung (1) abgestrahlte Licht durch das lichtdurchlässige optische Mittel (2) und anschließend durch reflektierende (4) und vergrößernde (3) optische Mittel über eine Spiegelung an dem lichtdurchlässigen optischen Mittel (2) in das Blickfeld mindestens eines Auges des Benutzers tritt und dem Benutzer in einem vorbestimmten Abstand vor der Abbildungsvorrichtung erscheint.A portable imaging device which is to be held in front of the user's face and has the following features: - an imaging device (1), - a translucent optical means (2), in a position in front of the user's eyes - an optical means (4) incorporating the optical device (4) Multi-function device radiated image reflected - an optical means (3) which magnifies the image emitted by the multifunction device, characterized in that the translucent optical means (2) extends over at least one eye of the user, and that the image forming device (1), the reflective optical means (4), the magnifying optical means (3) and the translucent optical means (2) are arranged such that the light emitted by the image forming means (1) is transmitted through the translucent optical means (2) and then through reflective (4) and magnifying (3) optical means by reflection at the light transmissive optical means (2) enters the field of view of at least one eye of the user and appears to the user at a predetermined distance in front of the imaging device.

Description

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Die vorliegende Erfindung dient der vergrößerten Betrachtung von elektronischen Anzeigen und Anzeigen mobiler, elektronischer Multifunktionsgeräte, wie Smartphone oder mobile Spielekonsole, bei gleichzeitiger Sicht auf die Umgebung. Allgemein sind eine große Zahl von Patenten und Produkten zur Darstellung einer augmentierten Realität (augmented reality; AR) bekannt. Ein spezielle Form ist dabei die sogenannte gemischte Realität (mixed reality) bei der die natürliche Umgebung und eine künstliche Anzeige vor dem Auge des Betrachters überlagert werden. Ein aktuelles Beispiel für solche Vorrichtungen sind Google Glass oder Epson Moverio BT-100.The present invention is to magnify viewing of electronic displays and displays of portable multifunction electronic devices, such as smartphones or mobile game consoles, while viewing the environment. Generally, a large number of patents and augmented reality (AR) products are known. A special form is the so-called mixed reality in which the natural environment and an artificial display are superimposed in front of the eye of the beholder. A current example of such devices are Google Glass or Epson Moverio BT-100.

Stand der TechnikState of the art

Abbildungsvorrichtungen zur Darstellung augmentierter Realitäten sind bekannt, wie dies beispielsweise aus den Patenten US 5712649 A , DE69221987D1 , US 5886823 A , US 6353503 B1 , WO 2002056091 A1 , US 5305124 A , DE 693 12 370T2 hervorgeht.Imaging devices for representing augmented realities are known, as for example from the patents US 5712649 A . DE69221987D1 . US 5886823 A . US 6353503 B1 . WO 2002056091 A1 . US 5305124 A . DE 693 12 370T2 evident.

Bei jeder dieser bekannten Abbildungsvorrichtungen enthalten die Abbildungsvorrichtungen eine integrierte Anzeige und Sensorik und vorwiegend auch die Steuerungselektronik und sind daher entsprechend aufwendig und kostenintensiv. Die vorliegende Erfindung stellt eine einfache Alternative dar, welches die Anzeige, die Sensorik und die Steuerungselektronik eines mobilen, elektronischen Multifunktionsgerätes nutzen kann, um eine gemischte Realität im Blickfeld des Betrachters zu generieren.In each of these known imaging devices, the imaging devices include an integrated display and sensors, and predominantly also the control electronics, and are therefore correspondingly expensive and expensive. The present invention provides a simple alternative that can utilize the display, sensing, and control electronics of a portable multifunction electronic device to generate a blended reality in the field of view of the viewer.

Im Patent DE69221987D1 wird eine einfache Bauform vorgeschlagen, die der vorliegenden Erfindung sehr ähnlich ist. Nachteilig an der im Patent DE69221987D1 vorgestellten Bauform ist, dass der Betrachter das natürliche Bild durch zwei optische Elemente (halbdurchlässiger Spiegel und vergrößerndes optisches Element) betrachten muss. Die damit verbundene erhöhte Lichtstreuung ist insbesondere für Anwendungen mit sehr lichtschwachen natürlichem Bild, wie zum Beispiel dem nächtlichen Himmel äußerst störend.In the patent DE69221987D1 a simple design is proposed, which is very similar to the present invention. A disadvantage of the design presented in the patent DE69221987D1 is that the observer must consider the natural image by two optical elements (semitransparent mirror and magnifying optical element). The associated increased light scattering is extremely disturbing especially for applications with a very faint natural picture, such as the night sky.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher eine einfache und kostengünstig zu produzierende Bauform zu schaffen.Object of the present invention is therefore to provide a simple and inexpensive to be produced design.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, das natürliche Licht so wenig wie möglich zu streuen oder zu schwächen.Another object of the present invention is to scatter or weaken the natural light as little as possible.

Des weiteren war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Sehwinkel des Blickfelds, welches der Benutzer durch die Vorrichtung sehen kann, zu maximieren.Furthermore, it was an object of the present invention to maximize the visual angle of the field of view that the user can see through the device.

Für die Ausführungsform, in der eine Halterung für ein elektronisches Multifunktionsgerät zum Einsatz kommt, war es eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung dem Benutzer eine einfache und effektive Bedienung des Multifunktionsgerätes zu ermöglichen während sich das Multifunktionsgerät in der Halterung der Vorrichtung befindet.For the embodiment in which a holder for a multifunctional electronic device is used, it was a further object of the present invention to allow the user a simple and effective operation of the multifunction device while the multifunction device is in the holder of the device.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Die vorstehenden Aufgaben werden durch eine tragbare Abbildungsvorrichtung gelöst, wie sie im Folgenden genauer beschrieben ist.The above objects are achieved by a portable imaging device as described in more detail below.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das auf den Bilderzeugungsmitteln befindliche Bild zu einem oder beiden Augen des Benutzer durch optische Mittel so geführt, dass der Benutzer sowohl das natürliche Licht vor seinen Augen, als auch das durch die Bilderzeugungsmittel erzeugte und durch optische Mittel reflektierte und vergrößerte Licht überlagernd betrachten kann.According to the present invention, the image on the imaging means is guided to one or both of the user's eyes by optical means so that the user can see both the natural light in front of his eyes and the light generated and magnified by the optical means and generated by the imaging means to consider superimposing.

Beschreibung der FigurenDescription of the figures

1 ist eine Seitenansicht des optischen Systems in einem ersten Ausführungsbeispiel, in dem das lichtdurchlässige optische Mittel (2), das spiegelnde optische Mittel (4) und das vergrößernde optische Mittel (3) als getrennte Einheiten ausgeführt sind. Der Strahlengang (5a) verläuft von der Bilderzeugungseinrichtung (1) durch eine lichtdurchlässige Scheibe (2) und dann durch eine vergrößernde optische Linse (3) und dann nach Spiegelung an einem planeren Spiegel (4) erneut durch die vergrößernde optische Linse (3) und dann über die Reflexion an der Grenzfläche der Scheibe (2) in das Auge des Benutzers. 1 is a side view of the optical system in a first embodiment, in which the translucent optical means ( 2 ), the specular optical means ( 4 ) and the magnifying optical means ( 3 ) are designed as separate units. The beam path ( 5a ) passes from the image forming device ( 1 ) through a translucent disc ( 2 ) and then through a magnifying optical lens ( 3 ) and then after mirroring on a plane mirror ( 4 ) again through the magnifying optical lens ( 3 ) and then on the reflection at the interface of the disc ( 2 ) in the eye of the user.

2 ist eine Seitenansicht des optischen Systems in einem zweiten Ausführungsbeispiel, in dem das spiegelnde optische Mittel und das vergrößernde optische Mittel in einem vergrößernden Spiegel (6) vereint sind. Der Strahlengang (5b) verläuft von der Bilderzeugungseinrichtung (1) durch eine lichtdurchlässige Scheibe (2) und dann nach Spiegelung an einem vergrößernden Spiegel (6) und dann über die Reflexion an der Grenzfläche der Scheibe (2) in das Auge des Benutzers. 2 Fig. 10 is a side view of the optical system in a second embodiment in which the specular optical means and the magnifying optical means are arranged in a magnifying mirror ( 6 ) are united. The beam path ( 5b ) passes from the image forming device ( 1 ) through a translucent disc ( 2 ) and then mirrored on a magnifying mirror ( 6 ) and then on the reflection at the interface of the disc ( 2 ) in the eye of the user.

3 ist eine Seitenansicht des optischen Systems in einem dritten Ausführungsbeispiel in dem das lichtdurchlässige optische Mittel und das vergrößernde optische Mittel in einer lichtdurchlässigen, konkaven Scheibe (7) vereint sind. Der Strahlengang (5c) verläuft von der Bilderzeugungseinrichtung (1) durch eine lichtdurchlässige Scheibe (7) und dann nach Spiegelung an einem planeren Spiegel (4) und dann über die Reflexion an der konkaven Grenzfläche der Scheibe (7) in das Auge des Benutzers. Dabei bewirkt die Spiegelung auf der konkaven Seite der Scheibe (7) die optische vergrößerte Wahrnehmung des Bildes der Bilderzeugungseinrichtung (1) durch den Benutzer. 3 Fig. 10 is a side view of the optical system in a third embodiment in which the translucent optical means and the magnifying optical means are arranged in a translucent concave disk (Fig. 7 ) are united. The beam path ( 5c ) passes from the image forming device ( 1 ) through a translucent disc ( 7 ) and then after reflection on a plane mirror ( 4 ) and then on the reflection at the concave interface of the disc ( 7 ) in the eye of the user. The reflection on the concave side of the disc ( 7 ) the optical magnified perception of the image of the imaging device ( 1 ) by the user.

4 ist ein Seitenansicht des optischen Systems in einem dritten Ausführungsbeispiel in dem das lichtdurchlässige optische Mittel, das spiegelnde optische Mittel und das vergrößernde optische Mittel in einer lichtdurchlässigen konkaven Scheibe (8) vereint sind. Der Strahlengang (5d) verläuft von der Bilderzeugungseinrichtung über die Reflexion an der konkaven Grenzfläche der Scheibe (8) in das Auge des Benutzers. Dabei bewirkt die Spiegelung auf der konkaven Seite der Scheibe (8) die optische vergrößerte Wahrnehmung des Bildes der Bilderzeugungseinrichtung (1) durch den Benutzer. 4 Fig. 12 is a side view of the optical system in a third embodiment in which the translucent optical means, the specular optical means, and the magnifying optical means are arranged in a translucent concave disk (Fig. 8th ) are united. The beam path ( 5d ) passes from the imaging device via the reflection at the concave interface of the disc ( 8th ) in the eye of the user. The reflection on the concave side of the disc ( 8th ) the optical magnified perception of the image of the imaging device ( 1 ) by the user.

5 ist die Vorderansicht des optischen Systems in besagten ersten Ausführungsbeispiel, in dem das lichtdurchlässige optische Mittel (2), das spiegelnde optische Mittel (4) und das vergrößernde optische Mittel (3) als getrennte Einheiten ausgeführt sind. 5 is the front view of the optical system in said first embodiment, in which the translucent optical means ( 2 ), the specular optical means ( 4 ) and the magnifying optical means ( 3 ) are designed as separate units.

6 ist eine Seitenansicht des optischen Systems in besagten ersten Ausführungsbeispiel, in dem das lichtdurchlässige optische Mittel (2), das spiegelnde optische Mittel (4) und das vergrößernde optische Mittel (3) als getrennte Einheiten ausgeführt sind und an der Position der Bilderzeugungseinrichtung eine Halterung (9) zur Aufnahme eines Multifunktionsgerätes (10) mit einer Bilderzeugungseinrichtung vorgesehen ist. Der Strahlengang (5e) verläuft vom der Bilderzeugungseinrichtung des Mulktifunktionsgerätes (10) durch eine lichtdurchlässige Scheibe (2) und dann durch eine vergrößernde optische Linse (3) und dann nach Spiegelung an einem planeren Spiegel (4) erneut durch die vergrößernde optische Linse (3) und dann über die Reflexion an der Grenzfläche der Scheibe (2) in das Auge des Benutzers. Entsprechend leiten sich aus den Ausführungsformen, welche in den 2, 3 und 4 beschrieben sind, Ausführungsformen ab, bei denen an der Position der Bilderzeugungseinrichtung (1) eine Halterung (9) zur Aufnahme eines Multifunktionsgerätes (10) mit einer Bilderzeugungseinrichtung vorgesehen ist. 6 is a side view of the optical system in said first embodiment, in which the translucent optical means ( 2 ), the specular optical means ( 4 ) and the magnifying optical means ( 3 ) are designed as separate units and at the position of the image forming device a holder ( 9 ) for receiving a multifunction device ( 10 ) is provided with an image forming device. The beam path ( 5e ) extends from the imaging device of the Mulktifunktionsgerätes ( 10 ) through a translucent disc ( 2 ) and then through a magnifying optical lens ( 3 ) and then after mirroring on a plane mirror ( 4 ) again through the magnifying optical lens ( 3 ) and then on the reflection at the interface of the disc ( 2 ) in the eye of the user. Accordingly, derived from the embodiments which in the 2 . 3 and 4 described embodiments, in which at the position of the image forming device ( 1 ) a holder ( 9 ) for receiving a multifunction device ( 10 ) is provided with an image forming device.

7 ist eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung (11) wie in besagten ersten Ausführungsbeispiel beschrieben. 7 is a perspective view of the device ( 11 ) as described in said first embodiment.

8 ist eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung (11) mit vier elektrisch leitenden Strukturen (14). Ein Teil der Struktur (12) liegt dabei an der Oberfläche der Vorrichtung (11) und ein weiterer Teil der Struktur liegt an einer Position (13), die dazu geeignet ist, einen Kontakt mit der kapazitiv-sensitiven Oberfläche des Multifunktionsgerätes herzustellen, welches in der Halterung (9) platziert werden kann. 8th is a perspective view of the device ( 11 ) with four electrically conductive structures ( 14 ). Part of the structure ( 12 ) lies on the surface of the device ( 11 ) and another part of the structure is at a position ( 13 ), which is adapted to make contact with the capacitive-sensitive surface of the multifunction device, which in the holder ( 9 ) can be placed.

9 ist eine Seitenansicht des optischen Systems in einem weiteren Ausführungsbeispiel, in dem das lichtdurchlässige optische Mittel (2), das spiegelnde optische Mittel (4) und das vergrößernde optische Mittel (3) als getrennte Einheiten ausgeführt sind und die Bilderzeugungseinrichtung sich unterhalb des Auges des Benutzers befindet. Der Strahlengang (5a) verläuft – wie in dem ersten Ausführungsbeispiel – von der Bilderzeugungseinrichtung (1) durch eine lichtdurchlässige Scheibe (2) und dann durch eine vergrößernde optische Linse (3) und dann nach Spiegelung an einem planeren Spiegel (4) erneut durch die vergrößernde optische Linse (3) und dann über die Reflexion an der Grenzfläche der Scheibe (2) in das Auge des Benutzers. 9 is a side view of the optical system in another embodiment, in which the translucent optical means ( 2 ), the specular optical means ( 4 ) and the magnifying optical means ( 3 ) are implemented as separate units and the imaging device is located below the eye of the user. The beam path ( 5a ) runs - as in the first embodiment - of the image forming device ( 1 ) through a translucent disc ( 2 ) and then through a magnifying optical lens ( 3 ) and then after mirroring on a plane mirror ( 4 ) again through the magnifying optical lens ( 3 ) and then on the reflection at the interface of the disc ( 2 ) in the eye of the user.

Ausführliche Beschreibung:Detailed description:

Ein spezielles Anwendungsgebiet der vorliegenden Erfindung ist die Betrachtung des lokalen nächtlichen Himmels am Ort des Betrachters. Auf Grundlage der geographischen Position, der Ausrichtung und der Lage der Vorrichtung wird eine der natürlichen Abbildung entsprechende Abbildung des Sternenhimmels erzeugt und im Blickfeld des Benutzer zur Anzeige gebracht. Dies erlaubt dem Anwender eine exakte Überlagerung von natürlicher und künstlicher Bildwahrnehmung, wobei das künstliche Bild um Informationen angereichert werden kann, die im natürlichen Bild nicht vorhanden sind. Beispiele für solche zusätzlichen Bildinformationen sind Linien zwischen Sternen, welche Sternbilder verdeutlichen, Namen von Sternbildern, Namen von Sternen, bildliche Darstellungen von Sternbildern, Namen von Planeten, Abbildungen lichtschwacher Objekte, welche mit bloßen Auge nicht sichtbar sind, Informationen zu Objekten, wie Name, Helligkeit, Entfernung, Größe, Alter, Farbe, Typ, vergrößerte Abbildung sehr kleiner Objekte. Prinzipiell kann jede für den Benutzer interessante Information dem natürlichen Bild überlagert werden.A specific field of application of the present invention is the observation of the local nocturnal sky at the viewer's location. Based on the geographical position, the orientation and the position of the device, an image of the starry sky corresponding to the natural image is generated and displayed in the field of vision of the user. This allows the user to precisely overlap natural and artificial image perception, whereby the artificial image can be enriched with information that is not present in the natural image. Examples of such additional image information are lines between stars, which clarify constellations, names of constellations, names of stars, pictorial representations of constellations, names of planets, images of faint objects, which are not visible to the naked eye, information on objects, such as name, Brightness, distance, size, age, color, type, magnified image of very small objects. In principle, any information of interest to the user can be superimposed on the natural image.

Wünschenswert ist aus Sicht des Erfinders und der Gesellschaft eine umfassende Bildung zu der im allgemeinen Verständnis auch eine solide Grundkenntnis des nächtlichen Sternenhimmels gehört. Die aufwendige Bauform und die damit verbundenen hohen Kosten der auf dem Markt befindlichen Technologien verhinderte bisher jedoch eine weite Verbreitung. Vorrichtungen wie die vorliegende Erfindung können dieses Bildungsziel unterstützen. Da die Kosten der informationsverarbeitenden Einheit, der Sensoren und der Bilderzeugungseinrichtung die Kosten der im Rahmen der vorliegenden Erfindung notwendigen optischen Mittel üblicherweise weit übersteigen, kann durch Einsatz eines mobilen, elektronischen Multifunktionsgerätes, welches die Recheneinheit, die Sensoren und die Bilderzeugungseinrichtung enthält eine günstige Ausführungsform realisiert werden. Das mobile, elektronische Multifunktionsgerät kann vorzugsweise als SmartPhone oder tragbare Spielekonsole ausgeführt sein.Desirable from the point of view of the inventor and the society is a comprehensive education to which in general understanding also a solid basic knowledge of the nightly starry sky belongs. However, the complex design and the associated high costs of the technologies on the market so far prevented widespread use. Devices such as the present invention can support this educational goal. Since the cost of the information processing unit, the sensors and the image forming device is the cost of the present invention usually far exceed the necessary optical means can be realized by using a mobile, electronic multifunction device, which contains the arithmetic unit, the sensors and the image forming device, a favorable embodiment. The mobile multifunction electronic device may preferably be implemented as a SmartPhone or portable game console.

Vorzugsweise kann dabei das Bilderzeugungsmittel die Anzeige eines mobilen, elektronischen Multifunktionsgerätes sein.Preferably, the image generating means may be the display of a mobile, multifunctional electronic device.

Gemäß der vorliegenden Erfindung fällt das durch die Bilderzeugungsmittel erzeugte Bild durch einen lichtdurchlässigen Scheibe und wird anschließend durch optische Mittel gespiegelt und vergrößert und wird dann durch Reflexion an der lichtdurchlässigen Scheibe in das oder die Augen des Benutzers geführt.According to the present invention, the image formed by the imaging means passes through a translucent panel and is subsequently mirrored and magnified by optical means and is then guided by reflection on the translucent panel into the user's eye (s).

Die vergrößernden optischen Mittel können vorzugsweise als bikonvexe optische Linsen, plan-konvexe optische Linsen oder als konkave Spiegel in elliptischer, hyperbolischer oder parabolischer Form ausgeführt sein. Die Linsen sind typischerweise aus Glas oder Kunststoff. Die konkaven Spiegel können vorzugsweise aus Glas oder Kunststoff sein und mit einer spiegelnden Schicht aus Aluminium oder Silber versehen sein. Die lichtdurchlässige Scheibe kann vorzugsweise aus Glas oder Kunststoff ausgeführt werden. Als Kunststoff kann vorzugsweise Polycarbonat, Methacrylat, Polymethylmethacrylat, Polyester Polyethylen oder Poly-Vinyl-Chlorid zum Einsatz kommen.The magnifying optical means may preferably be embodied as biconvex optical lenses, plano-convex optical lenses or as concave mirrors in elliptical, hyperbolic or parabolic form. The lenses are typically made of glass or plastic. The concave mirrors may preferably be made of glass or plastic and provided with a reflective layer of aluminum or silver. The translucent panel may preferably be made of glass or plastic. The plastic used may preferably be polycarbonate, methacrylate, polymethyl methacrylate, polyester polyethylene or polyvinyl chloride.

Allen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ist gemein, dass eine Reflexion an der glatten Fläche einer lichtdurchlässigen Scheibe das Licht in das Auge des Benutzers lenkt. Auf diese Weise befindet sich nur ein lichtdurchlässiges optisches Element direkt vor den Augen des Betrachters und erlaubt ihm so eine möglichst störungsfreie Betrachtung des in seine Augen fallenden natürlichen Lichts. Vorzugsweise kann die lichtdurchlässige Scheibe aus Kunstoff oder Glas sein und eine sehr geringe Dicke aufweisen, um den Effekt der Reflexions-Doppelbilder zu minimieren. Die Doppelbilder entstehen durch Reflexion an der dem Benutzer zugewandten und der dem Benutzer abgewandten Oberfläche der lichtdurchlässigen Scheibe. Da der Benutzer unter einem schrägen Winkel auf die lichtdurchlässige Scheibe schaut, fallen diese beiden Reflexionsbilder aus dem Blickwinkel des Benutzer umso näher zusammen, je dünner die lichtdurchlässige Scheibe ist. Typischerweise wird daher die lichtdurchlässige Scheibe eine maximale Dicke von einem Millimeter aufweisen. In einer günstigen Ausführungsform kann die dem Benutzer abgewandte Seite der lichtdurchlässigen Scheibe mit einer Antireflex-Beschichtung versehen sein.Common to all embodiments of the present invention is that reflection on the smooth surface of a translucent panel directs the light into the user's eye. In this way, there is only a translucent optical element directly in front of the eyes of the beholder and allows him as possible a trouble-free viewing of the falling into his eyes natural light. Preferably, the translucent sheet may be made of plastic or glass and have a very small thickness to minimize the effect of the reflection double images. The double images are formed by reflection at the surface facing the user facing away from the user and the surface of the translucent disk facing away from the user. Since the user looks at the translucent panel at an oblique angle, the thinner the translucent panel, the closer these two reflection images are from the point of view of the user. Typically, therefore, the translucent panel will have a maximum thickness of one millimeter. In a favorable embodiment, the side of the translucent glass facing away from the user can be provided with an antireflection coating.

Die Aufgabe der Maximierung des Sehwinkels des Blickfelds bedingt eine abgestimmte Anordnung und Dimensionierung der optischen Komponenten der Vorrichtung. Das Blickfeld hängt dabei von mehreren Faktoren ab:

1) Abhängigkeit von der Dimension der Bilderzeugungseinrichtung. Bei gegebener Anordnung und Dimensionierung der optischen Mitteln erscheint das Blickfeld umso ausgedehnter, je größer die bilderzeugende Fläche der Bilderzeugungseinrichtung ist. Daher kann bevorzugt eine möglichst große Bilderzeugungseinrichtung zum Einsatz kommen. Allerdings setzen die Anforderungen an Ausmaße, Gewicht und Handhabung der Vorrichtung hier eine Grenze. Typischerweise wird daher die Bilderzeugungseinrichtung beziehungsweise das bilderzeugende Multifunktionsgerät nicht größer als 20 cm·25 cm sein. Vorzugsweise ist die Größe der Bilderzeugungseinrichtung beziehungsweise die des bilderzeugenden Multifunktionsgerätes deutlich kleiner und ist typischerweise nicht größer als 14 cm·8 cm. Wünschenswert aus Sicht des Benutzers ist eine Maximierung des Blickfelds bei gegebener Größe der Bilderzeugungseinrichtung beziehungsweise des Multifunktionsgerätes.
2) Abhängigkeit von der Brennweite des vergrößernden optischen Mittels. Bei gegebener Größe der Bilderzeugungseinrichtung erscheint das Blickfeld umso ausgedehnter, je geringer die Brennweite der vergrößernden optischen Mittel ist, d. h. je größer der Vergrößerungsfaktor der optischen Mittel ist. Dieser Effekt beruht darauf, dass das scheinbare Bild der Bilderzeugungseinrichtung mit abnehmender Brennweite der vergrößernden optischen Mittel näher am Auge des Benutzers erscheint und damit unter einem größeren Sehwinkel wahrgenommen wird. Daher können bevorzugt optische Mittel mit einer wirksamen Gesamt-Brennweite von nicht mehr als 100 Millimeter zum Einsatz kommen. Wirkt mehr als ein optisches Mittel im Strahlengang vergrößernd, so ergibt sich die wirksame Gesamt-Brennweite der optischen Mittel im allgemeinen aus der Summe der Einzelbrennweiten kann jedoch abhängig von der genauen Anordnung der vergrößernden optischen Mittel auch geringer als die Summe sein. Allerdings bedingt eine kurze Brennweite einen geringen Abstand zwischen der Bilderzeugungseinrichtung und den optischen Mitteln. Da der Benutzer das natürliche Sehfeld durch den Zwischenraum zwischen Bilderzeugungseinrichtung und den optischen Mitteln wahrnimmt, bedingt eine kurze Brennweite und damit ein geringer Abstand zwischen Bilderzeugungseinrichtung und den optischen Mitteln einen geringen Sehwinkel des natürlichen Blickfelds.
3) Abhängigkeit vom Abstand des Auges des Benutzers und der vergrößernden optischen Mittel. Wie unter Punkt 1) und 2) ausgeführt hängt der Sehwinkel unter dem das Bild der Bilderzeugungseinrichtung dem Benutzer erscheint von der Größe der Bilderzeugungseinrichtung und der wirksamen Gesamt-Brennweite der vergrößernden optischen Mittel ab. Ist jedoch der Abstand des Auges des Benutzer von dem vergrößernden optischen Mittel größer als der Abstand, in dem der Sehwinkel unter dem das optische Mittel selbst dem Benutzer erscheint gleich dem Sehwinkel unter dem das vergrößerte Bild der Bilderzeugungseinrichtung dem Benutzer erscheint, so vermag der Benutzer nicht mehr das vollständige Bild der Bilderzeugungseinrichtung durch das vergrößernden optischen Mittel wahrzunehmen. Vorzugsweise ist daher der Abstand zwischen dem Auge des Benutzers und dem vergrößernden optischen Mittel gering genug, um das Bild der Bilderzeugungseinrichtung vollständig oder zumindest möglichst vollständig für den Benutzer sichtbar werden zu lassen.

The task of maximizing the visual angle of the field of view requires a coordinated arrangement and dimensioning of the optical components of the device. The field of vision depends on several factors:

1) Dependence on the dimension of the imaging device. Given the arrangement and dimensioning of the optical means, the larger the image-forming area of the imaging device, the wider the field of view. Therefore, the largest possible image forming device can preferably be used. However, the requirements for dimensions, weight and handling of the device put a limit here. Typically, therefore, the image forming device or the multifunction imaging device will not be larger than 20 cm x 25 cm. Preferably, the size of the imaging device or that of the image-forming multifunction device is significantly smaller and is typically no greater than 14 cm x 8 cm. It is desirable from the point of view of the user to maximize the field of view given the size of the imaging device or the multifunction device.
2) Dependence on the focal length of the magnifying optical means. For a given size of the image forming device, the smaller the focal length of the magnifying optical means, the larger the field of view, that is, the larger the magnification of the optical means. This effect is based on the fact that the apparent image of the imaging device with decreasing focal length of the magnifying optical means appears closer to the eye of the user and is thus perceived at a greater viewing angle. Therefore, optical means having an effective total focal length of not more than 100 millimeters can be preferably used. If more than one optical means in the beam path increases, the effective total focal length of the optical means generally results from the sum of the individual focal lengths, but may also be less than the sum, depending on the precise arrangement of the magnifying optical means. However, a short focal length requires a small distance between the image forming device and the optical means. Since the user perceives the natural field of view through the space between the image forming device and the optical means, a short focal length and thus a small distance between the image forming device and the optical means causes a low visual angle of the natural field of view.
3) dependence on the distance of the user's eye and the magnifying optical means. As pointed out in items 1) and 2), the visual angle below which the image of the image forming device appears to the user depends on the size of the image forming device and the total effective focal length of the magnifying optical means. However, if the distance of the user's eye from the magnifying optical means is greater than the distance in which the viewing angle below which the optical means itself appears to the user is equal to the viewing angle below which the magnified image of the imaging device appears to the user, the user is unable to do so to perceive more the complete image of the image forming device by the magnifying optical means. Preferably, therefore, the distance between the eye of the user and the magnifying optical means is low enough to make the image of the image forming device completely or at least as complete as possible visible to the user.

In einem ersten Ausführungsbeispiel, wie in 1 dargestellt, sind das lichtdurchlässige optische Mittel (2), das spiegelnde optische Mittel (4) und das vergrößernde optische Mittel (3) als getrennte Einheiten ausgeführt (1). Der Strahlengang (5a) verläuft dabei von der Bilderzeugungseinrichtung (1) durch eine lichtdurchlässige Scheibe (2) über eine optische Linse (3) auf eine planare, spiegelnde Fläche (4) und von dort zurück über dieselbe optische Linse (3) und die Reflexion an der lichtdurchlässigen Scheibe (2) in das Auge des Benutzers.In a first embodiment, as in 1 are shown, the translucent optical means ( 2 ), the specular optical means ( 4 ) and the magnifying optical means ( 3 ) as separate units ( 1 ). The beam path ( 5a ) runs from the image generating device ( 1 ) through a translucent disc ( 2 ) via an optical lens ( 3 ) on a planar, reflective surface ( 4 ) and from there back over the same optical lens ( 3 ) and the reflection on the translucent disk ( 2 ) in the eye of the user.

In einem zweiten Ausführungsbeispiel, wie in 2 dargestellt, sind das spiegelnde optische Mittel und das vergrößernde optische Mittel in einem vergrößernden Spiegel (6) vereint (2). Der Strahlengang (5b) verläuft dabei von der Bilderzeugungseinrichtung (1) durch die lichtdurchlässige Scheibe (2) über eine konkave spiegelnde Fläche (6) und von dort zurück über die Reflexion an der lichtdurchlässigen Scheibe (2) in das Auge des Benutzers. Diese Ausführungsbeispiel benötigt gegenüber der ersten Ausführung eine optische Komponente weniger.In a second embodiment, as in 2 are shown, the specular optical means and the magnifying optical means are in a magnifying mirror ( 6 ) united ( 2 ). The beam path ( 5b ) runs from the image generating device ( 1 ) through the translucent disc ( 2 ) over a concave reflecting surface ( 6 ) and from there back over the reflection on the translucent disk ( 2 ) in the eye of the user. This embodiment requires less optical component than the first embodiment.

In einem dritten Ausführungsbeispiel, wie in 3 dargestellt, sind das lichtdurchlässige optische Mittel und das vergrößernde optische Mittel in einer lichtdurchlässigen gebogenen Scheibe (7) vereint (3). Die Scheibe (7) ist dabei auf der dem Benutzer zugewandten Seite konkav geformt. Die konkave Form kann vorzugsweise hyperbolisch, parabolisch oder elliptisch ausgeführt sein. Der Strahlengang (5c) verläuft dabei von der Bilderzeugungseinrichtung durch die lichtdurchlässige, gebogene Scheibe (7) über eine planare spiegelnde Fläche (4) und von dort zurück über die Reflexion an der lichtdurchlässigen, gebogenen Scheibe (7) in das Auge des Benutzers. Diese Ausführungsbeispiel benötigt gegenüber der ersten Ausführung eine optische Komponente weniger und hat den Vorteil gegenüber dem zweiten Ausführungsbeispiel, dass der Abstand zwischen dem vergrößernden optischen Mittel und dem Auge des Benutzers geringer ausgeführt werden kann. Bei Verwendung einer nicht planeren lichtdurchlässigen Scheibe kann es zu ungewünschten Verzerrungen und Reflexionen kommen, sich auf die Wahrnehmung des natürlichen Blickfelds nachteilig auswirken könnten. Daher kann die lichtdurchlässige Scheibe bevorzugt als eine möglichst dünne gebogene Scheibe mit einer Dicke von weniger als einem Millimeter ausgeführt werden.In a third embodiment, as in 3 are shown, the translucent optical means and the magnifying optical means in a translucent curved disc ( 7 ) united ( 3 ). The disc ( 7 ) is concave on the side facing the user. The concave shape may be preferably hyperbolic, parabolic or elliptical. The beam path ( 5c ) passes from the image forming device through the translucent, curved disk ( 7 ) over a planar reflecting surface ( 4 ) and from there back over the reflection on the translucent, curved disc ( 7 ) in the eye of the user. This embodiment requires less optical component than the first embodiment and has the advantage over the second embodiment that the distance between the magnifying optical means and the user's eye can be made smaller. Using a nonplanar translucent panel may result in undesirable distortions and reflections that could adversely affect the perception of the natural field of view. Therefore, the translucent panel may preferably be made as a thin as possible bent sheet having a thickness of less than one millimeter.

In einem vierten Ausführungsbeispiel, wie in 4 dargestellt, sind das lichtdurchlässige optische Mittel, das vergrößernde optische Mittel und das spiegelnde optische Mittel in einer lichtdurchlässigen konkaven Scheibe (8) vereint (4). Die Scheibe (8) ist dabei auf der dem Benutzer zugewandten Seite konkav geformt. Die konkave Form kann vorzugsweise hyperbolisch, parabolisch oder elliptisch ausgeführt sein. Der Strahlengang (5d) verläuft dabei von der Bilderzeugungseinrichtung direkt über die Reflexion an der konkaven Seite der lichtdurchlässigen Scheibe (8) in das Auge des Benutzers. Diese Ausführungsbeispiel benötigt gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel zwei optische Komponenten weniger und hat den Vorteil gegenüber dem zweiten Ausführungsbeispiel, dass der Abstand zwischen dem vergrößernden optischen Mittel und dem Auge des Benutzers geringer ausgeführt werden kann und den Vorteil gegenüber dem dritten Ausführungsbeispiel, dass eine optische Komponente weniger benötigt wird. Von Vorteil ist bei dem vierten Ausführungsbeispiel ebenfalls, dass die Begrenzung der Brennweite, wie unter Punkt 2) ausgeführt nicht notwendig ist, so dass prinzipiell sehr geringe Brennweiten von unter 50 Millimetern möglich sind und so ein sehr großes Blickfeld realisiert werden kann.In a fourth embodiment, as in 4 are shown, the translucent optical means, the magnifying optical means and the specular optical means in a translucent concave disc ( 8th ) united ( 4 ). The disc ( 8th ) is concave on the side facing the user. The concave shape may be preferably hyperbolic, parabolic or elliptical. The beam path ( 5d ) runs from the imaging device directly via the reflection on the concave side of the translucent disc ( 8th ) in the eye of the user. This embodiment needs two optical components less than the first embodiment and has the advantage over the second embodiment that the distance between the magnifying optical means and the user's eye can be made smaller and the advantage over the third embodiment is that one optical component is less is needed. It is also advantageous in the fourth embodiment that the limitation of the focal length, as described under point 2) is not necessary, so that in principle very small focal lengths of less than 50 millimeters are possible and so a very large field of view can be realized.

Bei der dritten und vierten Ausführungsform kann es sein, dass eine gegenüber dem natürlichen Bild verzerrungsfreie Abbildung des Bilds der Bilderzeugungseinrichtung aufgrund der signifikanten Änderung des Blickwinkels auf das vergrößernde optische Mittel durch die Bewegung des Auges des Benutzers prinzipiell nicht möglich ist. Dies kann durch entsprechend angepasste Darstellung des Bildes auf der Bilderzeugungseinrichtung kompensiert werden.In the third and fourth embodiments, it may not be possible in principle to image the image of the image generating device without distortion from the natural image due to the significant change in the viewing angle to the magnifying optical means due to the movement of the user's eye. This can be compensated by appropriately adapted representation of the image on the image-generating device.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Vorrichtung mit mindestens einer elektrisch leitenden Struktur (14) versehen sein, wie in 8 dargestellt, die die berührungsempfindliche, kapazitive Oberfläche eines sich in der Halterung der Vorrichtung befindlichen Multifunktionsgerätes (10) mit mindestens einer dem Benutzer leicht zugänglichen Position an der Oberfläche der Vorrichtung verbinden. Und zwar in der Art, dass die Berührung der elektrisch leitenden Struktur (14) an der zugänglichen Position an der Oberfläche der Vorrichtung ein von dem Multifunktionsgerät (10) detektierbares Signal an seiner berührungsempfindlichen, kapazitiven Oberfläche auslöst. Vorzugsweise kann die Vorrichtung mit mehreren elektrisch voneinander isolierten Strukturen (14) versehen sein, die jeweils an einer unterschiedlichen Position an der Oberfläche der Vorrichtung und der berührungsempfindlichen, kapazitiven Oberfläche des Multifunktionsgerätes (10) angebracht sind, so dass das Berühren der verschiedenen Strukturen an der Oberfläche der Vorrichtung vom Multifunktionsgerät (10) unterscheidbare Signale auslöst. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die von den elektrisch leitenden Strukturen (14) vermittelten Signale an verschiedenen Positionen der berührungsempfindlichen, kapazitiven Oberfläche des Multifunktionsgerätes von diesem delektiert werden.According to the present invention, the device may be provided with at least one electrically conductive structure ( 14 ), as in 8th which shows the touch-sensitive, capacitive surface of a multifunctional device (FIG. 10 ) with at least one position easily accessible to the user connect to the surface of the device. In such a way that the contact of the electrically conductive structure ( 14 ) at the accessible position on the surface of the device, one of the multifunction device ( 10 ) triggers detectable signal on its touch-sensitive, capacitive surface. Preferably, the device may be provided with a plurality of electrically isolated structures (FIG. 14 ), each at a different position on the surface of the device and the touch-sensitive, capacitive surface of the multifunction device ( 10 ), so that touching of the various structures on the surface of the device by the multifunction device ( 10 ) triggers distinguishable signals. This can be achieved by removing from the electrically conductive structures ( 14 ) mediated signals at different positions of the touch-sensitive, capacitive surface of the multifunction device are detected by this.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims

A portable imaging device to be held in front of the user's face and having the following features - an imaging device ( 1 ), - a translucent optical means ( 2 ), in a position in front of the user - an optical means ( 4 ), which reflects the image emitted by the multifunction device - an optical means ( 3 ), which magnifies the image emitted by the multifunction device, characterized in that the translucent optical means ( 2 ) extends over at least one eye of the user, and that the image forming device ( 1 ), the reflective optical means ( 4 ), the magnifying optical means ( 3 ) and the translucent optical means ( 2 ) are arranged so that the image from the imaging device ( 1 ) radiated light through the translucent optical means ( 2 ) and then by reflecting ( 4 ) and magnifying ( 3 ) optical means via a reflection on the translucent optical means ( 2 ) enters the field of view of at least one eye of the user and appears to the user at a predetermined distance in front of the imaging device.

A portable imaging device to be held in front of the user's face and having the following features - an imaging device ( 1 ), - a translucent optical means ( 2 ), in a position in front of the user's eyes - a concave, reflective optical means ( 6 ), characterized in that the translucent optical means ( 2 ) extends over at least one eye of the user, and that the image forming device ( 1 ), the reflecting, magnifying optical means ( 6 ) and the translucent optical means ( 2 ) are arranged so that the image from the imaging device ( 1 ) radiated light through the translucent optical means ( 2 ) and then by reflection on the concave reflecting optical means ( 6 ) and a reflection on the translucent optical means ( 2 ) enters the field of view of at least one eye of the user and appears to the user at a predetermined distance in front of the imaging device.

A portable imaging device to be held in front of the user's face and having the following features - an imaging device ( 1 ), - a translucent, curved optical means ( 7 ), in a position in front of the user's eyes - a reflective optical means ( 6 ), characterized in that the translucent optical means ( 7 ) extends over at least one eye of the user and has a concave shape on the side facing the user's eye, and that the image forming device ( 1 ), the reflective optical means ( 4 ) and the translucent optical means ( 7 ) are arranged so that the image from the imaging device ( 1 ) radiated light through the translucent optical means ( 7 ) and then by reflection on the reflective optical means ( 4 ) and a reflection on the translucent optical means ( 7 ) enters the field of view of at least one eye of the user and appears to the user at a predetermined distance in front of the imaging device.

A portable imaging device to be held in front of the user's face and having the following features - an imaging device ( 1 ), - a translucent optical means ( 8th ), in a position in front of the user, characterized in that the translucent optical means ( 8th ) extends over at least one eye of the user and has a concave shape on the side facing the user's eye, and that the image forming device ( 1 ) and the translucent optical means ( 8th ) are arranged so that the image from the imaging device ( 1 ) radiated light via a reflection on the translucent optical means ( 8th ) enters the field of view of at least one eye of the user and appears to the user at a predetermined distance in front of the imaging device.

Imaging device according to claim 1 to 4, characterized in that the image generating device is replaced by a holder for receiving a multifunction device ( 10 ) having at least one image forming device.

An imaging apparatus according to claims 1 to 4, characterized in that the image forming means includes a liquid crystal display for generating the image.

An imaging apparatus according to claims 1 to 4, characterized in that the image forming means includes an organic liquid crystal display for generating the image.

An imaging device according to claim 5, characterized in that the device comprises sensors for determining the geographical position, position and orientation of the device, and that these sensors are provided with communication means enabling communication between the sensors and a multifunctional electronic device ( 10 ) for the evaluation of the sensor data.

An imaging device according to claim 5, characterized in that means are provided in the device, the operation of the multifunction device ( 10 ) on the multifunction device ( 10 ) or via a capacitive surface of the multifunction device ( 10 ) or via a pressure-sensitive surface of the multifunction device ( 10 ) enable.

An imaging device according to claim 9, characterized in that the means for switching a signal on a capacitive-sensitive surface of a multifunction device ( 10 ) of electrically conductive structures ( 14 ) consist.

An imaging apparatus according to claim 10, characterized in that the means for switching a signal on a capacitive surface of the multifunction device ( 10 ) consist of electrically conductive plastics.

Imaging device according to claim 5, characterized in that the multifunction device ( 10 ) comprises a data processing device which uses archived images of an image source or images of the stellar sky field acquired by means of an external device, which images are stored on the image generation device of the multifunction device ( 10 ) are representable.

Imaging device according to claim 5, characterized in that the multifunction device ( 10 ) comprises data processing means based on archived data, such as name, astronomical categorization, size, distance, spectral class, apparent brightness, absolute brightness and images, stellar or artificial objects, such as stars, planets, asteroids, comets, satellites, galaxies, star clusters , Gas mist, dark fog, planetary nebulae, the stellar sky field, and an image on the imaging device of the multifunctional device ( 10 ), which, depending on the geographic location, the location in space, and the orientation of the device based on the archived data, includes graphic symbols, letters, and numbers that provide the user with information about the sky section viewed through the device.

An imaging device according to claim 1 to 4, characterized in that means are provided in the device which enable an acoustic output of information about the viewed through the device sky section.

Imaging device according to claim 5, characterized in that the multifunction device ( 10 ) comprises a data processing device which accesses archived images of an image source or images of the stellar sky field acquired by means of an external device in a non-visible spectral region of the electromagnetic spectrum, which images are displayed on the imaging device of the multifunction device ( 10 ) are representable.

An imaging device according to claim 5, characterized in that in the device for the left and the right eye of the user separate means for image formation and image forwarding are provided, such that the superimposition of the images which fall into the left and the right eye of the user, the Allow users a three-dimensional, perspective image impression.