EP4673781A1 - Anzeigevorrichtung mit einer auf den kopf eines benutzers aufsetzbaren haltevorrichtung - Google Patents

Anzeigevorrichtung mit einer auf den kopf eines benutzers aufsetzbaren haltevorrichtung

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Publication number
EP4673781A1
EP4673781A1 EP24706988.3A EP24706988A EP4673781A1 EP 4673781 A1 EP4673781 A1 EP 4673781A1 EP 24706988 A EP24706988 A EP 24706988A EP 4673781 A1 EP4673781 A1 EP 4673781A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
image
user
spectacle lens
display device
holding device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP24706988.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Pollmann
Georg Michels
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tooz Technologies GmbH
Original Assignee
Tooz Technologies GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tooz Technologies GmbH filed Critical Tooz Technologies GmbH
Publication of EP4673781A1 publication Critical patent/EP4673781A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/017—Head mounted
    • G02B27/0172—Head mounted characterised by optical features
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/017—Head mounted
    • G02B2027/0178—Eyeglass type
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/017—Head mounted
    • G02B27/0176—Head mounted characterised by mechanical features

Definitions

  • Display device with a holder that can be placed on the head of a user
  • the present invention relates to a display device with a holding device that can be placed on the head of a user, a first and second image generation module attached to the holding device, which generates a first and a second image, and a first and second spectacle lens attached to the holding device, wherein the user, when the holding device is placed on the head, is presented with the generated first image via the first spectacle lens as a first virtual image and the generated second image via the second spectacle lens as a second virtual image.
  • the two virtual images are presented to the user in such a way that the user has a three-dimensional image impression.
  • this is very impressive for the user, it places high demands on the optics and manufacturing tolerances in order to ensure the desired three-dimensional image impression.
  • the display device can comprise a holding device that can be placed on the head of a user, a first image generation module attached to the holding device that generates a first image, a second image generation module attached to the holding device that generates a second image, a first spectacle lens attached to the holding device that has a first deflection section, and a second spectacle lens attached to the holding device that has a second deflection section.
  • the first image generated can be deflected at the first deflection section such that the user can perceive it as a first virtual image with a first eye when the holding device is placed on the head.
  • the second image generated can be deflected at the second deflection section such that the user can perceive it as a second virtual image with a second eye when the holding device is placed on the head.
  • the first and second virtual images can be presented to the user with the display device in such a way that together they do not provide the user with a three-dimensional image representation.
  • Presenting the first and second virtual images in such a way that they together do not provide the user with a three-dimensional image representation is understood here in particular to mean that this is achieved by the relative position of the two virtual images to one another, a non-existent vergence condition and/or by the image contents of the two virtual images.
  • the first and second virtual images can be presented to the user at such a distance from one another that there is a gap between them.
  • This is understood in particular to mean that the displayed contents of the two virtual images do not overlap. However, it is entirely possible that the displayed contents of the two virtual images partially overlap.
  • the partial overlap is preferably less than 20%, 15%, 10%, 5%, 4%, 3%, 2% or 1% of the area of the first and/or second virtual image.
  • both the first image generation module together with the first spectacle lens and the second image generation module with the second spectacle lens can each be designed as a monocular basic system.
  • This is understood here in particular to mean that with the two monocular basic systems the user is presented with the first virtual image for the right eye and the second virtual image for the left eye in such a way that the two virtual images are spaced apart from one another, so that there is a gap between the two images.
  • different images or image contents can be displayed with the two virtual images.
  • the display must be such that the user cannot perceive the two virtual images as just a single image at a certain distance.
  • the display device can present or reflect the first and second virtual images to the user at a distance from one another in the horizontal direction. Furthermore, the display device can display or reflect the first and second virtual images to the user at a distance from one another in the vertical direction.
  • the display device according to the invention can be designed such that the first and second virtual images are presented in the same focal plane or in different focal planes (which preferably have different distances from the respective eye pupil).
  • the first and/or second image generated can be guided to the deflection section, for example, by at least one reflection in the corresponding spectacle lens.
  • the first spectacle lens can have a first entry section, the first deflection section spaced therefrom, and a first exit section
  • the second spectacle lens can have a second entry section, the second deflection section spaced therefrom, and a second exit section.
  • the first image generated can thus be coupled into the first spectacle lens via the first entry section, guided in the first spectacle lens by at least one reflection to the first deflection section, and decoupled from the first spectacle lens via the first exit section by deflection at the first deflection section in such a way that the user can perceive it as a first virtual image with a first eye when the holding device is placed on the head.
  • the generated second image can be coupled into the second spectacle lens via the second entry section, guided in the second spectacle lens by at least one reflection to the second deflection section and decoupled from the second spectacle lens by deflection at the second deflection section via the second exit section in such a way that the user can perceive it as a second virtual image with a second eye when the holding device is placed on the head.
  • the display device can be designed such that the first and/or second image generated is directed (preferably directly) onto the first or second deflection section, which brings about the desired deflection.
  • a design can be referred to as a free-space combiner.
  • the first deflection section and the second deflection section can bring about the desired deflection reflectively, refractively and/or diffractively.
  • the first deflection section can thus be designed as a reflective, refractive and/or diffractive deflection section.
  • a diffractive deflection section can have, for example, a surface grating or a volume hologram.
  • a diffractive deflection section can be designed, for example, as a surface grating or as a volume hologram.
  • a sensor can be arranged on the holding device which measures the inclination of the holding device, whereby, depending on the measured inclination, either only the first virtual image or only the second virtual image is presented.
  • the display device may provide the user with an input interface through which the user can specify to the display device that only the first virtual image or only the second virtual image is displayed.
  • the display device can present the first virtual image for the user's right eye and the second virtual image for the user's left eye in such a way that both images do not overlap.
  • the possible FOV depends on the geometric design of the display device (depending on the user's interpupillary distance, the focal plane of the virtual images, the axis in which the virtual images appear (line of sight, LOS), and the desired orientation of the two virtual images to each other).
  • the deflection section can have a single reflective deflection element or several reflective deflection elements arranged next to one another. With several reflective deflection elements arranged next to one another, a desired deflection function and, if necessary, a certain imaging function of the deflection section can be realized, for example in a Fresnel-like manner (this can of course also be realized with a single reflective deflection element).
  • the reflective deflection elements can be reflective surface pieces, which can also be referred to as reflective facets.
  • the reflective surface pieces can each be flat. However, it is also possible for the reflective surface pieces themselves to be curved (for example spherically or aspherically curved).
  • the single reflective deflection element can be flat or curved (for example spherically or aspherically curved).
  • the deflection element can be in the range of 2 - 100 % (including the limits of the range) for the respective wavelength or color.
  • the reflective deflection elements can therefore be partially reflective or reflective.
  • the first and/or second spectacle lens can in particular have a curved rear side and/or a curved front side.
  • the entrance section can be formed in the rear side.
  • the light beams of the corresponding image generation module are preferably guided to the deflection section by one or more reflections (in particular total internal reflections).
  • the one or more reflections or total internal reflections can be caused, for example, on the front and/or back of the first or second spectacle lens. However, it is also possible for at least one of the reflections or total internal reflections to be caused on a layer buried in the first or second spectacle lens, which is spaced apart from the front and back.
  • the first or second image generation module can generate a single-color first or second image or a multi-color first or second image.
  • the display device can have a control unit that controls the first and second image generation modules.
  • the control unit can control the first and second image generation modules based on supplied image data.
  • the first and/or second image generation module can in particular have a planar image generator, such as an LCD module, an LCoS module, an OLED module, a pLED or a tilting mirror matrix.
  • a planar image generator such as an LCD module, an LCoS module, an OLED module, a pLED or a tilting mirror matrix.
  • Each image generator can have a plurality of pixels, which can be arranged in rows and columns, for example.
  • Each image generator can be self-luminous or non-self-luminous, for example.
  • Each imager can preferably produce a monochromatic image, with different imagers producing monochromatic images at different wavelengths.
  • the first and/or second image generation module can comprise, for example, a polychromatic imager, a combination of two or more monochromatic imagers or a combination of a duochromatic imager and a monochromatic imager.
  • Typical configurations of such image generation modules with multiple imagers comprise a superposition unit which superposes the light beams of the multiple imagers into a common light beam.
  • Such a superposition unit can, for example, be designed as Beam splitter cubes (also called X-Cubes) or rod combiners, which are known to those skilled in the art.
  • deflection sections are generally preferred that have a high transmission in transparency and, associated with this, a low reflectivity for the light beam to be coupled out of the at least two-colour image. Values of 50%, 30%, 10% or 2% are usual for the ratio of reflection to transmission, evenly across the visible wavelength range.
  • Fig. 1 is a schematic perspective view of an embodiment of the display device according to the invention.
  • Fig. 2 is an enlarged partial sectional view of the first spectacle lens including a schematic representation of the first image generation module;
  • Fig. 3 is an enlarged partial sectional view of the second spectacle lens including a schematic representation of the second image generation module
  • Fig. 4 is a diagram to explain a possible arrangement of the first and second virtual images
  • Fig. 5 is a schematic representation of an embodiment of the display device according to the invention.
  • Fig. 11 is an enlarged partial sectional view of the first spectacle lens including a schematic representation of the first image generation module according to a further embodiment of the display device according to the invention.
  • the display device 1 comprises a holding device 2 that can be placed on the head of a user and can be designed, for example, in the manner of a conventional spectacle frame, as well as a first and a second spectacle lens 3, 4 that are attached to the holding device 2.
  • the holding device 2 with the spectacle lenses 3, 4 can be designed, for example, as sports glasses, sunglasses, and/or glasses for correcting ametropia, wherein the user can have a virtual image reflected into his field of vision via the first and second spectacle lenses 3, 4, which can each also be referred to as multifunctional lenses, as described below.
  • the display device 1 comprises a first image generation module 5, which can be arranged in the region of the right temple of the holding device 2, and a second image generation module 6, which can be arranged in the region of the left temple of the holding device 2, as shown schematically in Fig. 1.
  • the first image generation module 5 can have a first image generator unit 7 for generating a first image, as shown schematically in Fig. 2.
  • the image generator unit 7 comprises a first planar image generation element 8, which is followed by a first image generator optics 9.
  • the first image generator optics 9 can be integrated in the first spectacle lens 3 (not shown).
  • the first planar image generation element 8 can have, for example, an OLED element, a pLED, an LCD element, an LCoS element or a tilting mirror matrix, each of which comprises a plurality of pixels arranged, for example, in rows and columns.
  • a single light beam L1 is shown schematically as a representative of the light beams emitted by the first planar image generation element 8.
  • a control unit 10 with, for example, a processor P and a memory M is provided for controlling the first image generation module 5.
  • the control unit 10, which can be arranged on the holding device 2, for example, controls the first image generation module 5 and in particular the first image generation element 8 depending on the image data supplied so that a first image is generated according to the image data.
  • the light beams L1 emitted by the first image generation element 8 run through the first imaging optics 9 and then enter the first spectacle lens 3 via a curved rear side 11.
  • the area of entry on the rear side 11 can also be referred to as entry section 12.
  • the first spectacle lens 3 further comprises a curved front side 13 and a first deflection section 14 formed buried in the first spectacle lens 3.
  • the first deflection section 14 comprises a first reflective deflection structure 15 with a plurality of first reflective deflection elements 16, which can also be referred to as first reflective facets.
  • the light beams L1 enter the first spectacle lens 3 via the entry section 12 in the rear side 11.
  • the light beams L1 are then guided in the first spectacle lens 3, e.g. by total internal reflection on the rear side 11 and front side 13, to the first deflection section 14, so that a first light guide channel 17 is present from the entry section 12 to the first deflection section 14.
  • the first deflection section 14 then deflects the light beams L1 towards the rear side 11 in such a way that the deflected light beams L1 exit the first spectacle lens 3 via the rear side 11.
  • the area through which the light beams L1 exit can also be referred to as the exit section 18.
  • the second image generation module 6 can, as shown schematically in Fig. 3, have a second imaging unit 20 for generating a second image.
  • the second imaging unit 20 comprises a second planar imaging element 21, which is followed by a second imaging optics 22.
  • the second planar imaging element 21 can, for example, have an OLED element, a pLED, an LCD element, an LCoS element or a tilting mirror matrix, each of which comprises a plurality of pixels arranged, for example, in rows and columns.
  • a single light beam L2 is shown schematically as a representative of the light beams emitted by the second planar imaging element 21.
  • the control unit 10 is also provided for controlling the second image generation module 6.
  • the control unit 10 controls the second image generation module 6 and in particular the second image generation element 21 depending on the image data supplied so that a second image is generated according to the image data.
  • the light beams L2 emitted by the second image generation element 21 run through the second imaging optics 22 and then enter the second spectacle lens 4 via a curved rear side 23 of the latter.
  • the area of entry on the rear side 23 can also be referred to as entry section 24.
  • the second spectacle lens 4 further comprises a curved front side 25 and a second deflection section 26 formed buried in the second spectacle lens 4.
  • the second deflection section 26 comprises a second reflective deflection structure 27 with a plurality of second reflective deflection elements 28, which can also be referred to as second reflective facets.
  • the light beams L2 enter the second spectacle lens 4 via the entry section 24 in the rear side 23.
  • the light beams L2 are then guided in the second spectacle lens 4, e.g. by total internal reflection on the rear side 23 and front side 25, to the second deflection section 14, so that a second light guide channel 29 is present from the entry section 24 to the second deflection section 26.
  • the second deflection section 26 then deflects the light beams L2 towards the rear side 23 in such a way that the deflected light beams L2 exit the second spectacle lens 4 via the rear side 23.
  • the area through which the light beams L2 exit can also be referred to as the exit section 30.
  • the first image generation module 5 and the first spectacle lens 3 as well as the second image generation module 6 and the second spectacle lens 5 are designed such that a user wearing the display device 1 according to the invention on his head can perceive the first image generated by means of the first image generation module 5 as a first virtual image B1 with his first eye (here the right eye) and the second image generated by means of the second image generation module 6 as a second virtual image B2 with his second eye (here the left eye), as shown schematically in Fig. 4.
  • both the first image generation module 5 together with the first spectacle lens 3 and the second image generation module 6 with the second spectacle lens 5 are each designed as a monocular basic system.
  • This is understood here in particular to mean that with the two monocular basic systems the user is presented with the first virtual image B1 for the right eye and the second virtual image B2 for the left eye in such a way that the two virtual images B1 and B2 are spaced apart from one another so that there is a gap between the two images, as shown schematically in Fig. 4.
  • different images can be displayed with the two virtual images B1 and B2.
  • the display is preferably carried out in such a way that the user cannot perceive the two virtual images B1 and B2 as just a single image at a certain distance.
  • a property of the display device 1 according to the invention can thus be a deliberate separation of the virtual images B1 and B2 presented to the right and left eye. There should be a deliberate distance between the virtual images B1 and B2, since even an exact abutment of the virtual images B1 and B2 would place very high demands on the tolerances of the display device 1. Unavoidable differences in the user physiognomies (head width, pupil distance, etc.) of different users also place high demands on the design of the optical system. This can be deliberately avoided by separating the areas in which the two virtual images B1 and B2 are displayed.
  • FOV HFOV
  • VID distance between the pupil of the eye and the center M1, M2 of the virtual image B1, B2;
  • PD Pupil distance between both eye pupils
  • ßi_os Angle between the straight-ahead viewing direction G1, G2 and the direction VID1, VID2 in which the user looks at the center of the virtual image B1, B2.
  • the focal planes for the two virtual images B1 and B2 presented to the right and left eye do not necessarily have to be identical. If different planes are deliberately presented, as shown schematically in Fig. 5 (where the corresponding variables are distinguished by the addition of “1” or “2”, as e.g. VID1 and VID2), different VIDs (namely VID1 and VID2) must be set for the right and left eye.
  • the display device 1 can also be designed by a user in such a way that the user can specify, for example via the control unit 10, whether only the first virtual image B1 or only the second virtual image B2 should be generated and displayed. Normally, every person has a so-called dominant eye. This eye determines the direction that the other eye then follows. The user can therefore choose the side of the eye with which he or she can better perceive the monocular virtual image B1 or B2.
  • a corresponding input interface can be provided by the control module 10 itself or by separate software that can communicate with the control module 10.
  • a corresponding program can be provided that runs on a computer and/or a so-called smartphone.
  • the display device 1 was designed such that the two virtual images B1 and B2 for the left and right eye are at the same horizontal height (seen in the x-direction) and that both virtual images B1, B2 have a constant horizontal extent (in the y-direction).
  • the two virtual images B1, B2 it is also possible for the two virtual images B1, B2 not to have a constant horizontal extent, as shown schematically in Fig. 6.
  • Both virtual images B1, B2 each have two different horizontal extents HFOV11, HFOV12, HFOV2i, HFOV22 and are arranged such that they do not overlap. There is always a distance or a gap between the two virtual images B1, B2.
  • a sensor 32 (Fig. 1) can be provided on the display device 1, which measures the orientation of the display device 1 and thus of the user's head and transmits it to the control unit 10, which, depending on this, displays the corresponding data as a first virtual image B1 or as a second virtual image B2.
  • both virtual images B1 and B2 are shifted in the vertical direction (x-direction) such that both images B1 and B2 partially have the same vertical values.
  • both virtual images B1 and B2 do not have the same values in the vertical direction either, as shown schematically in Fig. 8.
  • the two virtual images B1 and B2 can be displayed such that they are spaced apart from each other in the vertical direction but cover the same viewing angles in the horizontal direction, as shown in Fig. 9.
  • the orientation of images B1 and B2 can also be changed, as shown schematically in Fig. 10.
  • the aspect ratio ratio of the extension in x-direction to the extension in y-direction
  • the imaging units 7 and 20 can be designed to generate and output a monochromatic (and thus single-colour) image. However, they can also be designed to output a multi-coloured image.
  • a superposition unit 35 for example a color generator cube
  • the second image generation module 6 can be designed in the same way or only alternatively in the manner described.
  • the first or second virtual image B1, B2 can be perceived by the user in superposition with the surroundings.
  • the user can only perceive the first or second virtual image B1, B2 and not the surroundings, at least in the area of the first or second deflection section 14, 26, if a a certain distance between the first and second deflection elements 16, 28 is not exceeded. If the certain distance between adjacent deflection elements 16 or 28 is exceeded, ambient light can reach the eye unhindered between them, so that even with 100% reflectivity of the deflection elements 16 or 28, a view of the surroundings is possible, so that a holey/segmented 100% mirror is present.

Landscapes

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Abstract

Es wird eine Anzeigevorrichtung mit einer auf den Kopf eines Benutzers aufsetzbaren Haltevorrichtung (2), einem an der Haltevorrichtung (2) befestigten ersten und zweiten Bilderzeugungsmodul (5, 6), das ein erstes und ein zweites Bild erzeugt, und einem an der Haltevorrichtung (2) befestigten ersten und zweiten Brillenglas (3, 4) bereitgestellt, wobei dem Benutzer, im auf dem Kopf aufgesetzten Zustand der Haltevorrichtung (2), das erzeugte erste Bild über das erste Brillenglas (3) als erstes virtuelles Bild (B1) und das erzeugte zweite Bild über das zweite Brillenglas (4) als zweites virtuelles Bild (B2) dargeboten wird, und wobei das erste und zweite virtuelle Bild (B1, B2) dem Benutzer dargeboten werden, dass sie zusammen für den Benutzer keine dreidimensionale Bilddarstellung vermitteln.

Description

Anzeigevorrichtung mit einer auf den Kopf eines Benutzers aufsetzbaren Haltevorrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anzeigevorrichtung mit einer auf den Kopf eines Benutzers aufsetzbaren Haltevorrichtung, einem an der Haltevorrichtung befestigten ersten und zweiten Bilderzeugungsmodul, das ein erstes und ein zweites Bild erzeugt, und einem an der Haltevorrichtung befestigten ersten und zweiten Brillenglas, wobei dem Benutzer, im auf dem Kopf aufgesetzten Zustand der Haltevorrichtung, das erzeugte erste Bild über das erste Brillenglas als erstes virtuelles Bild und das erzeugte zweite Bild über das zweite Brillenglas als zweites virtuelles Bild dargeboten wird.
Bei solchen Anzeigevorrichtungen werden dem Benutzer die beiden virtuellen Bilder so dargeboten, dass für den Benutzer ein dreidimensionaler Bildeindruck vorliegt. Dies ist für den Benutzer zwar sehr eindrucksvoll, stellt aber hohe Anforderungen an die Optik und die Fertigungstoleranzen, damit der gewünschte dreidimensionale Bildeindruck sichergestellt werden kann.
Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, eine solche Anzeigevorrichtung in der Art und Weise weiterzubilden, dass geringere Anforderungen an die Optik und die Fertigungstoleranzen gestellt werden können.
Die Erfindung ist im unabhängigen Anspruch 1 definiert. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung kann eine auf den Kopf eines Benutzers aufsetzbare Haltevorrichtung, ein an der Haltevorrichtung befestigtes erstes Bilderzeugungsmodul, das ein erstes Bild erzeugt, ein an der Haltevorrichtung befestigtes zweites Bilderzeugungsmodul, das ein zweites Bild erzeugt, ein an der Haltevorrichtung befestigtes erstes Brillenglas, das einen ersten Umlenkabschnitt aufweist, und ein an der Haltevorrichtung befestigtes zweites Brillenglas, das einen zweiten Umlenkabschnitt aufweist, umfassen. Ferner kann bei der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung das erzeugte erste Bild am ersten Umlenkabschnitt so umgelenkt werden, dass es der Benutzer im auf dem Kopf aufgesetzten Zustand der Haltevorrichtung mit einem ersten Auges als erstes virtuelles Bild wahrnehmen kann. In gleicher Weise kann das erzeugte zweite Bild am zweiten Umlenkabschnitt so umgelenkt werden, dass es der Benutzer im auf dem Kopf aufgesetzten Zustand der Haltevorrichtung mit einem zweiten Auges als zweites virtuelles Bild wahrnehmen kann. Erfindungsgemäß können mit der Anzeigevorrichtung das erste und zweite virtuelle Bild dem Benutzer so dargeboten werden, dass sie zusammen für den Benutzer keine dreidimensionale Bilddarstellung vermitteln.
Es liegt somit keine dreidimensionale Bilddarstellung vor. Stattdessen können dem rechten und linken Auge bewusst unterschiedliche (und bevorzugt nicht-überlappende) virtuelle Bilder angezeigt werden. Ähnlich zu einem rein monokularen Fall, bei dem dem Benutzer nur ein Bild über eines der Brillengläser dargeboten wird, nimmt der Benutzer die einseitige Anzeige der Bilder nicht bewusst wahr. Für ihn ergibt sich durch die zweifach monokulare Auslegung effektiv ein größeres Sichtfeld (field of view, FOV) - doppelt so groß wie im monokularen Fall, wenn beide virtuellen Bilder gleich groß sind. Da kein binokularer Bildeindruck erzeugt werden soll, muss in vorteilhafter Weise keine Vergenzbedingung eingehalten werden, was die Systemauslegung (insbesondere in optischer Hinsicht) deutlich einfacher macht und Risiken hinsichtlich des Nutzungskomforts deutlich reduziert.
Unter einem Darbieten des ersten und zweiten virtuellen Bildes derart, dass sie zusammen für den Benutzer keine dreidimensionale Bilddarstellung vermitteln, wird hier insbesondere verstanden, dass dies durch die relative Lage der beiden virtuellen Bilder zueinander, einer nicht vorliegenden Vergenzbedingung und/oder durch die Bildinhalte der beiden virtuellen Bilder erreicht wird.
Bei der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung können das erste und zweite virtuelle Bild dem Benutzer so voneinander beabstandet dargeboten werden, dass zwischen ihnen eine Lücke vorliegt. Hierunter wird insbesondere verstanden, dass sich die dargestellten Inhalte der beiden virtuellen Bilder nicht überlappen. Es ist jedoch durchaus möglich, dass sich die dargestellten Inhalte der beiden virtuellen Bilder teilweise überlappen. In diesem Fall beträgt die teilweise Überlappung bevorzugt weniger als 20%, 15%, 10%, 5%, 4%, 3%, 2% oder 1% der Fläche des ersten und/oder zweiten virtuellen Bildes.
Bei der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung kann sowohl das erste Bilderzeugungsmodul zusammen mit dem ersten Brillenglas als auch das zweite Bilderzeugungsmodul mit dem zweiten Brillenglas jeweils als ein monokulares Grundsystem ausgebildet sein. Darunter wird hier insbesondere verstanden, dass mit den beiden monokularen Grundsystemen dem Benutzer das erste virtuelle Bild für das rechte Auge und das zweite virtuelle Bild für das linke Auge so dargeboten werden, dass die beiden virtuellen Bilder voneinander beabstandet sind, so dass eine Lücke zwischen beiden Bildern vorliegt. Insbesondere können mit den beiden virtuellen Bildern unterschiedliche Bilder bzw. Bildinhalte dargestellt werden. Bevorzugt kann die Darstellung so erfolgen, dass der Benutzer die beiden virtuellen Bilder nicht als nur ein einzelnes Bild in einer bestimmten Entfernung wahrnehmen kann.
Die Anzeigevorrichtung kann das erste und zweite virtuelle Bild dem Benutzer in horizontaler Richtung voneinander beabstandet darbieten bzw. einspiegeln. Ferner kann die Anzeigevorrichtung dem Benutzer das erste und zweite virtuelle Bild in vertikaler Richtung voneinander beabstandet anzeigen bzw. einspiegeln.
Die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung kann so ausgebildet sein, dass das erste und zweite virtuelle Bild in derselben Fokusebene oder in unterschiedlichen Fokusebenen (die bevorzugt unterschiedliche Abstände zur jeweiligen Augenpupille aufweisen) dargeboten werden.
Bei der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung kann das erste und/oder zweite erzeugte Bild beispielsweise durch mindestens eine Reflexion im entsprechenden Brillenglas bis zum Umlenkabschnitt geführt sein. Dazu kann das erste Brillenglas einen ersten Eintrittsabschnitt, den davon beabstandeten ersten Umlenkabschnitt sowie einen ersten Austrittsabschnitt aufweisen und kann das zweite Brillenglas einen zweiten Eintrittsabschnitt, den davon beabstandeten zweiten Umlenkabschnitt sowie einen zweiten Austrittsabschnitt aufweisen. Damit kann bei der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung das erzeugte erste Bild über den ersten Eintrittsabschnitt in das erste Brillenglas eingekoppelt, im ersten Brillenglas durch mindestens eine Reflexion bis zum ersten Umlenkabschnitt geführt und durch Umlenkung am ersten Umlenkabschnitt über den ersten Austrittsabschnitt aus dem ersten Brillenglas so ausgekoppelt werden, dass es der Benutzer im auf dem Kopf aufgesetzten Zustand der Haltevorrichtung mit einem ersten Auges als erstes virtuelles Bild wahrnehmen kann. In gleicher Weise kann das erzeugte zweite Bild über den zweiten Eintrittsabschnitt in das zweite Brillenglas eingekoppelt, im zweiten Brillenglas durch mindestens eine Reflexion bis zum zweiten Umlenkabschnitt geführt und durch Umlenkung am zweiten Umlenkabschnitt über den zweiten Austrittsabschnitt aus dem zweiten Brillenglas so ausgekoppelt werden, dass es der Benutzer im auf dem Kopf aufgesetzten Zustand der Haltevorrichtung mit einem zweiten Auges als zweites virtuelles Bild wahrnehmen kann.
Statt einer solchen Führung im ersten bzw. zweiten Brillenglas kann die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung so ausgebildet sein, dass das erste und/oder zweite erzeugte Bild (bevorzugt direkt) auf den ersten bzw. zweiten Umlenkabschnitt gerichtet wird, der die gewünschte Umlenkung bewirkt. Eine solche Ausgestaltung kann als free-space combiner bezeichnet werden. Der erste Umlenkabschnitt und der zweite Umlenkabschnitt können die gewünschte Umlenkung reflektiv, refraktiv und/oder diffraktiv bewirken. Somit kann der erste Umlenkabschnitt als reflektiver, refraktiver und/oder diffraktiver Umlenkabschnitt ausgebildet sein. Gleiches gilt für den zweiten Umlenkabschnitt. Ein diffraktiver Umlenkabschnitt kann z.B. ein Oberflächengitter oder ein Volumenhologramm aufweisen. Ferner kann ein diffraktiver Umlenkabschnitt z.B. als Oberflächengitter oder als Volumenhologramm ausgebildet sein.
An der Haltevorrichtung kann ein Sensor angeordnet sein, der die Neigung der Haltevorrichtung misst, wobei in Abhängigkeit der gemessenen Neigung entweder nur das erste virtuelle Bild oder nur das zweite virtuelle Bild dargeboten wird.
Die Anzeigevorrichtung kann dem Benutzer eine Eingabeschnittstelle anbieten, über die der Benutzer der Anzeigevorrichtung vorgeben kann, dass nur das erste virtuelle Bild oder nur das zweite virtuelle Bild dargestellt wird.
Die Anzeigevorrichtung kann das erste virtuelle Bild für das rechte Auge des Benutzers und das zweite virtuelle Bild für das linke Auge des Benutzers so darbieten, dass beide Bilder sich nicht überdecken. Das dabei mögliche FOV ist abhängig von der geometrischen Auslegung der Anzeigevorrichtung (abhängig vom Pupillenabstand des Nutzers, der Fokusebene der virtuellen Bilder, der Achse, in der die virtuellen Bilder erscheinen (line of sight, LOS), und der gewünschten Orientierung der beiden virtuellen Bilder zueinander).
Bei dem ersten und/oder zweiten Brillenglas kann der Umlenkabschnitt ein einziges reflektives Umlenkelement oder mehrere nebeneinander angeordnete reflektive Umlenkelemente aufweisen. Mit mehreren nebeneinander angeordneten reflektiven Umlenkelementen kann z.B. in einer fresnelartigen Weise eine gewünschte Umlenkfunktion und gegebenenfalls eine gewisse Abbildungsfunktion des Umlenkabschnitts realisiert werden (dies kann natürlich auch mit einem einzigen reflektiven Umlenkelement realisiert werden). Die reflektiven Umlenkelemente können reflektive Flächenstücke sein, die auch als reflektive Facetten bezeichnet werden können. Die reflektiven Flächenstücke können jeweils plan ausgebildet sein. Es ist jedoch auch möglich, dass die reflektiven Flächenstücke selbst gekrümmt (beispielsweise sphärisch, oder asphärisch gekrümmt) ausgebildet sind. In gleicher Weise kann das einzige reflektive Umlenkelement plan oder gekrümmt (beispielsweise sphärisch, oder asphärisch gekrümmt) ausgebildet sein.
Die Reflektivität der jeweiligen reflektiven Umlenkelemente (bzw. des einzigen reflektiven
Umlenkelementes) kann beispielsweise im Bereich von 2 - 100 % (einschließlich der Grenzen des Bereiches) für die jeweilige Wellenlänge bzw. Farbe liegen. Somit können die reflektiven Umlenkelemente teilreflektiv oder reflektiv ausgebildet sein.
Das erste und/oder zweite Brillenglas kann insbesondere eine gekrümmte Rückseite und/oder eine gekrümmte Vorderseite aufweisen. Der Eintrittsabschnitt kann in der Rückseite ausgebildet sein.
Die Lichtbündel des entsprechenden Bilderzeugungsmoduls werden bevorzugt durch eine oder mehrere Reflexionen (insbesondere innere Totalreflexionen) bis zum Umlenkabschnitt geführt. Die eine oder mehrere Reflexionen bzw. innere Totalreflexionen können z.B. an der Vorder- und/oder Rückseite des ersten bzw. zweiten Brillenglases bewirkt werden. Es ist jedoch auch möglich, dass mindestens eine der Reflexionen bzw. inneren Totalreflexionen an einer im ersten bzw. zweiten Brillenglas vergraben ausgebildeten Schicht, die von der Vorder- und Rückseite beabstandet ist, bewirkt wird.
Das erste bzw. zweite Bilderzeugungsmodul kann ein einfarbiges erstes bzw. zweites Bild oder ein mehrfarbiges erstes bzw. zweites Bild erzeugen.
Die Anzeigevorrichtung kann eine Steuereinheit aufweisen, die das erste und zweite Bilderzeugungsmodul ansteuert. Insbesondere kann die Steuereinheit basierend auf zugeführten Bilddaten das erste und zweite Bilderzeugungsmodul ansteuern.
Das erste und/oder zweite Bilderzeugungsmodul (bzw. die entsprechende Bildgebereinheit des jeweiligen Bilderzeugungsmoduls) kann insbesondere einen flächigen Bildgeber aufweisen, wie z.B. ein LCD-Modul, ein LCoS-Modul, ein OLED-Modul, ein pLED oder eine Kippspiegelmatrix. Jeder Bildgeber kann eine Mehrzahl von Pixeln aufweisen, die z.B. in Zeilen und Spalten angeordnet sein können. Jeder Bildgeber kann beispielsweise selbstleuchtend oder nicht selbstleuchtend sein.
Jeder Bildgeber kann bevorzugt ein monochromatisches Bild erzeugen, wobei unterschiedliche Bildgeber monochromatische Bilder mit unterschiedlichen Wellenlängen erzeugen.
Das erste und/oder zweite Bilderzeugungsmodul kann z.B. einen polychromatischen Bildgeber, eine Kombination von zwei oder mehr monochromatischen Bildgebern oder kann eine Kombination aus einem duochromatischen Bildgeber und einem monochromatischen Bildgeber aufweisen. Typische Konfigurationen solcher Bilderzeugungsmodule mit mehreren Bildgebern weisen eine Überlagerungseinheit auf, die die Lichtbündel der mehreren Bildgeber zu einem gemeinsamen Lichtbündel überlagern. Eine solche Überlagerungseinheit kann z.B. als Strahlteilerwürfel (auch X-Cube genannt) oder als ein sogenannter Stabcombiner realisiert sein, die dem Fachmann bekannt sind.
Da der auskoppelnde Umlenkabschnitt möglichst unsichtbar und das von der Umgebung zum Auge des Betrachters kommende Licht auch möglichst wenig beeinträchtigen soll, werden im Allgemeinen Umlenkabschnitte bevorzugt, die eine hohe Transmission in Durchsicht und damit verbunden einen geringen Reflektivität für den auszukoppelnden Lichtbündel des mindestens zweifarbigen Bildes aufweisen. Üblich für das Verhältnis von Reflexion zu Transmission sind Werte von 50%, 30%, 10% oder 2%, gleichmäßig über den sichtbaren Wellenlängenbereich.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, die ebenfalls erfindungswesentliche Merkmale offenbaren, noch näher erläutert. Diese Ausführungsbeispiele dienen lediglich der Veranschaulichung und sind nicht als einschränkend auszulegen. Beispielsweise ist eine Beschreibung eines Ausführungsbeispiels mit einer Vielzahl von Elementen oder Komponenten nicht dahingehend auszulegen, dass alle diese Elemente oder Komponenten zur Implementierung notwendig sind. Vielmehr können andere Ausführungsbeispiele auch alternative Elemente und Komponenten, weniger Elemente oder Komponenten oder zusätzliche Elemente oder Komponenten enthalten. Elemente oder Komponenten verschiedener Ausführungsbeispiele können miteinander kombiniert werden, sofern nichts anderes angegeben ist. Modifikationen und Abwandlungen, welche für eines der Ausführungsbeispiele beschrieben werden, können auch auf andere Ausführungsbeispiele anwendbar sein. Zur Vermeidung von Wiederholungen werden gleiche oder einander entsprechende Elemente in verschiedenen Figuren mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet und nicht mehrmals erläutert. Von den Figuren zeigen:
Fig. 1 eine schematische perspektivische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung;
Fig. 2 eine vergrößerte Teilschnittansicht des ersten Brillenglases einschließlich einer schematischen Darstellung des ersten Bilderzeugungsmoduls;
Fig. 3 eine vergrößerte Teilschnittansicht des zweiten Brillenglases einschließlich einer schematischen Darstellung des zweiten Bilderzeugungsmoduls;
Fig. 4 eine Darstellung zur Erläuterung einer möglichen Anordnung des ersten und zweiten virtuellen Bildes; Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung;
Fig. 6-10 Darstellungen zur Erläuterung möglicher Anordnungen des ersten und zweiten virtuellen Bildes; und
Fig. 11 eine vergrößerte Teilschnittansicht des ersten Brillenglases einschließlich einer schematischen Darstellung des ersten Bilderzeugungsmoduls gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung.
Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform umfasst die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung 1 eine auf den Kopf eines Benutzers aufsetzbare Haltevorrichtung 2, die z.B. in Art eines herkömmlichen Brillengestells ausgebildet sein kann, sowie ein erstes und ein zweites Brillenglas 3, 4, die an der Haltevorrichtung 2 befestigt sind. Die Haltevorrichtung 2 mit den Brillengläsern 3, 4 kann z.B. als Sportbrille, Sonnenbrille, und/oder Brille zur Korrektur einer Fehlsichtigkeit ausgebildet sein, wobei dem Benutzer über das erste und zweite Brillenglas 3, 4, die jeweils auch als Multifunktionsglas bezeichnet werden können, jeweils ein virtuelles Bild in sein Gesichtsfeld eingespiegelt werden kann, wie nachfolgend beschrieben wird.
Dazu umfasst die Anzeigevorrichtung 1 ein erstes Bilderzeugungsmodul 5, das im Bereich des rechten Brillenbügels der Haltevorrichtung 2 angeordnet sein kann, sowie ein zweites Bilderzeugungsmodul 6, das im Bereich des linken Brillenbügels der Haltevorrichtung 2 angeordnet sein kann, wie in Fig. 1 schematisch dargestellt ist.
Das erste Bilderzeugungsmodul 5 kann eine erste Bildgebereinheit 7 zum Erzeugen eines ersten Bildes aufweisen, wie in Fig. 2 schematisch dargestellt ist. Dazu umfasst die Bildgebereinheit 7 ein erstes flächiges Bilderzeugungselement 8, dem eine erste Bildgeberoptik 9 nachgeordnet ist. Alternativ kann die erste Bildgeberoptik 9 im ersten Brillenglas 3 integriert sein (nicht gezeigt). Das erste flächige Bilderzeugungselement 8 kann z.B. ein OLED-Element, ein pLED, ein LCD-Element, ein LCoS-Element oder eine Kippspiegelmatrix aufweisen, die jeweils eine Vielzahl von z.B. in Zeilen und Spalten angeordneten Pixeln umfassen. Für die vom ersten flächigen Bilderzeugungselement 8 abgegebenen Lichtbündel ist stellvertretend in schematischer Art und Weise jeweils ein einzelner Lichtstrahl L1 eingezeichnet.
Wie Fig. 2 weiter entnommen werden kann, ist eine Steuereinheit 10 mit z.B. einem Prozessor P und einem Speicher M zur Ansteuerung des ersten Bilderzeugungsmoduls 5 vorgesehen. Die Steuereinheit 10, die z.B. an der Haltevorrichtung 2 angeordnet sein kann, steuert in Abhängigkeit von zugeführten Bilddaten das erste Bilderzeugungsmodul 5 und insbesondere das erste Bilderzeugungselemente 8 so an, dass ein erstes Bild gemäß den Bilddaten erzeugt wird. Die dabei vom ersten Bilderzeugungselement 8 abgegebenen Lichtbündel L1 laufen durch die erste Bildgeberoptik 9 und treten dann über eine gekrümmte Rückseite 11 des ersten Brillenglases 3 in dieses ein. Der Bereich des Eintritts an der Rückseite 11 kann auch als Eintrittsabschnitt 12 bezeichnet werden.
Das erste Brillenglas 3 weist ferner eine gekrümmte Vorderseite 13 sowie einen im ersten Brillenglas 3 vergraben ausgebildeten ersten Umlenkabschnitt 14 auf. Der erste Umlenkabschnitt 14 umfasst eine erste reflektive Umlenkstruktur 15 mit mehreren ersten reflektiven Umlenkelementen 16, die auch als erste reflektive Facetten bezeichnet werden können.
Wie bereits beschrieben wurde, treten die Lichtbündel L1 über den Eintrittsabschnitt 12 in der Rückseite 11 in das erste Brillenglas 3 ein. Es folgt dann eine Führung der Lichtbündel L1 im ersten Brillenglas 3 z.B. durch innere Totalreflexion an der Rückseite 11 und Vorderseite 13 bis zum ersten Umlenkabschnitt 14, so dass ein erster Lichtführungskanal 17 vom Eintrittsabschnitt 12 bis zum ersten Umlenkabschnitt 14 vorliegt. Der erste Umlenkabschnitt 14 führt dann eine Umlenkung der Lichtbündel L1 zur Rückseite 11 hin so durch, dass die umgelenkten Lichtbündel L1 über die Rückseite 11 aus dem ersten Brillenglas 3 austreten. Der Bereich, über den die Lichtbündel L1 austreten, kann auch als Austrittsabschnitt 18 bezeichnet werden.
Das zweite Bilderzeugungsmodul 6 kann, wie in Fig. 3 schematisch gezeigt ist, eine zweite Bildgebereinheit 20 zum Erzeugen eines zweiten Bildes aufweisen. Dazu umfasst die zweite Bildgebereinheit 20 ein zweites flächiges Bilderzeugungselement 21 , dem eine zweite Bildgeberoptik 22 nachgeordnet ist. Das zweite flächige Bilderzeugungselement 21 kann z.B. ein OLED-Element, ein pLED, ein LCD-Element, ein LCoS-Element oder eine Kippspiegelmatrix aufweisen, die jeweils eine Vielzahl von z.B. in Zeilen und Spalten angeordneten Pixeln umfassen. Für die vom zweiten flächigen Bilderzeugungselement 21 abgegebenen Lichtbündel ist stellvertretend in schematischer Art und Weise jeweils ein einzelner Lichtstrahl L2 eingezeichnet.
Wie Fig. 3 weiter entnommen werden kann, ist die Steuereinheit 10 auch zur Ansteuerung des zweiten Bilderzeugungsmoduls 6 vorgesehen. Die Steuereinheit 10 steuert in Abhängigkeit von zugeführten Bilddaten das zweite Bilderzeugungsmodul 6 und insbesondere das zweite Bilderzeugungselemente 21 so an, dass ein zweites Bild gemäß den Bilddaten erzeugt wird. Die dabei vom zweiten Bilderzeugungselement 21 abgegebenen Lichtbündel L2 laufen durch die zweite Bildgeberoptik 22 und treten dann über eine gekrümmte Rückseite 23 des zweiten Brillenglases 4 in dieses ein. Der Bereich des Eintritts an der Rückseite 23 kann auch als Eintrittsabschnitt 24 bezeichnet werden. Das zweite Brillenglas 4 weist ferner eine gekrümmte Vorderseite 25 sowie einen im zweiten Brillenglas 4 vergraben ausgebildeten zweiten Umlenkabschnitt 26 auf. Der zweite Umlenkabschnitt 26 umfasst eine zweite reflektive Umlenkstruktur 27 mit mehreren zweiten reflektiven Umlenkelementen 28, die auch als zweite reflektive Facetten bezeichnet werden können.
Wie bereits beschrieben wurde, treten die Lichtbündel L2 über den Eintrittsabschnitt 24 in der Rückseite 23 in das zweite Brillenglas 4 ein. Es folgt dann eine Führung der Lichtbündel L2 im zweiten Brillenglas 4 z.B. durch innere Totalreflexion an der Rückseite 23 und Vorderseite 25 bis zum zweiten Umlenkabschnitt 14, so dass ein zweiter Lichtführungskanal 29 vom Eintrittsabschnitt 24 bis zum zweiten Umlenkabschnitt 26 vorliegt. Der zweite Umlenkabschnitt 26 führt dann eine Umlenkung der Lichtbündel L2 zur Rückseite 23 hin so durch, dass die umgelenkten Lichtbündel L2 über die Rückseite 23 aus dem zweiten Brillenglas 4 austreten. Der Bereich, über den die Lichtbündel L2 austreten, kann auch als Austrittsabschnitt 30 bezeichnet werden.
Das erste Bilderzeugungsmodul 5 und das erste Brillenglas 3 sowie das zweite Bilderzeugungsmodul 6 und das zweite Brillenglas 5 sind so ausgelegt, dass ein Benutzer, der die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung 1 auf dem Kopf trägt, das mittels des ersten Bilderzeugungsmoduls 5 erzeugte erste Bild als erstes virtuelles Bild B1 mit seinem ersten Auge (hier das rechte Auge) und das mittels des zweiten Bilderzeugungsmoduls 6 erzeugte zweite Bild als zweites virtuelles Bild B2 mit seinem zweiten Auge (hier das linke Auge) wahrnehmen kann, wie schematisch in Fig. 4 dargestellt ist.
Bei der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung 1 ist sowohl das erste Bilderzeugungsmodul 5 zusammen mit dem ersten Brillenglas 3 als auch das zweite Bilderzeugungsmodul 6 mit dem zweiten Brillenglas 5 jeweils als ein monokulares Grundsystem ausgebildet. Darunter wird hier insbesondere verstanden, dass mit den beiden monokularen Grundsystemen dem Benutzer das erste virtuelle Bild B1 für das rechte Auge und das zweite virtuelle Bild B2 für das linke Auge so dargeboten werden, dass die beiden virtuellen Bilder B1 und B2 voneinander beabstandet sind, so dass eine Lücke zwischen beiden Bildern vorliegt, wie schematisch in Fig. 4 dargestellt ist. Insbesondere können mit den beiden virtuellen Bildern B1 und B2 unterschiedliche Bilder dargestellt sein. Bevorzugt erfolgt die Darstellung so, dass der Benutzer die beiden virtuellen Bilder B1 und B2 nicht als nur ein einzelnes Bild in einer bestimmten Entfernung wahrnehmen kann. Es liegt somit keine dreidimensionale Bilddarstellung vor. Stattdessen können dem rechten und linken Auge bewusst unterschiedliche, nichtüberlappende virtuelle Bilder B1 und B2 angezeigt werden. Ähnlich zu einem rein monokularen Fall, bei dem dem Benutzer nur ein Bild über eines der Brillengläser dargeboten wird, nimmt der Benutzer die einseitige Anzeige der Bilder B1 und B2 nicht bewusst wahr. Für ihn ergibt sich durch die zweifach monokulare Auslegung effektiv ein größeres Sichtfeld (field of view) - doppelt so groß wie im monokularen Fall, wenn beide virtuellen Bilder B1 und B2 gleich groß sind. Da kein binokularer Bildeindruck erzeugt werden soll, muss in vorteilhafter Weise keine Vergenzbedingung eingehalten werden, was die Systemauslegung (insbesondere in optischer Hinsicht) deutlich einfacher macht und Risiken hinsichtlich des Nutzungskomforts deutlich reduziert.
Als Eigenschaft der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung 1 kann somit eine bewusste Trennung der für das rechte und linke Auge dargebotenen virtuellen Bilder B1 und B2 angegeben werden. Es soll bewusst ein Abstand zwischen den virtuellen Bildern B1 und B2 bestehen, da schon ein exaktes Aneinanderstoßen der virtuellen Bilder B1 und B2 sehr hohe Anforderungen an die Toleranzen der Anzeigevorrichtung 1 stellen würden. Auch nicht zu vermeidende Unterschiede der Nutzerphysiognomien (Kopfbreite, Pupillendistanz, etc.) von verschiedenen Nutzern stellen hohe Anforderungen an die Auslegung des optischen Systems. Dies kann durch die Trennung der Bereiche, in denen die beiden virtuellen Bilder B1 und B2 dargestellt werden, bewusst vermieden werden.
Soll ein Überlapp der virtuellen Bilder B1 und B2 verhindert werden, so darf im Falle einer horizontales Beabstandung der virtuellen Bilder B1 , B2 das halbe horizontale FOV ( horizontale
FOV = HFOV) nicht größer sein, als:
1
— HFOV < 90° — arc
2 wobei
VID: Abstand zwischen Augenpupille und Mitte M1 , M2 des virtuellen Bildes B1 , B2;
PD: Pupillendistanz beider Augenpupillen zueinander; ßi_os: Winkel zwischen Geradeaus-Blickrichtung G1 , G2 und Richtung VID1 , VID2, in der der Nutzer auf die Mitte des virtuellen Bildes B1 , B2 sieht.
Dies gilt für das rechte und linke Auge, wenn die Fokusebenen der beiden virtuellen Bilder B1 und B2 identisch sind.
Die Fokusebenen für die beiden virtuellen Bilder B1 und B2, die dem rechten und dem linken Auge dargeboten werden, müssen aber nicht zwangsläufig identisch sein. Sollten bewusst unterschiedliche Ebenen dargestellt werden, wie dies in Fig. 5 schematisch dargestellt ist (wobei die entsprechenden Variablen durch den Zusatz „1“ oder „2“ unterschieden werde, wie z.B. VID1 und VID2), müssen unterschiedliche VID (nämlich VID1 und VID2) für rechtes und linkes Auge angesetzt werden.
Da die beiden monokularen Grundsysteme (erstes Bilderzeugungsmodul 5 zusammen mit dem ersten Brillenglas 3 einerseits sowie zweites Bilderzeugungsmodul 6 mit dem zweiten Brillenglas 5 andererseits) jeweils monokular ausgelegt sind, kann die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung 1 von einem Benutzer auch so ausgebildet sein, dass der Benutzer z.B. über die Steuereinheit 10 festlegen kann, ob nur das erste virtuelle Bild B1 oder nur das zweite virtuelle Bild B2 erzeugt und dargestellt werden soll. So besitzt im Normalfall jeder Mensch ein sogenanntes dominierendes Auge. Dieses Auge gibt die Richtung vor, der dann das andere Auge folgt. Der Benutzer kann sich somit die Augenseite aussuchen, bei der er das monokulare virtuelle Bild B1 oder B2 besser wahrnimmt.
Zum Auswählen des entsprechenden monokularen Grundsystems kann eine entsprechende Eingabeschnittstelle durch das Steuermodul 10 selbst oder durch eine separate Software, die mit dem Steuermodul 10 kommunizieren kann, bereitgestellt werden. Beispielsweise kann ein entsprechendes Programm bereitgestellt werden, das auf einem Computer und/oder einem sogenannten Smartphone läuft.
Bei der bisher beschriebenen Ausführungsform war die Anzeigevorrichtung 1 so ausgelegt, dass die beiden virtuellen Bilder B1 und B2 für das linke und rechte Auge horizontal auf gleicher Höhe ( in x-Richtung gesehen) liegen und dass beide virtuelle Bilder B1 , B2 eine konstante horizontale Ausdehnung ( in y-Richtung) aufweisen. Es ist aber auch möglich, dass die beiden virtuellen Bilder B1 , B2 keine konstante horizontale Ausdehnung aufweisen, wie in Fig. 6 schematisch dargestellt ist. Beide virtuellen Bilder B1 , B2 haben jeweils zwei unterschiedliche horizontale Ausdehnungen HFOV1 1 , HFOV12, HFOV2i , HFOV22 und sind so angeordnet, dass sie sich nicht überlappen. Es ist stets ein Abstand bzw. eine Lücke zwischen beiden virtuellen Bildern B1 , B2 vorhanden.
Es ist aber ebenso möglich, die virtuellen Bilder B1 und B2 vertikal unterschiedlich auszurichten, wie schematisch in Fig. 7 dargestellt ist. Bei dieser Ausrichtung ist das linke virtuelle Bild B2 vertikal niedriger angeordnet als das rechte virtuelle Bild B1 . Natürlich kann man dies auch umkehren.
So kann es vorkommen, dass der Kopf des Benutzers eher horizontal oder nach unten geneigt ist. Damit würde sich die optimale Positionierung des virtuellen Bildes im Vergleich zur Außenwelt ändern. Durch die beschriebene Auslegung können daher die Daten in Abhängigkeit von der Nutzungssituation höher oder niedriger dargestellt werden. Insbesondere kann ein Sensor 32 (Fig. 1 ) an der Anzeigevorrichtung 1 vorgesehen sein, der die Ausrichtung der Anzeigevorrichtung 1 und damit des Kopfes des Benutzers misst und an die Steuereinheit 10 weitergibt, die in Abhängigkeit davon die entsprechenden Daten als erstes virtuelles Bild B1 oder als zweites virtuelles Bild B2 darstellt.
Bei der schematisch in Fig. 7 dargestellten Ausbildung der Anzeigevorrichtung 1 sind die beide virtuellen Bilder B1 und B2 in vertikaler Richtung (x-Richtung) so verschoben, dass beide Bilder B1 und B2 teilweise gleiche vertikale Werte aufweisen. Es ist jedoch auch möglich, dass beide virtuellen Bilder B1 und B2 auch in vertikaler Richtung keine gleichen Werte aufweisen, wie in Fig. 8 schematisch dargestellt ist.
Des Weiteren können die beiden virtuellen Bilder B1 und B2 so dargestellt werden, dass sie in vertikaler Richtung voneinander beabstandet sind, aber in horizontaler Richtung gleiche Sichtwinkel abdecken, wie in Fig. 9 gezeigt ist. Natürlich wäre es auch möglich, die beiden virtuellen Bilder B1 und B2 gemäß Fig. 9 so anzuordnen, dass sie in horizontaler Richtung zueinander versetzt sind.
Natürlich kann auch die Orientierung der Bilder B1 und B2 geändert werden, wie in Fig. 10 schematisch dargestellt ist. In diesem Fall ist das Aspektverhältnis (Verhältnis zur Ausdehnung in x-Richtung zur Ausdehnung in y-Richtung) anders gewählt.
Die Bildgebereinheiten 7 und 20 können so ausgebildet sein, dass sie ein monochromatisches (und somit einfarbiges) Bild erzeugen und abgeben. Sie können jedoch auch so ausgebildet sein, dass sie ein mehrfarbiges Bild angeben.
Ferner ist es möglich, mehrere Bildgebereinheiten 7, 7‘ und 7“ (Fig. 11 ) vorzusehen, die beispielsweise ein rotes, grünes und blaues Teilbild erzeugen und abgeben, dass dann mittels einer Überlagerungseinheit 35 (beispielsweise ein Farbgeberwürfel) zu einem gemeinsamen Strahlenbündel L1 überlagert wird, wie für das erste Bilderzeugungsmodul 5 in Fig. 2 dargestellt ist. Natürlich kann, falls gewünscht, in gleicher Weise oder auch nur alternativ das zweite Bilderzeugungsmodul 6 in der beschriebenen Art und Weise ausgebildet sein.
Je nach Reflektivität der ersten bzw. zweiten Umlenkelemente 16, 28 kann das erste bzw. zweite virtuelle Bild B1 , B2 vom Benutzer in Überlagerung mit der Umgebung wahrgenommen werden. Bei einer sehr hohen Reflektivität und insbesondere bei einer Reflektivität von 100 % kann der Benutzer mindestens im Bereich des ersten bzw. zweiten Umlenkabschnitts 14, 26 nur das erste bzw. zweite virtuelle Bild B1 , B2 und nicht die Umgebung wahrnehmen, wenn ein gewisser Abstand der ersten und zweiten Umlenkelemente 16, 28 nicht überschritten ist. Wenn der gewisse Abstand zwischen benachbarten Umlenkelemente 16 bzw. 28 überschritten ist, kann zwischen diesen Umgebungslicht ungehindert zum Auge gelangen, so dass auch bei 100% Reflektivität der Umlenkelemente 16 bzw. 28 ein Durchblick auf die Umgebung möglich ist, so dass quasi ein löchriger/segmentierter 100%-Spiegel vorliegt.

Claims

Patentansprüche
1. Anzeigevorrichtung mit einer auf den Kopf eines Benutzers aufsetzbaren Haltevorrichtung (2), einem an der Haltevorrichtung (2) befestigten ersten Bilderzeugungsmodul (5), das ein erstes Bild erzeugt, einem an der Haltevorrichtung (2) befestigten zweiten Bilderzeugungsmodul (6), das ein zweites Bild erzeugt, einem an der Haltevorrichtung (2) befestigten ersten Brillenglas (3), das einen ersten Umlenkabschnitt (14) aufweist, und einem an der Haltevorrichtung (2) befestigten zweiten Brillenglas (4), das einen zweiten Umlenkabschnitt (26) aufweist, wobei das erzeugte erste Bild am ersten Umlenkabschnitt (14) so umgelenkt wird, dass es der Benutzer im auf dem Kopf aufgesetzten Zustand der Haltevorrichtung (2) mit einem ersten Auges als erstes virtuelles Bild (B1 ) wahrnehmen kann, wobei das erzeugte zweite Bild am zweiten Umlenkabschnitt (26) so umgelenkt wird, dass es der Benutzer im auf dem Kopf aufgesetzten Zustand der Haltevorrichtung (2) mit einem zweiten Auges als zweites virtuelles Bild (B2) wahrnehmen kann, und wobei das erste und zweite virtuelle Bild (B1 , B2) dem Benutzer so dargeboten werden, dass sie zusammen für den Benutzer keine dreidimensionale Bilddarstellung vermitteln.
2. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1 , bei der das erste und zweite virtuelle Bild (B1 , B2) dem Benutzer so voneinander beabstandet dargeboten werden, dass zwischen ihnen ein Lücke vorliegt.
3. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der das erste und zweite virtuelle Bild (B1 , B2) dem Benutzer in horizontaler Richtung voneinander beabstandet dargeboten werden.
4. Anzeigevorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, bei der dem Benutzer das erste und zweite virtuelle Bild (B1 , B2) in vertikaler Richtung voneinander beabstandet dargeboten werden.
5. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 4, bei der an der Haltevorrichtung (3) ein Sensor (32) angeordnet ist, der die Neigung der Haltevorrichtung (2) misst, wobei in Abhängigkeit der gemessenen Neigung entweder nur das erste virtuelle Bild (B1 ) oder nur das zweite virtuelle Bild (B2) dargeboten wird,
6. Anzeigevorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, bei der das erste und zweite virtuelle Bild (B1 , B2) in derselben Fokusebene dargeboten werden.
7. Anzeigevorrichtung nach einem Ansprüche 1 bis 5, bei der das erste und zweite virtuelle Bild (B1 , B2) in unterschiedlichen Fokusebene dargeboten werden.
8. Anzeigevorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, bei der der Benutzer über eine Eingabeschnittstelle der Anzeigevorrichtung vorgibt, nur das erste virtuelle Bild (B1 ) oder nur das zweite virtuelle Bild (B2) darzubieten.
9. Anzeigevorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, bei der das erste Brillenglas (3) einen ersten Eintrittsabschnitt (12), den davon beabstandeten ersten Umlenkabschnitt (14) sowie einen ersten Austrittsabschnitt (18) aufweist, das zweite Brillenglas (4) einen zweiten Eintrittsabschnitt (24), den davon beabstandeten zweiten Umlenkabschnitt (26) sowie einen zweiten Austrittsabschnitt (30) aufweist, wobei das erzeugte erste Bild über den ersten Eintrittsabschnitt (12) in das erste Brillenglas (3) eingekoppelt, im ersten Brillenglas (3) durch mindestens eine Reflexion bis zum ersten Umlenkabschnitt (14) geführt und durch Umlenkung am ersten Umlenkabschnitt (14) über den ersten Austrittsabschnitt (18) aus dem ersten Brillenglas (3) so ausgekoppelt wird, dass es der Benutzer im auf dem Kopf aufgesetzten Zustand der Haltevorrichtung (2) mit einem ersten Auges als das erste virtuelle Bild (B1 ) wahrnehmen kann, und wobei das erzeugte zweite Bild über den zweiten Eintrittsabschnitt (24) in das zweite Brillenglas (4) eingekoppelt, im zweiten Brillenglas (4) durch mindestens eine Reflexion bis zum zweiten Umlenkabschnitt (26) geführt und durch Umlenkung am zweiten Umlenkabschnitt (26) über den zweiten Austrittsabschnitt (30) aus dem zweiten Brillenglas (4) so ausgekoppelt wird, dass es der Benutzer im auf dem Kopf aufgesetzten Zustand der Haltevorrichtung (2) mit einem zweiten Auges als das zweite virtuelle Bild (B2) wahrnehmen kann.
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