EP4689770A1 - Anzeigevorrichtung - Google Patents

Anzeigevorrichtung

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EP4689770A1
EP4689770A1 EP24715142.6A EP24715142A EP4689770A1 EP 4689770 A1 EP4689770 A1 EP 4689770A1 EP 24715142 A EP24715142 A EP 24715142A EP 4689770 A1 EP4689770 A1 EP 4689770A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
image
color
spectacle lens
display device
combiner
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
EP24715142.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Pollmann
Hans-Jürgen DOBSCHAL
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 EP4689770A1 publication Critical patent/EP4689770A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • 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
    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • G02B2027/011—Head-up displays characterised by optical features comprising device for correcting geometrical aberrations, distortion
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    • G02B27/141—Beam splitting or combining systems operating by reflection only using dichroic mirrors
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    • G02B27/10—Beam splitting or combining systems
    • G02B27/14—Beam splitting or combining systems operating by reflection only
    • G02B27/149—Beam splitting or combining systems operating by reflection only using crossed beamsplitting surfaces, e.g. cross-dichroic cubes or X-cubes

Definitions

  • the present invention relates to a display device with a holding device that can be placed on the head of a user, an image generation module attached to the holding device that generates an at least two-color image, and a spectacle lens attached to the holding device that images the generated at least two-color image when the holding device is placed on the head in such a way that the user can perceive it as a virtual image.
  • the first color partial image enters the combiner via the first entry surface and is guided along a first color channel to the first reflection layer. Furthermore, the second color partial image enters the combiner via the second entry surface. and is guided along a second color channel to the first reflection layer.
  • the combiner superimposes the two color partial images using the first reflection layer to form an at least two-color image, which exits via the exit surface of the combiner and is guided to the spectacle lens.
  • the first entrance surface is designed and/or a first hologram is designed in the first color channel in such a way that a first imaging function is present for the first color partial image, which serves to correct an aberration caused by the spectacle lens.
  • the combiner which is required anyway, only needs to be adapted by forming the first entry surface and/or forming a first hologram in the first color channel, a higher image quality can be achieved without the increased weight that would be incurred if additional elements were provided.
  • One of the two color partial images can be reflected at the first reflection layer, whereas the other of the two color partial images can be transmitted, so that an overlay to at least a two-color image can be achieved
  • the first entrance surface can be curved and/or have a geometric structure in order to effect the first imaging function for the first color partial image.
  • the second entrance surface can be flat and/or free of a geometric structure.
  • the corrected aberration can in particular be a longitudinal chromatic aberration and/or a transverse chromatic aberration.
  • the curvature of the first entrance surface can be a spherical curvature, an aspherical curvature, a toric curvature. Furthermore, the first entrance surface can have a curved freeform surface that is neither spherically, aspherically nor torically curved.
  • the geometric structuring can in particular be a geometric structuring that leads to a diffractive grating.
  • the second entrance surface can be designed and/or a second hologram can be designed in the second color channel in such a way that a second imaging function is present for the second color partial image, which serves to correct the aberration caused by the spectacle lens.
  • the second entrance surface can be curved and/or have a geometric structure in order to effect the second imaging function for the second color partial image.
  • the third entrance surface can be designed and/or a third hologram can be designed in the third color channel in such a way that a third imaging function is present for the third color partial image, which serves to correct the aberration caused by the spectacle lens.
  • the third entrance surface can be curved and/or have a geometric structure in order to bring about the third imaging function for the third color partial image.
  • the curvature of the second entry surface and the curvature of the third entry surface can be designed or developed in the same way as the curvature of the first entry surface. Furthermore, the geometric structuring of the second entry surface and the geometric structuring of the third entry surface can be designed or developed in the same way as the geometric structuring of the first entry surface.
  • the first reflection layer can be designed as a first dichroic layer which reflects one color partial image from the group of the first and second color partial images and transmits the other color partial image.
  • the combiner can have a second dichroic layer (eg the second reflection layer) which reflects the other color partial image from the group of the second and third color partial images. one color partial image is reflected and one color partial image is transmitted.
  • Layer transmits or reflects the first color image.
  • the first and second dichroic layers can also be spaced apart from one another or aligned parallel.
  • the combiner can be implemented as a prism rod (also called a rod combiner) that has several parallelepiped prisms placed one behind the other, with the dichroic layers arranged on the corresponding sides of the parallelepiped prisms. With such an arrangement, one can add another color for the multi-colored image with each additional parallelepiped prism.
  • the beam path from the first imager to the first entrance surface can be free of imaging optical elements. The same applies to the beam path from the second imager to the second entrance surface and to the beam path from the third imager to the third entrance surface.
  • At least one optically imaging element is arranged in at least one of the beam paths from the respective imager to the respective entrance surface.
  • the exit surface of the combiner can be flat. However, it is also possible to make the exit surface of the combiner curved. In this case, the curved exit surface of the combiner represents an additional design degree of freedom for the imaging of the at least two-color image. As a result of this use of the exit surface, the requirements for the other optical surfaces for guiding and coupling out the at least two-color image as a virtual image are relaxed.
  • the spectacle lens can have a front side, a back side, an entry section and a deflection section spaced from the entry section, an exit section in the back side and a light guide channel.
  • the spectacle lens can project the at least two-coloured image, which is coupled into the spectacle lens via the entry section of the spectacle lens, in the Spectacle lens through at least one reflection to the deflection section, which deflects the at least two-coloured image in the direction of the exit section in such a way that the at least two-coloured image exits the spectacle lens via the exit section.
  • the deflection section and the exit section can be spatially separate sections.
  • the deflection section can deflect the at least two-coloured image in the direction of the exit section, via which the at least two-coloured image then exits the spectacle lens.
  • the deflection section and the exit section can coincide spatially, e.g. if the deflection section is designed as a surface grating.
  • the deflection section can have a single reflective, refractive and/or diffractive deflection element or several reflective, refractive or diffractive deflection elements arranged next to one another. With several deflection elements arranged next to one another, a desired deflection function and, if necessary, an 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 deflection element).
  • the deflection elements can be reflective, refractive and/or diffractive surface pieces, which can also be referred to as reflective, refractive and/or diffractive facets.
  • the reflective, refractive and/or diffractive surface pieces can each be flat.
  • the reflective, refractive and/or diffractive surface pieces themselves can be curved.
  • they can be spherically or aspherically curved or also be designed as a curved free-form surface.
  • the single reflective, refractive and/or diffractive deflection element can be flat or curved.
  • the reflectivity of the respective reflective deflection element (or of the only reflective deflection element) can, for example, be in the range of 1 - 100% (including the limits of the range) for the respective wavelength or color of the image produced.
  • the reflective deflection elements can thus, for example, be partially reflective or reflective.
  • the deflection element or elements can have an imaging function in addition to their function of deflecting beams.
  • deflection sections are generally preferred that have a high transmission in transparency and thus a low reflectivity for the light bundles to be coupled out of the generated (preferably at least two-coloured) image.
  • Common values for the ratio of reflection to transmission are e.g. less than or equal to 50% to greater than or equal to 1% (e.g. any values from this range in 1% increments) and in particular e.g. 50%, 40%, 30%. 20%, 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 4%, 3%, 2% or 1%, evenly distributed over the visible length range.
  • the entry section can have a single reflective, refractive and/or diffractive entry element or several reflective, refractive or diffractive entry elements arranged next to one another.
  • the entry element(s) can be further developed in the same way as the deflection elements.
  • the entry element(s) can cause beam deflection and/or have an imaging function.
  • the exit section can have a single reflective, refractive and/or diffractive exit element or several reflective, refractive or diffractive exit elements arranged next to one another.
  • the exit element(s) can be further developed in the same way as the deflection elements.
  • the exit element(s) can cause beam deflection and/or have an imaging function.
  • the 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 at least two-coloured image is 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 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 spectacle lens that is spaced apart from the front and back.
  • the display device can have a control unit that controls the image generation module.
  • the control unit can control the image generation module based on supplied image data.
  • the imagers can be designed as planar imagers.
  • the respective imager can have an LCD module, an LCoS module, an OLED module, a pLED module or a tilting mirror matrix.
  • Each imager can have a plurality of pixels, which can be arranged in rows and columns, for example.
  • Each imager can be self-luminous or non-self-luminous, for example.
  • Each imager can preferably produce a monochromatic image, with different imagers producing monochromatic images with different wavelengths (and thus color sub-images).
  • At least one imager can also be designed to produce a multi-colored image (and thus a multi-colored color sub-image).
  • the color partial images can be, for example, a red, a green or a blue color partial image. At least one additional color partial image can also be generated with a different wavelength, such as from the IR 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 image generation module
  • Fig. 3 is an enlarged view of the image generation module according to another embodiment
  • Fig. 4 is an enlarged view of the image generation module according to another embodiment.
  • Fig. 5 is an enlarged view of the image generation module according to another embodiment.
  • 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 spectacle lens 3, which is designed as a spectacle lens according to the invention and which can also be referred to as a multifunctional lens, as described below.
  • the display device 1 comprises an image generation module 5, which can be arranged in the area of the right temple of the holding device 2, as is shown schematically in Fig. 1.
  • the image generation module 5 can have a first image generator unit 6 for generating a red partial image, a second image generator unit 7 for generating a green partial image and a third image generator unit 8 for generating a blue partial image, as is shown schematically in Fig. 2.
  • each of the image generator units 6 - 8 comprises a planar image generation element 9, 10 or 1 1 .
  • Each of the planar image generation elements 9 - 1 1 can have, for example, an OLED element, an LCD element, an LCoS element, a pLED module 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, L2 and L3 is shown in a schematic manner.
  • the specific arrangement of the first image generator unit 6 for generating the red partial image, the second image generator unit 7 for generating the green partial image and the third image generator unit 8 for generating the blue partial image is only an example.
  • the three image generator units 6-8 can also be arranged in any order.
  • the first and third image generator units 6, 8 can be arranged in an interchanged manner.
  • the image generation module 5 further comprises a superposition element 15 or a combiner 15 (here in the form of a beam splitter cube) and an image module optics 16.
  • the image module optics 16 can also be omitted or integrated in the first spectacle lens 3.
  • a control unit 17 with, for example, a processor P and a memory M for controlling the image generation module 5 is provided.
  • the control unit 17 controls the image generation module 5 and in particular the image generation elements 9 - 11 depending on the image data supplied so that the color partial images generated by means of the three image generation elements 9 - 11 result in a multi-colored image for a viewer in superposition according to the image data.
  • the light beams L1 - L3 of the three flat image generation elements 9 - 11 are superimposed by means of the superposition element 15 to form a common light beam L4 which runs through the image module optics 16 and enters the spectacle lens 3 via a curved rear side 18 thereof.
  • the area of entry on the rear side 18 can also be referred to as the entry section 19. If the image module optics 16 is part of the spectacle lens 3, the first surface of the image module optics 16 onto which the light falls is the entrance surface or the entrance section 19.
  • the first spectacle lens 3 further comprises a curved front side 20 and a deflection section 21 buried in the first spectacle lens 3.
  • the deflection section 21 comprises a reflective deflection structure 22 with several reflective deflection elements 23, which can also be referred to as reflective facets.
  • the light beams L1 - L3 enter the first spectacle lens 3 as a common light beam L4 via the entry section 19 in the rear side 18.
  • the common light beam L4 is then guided in the first spectacle lens 3, e.g. by total internal reflection on the rear side 20 and front side 18, to the deflection section 21, so that a light guide channel 29 is present from the entry section 19 to the deflection section 21.
  • the deflection section 21 deflects the common light beam L4 towards the rear side 18 in such a way that the deflected common light beam L4 exits the first spectacle lens 3 via the rear side 18.
  • the area through which the common light beam L4 exits can also be referred to as the exit section 26.
  • the image generation module 5 and the first spectacle lens 3 are designed such that a user wearing the display device 1 according to the invention on his head can perceive the multi-colored image generated by means of the image generation module 5 as a multi-colored virtual image.
  • the combiner 15 is specially designed as described below.
  • the combiner 15 comprises a first, a second and a third entry surface 31, 32, 33, each of which is curved, a first and a second dichroic splitter layer 34 and 35 and an exit surface 36, wherein the red color partial image (light beam L1) enters the combiner 15 via the first entry surface 31, the green color partial image (light beam L2) via the second entry surface 32 and the blue color partial image (light beam L3) via the third entry surface 33 and runs to the dichroic splitter layers 34 and 35.
  • the red color partial image (light beam L1) enters the combiner 15 via the first entry surface 31, the green color partial image (light beam L2) via the second entry surface 32 and the blue color partial image (light beam L3) via the third entry surface 33 and runs to the dichroic splitter layers 34 and 35.
  • only one of the three entry surfaces 31-33 is curved and the two remaining entry surfaces 31-33 are flat.
  • exactly two of the three entry surfaces 31 -33 are curved and the remaining entry surface 31 -33 is flat.
  • the first dichroic splitter layer 34 reflects the red color partial image (light beam L1) and transmits the green color partial image (light beam L2) and the blue color partial image (light beam L3).
  • the second dichroic splitter layer 34 reflects the blue color partial image (light beam L3) and transmits the red color partial image (light beam L1) and the green color partial image (light beam L2).
  • the three color partial images (light beams L1 -L3) are superimposed to form the multi-colored image and leave the combiner 15 via the exit surface 36.
  • the area of the combiner 15 from the first entrance surface 31 to the first dichroic splitter layer 34 can be referred to as the first color channel (here red color channel).
  • the area of the combiner 15 from the second entrance surface 32 to the first and second dichroic splitter layers 34 and 35 can be referred to as the second color channel (here green color channel) and the area of the combiner 15 from the third entrance surface 33 to the second dichroic splitter layer 35 can be referred to as the third color channel (here blue color channel).
  • the first and third entry surfaces 31 and 33 are, for example, concavely curved and the second entry surface 32 is convexly curved.
  • this is purely an example.
  • all three entry surfaces can also be concavely or convexly curved.
  • only one or two of the three entry surfaces 31 -33 can be concavely or convexly curved.
  • An important point in the possible curvature of at least one of the entrance surfaces 31 -33 is that with the correspondingly curved entrance surface 31 -33, wavelength-dependent aberrations occurring due to the light guidance in the first spectacle lens 3 can be corrected in a wavelength-selective manner (here for the red, green and blue color partial image).
  • the curvature of the corresponding entrance surface 31 - 33 can be spherical, aspherical or toric, for example.
  • a curved free-form surface is also possible that has no spherical, no aspherical or no toric curvature.
  • the curved entrance surface(s) 31-33 can thus be used to correct color errors in particular for each color. This is particularly advantageous in conjunction with the first spectacle lens 3, since the first spectacle lens 3 (e.g. monolithic) is made of one material, so that it is not possible to correct color errors by choosing achromatic material combinations.
  • the exit surface 36 can be curved (in contrast to the embodiment of Fig. 2, in which the exit surface 36 is flat).
  • the exit surface 36 represents an additional interface and thus an additional degree of design freedom for the multi-colored image.
  • the entrance surfaces 31-33 are not curved but are flat and at the same time geometrically structured in order to diffractively effect an imaging function. It can also be said that the entrance surfaces 31-33 each have a diffraction grating. These diffraction gratings have, for example, the same imaging optical function as the curved entrance surfaces 31-33 according to Fig. 2.
  • the entrance surfaces 31-33 are not curved but are flat. Furthermore, holograms 31', 32' and 33' are formed in the color channels, which effect the desired imaging functions for the color partial images.
  • the virtual image can be perceived by the user in superposition with the surroundings.
  • the user can at least of the deflection section 21 only perceive the virtual image and not the surroundings if a certain distance between the deflection elements 23 is not exceeded. If the certain distance between the deflection elements 23 is exceeded, ambient light can reach the eye unhindered between them, so that even with 100% reflectivity of the deflection elements 23, a view of the surroundings is possible, so that a perforated/segmented 100% mirror is present.
  • the virtual image is reflected into the user's field of vision via the first lens 3.
  • the display device 1 can be designed so that information or virtual images are reflected via both lenses 3, 4. The reflection can take place in such a way that a three-dimensional image impression is created. However, this is not absolutely necessary.
  • the spectacle lenses 3, 4 can have a refractive power of zero or a refractive power other than zero (in particular for correcting a visual impairment).
  • both the front 20 and the back 18 can be curved.
  • the front 20 is in particular spherically curved. If the spectacle lens 3, 4 has a refractive power other than zero in order to correct a visual impairment, the curvature of the back 18 is generally selected accordingly in order to achieve the corresponding correction.
  • the back 18 can have a curvature that deviates from the spherical shape.

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Abstract

Es wird eine Anzeigevorrichtung mit einer auf den Kopf eines Benutzers aufsetzbaren Haltevorrichtung (2), einem daran befestigten Bilderzeugungsmodul (5) und einem an der Haltevorrichtung (2) befestigten Brillenglas (3, 4), das ein mindestens zweifarbige so abbildet, dass es der Benutzer als virtuelles Bild wahrnehmen kann, bereitgestellt, wobei das Bilderzeugungsmodul - einen ersten Bildgeber (6) für ein erstes Farbteilbild - einen zweiten Bildgeber (7) für ein zweites Farbteilbild und - einen Kombinierer (15), der eine erste und eine zweite Eintrittsfläche (31, 32) sowie eine Austrittsfläche (36) umfasst, aufweist, wobei das erste Farbteilbild über die erste Eintrittsfläche (31) eintritt und entlang eines ersten Farbkanals bis zu einer ersten Reflexionsschicht (34, 35), die eines der beiden Farbteilbilder reflektiert und das andere der beiden Farbteilbilder transmittiert, (34, 35) geführt ist, wobei das zweite Farbteilbild über die zweite Eintrittsfläche (32) eintritt und entlang eines zweiten Farbkanals bis zur ersten Reflexionsschicht (34, 35) geführt ist, wobei die beiden Farbteilbilder mittels der ersten Reflexionsschicht (34, 35) zum mindestens zweifarbigen Bild überlagert werden, das über die Austrittsfläche (36) des Kombinierers (15) austritt und zum Brillenglas (3, 4) geführt ist, wobei die erste Eintrittsfläche (31) so ausgebildet ist und/oder im ersten Farbkanal ein erstes Hologramm so ausgebildet ist, dass eine erste abbildende Funktion für das erste Farbteilbild vorliegt, die zur Korrektur einer durch das Brillenglas (3, 4) bedingten Aberration dient.

Description

Anzeigevorrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anzeigevorrichtung mit einer auf den Kopf eines Benutzers aufsetzbaren Haltevorrichtung, einem an der Haltevorrichtung befestigten Bilderzeugungsmodul, das ein mindestens zweifarbiges Bild erzeugt, und einem an der Haltevorrichtung befestigten Brillenglas, das das erzeugte mindestens zweifarbige Bild im auf dem Kopf aufgesetzten Zustand der Haltevorrichtung so abbildet, dass es der Benutzer als virtuelles Bild wahrnehmen kann.
Solche Anzeigevorrichtungen werden häufig als Smart Glasses bezeichnet, die neben der normalen Funktionalität einer Brille noch einen zusätzlichen Lichtpfad aufweisen, mit dem dem Träger der Brille ein virtuelles Bild eingespiegelt werden kann. Solche Anzeigevorrichtungen sollen ein mehrfarbiges virtuelles Bild mit hoher Abbildungsqualität darstellen können und zugleich ein möglichst geringes Gewicht aufweisen.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Anzeigevorrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass die eingangs genannten Anforderungen möglichst gut erfüllt werden.
Die Erfindung ist im Anspruch 1 definiert. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Anzeigevorrichtung umfasst eine auf den Kopf eines Benutzers aufsetzbare Haltevorrichtung, ein an der Haltevorrichtung befestigtes Bilderzeugungsmodul, das ein mindestens zweifarbiges Bild erzeugt, und ein an der Haltevorrichtung befestigtes Brillenglas, das das erzeugte, mindestens zweifarbige Bild im auf dem Kopf aufgesetzten Zustand der Haltevorrichtung so abbildet, dass es der Benutzer als virtuelles Bild wahrnehmen kann. Das Bilderzeugungsmodul kann einen ersten Bildgeber, der ein erstes Farbbild des mindestens zweifarbigen Bildes erzeugt, und einen zweiten Bildgeber, der ein zweites Farbteilbild des mindestens zweifarbigen Bildes erzeugt, sowie einen Kombinierer, der eine erste und eine zweite Eintrittsfläche, mindestens eine erste Reflexionsschicht, die eines der beiden Farbteilbilder reflektiert und das andere der beiden Farbteilbilder transmittiert, sowie eine Austrittsfläche umfasst, aufweisen. Das erste Farbteilbild tritt über die erste Eintrittsfläche in den Kombinierer ein und ist entlang eines ersten Farbkanals bis zur ersten Reflexionsschicht geführt. Ferner tritt das zweite Farbteilbild über die zweite Eintrittsfläche in den Kombinierer ein und ist entlang eines zweiten Farbkanals bis zur ersten Reflexionsschicht geführt. Der Kombinierer überlagert die beiden Farbteilbilder mittels der ersten Reflexionsschicht zum mindestens zweifarbigen Bild, das über die Austrittsfläche des Kombinierers austritt und zum Brillenglas geführt ist. Die erste Eintrittsfläche ist so ausgebildet und/oder im ersten Farbkanal ist ein erstes Hologramm so ausgebildet, dass eine erste abbildende Funktion für das erste Farbteilbild vorliegt, die zur Korrektur einer durch das Brillenglas bedingten Aberration dient.
Damit kann farbindividuell bzw. farbselektiv die gewünschte Korrektur durchgeführt werden. Da dazu der ohnehin notwendige Kombinierer lediglich durch die Ausbildung der ersten Eintrittsfläche und/oder die Ausbildung eines ersten Hologramms im ersten Farbkanal anzupassen ist, kann eine höhere Abbildungsqualität ohne höheres Gewicht, das bei dem Vorsehen zusätzlicher Elemente vorliegen würde, verwirklicht werden.
An der ersten Reflexionsschicht kann eines der beiden Farbteilbilder reflektiert werden, wohingegen das andere der beiden Farbteilbilder transmittiert werden kann, so dass dadurch eine Überlagerung zum mindestens zweifarbigen Bild bewirkt werden kann
Die erste Eintrittsfläche kann gekrümmt ausgebildet sein und/oder eine geometrische Strukturierung aufweisen, um die erste abbildende Funktion für das erste Farbteilbild zu bewirken. Die zweite Eintrittsfläche kann plan ausgebildet und/oder frei von einer geometrischen Strukturierung sein.
Bei der korrigierten Aberration kann es sich insbesondere um einen Farblängsfehler und/oder einen Farbquerfehler handeln.
Die Krümmung der ersten Eintrittsfläche kann eine sphärische Krümmung, eine asphärische Krümmung, eine torische Krümmung sein. Ferner kann die erste Eintrittsfläche eine gekrümmte Freiformfläche aufweisen, die weder sphärisch, asphärisch noch torisch gekrümmt ist. Bei der geometrischen Strukturierung kann es sich insbesondere um eine solche geometrische Strukturierung handeln, die zu einem diffraktiven Gitter führt.
Ferner kann die zweite Eintrittsfläche so ausgebildet sein und/oder kann im zweiten Farbkanal ein zweites Hologramm so ausgebildet sein, dass eine zweite abbildende Funktion für das zweite Farbteilbild vorliegt, die zur Korrektur der durch das Brillenglas bedingten Aberration dient. Die zweite Eintrittsfläche kann gekrümmt ausgebildet sein und/oder eine geometrische Strukturierung aufweisen, um die zweite abbildende Funktion für das zweite Farbteilbild zu bewirken.
Ferner kann das Bilderzeugungsmodul einen dritten Bildgeber, der ein drittes Farbteilbild des mindestens zweifarbigen Bildes erzeugt, aufweisen. In diesem Fall ist das mindestens zweifarbige Bild bevorzugt als mindestens dreifarbiges Bild ausgebildet. Das dritte Farbteilbild tritt über eine dritte Eintrittsfläche in den Kombinierer ein und ist entlang eines dritten Farbkanals bis zu einer zweiten Reflexionsschicht des Kombinierers geführt. Die zweite Reflexionsschicht ist reflektiv für einen ersten Wellenlängenbereich und transmissiv für einen zweiten und einen dritten Wellenlängenbereich. Bevorzugt ist in diesem Fall die erste Reflexionsschicht reflektiv für z.B. den zweiten Wellenlängenbereich und transmissiv für den ersten und dritten Wellenlängenbereich. Der erste Wellenlängenbereich kann entsprechen des ersten Farbteilbildes, der zweite Wellenlängenbereich kann entsprechend des zweiten Farbteilbildes und der dritte Wellenlängenbereich kann entsprechend des dritten Farbteilbildes gewählt sein. Die Wellenlängenbereiche sind bevorzugt so gewählt, dass die gewünschte Überlagerung der drei Farbteilbilder zum mindestens dreifarbigen Bild bewirkt werden kann. So können die drei Wellenlängenbereiche z.B. passend für ein rotes, ein grünes und ein blaues Farbteilbild gewählt sein.
Die dritte Eintrittsfläche kann so ausgebildet und/oder im dritten Farbkanal kann ein drittes Hologramm so ausgebildet sein, dass eine dritte abbildende Funktion für das dritte Farbteilbild vorliegt, die zur Korrektur der durch das Brillenglas bedingten Aberration dient. Insbesondere kann die dritte Eintrittsfläche gekrümmt ausgebildet und/oder eine geometrische Strukturierung aufweisen, um die dritte abbildende Funktion für das dritte Farbteilbild zu bewirken. Es ist jedoch auch möglich, dass die dritte Eintrittsfläche plan ausgebildet ist und frei von einer geometrischen Strukturierung ist.
Die Krümmung der zweiten Eintrittsfläche sowie die Krümmung der dritten Eintrittsfläche können in gleicher Weise aus- oder weitergebildet sein wie die Krümmung der ersten Eintrittsfläche. Ferner können die geometrische Strukturierung der zweiten Eintrittsfläche sowie die geometrische Strukturierung der dritten Eintrittsfläche in gleicher Weise aus- oder weitergebildet sein wie die geometrische Strukturierung der ersten Eintrittsfläche.
Die erste Reflexionsschicht kann als erste dichroitische Schicht ausgebildet sein, die von der Gruppe des ersten und zweiten Farbteilbildes ein Farbteilbild reflektiert und das andere Farbteilbild transmittiert. Ferner kann der Kombinierer eine zweite dichroitische Schicht (z.B. die zweite Reflexionsschicht) aufweisen, die von der Gruppe des zweiten und dritten Farbteilbildes ein Farbteilbild reflektiert und ein Farbteilbild transmittiert. Ferner kann die erste dichroitische
Schicht das dritte Farbteilbild transmittieren oder reflektieren und kann die zweite dichroitische
Schicht das erste Farbteilbild transmittieren oder reflektieren.
Insbesondere können sich die beiden dichroitischen Schichten unter einem Winkel von 90° schneiden und in einem Strahlvereinigungswürfel (auch X-Cube genannt) angeordnet sein. Bei einem Strahlvereinigungswürfel handelt es sich z.B. um einen dichroitischen Prismenwürfel, bei dem vier rechtwinklige Prismen zu einem Würfel so zusammengefügt werden, dass sich die erste und zweite dichroitische Schicht unter einem Winkel von 90° schneiden.
Die erste und zweite dichroitische Schicht (oder auch die erste und zweite Reflexionsschicht) können auch voneinander beabstandet oder parallel ausgerichtet sein. In diesem Fall kann der Kombinierer als Prismenstab (auch Stabvereiniger oder Stabcombiner genannt) realisiert sein, der mehrere Parallelepipedprismen, die hintereinander gesetzt sind, aufweist, wobei die dichroitischen Schichten an den entsprechenden Seiten der Parallelepipedprismen angeordnet sind. Bei einer solchen Anordnung kann man quasi mit jedem weiteren Parallelepipedprisma eine weitere Farbe für das mehrfarbige Bild addieren.
Der Strahlengang vom ersten Bildgeber bis zur ersten Eintrittsfläche kann frei von abbildenden optischen Elementen sein. Gleiches gilt für den Strahlengang vom zweiten Bildgeber bis zur zweiten Eintrittsfläche sowie für den Strahlengang vom dritten Bildgeber bis zur dritten Eintrittsfläche.
Es ist jedoch auch möglich, dass in mindestens einem der Strahlengänge vom jeweiligen Bildgeber bis zur jeweiligen Eintrittsfläche mindestens ein optisch abbildendes Element angeordnet ist.
Ferner kann die Austrittsfläche des Kombinierers plan ausgebildet sein. Es ist jedoch auch möglich, die Austrittsfläche des Kombinierers gekrümmt auszubilden. In diesem Fall stellt die gekrümmte Austrittsfläche des Kombinierers einen zusätzlichen Design-Freiheitsgrad für die Abbildung des mindestens zweifarbigen Bildes dar. Durch diese Nutzung der Austrittsfläche entspannen sich als Folge die Anforderungen an die weiteren optischen Flächen zur Führung und Auskopplung des mindestens zweifarbigen Bildes als virtuelles Bild.
Das Brillenglas kann eine Vorderseite, eine Rückseite, einen Eintrittsabschnitt und einen vom Eintrittsabschnitt beabstandeten Umlenkabschnitt, einen Austrittsabschnitt in der Rückseite sowie einen Lichtführungskanal aufweisen. Das Brillenglas kann das mindestens zweifarbige Bild, das über den Eintrittsabschnitt des Brillenglases in das Brillenglas eingekoppelt ist, im Brillenglas durch mindestens eine Reflexion bis zum Umlenkabschnitt führen, der das mindestens zweifarbige Bild in Richtung zum Austrittsabschnitt hin so umlenkt, dass das mindestens zweifarbige Bild über den Austrittsabschnitt aus dem Brillenglas austritt.
Der Umlenkabschnitt und der Austrittsabschnitt können räumlich getrennte Abschnitte sein. In diesem Fall kann der Umlenkabschnitt das mindestens zweifarbige Bild in Richtung zum Austrittsabschnitt hin umlenken, über den das mindestens zweifarbige Bild dann aus dem Brillenglas austritt. Es ist jedoch auch möglich, dass der Umlenkabschnitt und der Austrittsabschnitt räumlich zusammenfallen, z.B. wenn der Umlenkabschnitt als Oberflächengitter ausgebildet ist.
Der Umlenkabschnitt kann ein einziges reflektives, refraktives und/oder diffraktives Umlenkelement oder mehrere nebeneinander angeordnete reflektive, refraktive oder diffraktive Umlenkelemente aufweisen. Mit mehreren nebeneinander angeordneten Umlenkelementen kann z.B. in einer fresnelartigen Weise eine gewünschte Umlenkfunktion und gegebenenfalls eine Abbildungsfunktion des Umlenkabschnitts realisiert werden (dies kann natürlich auch mit einem einzigen Umlenkelement realisiert werden). Die Umlenkelemente können reflektive, refraktive und/oder diffraktive Flächenstücke sein, die auch als reflektive, refraktive und/oder diffraktive Facetten bezeichnet werden können. Die reflektiven, refraktiven und/oder diffraktiven Flächenstücke können jeweils plan ausgebildet sein. Es ist jedoch auch möglich, dass die reflektiven, refraktiven und/oder diffraktiven Flächenstücke selbst gekrümmt ausgebildet sind. Sie können beispielsweise sphärisch oder asphärisch gekrümmt oder auch als gekrümmte Freiformfläche ausgebildet sein. In gleicher Weise kann das einzige reflektive, refraktive und/oder diffraktive Umlenkelement plan oder gekrümmt ausgebildet sein. Die Reflektivität der jeweiligen reflektiven Umlenkelement (bzw. des einzigen reflektiven Umlenkelements) kann beispielsweise im Bereich von 1 - 100 % (einschließlich der Grenzen des Bereiches) für die jeweilige Wellenlänge bzw. Farbe des erzeugten Bildes liegen. Somit können die reflektiven Umlenkelemente z.B. tei Ireflektiv oder reflektiv ausgebildet sein. Insbesondere kann das Umlenkelement bzw. können die Umlenkelemente neben ihrer Funktion der Strahlumlenkung noch eine abbildende Funktion aufweisen.
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 eine geringe Reflektivität für die auszukoppelnden Lichtbündel des erzeugten (bevorzugt mindestens zweifarbigen) Bildes aufweisen. Üblich für das Verhältnis von Reflexion zu Transmission sind Werte von z.B. kleiner oder gleich 50 % bis größer oder gleich 1 % (z.B. beliebige Werte aus diesem Bereich in 1 %-Schritten) und insbesondere z.B. 50 %, 40 %, 30 %, 20 %, 10 %, 9 %, 8 %, 7 %, 6 %, 5 %, 4 %, 3 %, 2 % oder 1 %, gleichmäßig über den sichtbaren Längenbereich verteilt.
Der Eintrittsabschnitt kann in gleicher Weise wie Umlenkabschnitt ein einziges reflektives, refraktives und/oder diffraktives Eintrittselement oder mehrere nebeneinander angeordnete reflektive, refraktive oder diffraktive Eintrittselemente aufweisen. Das bzw. die Eintrittselemente können in gleicher Weise wie die Umlenkelemente weitergebildet werden. Insbesondere kann das Eintrittselement bzw. können die Eintrittselemente eine Strahlumlenkung bewirken und/oder eine abbildende Funktion aufweisen.
Der Austrittsabschnitt kann in gleicher Weise wie Umlenkabschnitt ein einziges reflektives, refraktives und/oder diffraktives Austrittselement oder mehrere nebeneinander angeordnete reflektive, refraktive oder diffraktive Austrittselemente aufweisen. Das bzw. die Austrittselemente können in gleicher Weise wie die Umlenkelemente weitergebildet werden. Insbesondere kann das Austrittselement bzw. können die Austrittselemente eine Strahlumlenkung bewirken und/oder eine abbildende Funktion aufweisen.
Das Brillenglas kann insbesondere eine gekrümmte Rückseite und/oder eine gekrümmte Vorderseite aufweisen. Der Eintrittsabschnitt kann in der Rückseite ausgebildet sein.
Das mindestens zweifarbige Bild wird 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 Brillenglases bewirkt werden. Es ist jedoch auch möglich, dass mindestens eine der Reflexionen bzw. der inneren Totalreflexionen an einer im Brillenglas vergraben ausgebildeten Schicht, die von der Vorder- und Rückseite beabstandet ist, bewirkt wird.
Die Anzeigevorrichtung kann eine Steuereinheit aufweisen, die das Bilderzeugungsmodul ansteuert. Insbesondere kann die Steuereinheit basierend auf zugeführten Bilddaten das Bilderzeugungsmodul ansteuern.
Die Bildgeber können als flächige Bildgeber ausgebildet sein. Der jeweilige Bildgeber kann ein LCD-Modul, ein LCoS-Modul, ein OLED-Modul, ein pLED-Modul oder eine Kippspiegelmatrix aufweisen. 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 (und somit Farbteilbilder) erzeugen. Mindestens ein Bildgeber kann auch so ausgebildet sein, dass er ein mehrfarbiges Bild (und somit ein mehrfarbiges Farbteilbild) erzeugt.
Das Bilderzeugungsmodul kann somit z.B. eine Kombination von zwei oder mehr monochromatischen Bildgebern oder eine Kombination aus einem duochromatischen Bildgeber und einem monochromatischen Bildgeber aufweisen.
Bei den Farbteilbildern kann es sich z.B. um ein rotes, ein grünes oder ein blaues Farbteilbild handeln. Auch kann mindestens ein weiteres Farbteilbild mit einer weiteren Wellenlänge, wie z.B. aus dem IR-Bereich, erzeugt werden.
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 Bilderzeugungsmoduls; Fig. 3 eine vergrößerte Darstellungen des Bilderzeugungsmoduls gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels;
Fig. 4 eine vergrößerte Darstellungen des Bilderzeugungsmoduls gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels, und
Fig. 5 eine vergrößerte Darstellungen des Bilderzeugungsmoduls gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels.
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 Brillenglas 3, das als erfindungsgemäßes Brillenglas ausgebildet ist und das auch als Multifunktionsglas bezeichnet werden kann, ein virtuelles Bild in sein Gesichtsfeld eingespiegelt werden kann, wie nachfolgend beschrieben wird.
Dazu umfasst die Anzeigevorrichtung 1 ein Bilderzeugungsmodul 5, das im Bereich des rechten Brillenbügels der Haltevorrichtung 2 angeordnet sein kann, wie in Fig. 1 schematisch dargestellt ist. Das Bilderzeugungsmodul 5 kann eine erste Bildgebereinheit 6 zum Erzeugen eines roten Teilbildes, eine zweite Bildgebereinheit 7 zum Erzeugen eines grünen Teilbildes sowie eine dritte Bildgebereinheit 8 zum Erzeugen eines blauen Teilbildes aufweisen, wie in Fig. 2 schematisch dargestellt ist. Dazu umfasst jede der Bildgebereinheiten 6 - 8 ein flächiges Bilderzeugungselement 9, 10 bzw. 1 1 . Jedes der flächigen Bilderzeugungselemente 9 - 1 1 kann z.B. ein OLED-Element, ein LCD-Element, ein LCoS-Element, ein pLED-Modul oder eine Kippspiegelmatrix aufweisen, die jeweils eine Vielzahl von z.B. in Zeilen und Spalten angeordneten Pixeln umfassen. Für die von den flächigen Bilderzeugungselementen 9 - 1 1 abgegebenen Lichtbündel (und somit für das entsprechende Farbteilbild) ist stellvertretend in schematischer Art und Weise jeweils ein einzelner Lichtstrahl L1 , L2 und L3 eingezeichnet.
Natürlich ist die konkrete Anordnung der ersten Bildgebereinheit 6 zum Erzeugen des roten Teilbildes, der zweiten Bildgebereinheit 7 zum Erzeugen des grünen Teilbildes sowie der dritten Bildgebereinheit 8 zum Erzeugen des blauen Teilbildes nur beispielhaft. Die drei Bildgebereinheiten 6-8 können auch beliebig vertauscht angeordnet sein. So können z.B. die erste und dritte Bildgebereinheit 6, 8 vertauscht angeordnet sein.
Wie Fig. 2 weiter entnommen werden kann, umfasst das Bilderzeugungsmodul 5 ferner ein Überlagerungselement 15 bzw. ein Kombinierer 15 (hier in Form eines Strahlteilerwürfels) sowie eine Bildmoduloptik 16. Die Bildmoduloptik 16 kann auch weggelassen oder im ersten Brillenglas 3 integriert ausgebildet sein. Ferner ist eine Steuereinheit 17 mit z.B. einem Prozessor P und einem Speicher M zur Ansteuerung des Bilderzeugungsmoduls 5 vorgesehen. Die Steuereinheit 17 steuert in Abhängigkeit von zugeführten Bilddaten das Bilderzeugungsmodul 5 und insbesondere die Bilderzeugungselemente 9 - 11 so an, dass die mittels der drei Bilderzeugungselemente 9 - 11 erzeugten Farbteilbilder für einen Betrachter in Überlagerung ein mehrfarbiges Bild gemäß den Bilddaten ergibt. Dazu werden die Lichtbündel L1 - L3 der drei flächigen Bilderzeugungselemente 9 - 11 mittels des Überlagerungselementes 15 zu einem gemeinsamen Lichtbündel L4 überlagert, das durch die Bildmoduloptik 16 läuft und über eine gekrümmte Rückseite 18 des Brillenglases 3 in dieses eintritt. Der Bereich des Eintritts an der Rückseite 18 kann auch als Eintrittsabschnitt 19 bezeichnet werden. Wenn die Bildmoduloptik 16 Teil des Brillenglases 3 ist, ist die erste Fläche der Bildmoduloptik 16, auf die das Licht fällt, die Eintrittsfläche bzw. der Eintrittsabschnitt 19.
Das erste Brillenglas 3 weist ferner eine gekrümmte Vorderseite 20 sowie einen im ersten Brillenglas 3 vergraben ausgebildeten Umlenkabschnitt 21 auf.
Der Umlenkabschnitt 21 umfasst eine reflektive Umlenkstruktur 22 mit mehreren reflektiven Umlenkelementen 23, die auch als reflektive Facetten bezeichnet werden können.
Wie bereits beschrieben wurde, treten die Lichtbündel L1 - L3 als gemeinsames Lichtbündel L4 über den Eintrittsabschnitt 19 in der Rückseite 18 in das erste Brillenglas 3 ein. Es folgt dann eine Führung des gemeinsamen Lichtbündels L4 im ersten Brillenglas 3 z.B. durch innere Totalreflexion an der Rückseite 20 und Vorderseite 18 bis zum Umlenkabschnitt 21 , so dass ein Lichtführungskanal 29 vom Eintrittsabschnitt 19 bis zum Umlenkabschnitt 21 vorliegt. Der Umlenkabschnitt 21 führt eine Umlenkung des gemeinsamen Lichtbündels L4 zur Rückseite 18 hin so durch, dass das umgelenkte gemeinsame Lichtbündel L4 über die Rückseite 18 aus dem ersten Brillenglas 3 austritt. Der Bereich, über das gemeinsame Lichtbündel L4 austritt, kann auch als Austrittsabschnitt 26 bezeichnet werden.
Das Bilderzeugungsmodul 5 und das erste Brillenglas 3 sind so ausgelegt, dass ein Benutzer, der die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung 1 auf dem Kopf trägt, das mittels des Bilderzeugungsmoduls 5 erzeugte mehrfarbige Bild als mehrfarbiges virtuelles Bild wahrnehmen kann.
Bei der Führung des gemeinsamen Lichtbündels L4 (und somit der Farbteilbilder) im ersten Brillenglas 3 können z.B. aufgrund der Einkopplung über den gekrümmten Eintrittsabschnitt 19 an der gekrümmten Rückseite 18 sowie aufgrund der inneren Totalreflexionen an der gekrümmten Vorderseite 20 und der gekrümmten Rückseite 18 Aberrationen (z.B. Farblängs- und/oder Farbquerfehler) auftreten, die wellenlängenabhängig und somit für die Farbteilbilder unterschiedlich sind (z.B. in der tatsächlichen Größe oder im tatsächlichen Verlauf der Aberration), was zu unerwünschten und vom Benutzer wahrnehmbaren Bildfehlern führen kann.
Um diese wellenlängenabhängigen Aberrationen korrigieren zu können, ist der Kombinierer 15 speziell ausgebildet, wie nachfolgend beschrieben wird.
Der Kombinierer 15 umfasst eine erste, eine zweite und eine dritte Eintrittsfläche 31 , 32, 33, die jeweils gekrümmt ausgebildet sind, eine erste und eine zweite dichroitische Teilerschicht 34 und 35 sowie eine Austrittsfläche 36, wobei das rote Farbteilbild (Lichtbündel L1 ) über die erste Eintrittsfläche 31 , das grüne Farbteilbild (Lichtbündel L2) über zweite Eintrittsfläche 32 und das blaue Farbteilbild (Lichtbündel L3) über die dritte Eintrittsfläche 33 in den Kombinierer 15 eintreten und bis zu den dichroitischen Teilerschichten 34 und 35 laufen. In einer nicht gezeigten Variante ist nur eine der drei Eintrittsflächen 31 -33 gekrümmt ausgebildet und sind die beiden verbleibenden Eintrittsflächen 31 -33 plan ausgebildet. In einer weiteren nicht gezeigten Variante sind genau zwei der drei Eintrittsflächen 31 -33 gekrümmt ausgebildet und ist die verbleibende Eintrittsfläche 31 -33 plan ausgebildet.
Die erste dichroitische Teilerschicht 34 reflektierte das rote Farbteilbild (Lichtbündel L1 ) und transmittiert das grüne Farbteilbild (Lichtbündel L2) und das blaue Farbteilbild (Lichtbündel L3). Die zweite dichroitische Teilerschicht 34 reflektierte das blaue Farbteilbild (Lichtbündel L3) und transmittiert das rote Farbteilbild (Lichtbündel L1 ) und das grüne Farbteilbild (Lichtbündel L2). Dadurch werden die drei Farbteilbilder (Lichtbündel L1 -L3) zu dem mehrfarbigen Bild überlagert und verlassen den Kombinierer 15 über die Austrittsfläche 36.
Der Bereich des Kombinierers 15 von der ersten Eintrittsfläche 31 bis zur ersten dichroitische Teilerschicht 34 kann als erster Farbkanal (hier roter Farbkanal) bezeichnet werden. In gleicher Weise kann der Bereich des Kombinierers 15 von der zweiten Eintrittsfläche 32 bis zur ersten und zweiten dichroitische Teilerschicht 34 und 35 als zweiter Farbkanal (hier grüner Farbkanal) und der Bereich des Kombinierers 15 von der dritten Eintrittsfläche 33 bis zur zweiten dichroitische Teilerschicht 35 als dritter Farbkanal (hier blauer Farbkanal) bezeichnet werden.
Wie in Fig. 2 stark übertrieben und schematisch dargestellt ist, sind die erste und dritte Eintrittsfläche 31 und 33 z.B. konkav gekrümmt und ist die zweite Eintrittsfläche 32 konvex gekrümmt. Dies ist aber rein beispielhaft. Es können z.B. alle drei Eintrittsflächen auch konkav oder konvex gekrümmt sein. Ferner kann auch z.B. nur eine oder zwei der drei Eintrittsflächen 31 -33 konkav oder konvex gekrümmt sein. Ein wesentlicher Punkt in der möglichen Krümmung von mindestens einer der Eintrittsflächen 31 -33 liegt darin, dass mit der entsprechend gekrümmten Eintrittsfläche 31 -33 wellenlängenselektiv (hier für das rote, grüne und blaue Farbteilbild) eine aufgrund der Lichtführung im ersten Brillenglas 3 auftretende wellenlängenabhängige Aberrationen korrigiert werden kann.
Die Krümmung der entsprechenden Eintrittsfläche 31 -33 kann z.B. sphärisch, asphärisch oder torisch sein. Auch ist eine gekrümmte Freiformfläche möglich, die keine sphärische, keine asphärische sowie keine torische Krümmung aufweist.
Mit der bzw. den gekrümmten Eintrittsflächen 31 -33 lassen sich somit insbesondere Farbfehler farbindividuell korrigieren. Dies ist insbesondere in Verbindung mit dem ersten Brillenglas 3 von Vorteil, da das erste Brillenglas 3 (z.B. monolithisch) aus einem Material hergestellt ist, so dass es nicht möglich ist, Farbfehler durch die Wahl von Achromat-Materialkombinationen zu korrigieren.
Zusätzlich kann, wie in dem Ausführungsbeispiel von Fig. 3 (wobei nur das Bilderzeugungsmodul 15 vergrößert dargestellt ist) gezeigt ist, die Austrittsfläche 36 gekrümmt ausgebildet sein (im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel von Fig. 2, in dem die Austrittsfläche 36 plan ausgebildet ist). Die Austrittsfläche 36 stellt eine zusätzliche Grenzfläche und damit einen zusätzlichen Design-Freiheitsgrad für das mehrfarbige Bild dar. Durch Nutzung der Austrittsfläche 36 als Grenzfläche, die eine abbildende Wirkung (aufgrund der Krümmung der Austrittsfläche 36) aufweist, entspannen sich die Anforderungen an die restlichen optisch wirksamen Flächen des ersten Brillenglases 3, wie z.B. die Anforderungen an den Umlenkabschnitt 21 .
Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 4 sind die Eintrittsflächen 31 -33 nicht gekrümmt sondern plan und gleichzeitig geometrisch strukturiert ausgebildet, um eine abbildende Funktion diffraktiv zu bewirken. Man kann auch sagen, dass die Eintrittsflächen 31 -33 jeweils ein Beugungsgitter aufweisen. Diese Beugungsgitter weisen z.B. die gleiche abbildende optische Funktion auf wie die gekrümmten Eintrittsflächen 31 -33 gemäß Fig. 2.
Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 5 sind die Eintrittsflächen 31 -33 nicht gekrümmt sondern plan ausgebildet. Ferner sind in den Farbkanälen Hologramme 31 ‘, 32‘ und 33‘ ausgebildet, die die gewünschten abbildenden Funktionen für die Farbteilbilder bewirken.
Je nach Reflektivität der Umlenkelemente 23 kann das virtuelle Bild 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 Umlenkabschnitts 21 nur das virtuelle Bild und nicht die Umgebung wahrnehmen, wenn ein gewisser Abstand der Umlenkelemente 23 nicht überschritten ist. Wenn der gewisse Abstand der Umlenkelemente 23 überschritten ist, kann zwischen diesen Umgebungslicht ungehindert zum Auge gelangen, so dass auch bei 100% Reflektivität der Umlenkelemente 23 ein Durchblick auf die Umgebung möglich ist, so dass quasi ein löchriger/segmentierter 100%- Spiegel vorliegt.
Die erste Umlenkstruktur 22 kann eine reine Strahlumlenkung bewirken. Bevorzugt kann sie zusätzliche eine abbildende Wirkung bereitstellen.
Bei der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung 1 erfolgt die Einspiegelung des virtuellen Bildes in das Gesichtsfeld des Benutzers über das erste Brillenglas 3. Natürlich ist auch eine Einspiegelung über das zweite Brillenglas 4 möglich. Des Weiteren kann die Anzeigevorrichtung 1 so ausgebildet sein, dass Informationen bzw. virtuelle Bilder über beide Brillengläser 3, 4 eingespiegelt werden. Dabei kann die Einspiegelung so erfolgen, dass ein dreidimensionaler Bildeindruck entsteht. Dies ist jedoch nicht zwingend notwendig.
Die Brillengläser 3, 4 können eine Brechkraft von Null oder eine von Null verschiedene Brechkraft (insbesondere zur Korrektur einer Fehlsichtigkeit) aufweisen. Insbesondere kann sowohl die Vorderseite 20 als auch die Rückseite 18 gekrümmt ausgebildet sein. Die Vorderseite 20 ist insbesondere sphärisch gekrümmt. Wenn das Brillenglas 3, 4 eine von Null verschiedene Brechkraft aufweist, um eine Fehlsichtigkeit zu korrigieren, ist in der Regel die Krümmung der Rückseite 18 entsprechend gewählt, um die entsprechende Korrektur zu erreichen. Die Rückseite 18 kann eine von der sphärischen Form abweichende Krümmung aufweisen.

Claims

Patentansprüche
1. Anzeigevorrichtung mit einer auf den Kopf eines Benutzers aufsetzbaren Haltevorrichtung (2), einem an der Haltevorrichtung (3) befestigten Bilderzeugungsmodul (5), das ein mindestens zweifarbiges Bild erzeugt, und einem an der Haltevorrichtung (2) befestigten Brillenglas (3, 4), das das erzeugte mindestens zweifarbige Bild im auf dem Kopf aufgesetzten Zustand der Haltevorrichtung (2) so abbildet, dass es der Benutzer als virtuelles Bild wahrnehmen kann, wobei das Bilderzeugungsmodul
- einen ersten Bildgeber (6), der ein erstes Farbteilbild des mindestens zweifarbigen Bildes erzeugt, und
- einen zweiten Bildgeber (7), der ein zweites Farbteilbild des mindestens zweifarbigen Bildes erzeugt,
- einen Kombinierer (15), der mindestens eine erste und eine zweite Eintrittsfläche (31 , 32), mindestens eine erste Reflexionsschicht (34, 35), die eines der beiden Farbteilbilder reflektiert und das andere der beiden Farbteilbilder transmittiert, sowie eine Austrittsfläche (36) umfasst, aufweist, wobei das erste Farbteilbild über die erste Eintrittsfläche (31 ) in den Kombinierer (15) eintritt und entlang eines ersten Farbkanals bis zur ersten Reflexionsschicht (34, 35) geführt ist, wobei das zweite Farbteilbild über die zweite Eintrittsfläche (32) in den Kombinierer (15) eintritt und entlang eines zweiten Farbkanals bis zur ersten Reflexionsschicht (34, 35) geführt ist, wobei der Kombinierer (15) die beiden Farbteilbilder mittels der ersten Reflexionsschicht (34, 35) zum mindestens zweifarbigen Bild überlagert, das über die Austrittsfläche (36) des Kombinierers (15) austritt und zum Brillenglas (3, 4) geführt ist, wobei die erste Eintrittsfläche (31 ) so ausgebildet ist und/oder im ersten Farbkanal ein erstes Hologramm so ausgebildet ist, dass eine erste abbildende Funktion für das erste Farbteilbild vorliegt, die zur Korrektur einer durch das Brillenglas (3, 4) bedingten Aberration dient.
2. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1 , bei der die erste Eintrittsfläche (31 ) gekrümmt ausgebildet ist und/oder eine geometrische Strukturierung aufweist, um die erste abbildende Funktion für das erste Farbteilbild zu bewirken.
3. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die zweite Eintrittsfläche (32) so ausgebildet ist und/oder im zweiten Farbkanal ein zweites Hologramm so ausgebildet ist, dass eine zweite abbildende Funktion für das zweite Farbteilbild vorliegt, die zur Korrektur der durch das Brillenglas (3, 4) bedingten Aberration dient.
4. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 3, bei der die zweite Eintrittsfläche gekrümmt ausgebildet ist und/oder eine geometrische Strukturierung aufweist, um die zweite abbildende Funktion für das zweite Farbteilbild zu bewirken.
5. Anzeigevorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, bei der der Kombinierer (15) eine zweite Reflexionsschicht (34, 35) aufweist, die reflektiv für einen ersten Wellenlängenbereich und transmissiv für einen zweiten Wellenlängenbereich ist.
6. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 5, bei der sich die beiden Reflexionsschichten (34, 35) unter einem Winkel von 90° schneiden und in einem Strahlvereinigungswürfel angeordnet sind.
7. Anzeigevorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, bei der der Strahlengang vom ersten Bildgeber (7) bis zur ersten Eintrittsfläche (31 ) frei von abbildenden optischen Elementen ist.
8. Anzeigevorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, bei der die Austrittsfläche (36) des Kombinierers (15) gekrümmt ausgebildet ist.
9. Anzeigevorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, bei der das Brillenglas (3, 4) eine Vorderseite (20) und eine Rückseite (18), einen Eintrittsabschnitt (19) und einen vom Eintrittsabschnitt (19) beabstandeten Umlenkabschnitt (21 ), einen Austrittsabschnitt (26) in der Rückseite (18) sowie einen Lichtführungskanal (29) aufweist, der das mindestens zweifarbige Bild, das über den Eintrittsabschnitt (19) des Brillenglases (3) in das Brillenglas (3) eingekoppelt ist, im Brillenglas (3) durch mindestens eine Reflexion bis zum Umlenkabschnitt (21 ) führt, von dem das mindestens zweifarbige Bild umgelenkt wird, um über den Austrittsabschnitt (26) aus dem Brillenglas (3) auszutreten.
10. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 9, bei der der Umlenkabschnitt (21 ) mehrere nebeneinander angeordnete reflektive, refraktive und/oder diffraktive Umlenkelemente (23) aufweist.
11 . Anzeigevorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, bei der die durch das Brillenglas (3, 4) bedingten Aberration ein Farblängsfehler und/oder ein Farbquerfehler ist.
EP24715142.6A 2023-03-29 2024-03-26 Anzeigevorrichtung Pending EP4689770A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

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