WO2012038206A1 - Anzeigevorrichtung - Google Patents

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WO2012038206A1
WO2012038206A1 PCT/EP2011/064968 EP2011064968W WO2012038206A1 WO 2012038206 A1 WO2012038206 A1 WO 2012038206A1 EP 2011064968 W EP2011064968 W EP 2011064968W WO 2012038206 A1 WO2012038206 A1 WO 2012038206A1
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WO
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region
display device
coupling
decoupling
imager
Prior art date
Application number
PCT/EP2011/064968
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English (en)
French (fr)
Inventor
Karsten Lindig
Hans-Jürgen DOBSCHAL
Original Assignee
Carl Zeiss Ag
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Publication date
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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
    • G02C—SPECTACLES; SUNGLASSES OR GOGGLES INSOFAR AS THEY HAVE THE SAME FEATURES AS SPECTACLES; CONTACT LENSES
    • G02C7/00—Optical parts
    • G02C7/02—Lenses; Lens systems ; Methods of designing lenses
    • G02C7/08—Auxiliary lenses; Arrangements for varying focal length
    • G02C7/086—Auxiliary lenses located directly on a main spectacle lens or in the immediate vicinity of main spectacles
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    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/017—Head mounted
    • G02B2027/0178—Eyeglass type

Definitions

  • the present invention relates to a display device according to the preamble of claim 1.
  • a user can, for example, be presented with an image of a device that can be connected to the display device.
  • the device may be, for example, a computer, a navigation device, an organizer, a smartphone, etc.
  • a display device may be, for example, a computer, a navigation device, an organizer, a smartphone, etc.
  • the object is achieved in a display device of the type mentioned above in that the multifunction glass has at least one further decoupling region which is offset relative to the first decoupling region, wherein the coupling-in direction and / or the Einkoppelort the generated image is adjustable and depending on the generated image from the first decoupling area or from the further decoupling area is decoupled as the virtual image.
  • the generated image can be coupled out either only from the first outcoupling region or only from the further outcoupling region.
  • the further decoupling region may partially overlap the first decoupling region.
  • the further decoupling area does not overlap the first decoupling area.
  • a plurality of further decoupling regions can be provided in order to carry out a finer adaptation of the display device to the present nose-eye distance.
  • the imager can be tilted about an axis for adjusting the coupling-in direction. Furthermore, the imager may be displaceable along an axis for adjusting the coupling-in location. However, the coupled-in image always hits the coupling-in area which carries out the desired coupling or deflection.
  • the display device may have a fixing unit which fixes the set tilt or rotational position and / or the set displacement and thus the set position of the image generator.
  • the fixing unit may be designed so that the fixation is effected by means of form, friction and / or material connection.
  • the display device can be designed in particular in the form of a pair of glasses.
  • the holding device is designed as a spectacle frame.
  • a conventional spectacle lens can be designed as a multifunctional glass.
  • the display device according to the invention can be designed so that the user - in the mounted on the head state of the holding device - can perceive the decoupled image in superimposition with the environment.
  • the first coupling region and the first and the further decoupling region are formed on the front side of the multifunctional glass facing away from the user's eye in the state of the holding device mounted on the head.
  • the first coupling-in region and the first and the further coupling-out region are each designed as reflective regions.
  • the control unit can be set up, in particular, to control the imager such that the desired image is generated.
  • the first coupling-in region, the first coupling-out region and / or the further coupling-out region can each be designed as a Fresnel structure.
  • the respective Fresnel structures may have an imaging property.
  • the imaging feature can be used, for example, to correct any aberrations that may occur during the guidance in the multifunctional glass.
  • the respective Fresnel structure may in particular be formed on the material interface of the multi-functional glass, wherein the material interface is in particular a curved material interface.
  • This provides a high freedom of design for the multifunctional glass, which is hardly or not at all limited by the necessary optical function of the coupling-in or coupling-out region, since the optical function of the coupling-in or coupling-out region is realized by means of the Fresnel structure.
  • the respective Fresnel structure may be transmissive or reflective. If it is of a transmissive nature, it is preferably formed on the material interface of the multifunctional glass facing the user's eye when the holding device is placed on the head of the user. If the Fresnel structure is reflective, it is preferably designed for the first coupling-in region and the first and second coupling-out regions respectively at the front side of the multifunctional glass facing away from the user's eye in the head-mounted state of the holding device and is preferably for the second coupling-in region formed the back of the multi-functional glass.
  • the respective Fresnel structure may have a plurality of Fresnel segments, wherein the optically active facets of the Fresnel segments optically emulate an imaginary optical active surface.
  • the optical active surface is in particular curved. Furthermore, it can not have mirror symmetry, rotational symmetry and / or translational symmetry. Furthermore, the Fresnel structure can cause a beam path convolution.
  • the guidance of the image in the multifunction glass from the first coupling-in region to the first coupling-out region or to the further coupling-out region is preferably carried out in each case by total internal reflection at the front and rear sides of the multifunctional glass.
  • each facet is preferably equal in the Fresnel structure. It is for example in the range of 5 to 500 ⁇ , in particular in the range of 0.01 to 0.1 mm. Particularly preferred is a range of 200 to 300 ⁇ and a range of 0.05 to 0.3 mm.
  • the facet shape can be a nourishment, in particular a linear approximation of the shape of the corresponding area section of the imaginary effective area.
  • the facets may be concave, convex or linear in section.
  • Fresnel segments may be directly adjacent, as in a "classical" Fresnel structure, but it is possible that the Fresnel segments are spaced apart, with the normal course of the material interface preferably between them.
  • the display device according to the invention may comprise a second multifunction glass, which is attached to the holding device, and a second imager.
  • the second multi-functional glass is preferably formed in the same or corresponding manner. In particular, it may be mirror-symmetrical to the first multifunction glass. Thus, both eyes of the user images can be presented. This can be used for example for a three-dimensional image representation.
  • the second multifunctional glass may, but need not, have a return channel.
  • the display device according to the invention preferably has an interface in order to connect a device to the display device. This is in particular a data interface.
  • the device may be, for example, a computer, a smartphone, a navigation device, etc. In this case, a combined display device is provided which comprises the display device according to the invention and the device connected to it.
  • FIG. 1 shows a perspective view of a first embodiment of the display device according to the invention
  • FIG. 2 is an enlarged detail view of the display device of FIG. 1;
  • FIG. FIG. 3 is a perspective view of a part of the first Fresnel structure of FIG
  • Fig. 4 shows the course of the optical active surface, with the first Fresnel structure according to
  • Fig. 3 is modeled
  • FIG. 5 is a plan view of the first Fresnel structure of FIG. 3; FIG.
  • FIG. 6 shows an xz section of the active surface 108
  • Fig. 7 is an enlarged view of the detail CC of Fig. 6;
  • Fig. 8-1 different profile shapes of the Fresnel structure 12 of the invention
  • FIGS. 13-14 are sectional views of the first Fresnel structure on the curved front side of FIG.
  • FIG. 15 is a sectional view of a complete facet 105 of the Fresnel structure 12 of FIG.
  • Fig. 16 is a modification of the facet 105 of Fig. 15;
  • FIG. 17 shows a further modification of the facet 105 of FIG. 15;
  • Fig. 18 is a sectional view of another embodiment of the first Fresnel structure
  • Fig. 19 is a sectional view showing the formation of the Fresnel structure as a non-contiguous Fresnel structure
  • Fig. 20 is a sectional view of the second Fresnel structure 13, and
  • 21 is a schematic plan view of the second Fresnel structure 13.
  • the display device 1 of the invention comprises an attachable to the head of a user holding device 2, the z. B. may be formed in the manner of a conventional glasses, and a first and second multi-functional glass 3, 4, which are fixed to the holding device 2.
  • the outer shape of the multifunctional glasses 3, 4 may correspond to the usual spectacle lenses.
  • the display device 1 further comprises an imager 5 and a control unit 9.
  • the elements 5 and 9 are shown in Figure 1 only schematically as a block with the reference numeral 10.
  • the multifunctional glass 3 has on its front side 1 1 a first Fresnel structure 12 and, laterally spaced therefrom, three second Fresnel structures 13, 60, 61.
  • the Fresnel structure 12 serves to couple in the light coming from the imager 5, and the Fresnel structures 13, 60 and 61 serve to decouple the light coming from the first Fresnel structure 12.
  • the imager 5 is driven by the control unit 9 during operation of the display device 1 to produce a desired image.
  • the light from the imager 5 enters via the rear side 14 of the multifunction glass 3 in this and is deflected by the first Fresnel structure 12 so that it in the multifunction glass 3 due to internal total reflection at the front and back 1 1, 14 to the three second Fresnel structures 13, 60 and 61 runs.
  • One of the second Fresnel structures 13, 60, 61 deflects the light in the direction of the user's eye A so that the image generated by the image generator 5 is displayed in a display area 40 in front of the multifunctional glass 3 as a virtual image 15, as shown schematically in FIG 2 can perceive.
  • Which of the three second Fresnel structures 13, 60 and 61 effects the light extraction depends on the angle of incidence of the light impinging on the first Fresnel structure 12 from the imager 5. This angle of incidence is determined by the rotational position of the imager 5 about the x-axis and chosen so that the user creates the optimum image impression. In other words, by the rotational position of the imager 5, the lateral position of the virtual image 15 relative to the nosepiece 62 (FIG. 1) of the holding device 2 can be adjusted. Thus, an adaptation to each person's individual nose-eye distance is possible.
  • the adaptation of the display device 1 to the user thus depletes it to choose the appropriate rotational position of the imager 5, so that then there is the optimal lateral position of the virtual image displayed for the present nose-eye distance.
  • An adaptation of the multifunction glass itself is therefore no longer necessary, so that the adjustment can be easily and quickly performed.
  • the multifunction glass 3 is used as a forward channel 16 for displaying a virtual image for the user
  • the first Fresnel structure 12 can be referred to as the first coupling region, since it deflects the light of the imager 5 so that it in the multifunction glass 3 by means of internal Total reflection at the front and back 1 1, 14 to the second Fresnel structures 13, 60, 61 is performed.
  • the second Fresnel structure 13 may be referred to as the first outcoupling region
  • the second Fresnel structures 60, 61 may be referred to as further outcoupling regions, since the corresponding outcoupling region 13, 60, 61 deflects the light so that it strikes the eye A of the user.
  • the forward channel 16 may also be formed together with the first coupling-in region 12 and the decoupling regions 13, 60 and 61 such that a function of the coupling-in location (eg in the z-direction) within the first coupling-in region 12 Decoupling from one of the decoupling regions 13, 60 and 61 takes place.
  • the imager 5 is provided, for example, so as to be slidable in the z-direction.
  • the imager 5 can be provided in particular so that it can be fixed in the selected rotational position or lateral position (for example along the z-direction).
  • the first decoupling areas 13, 60, 61 are in particular designed so that a user can perceive the illustrated virtual image 15 in superposition with the surroundings. It may also be provided a device 25, for example, connected to the control unit 9 (Fig. 1). The apparatus 25 may provide the image data needed or used to generate the image by the imager 5 to produce a desired image.
  • FIG. 3 shows an enlarged illustration of the front side 1 1 in the region of the first Fresnel structure 12.
  • the first Fresnel structure 12 has on the front side 1 1 more Fresnel segments 1 04 on.
  • Each Fresnel segment 104 has an optically effective facet 105, which are mirrored here. In order to achieve the step shape shown in Fig. 3, usually each Fresnel segment 105 still includes an edge 106th
  • the combined optical effect of the facets 105 corresponds to an imaginary optical active surface 108, as shown in FIG. 4, wherein the optical active surface 108 is curved here. It may also, but need not, have no mirror or rotational symmetry.
  • the illustration in FIG. 4 is rotated by 90 ° about the z-axis in relation to the illustration in FIG.
  • the imaginary optical active surface 108 can be implemented as the first Fresnel structure 12 according to FIG. 3 as follows.
  • the active surface 108 is divided in the z direction into sections of equal height Ah. This results in cutting lines 109, which can also be referred to as contour lines and which each delimit a surface portion 1 1 0 of the effective surface 108.
  • the surface sections 110 are all shifted relative to one another in the z-direction so that the lower section line (those with the lower z value) and thus the lower edge of the facet 105 are at the same height (in the z direction). From the respective upper section line of the surface portions 1 10 and thus the upper edge of the facet 105 then the vertical edge 106 is guided to the lower section line of the directly adjacent surface portion 1 10 to the stepped Training the Fresnel structure 12 of FIG. 3 to arrive. In the plan view in FIG. 5 of the first Fresnel structure 12 of FIG. 3, the upper edges can be seen.
  • the area for FaC ette of the facets which may also be referred to as "gefresnelte" free-form surface, is calculated according to the following formula 2 z - modulo (z effective area 'Mi) (2), wherein the active surface 108 for by the subsequent surface formula Wirkf
  • Bed area ⁇ y K + K 2 + b W X + b 0i y + + ⁇ 21 ⁇ ⁇ + K ** + V? (3)
  • K1 is the conic term in the x direction and K2 is the conic term in the y direction, as indicated below
  • the active surface 108 is divided in the z direction at intervals with the same height Ah.
  • the maximum height of the facets 105 is Ah.
  • the modulo function used is given below a
  • Gaussian bracket denotes the largest integer less than or equal to the m
  • the number in the Gauss bracket is the result of the division a / m without the rest of the division. This results in the following formula for the facet surfaces
  • the corresponding Fresnel structure 12 can be derived, which provides the corresponding optical effect.
  • the Fresnel structure 12 can not achieve the same optical effect that would have an interface formed according to the free-form surface 108, due to the step shape, a comparable optical effect is achieved.
  • the facets 105 have the curvatures predetermined by the free-form surface 108 in the height range Ah.
  • the course can be linearized, as shown schematically in the sectional view of FIG. 8.
  • the facets can be provided with a convex curvature (FIG. 9) or a concave curvature (FIG. 10).
  • FIG. 1 An approximation by a different curvature profile is possible, as indicated for example in Fig. 1 1.
  • the height Ah can here as in all other embodiments in the range of 5 - 500 ⁇ , in particular in the range of 0.01 - 0.1 mm and more preferably in the range of 0.05 to 0.3 mm. Furthermore, the height Ah does not have to be constant, but may vary here as well as in all other embodiments. For example, Ah can increase or decrease itself with increasing z-value.
  • the facet function z facet was derived from the basis function z basis Deduced so that the Fresnel structure 12 can be described as follows:
  • Fig. 14 a modification of the profile of Fig. 13 is shown, which differs essentially in that the flanks 106 are no longer oriented parallel to each other in parallel, but radially to the center of the front side 1, not shown.
  • Fig. 15 is a sectional view of a complete facet 1 05 of the Fresnel structure 12 is shown.
  • the facet 1 05 has a mirroring V, so that the desired beam deflection of the light beams of the imager 5 takes place.
  • Fig. 16 a modification is shown in which free areas, which is formed due to the inclination of the facet 105 relative to the front side 1 1 of the multi-functional glass 3, filled with material 134 to the front 1 1.
  • the filling is preferably carried out so that a smooth, continuous front 1 1 is formed.
  • material 134 in particular the same material as for the multi-functional glass 3 itself can be used.
  • FIG. 18 shows a sectional view of a further possible embodiment of the Fresnel structure 12.
  • the flanks 106 do not extend perpendicularly (as in the case of most of the previously described embodiments) (ie here in the z-direction), but are also somewhat inclined. This simplifies the fabrication of the Fresnel structure 12. However, it is preferred if the angle of inclination of the flanks 106 is as small as possible, so that they are quasi-perpendicular. All previously described Fresnel structures 12 were coherent Fresnel structures. This is understood here to mean that the individual Fresnel facets 105 are always connected to one another by the flanks 106.
  • the Fresnel facets 105 at a distance from one another and to insert sections 123 between the individual Fresnel facets 105, which sections may, for example, be sections 123 of the front side 11.
  • sections may, for example, be sections 123 of the front side 11.
  • a profile of such a Fresnel structure 12 is schematically indicated in FIG.
  • the second Fresnel structures 13, 60, 61 can be provided in this way, as shown in the enlarged sectional view in FIG. 20.
  • the beam BS coming from the imager 5 can be superimposed with a second beam US to form a common beam GS.
  • the Fresnel facets 1 05 are tilted relative to the normal of the front side 1 1 such that the part of the first beam BS (also referred to as the image beam BS) which faces the respective Fresnel facet 105, is deflected to the right as a partial image beam BS '.
  • the remaining part of the image beam BS, which does not hit the Fresnel facets 105 is reflected and / or transmitted at the front side 1 1 so that it does not become part of the common beam GS.
  • the part of the ambient light beam US which (on the left in FIG. 20) hits the back side of the Fresnel facets 105, is shaded by the Fresnel facets 105 so that it does not Becomes part of the common beam GS. Therefore, this part of the ambient light beam US is hatched.
  • the remainder of the ambient light beam US passes as ambient partial beams US 'through the transmissive regions 123 between the Fresnel facets 105.
  • the non-contiguous Fresnel structure 13 according to FIG. 20 thus causes a superposition of the part US 'of the ambient light beam US passing through the transmissive regions 123 with the part BS' of the image beam BS reflected on the Fresnel facets 11 to form a common beam GS.
  • the second Fresnel structures 13, 60, 61 each have a plurality of spaced Fresnel sections 140, which are formed according to Figure 20 or in the same manner as the first Fresnel structure 12.
  • the Fresnel sections 140 can be distributed arbitrarily, as shown in the schematic plan view in FIG. 21 onto the, for example, rectangular overlay area 129. In the areas between the multi-functional glass 3 is maintained, so that these areas represent normal light transmission areas.
  • these z. B. can be arranged as follows. There are defined circular area whose diameter can be determined as follows Where T is the required transmission for the ambient light in percent, N is the number of circles in the x-direction and APX is the aperture width in the x-direction. The circles are first arranged equidistantly in a fixed grid with grid spacing APX / N in x and y. Thereafter, the circle center locations are slightly modified by dicing the direction and length of the midpoint shift. The length is chosen here so that no overlap effect between adjacent circles occurs.
  • randf returns a random value between 0 and 1.
  • the round function rounds the argument (APY / APX) to integers.
  • any other type of distribution of the Fresnel sections 140 may be selected, with preference given to a non-regular arrangement.

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Abstract

Es wird bereitgestellt eine Anzeigevorrichtung mit einer auf den Kopf eines Benutzers aufsetzbaren Haltevorrichtung (2), einem an der Haltevorrichtung (2) befestigten Bildgeber (5) zur Erzeugung eines Bildes, einer Steuereinheit (9) zur Steuerung des Bildgebers (5) und einem an der Haltevorrichtung (2) befestigten Multifunktionsglas (3, 4), das einen ersten Einkoppelbereich (12) und einen ersten Auskoppelbereich (13) aufweist, wobei das erzeugte Bild über den ersten Einkoppelbereich (12) in das Multifunktionsglas (3) eingekoppelt, im Multifunktionsglas (3) bis zum ersten Auskoppelbereich (13) geführt und über den ersten Auskoppelbereich (13) so ausgekoppelt wird, daß der Benutzer im auf dem Kopf aufgesetzten Zustand der Haltevorrichtung (2) das ausgekoppelte Bild als virtuelles Bild wahrnehmen kann, wobei das Multifunktionsglas (3) zumindest einen weiteren Auskoppelbereich (60, 61) aufweist, der relativ zum ersten Auskoppelbereich (13) versetzt ist, wobei die Einkoppelrichtung und/oder der Einkoppelort des erzeugten Bildes einstellbar ist und in Abhängigkeit davon das erzeugte Bild vom ersten Auskoppelbereich (13) oder vom weiteren Auskoppelbereich (60, 61) als das virtuelle Bild ausgekoppelt wird.

Description

Anzeigevorrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anzeigevorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 .
Mit einer solchen Anzeigevorrichtung kann einem Benutzer beispielsweise ein Bild eines mit der Anzeigevorrichtung verbindbaren Gerätes dargeboten werden. Bei dem Gerät kann es sich zum Beispiel um einen Computer, ein Navigationsgerät, einen Organizer, ein Smartphone, etc. handeln. Da jedoch verschiedene Benutzer in der Regel unterschiedliche Nase-Augen- Abstände aufweisen, ist es schwierig, die virtuelle Bilderzeugung in einfacher Art daran anzupassen.
Ausgehend hiervon ist es daher Aufgabe der Erfindung, die Anzeigevorrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß eine vereinfachte Anpassung an verschiedene Nase- Augen-Abstände möglich ist.
Die Aufgabe wird bei einer Anzeigevorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß das Multifunktionsglas zumindest einen weiteren Auskoppelbereich aufweist, der relativ zum ersten Auskoppelbereich versetzt ist, wobei die Einkoppelrichtung und/oder der Einkoppelort des erzeugten Bildes einstellbar ist und in Abhängigkeit davon das erzeugte Bild vom ersten Auskoppelbereich oder vom weiteren Auskoppelbereich als das virtuelle Bild ausgekoppelt wird.
Somit ist erfindungsgemäß nur eine Einstellung der Einkoppelrichtung und/oder des Einkoppelortes des erzeugten Bildes notwendig, um eine Anpassung an die verschiedenen Nase-Augen-Abstände durchzuführen. Eine Änderung des Multifunktionsglases selbst ist dann nicht mehr notwendig. Somit kann in einfachster Art und Weise die gewünschte Anpassung an die Nase-Augen-Abstände durchgeführt werden.
Bei der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung kann das erzeugte Bild entweder nur vom ersten Auskoppelbereich oder nur vom weiteren Auskoppelbereich ausgekoppelt werden. Der weitere Auskoppelbereich kann den ersten Auskoppelbereich teilweise überlappen. Es ist jedoch auch möglich, daß der weitere Auskoppelbereich nicht den ersten Auskoppelbereich überlappt.
Ferner können mehrere weitere Auskoppelbereiche vorgesehen sein, um eine feinere Anpassung der Anzeigevorrichtung an den vorliegenden Nase-Augen-Abstand durchzuführen.
Bei der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung kann der Bildgeber zur Einstellung der Einkoppelrichtung um eine Achse kippbar sein. Ferner kann der Bildgeber zur Einstellung des Einkoppelortes entlang einer Achse verschiebbar sein. Jedoch trifft das eingekoppelte Bild stets auf den Einkoppelbereich, der die gewünschte Einkopplung bzw. Umlenkung durchführt.
Ferner kann die Anzeigevorrichtung eine Fixiereinheit aufweisen, die die eingestellte Verkippung bzw. Drehstellung und/oder die eingestellte Verschiebung und somit die eingestellte Stellung des Bildgebers fixiert. Die Fixiereinheit kann so ausgebildet sein, daß die Fixierung mittels Form-, Reib- und/oder Stoffschluß bewirkt ist.
Die Anzeigevorrichtung kann insbesondere in Art einer Brille ausgebildet sein. In diesem Fall ist die Haltevorrichtung als Brillengestell ausgestaltet. Insbesondere kann ein herkömmliches Brillenglas als Multifunktionsglas ausgebildet werden. Dazu muß im wesentlichen nur der erste Einkoppelbereich und der erste sowie der weitere Auskoppelbereich im Brillenglas ausgebildet werden. Ferner kann die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung so ausgebildet sein, daß der Benutzer - im auf dem Kopf aufgesetzten Zustand der Haltevorrichtung - das ausgekoppelte Bild in Überlagerung mit der Umgebung wahrnehmen kann.
Bevorzugt sind der erste Einkoppelbereich und der erste sowie der weitere Auskoppelbereich an der - im auf dem Kopf aufgesetzten Zustand der Haltevorrichtung - dem Auge des Benutzers abgewandten Vorderseite des Multifunktionsglases ausgebildet. Insbesondere sind der erste Einkoppelbereich und der erste sowie der weitere Auskoppelbereich jeweils als reflektive Bereiche ausgestaltet. Die Steuereinheit kann bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung insbesondere dazu eingerichtet sein, den Bildgeber so anzusteuern, daß das gewünschte Bild erzeugt wird. Bei der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung können der erste Einkoppelbereich, der erste Auskoppelbereich und/oder der weitere Auskoppelbereich jeweils als Fresnel-Struktur ausgebildet sein. Die jeweilige Fresnel-Strukturen kann eine abbildende Eigenschaft aufweisen. Die abbildende Eigenschaft kann zum Beispiel dazu benutzt werden, eventuell bei der Führung im Multifunktionsglas auftretende Abbildungsfehler zu korrigieren.
Die jeweilige Fresnel-Struktur kann insbesondere an der Materialgrenzfläche des Multifunktionsglases ausgebildet sein, wobei die Materialgrenzfläche insbesondere eine gekrümmte Materialgrenzfläche ist. Damit wird eine hohe Designfreiheit für das Multifunktionsglas bereitgestellt, die kaum oder gar nicht durch die notwendige optische Funktion des Einkoppel- oder Auskoppelbereiches beschränkt wird, da die optische Funktion des Einkoppel- bzw. Auskoppelbereich mittels der Fresnel-Struktur verwirklicht wird.
Die jeweilige Fresnel-Struktur kann transmissiv oder reflektiv ausgebildet sein. Wenn sie transmissiv ausgebildet ist, ist sie bevorzugt auf der dem Auge des Benutzers zugewandter Materialgrenzfläche des Multifunktionsglases gebildet, wenn die Haltevorrichtung auf dem Kopf des Benutzers aufgesetzt ist. Wenn die Fresnel-Struktur reflektiv ist, ist sie bevorzugt für den ersten Einkoppelbereich und den ersten und zweiten Auskoppelbereich jeweils an der im auf dem Kopf aufgesetzten Zustand der Haltevorrichtung dem Auge des Benutzers abgewandten Vorderseite des Multifunktionsglases ausgebildet und ist sie bevorzugt für den zweiten Einkoppelbereich an der Rückseite des Multifunktionsglases ausgebildet. Die jeweilige Fresnel-Struktur kann mehrere Fresnel-Segmente aufweisen, wobei die optisch wirksamen Facetten der Fresnel-Segmente optisch eine gedachte optische Wirkfläche nachahmen. Die optische Wirkfläche ist insbesondere gekrümmt. Ferner kann sie keine Spiegelsymmetrie, keine Rotationssymmetrie und/oder keine Translationssymmetrie aufweisen. Ferner kann die Fresnel-Struktur eine Strahlengangfaltung bewirken.
Die Führung des Bildes im Multifunktionsglas vom ersten Einkoppelbereich zum ersten Auskoppelbereich bzw. zum weiteren Auskoppelbereich erfolgt jeweils bevorzugt durch innere Totalreflexion an Vorder- und Rückseite des Multifunktionsglases.
Die maximale Höhe jeder Facette ist bei der Fresnel-Struktur bevorzugt gleich groß. Sie liegt beispielsweise im Bereich von 5 bis 500 μιτι, insbesondere im Bereich von 0,01 bis 0,1 mm. Besonders bevorzugt ist ein Bereich von 200 bis 300 μιτι sowie ein Bereich von 0,05 bis 0,3 mm.
Die Facettenform kann eine Nährung, insbesondere eine lineare Nährung der Form des entsprechenden Flächenabschnitts der gedachten Wirkfläche sein. Insbesondere können die Facetten im Schnitt konkav, konvex oder linear sein.
Die Fresnel-Segmente können direkt benachbart sein, wie dies bei einer„klassischen" Fresnel- Struktur ist. Es ist jedoch möglich, daß die Fresnel-Segmente voneinander beabstandet sind, wobei zwischen ihnen dann bevorzugt der normale Verlauf der Materialgrenzfläche vorliegt.
Die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung kann ein zweites Multifunktionsglas, das an der Haltevorrichtung befestigt ist, sowie einen zweiten Bildgeber aufweisen. Das zweite Multifunktionsglas ist bevorzugt in gleicher bzw. entsprechender Weise ausgebildet. Insbesondere kann es spiegelsymmetrisch zum ersten Multifunktionsglas ausgebildet sein. Somit können beiden Augen des Benutzers Bilder dargeboten werden. Dies kann beispielsweise zu einer dreidimensionalen Bilddarstellung genutzt sein. Das zweite Multifunktionsglas, kann, muß aber nicht, einen Rückkanal aufweisen. Ferner weist die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung bevorzugt eine Schnittstelle auf, um ein Gerät mit der Anzeigevorrichtung zu verbinden. Dabei handelt es sich insbesondere um eine Datenschnittstelle. Bei dem Gerät kann es sich beispielsweise um einen Computer, ein Smartphone, ein Navigationsgerät, etc. handeln. In diesem Fall wird eine kombinierte Anzeigevorrichtung bereitgestellt, die die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung sowie das mit ihr verbundene Gerät umfaßt.
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 beispielsweise anhand der beigefügten Zeichnungen, die auch erfindungswesentliche Merkmale offenbaren, noch näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung;
Fig. 2 eine vergrößerte Detailansicht der Anzeigevorrichtung von Fig. 1 ; Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines Teils der ersten Fresnel-Struktur des
Multifunktionsglases der Anzeigevorrichtung von Fig. 1 ;
Fig. 4 den Verlauf der optischen Wirkfläche, der mit der ersten Fresnel-Struktur gemäß
Fig. 3 nachgebildet ist;
Fig. 5 eine Draufsicht der ersten Fresnel-Struktur gemäß Fig. 3;
Fig. 6 einen xz-Schnitt der Wirkfläche 108;
Fig. 7 eine vergrößerte Darstellung des Details CC von Fig. 6;
Fig. 8-1 1 verschiedene Profilformen der Fresnel-Struktur 12 der erfindungsgemäßen
Anzeigevorrichtung ;
Fig. 12 eine Darstellung einer optischen Wirkfläche, die auf einer gekrümmten
Grundfläche optisch gleichwirkend als Fresnel-Struktur umgesetzt wird; Fig. 13-14 Schnittansichten der ersten Fresnel-Struktur an der gekrümmten Vorderseite des
Multifunktionsglases;
Fig. 15 eine Schnittansicht einer kompletten Facette 105 der Fresnel-Struktur 12 des
Multifunktionsglases 3 von Fig. 1 ;
Fig. 16 eine Abwandlung der Facette 105 von Fig. 15;
Fig. 17 eine weitere Abwandlung der Facette 105 von Fig. 15;
Fig. 18 eine Schnittansicht einer weiteren Ausbildung der ersten Fresnel-Struktur;
Fig. 19 eine Schnittansicht der Ausbildung der Fresnel-Struktur als nicht zusammenhängende Fresnel-Struktur;
Fig. 20 eine Schnittansicht der zweiten Fresnel-Struktur 13, und
Fig. 21 eine schematische Draufsicht auf die zweite Fresnel-Struktur 13.
Bei der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform umfaßt die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung 1 eine auf den Kopf eines Benutzers aufsetzbare Haltevorrichtung 2, die z. B. in Art einer herkömmlichen Brille ausgebildet sein kann, sowie ein erstes und zweites Multifunktionsglas 3, 4, die an der Haltevorrichtung 2 befestigt sind. Die äußere Form der Multifunktionsgläser 3, 4 kann die üblicher Brillengläser entsprechen.
Wie am besten aus der vergrößerten Detailansicht in Figur 2 ersichtlich ist, umfaßt die Anzeigevorrichtung 1 ferner einen Bildgeber 5 sowie eine Steuereinheit 9. Die Elemente 5 und 9 sind in Figur 1 lediglich schematisch als Block mit dem Bezugszeichen 10 eingezeichnet.
Wie wiederum aus Figur 2 ersichtlich ist, weist das Multifunktionsglas 3 auf seiner Vorderseite 1 1 eine erste Fresnel-Struktur 12 sowie seitlich davon beabstandet drei zweite Fresnel- Strukturen 13, 60, 61 auf. Die Fresnel-Struktur 12 dient zum Einkoppeln des vom Bildgeber 5 kommenden Lichtes und die Fresnel-Strukturen 13, 60 und 61 dienen zum Auskoppeln des von der ersten Fresnel-Struktur 12 kommenden Lichtes. Der Bildgeber 5 wird im Betrieb der Anzeigevorrichtung 1 von der Steuereinheit 9 angesteuert, um ein gewünschtes Bild zu erzeugen. Das Licht vom Bildgeber 5 tritt über die Rückseite 14 des Multifunktionsglases 3 in dieses ein und wird mittels der ersten Fresnel-Struktur 12 so umgelenkt, daß es im Multifunktionsglas 3 aufgrund von interner Totalreflexion an Vorder- und Rückseite 1 1 , 14 bis zu den drei zweiten Fresnel-Strukturen 13, 60 und 61 läuft. Eine der zweiten Fresnel-Strukturen 13, 60, 61 lenkt das Licht in Richtung des Auges A des Benutzers, so daß dieser das durch den Bildgeber 5 erzeugte Bild in einem vor dem Multifunktionsglas 3 liegenden Darstellungsbereich 40 als virtuelles Bild 15, wie schematisch in Figur 2 gezeigt ist, wahrnehmen kann.
Welche der drei zweiten Fresnel-Strukturen 13, 60 und 61 die Lichtauskopplung bewirkt, hängt vom Einfallswinkel des vom Bildgeber 5 auf die erste Fresnel-Struktur 12 treffenden Lichtes ab. Dieser Einfallswinkel wird durch die Drehstellung des Bildgebers 5 um die x-Achse bestimmt und so gewählt, daß für den Benutzer der optimale Bildeindruck entsteht. Anders gesagt, kann durch die Drehstellung des Bildgebers 5 die laterale Position des virtuellen Bildes 15 relativ zum Nasenbügel 62 (Fig. 1 ) der Haltevorrichtung 2 eingestellt werden. Damit ist eine Anpassung an den bei jedem Menschen individuellen Nase-Auge-Abstand möglich. Die Anpassung der Anzeigevorrichtung 1 an den Benutzer erschöpft sich somit darin, die geeignete Drehstellung des Bildgebers 5 zu wählen, so daß dann für den vorliegenden Nase-Auge-Abstand die optimale laterale Lage des dargestellten virtuellen Bildes vorliegt. Eine Anpassung des Multifunktionsglases selbst ist somit nicht mehr notwendig, so daß die Anpassung leicht und schnell durchgeführt werden kann.
Somit wird das Multifunktionsglas 3 als Vorwärtskanal 16 für die Darstellung eines virtuellen Bildes für den Benutzer genutzt, wobei die erste Fresnel-Struktur 12 als erster Einkoppelbereich bezeichnet werden kann, da sie das Licht des Bildgebers 5 so umlenkt, daß es im Multifunktionsglas 3 mittels innerer Totalreflexion an Vorder- und Rückseite 1 1 , 14 bis zu den zweiten Fresnel-Strukturen 13, 60, 61 geführt wird. Die zweite Fresnel-Struktur 13 kann als erster Auskoppelbereich und die zweiten Fresnel-Strukturen 60, 61 können als weitere Auskoppelbereiche bezeichnet werden, da der entsprechende Auskoppelbereich 13, 60, 61 das Licht so umlenkt, daß es auf das Auge A des Benutzers trifft. Der Vorwärtskanal 16 kann zusammen mit dem ersten Einkoppelbereich 12 sowie den Auskoppelbereichen 13, 60 und 61 auch so ausgebildet sein, daß in Abhängigkeit des Einkoppelortes (z.B. in z-Richtung) innerhalb des ersten Einkoppelbereiches 12 eine Auskopplung aus einem der Auskoppelbereiche 13, 60 und 61 erfolgt. In diesem Fall ist der Bildgeber 5 beispielsweise so vorgesehen, daß er in z-Richtung verschiebbar ist.
Ferner kann der Bildgeber 5 insbesondere so vorgesehen sein, daß er in der gewählten Drehstellung bzw. lateralen Position (z.B. entlang der z-Richtung) fixiert werden kann.
Die ersten Auskoppelbereiche 13, 60, 61 sind insbesondere so ausgebildet, daß ein Benutzer das dargestellte virtuelle Bild 15 in Überlagerung mit der Umgebung wahrnehmen kann. Es kann ferner ein Gerät 25 vorgesehen sein, daß beispielsweise mit der Steuereinheit 9 verbunden ist (Fig. 1 ). Das Gerät 25 kann die Bilddaten liefern, die zur Erzeugung des Bildes mittels dem Bildgeber 5 benötigt oder genutzt werden, um ein gewünschtes Bild zu erzeugen.
Nachfolgend wird ein Beispiel der Ausbildung der ersten Fresnel-Struktur 12 beschrieben. In Figur 3 ist eine vergrößerte Darstellung der Vorderseite 1 1 im Bereich der ersten Fresnel- Struktur 12 gezeigt. Die erste Fresnel-Struktur 12 weist auf der Vorderseite 1 1 mehrere Fresnel- Segmente 1 04 auf.
Jedes Fresnel-Segment 104 weist eine optisch wirksame Facette 105 auf, die hier verspiegelt sind. Um die in Fig. 3 gezeigte Stufenform zu erzielen, umfaßt in der Regel jedes Fresnel- Segment 105 noch eine Flanke 106.
Die gemeinsame optische Wirkung der Facetten 105 entspricht einer gedachten optischen Wirkfläche 108, wie sie in Fig. 4 gezeigt ist, wobei die optische Wirkfläche 108 hier gekrümmt ist. Sie kann ferner, muß aber nicht, keine Spiegel- oder Rotationssymmetrie aufweisen. Wie aus dem Vergleich der Figuren 3 und 4 leicht ersichtlich ist, ist die Darstellung in Fig. 4 um 90° um die z-Achse gegenüber der Darstellung in Fig. 3 gedreht. Die gedachte optische Wirkfläche 108 kann wie folgt als erste Fresnel-Struktur 12 gemäß Fig. 3 umgesetzt werden. Die Wirkfläche 108 wird in z-Richtung in Abschnitte gleicher Höhe Ah geteilt. Dadurch ergeben sich Schnittlinien 109, die auch als Höhenlinien bezeichnet werden können und die jeweils einen Flächenabschnitt 1 1 0 der Wirkfläche 108 begrenzen. Die Flächenabschnitte 1 10 werden in z-Richtung alle so zueinander verschoben, daß jeweils die untere Schnittlinie (die mit dem geringeren z-Wert) und somit der untere Rand der Facette 105 auf gleicher Höhe (in z- Richtung) liegen. Von der jeweiligen oberen Schnittlinie der Flächenabschnitte 1 10 und somit dem oberen Rand der Facette 105 wird dann die senkrechte Flanke 106 bis zur unteren Schnittlinie des direkt benachbarten Flächenabschnittes 1 10 geführt, um zu der gestuften Ausbildung der Fresnel-Struktur 12 gemäß Fig. 3 zu gelangen. In der Draufsicht in Fig. 5 der ersten Fresnel-Struktur 12 von Fig. 3 sind die oberen Ränder zu sehen.
Die durchzuführenden Schritte, um von der gedachten optischen Wirkfläche 108, die gekrümmt ist und beispielsweise keine Spiegel- oder Rotationssymmetrie aufweist, zu der gewünschten ersten Fresnel-Struktur 12 zu gelangen, werden nachfolgend in Verbindung mit Fig. 6 im Detail erläutert, in der ein xz-Schnitt der Wirkfläche 108 gezeigt ist, die verschieden ist zur Wirkfläche 108 von Fig. 4, aber gekrümmt ist und keine Spiegel- oder Rotationssymmetrie aufweist. Die Aufteilung in Flächenabschnitte 1 10 (in der Schnittdarstellung von Fig. 6 sind diese Flächenabschnitte natürlich Linienabschnitte) gleicher Höhe ist durch die gestrichelten Schnittlinien in Fig. 6 dargestellt.
In der vergrößerten Darstellung des Details CC in Fig. 7 ist ersichtlich, daß der gezeigte Flächenabschnitt 1 10 aufgrund des vorgegebenen Abstandes Ah eindeutig definiert und dann auf die Höhe z0 abgesenkt wird, wie durch den Pfeil P101 schematisch dargestellt ist. Ferner wird noch auf der linken Seite des Flächenelementes 1 10 die Flanke 106 hinzugefügt, die sich senkrecht zur Höhe z0 erstreckt. Auf der Höhe z0 liegt somit eine ebene Grundfläche 1 1 1 , auf der die erste Fresnel-Struktur 12 ausgebildet ist. Die Grundfläche 1 1 1 kann jedoch auch gekrümmt sein.
Für die erste Fresnel-Struktur 12 läßt sich somit die nachfolgende Formel 1 aufstellen, wobei zF die Fresnel-Struktur 12, zGrUndfiäche die Flächenform der Grundfläche 1 1 1 (hier eine Ebene), auf der die Fresnel-Struktur 12 aufgebracht ist, und zFaCette die Fresnel-Facetten 105 relativ zur Grundfläche beschreibt:
F ^Grundfläche ^Facette (1 )
Die Fläche zFaCette der Facetten, die auch als "gefresnelte" Freiformfläche bezeichnet werden kann, berechnet sich nach der folgenden Formel 2 z - modulo(z Wirkfläche ' Mi ) (2), wobei die Wirkfläche 108 durch die nachfolgende Flächenformel zWirkf|äChe beschrieben ist
Zwtkfläche < y) = K + K 2 + bWX + b0i y + + ύ21Χ^ + K** + V ? (3),
;=2 bei der K1 den konischen Term in x-Richtung und K2 den konischen Term in y-Richtung, wie nachfolgend angegeben ist, bezeichnen
C x2
Kl =
l + Jl - (l + k )c2x2
Figure imgf000011_0001
Durch die Anwendung der Modulo-Funktion auf die Wirkfläche 108 wird die Wirkfläche 108 in z- Richtung in Abständen mit gleicher Höhe Ah geteilt. Somit ist die maximale Höhe der Facetten 105 jeweils Ah. Die verwendete Modulo-Funktion ist nachfolgend angegeben a
modulo(a, m)— a ■ m (6), m a
wobei die Gaußklammer die größte ganze Zahl bezeichnet, die kleiner oder gleich der m
Zahl in der Gaußklammer ist, also das Ergebnis der Division a/m ohne den Rest der Division. Damit ergibt sich für die Facettenflächen die nachfolgende Formel
- modulo(z Wirkfläche , Ä) = Z Wirkfläche Ah (7).
Ah
Gemäß dem oben beschriebenen Vorgehen kann basierend auf einer gewünschten optischen Wirkfläche 108, die entsprechende Fresnel-Struktur 12 abgeleitet werden, die die entsprechende optische Wirkung bereitstellt. Aufgrund der Stufenform kann zwar mit der Fresnel-Struktur 12 nicht dieselbe optische Wirkung erreicht werden, die eine Grenzfläche hätte, die gemäß der Freiformfläche 108 ausgebildet ist, jedoch wird eine vergleichbare optische Wirkung erreicht.
Wie der Darstellung in Figuren 6 und 7 zu entnehmen ist, weisen die Facetten 105 die durch die Freiformfläche 108 im Höhenbereich Ah vorgegebenen Krümmungen auf. Um die Herstellung der Fresnel-Struktur 12 zu vereinfachen, ist es möglich, den Verlauf der einzelnen Facetten 105 an die entsprechende Flächenform der Freiformflächen anzunähern. Im einfachsten Falle kann der Verlauf linearisiert werden, wie in der Schnittansicht von Fig. 8 schematisch dargestellt ist. Es ist jedoch auch möglich, die Facetten mit einer konvexen Krümmung (Fig. 9) oder einer konkaven Krümmung (Fig. 10) zu versehen. Auch eine Näherung durch einen anderen Krümmungsverlauf ist möglich, wie dies beispielsweise in Fig. 1 1 angedeutet ist. In Fig. 12 ist ein Beispiel gezeigt, bei der die mittels der Fresnel-Struktur 12 nachzustellende optische Wirkfläche 108 gegenüber der sphärisch gekrümmten Vorderseite 1 1 stark gekippt ist. Auch in diesem Fall ist es keine Problem, die Wirkfläche 108 als Fresnel-Struktur 12 auf der Vorderseite 1 1 auszubilden, ohne daß die makroskopische Form der Vorderseite 1 1 verändert werden muß. Die Höhe Ah kann hier wie auch bei allen anderen Ausführungsformen im Bereich von 5 - 500 μιτι, insbesondere im Bereich von 0,01 - 0,1 mm und besonders bevorzugt im Bereich von 0,05 bis 0,3 mm liegen. Ferner muß die Höhe Ah nicht konstant sein, sondern kann hier wie auch bei allen anderen Ausführungsformen variieren. So kann z.B. Ah mit zunehmendem z-Wert selbst zu- oder abnehmen. In Fig. 13 ist eine Schnittansicht der Fresnel-Struktur 12 an der gekrümmten Vorderseite 1 1 gezeigt, bei der die Facetten 105 jeweils linear ausgebildet sind. Die einzelnen Flanken 1 06 sind zueinander parallel ausgerichtet, wobei der ursprüngliche Verlauf der Vorderseite 1 1 noch schematisch eingezeichnet ist. Bei dieser Ausführungsform wurde in Abwandlung von Formel 1 die Facettenfunktion zFacette von der Grundflächenfunktion zGrundf|äChe abgezogen, so daß die Fresnel-Struktur 12 wie folgt beschreibbar ist:
Figure imgf000012_0001
Diese Art der Berechnung von zF ist natürlich auch bei allen bereits beschriebenen Ausführungsformen sowie bei allen noch nachfolgenden Ausführungsformen möglich.
In Fig. 14 ist eine Abwandlung des Profils von Fig. 13 gezeigt, das sich im wesentlichen darin unterscheidet, daß die Flanken 106 im Schnitt nicht mehr zueinander parallel orientiert sind, sondern radial zum nicht gezeigten Mittelpunkt der Vorderseite 1 1 .
In Fig. 15 ist eine Schnittansicht einer kompletten Facette 1 05 der Fresnel-Struktur 12 gezeigt. Wie aus der Darstellung ersichtlich ist, weist die Facette 1 05 eine Verspiegelung V auf, damit die gewünschte Strahlenumlenkung der Lichtstrahlen des Bildgebers 5 stattfindet. In Fig. 16 ist eine Abwandlung gezeigt, bei der freie Bereiche, der aufgrund der Neigung der Facette 105 relativ zur Vorderseite 1 1 des Multifunktionsglases 3 gebildet ist, mit Material 134 bis zur Vorderseite 1 1 aufgefüllt ist. Die Auffüllung ist bevorzugt so durchgeführt, daß eine glatte, durchgehende Vorderseite 1 1 gebildet ist. Als Material 134 kann insbesondere das gleiche Material wie für das Multifunktionsglas 3 selbst verwendet werden.
Es ist jedoch auch möglich, die Fresnel-Struktur 12 so auszulegen, daß die Umlenkung der Lichtstrahlen des Bildgebers 5 durch innere Totalreflexion erfolgt, so daß eine Verspiegelung nicht mehr notwendig ist, wie in Fig. 1 7 angedeutet ist.
In Fig. 18 ist eine Schnittansicht einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Fresnel-Struktur 12 gezeigt. Bei dieser Fresnel-Struktur 12 erstrecken sich die Flanken 106 nicht wie bei den meisten bisher beschriebenen Ausführungsformen senkrecht (also hier in z-Richtung), sondern sind ebenfalls etwas geneigt. Dies vereinfacht die Fertigung der Fresnel-Struktur 12. Jedoch ist es bevorzugt, wenn der Neigungswinkel der Flanken 106 möglichst klein ist, so daß sie quasi senkrecht verlaufen. Alle bisher beschriebenen Fresnel-Strukturen 12 waren zusammenhängende Fresnel- Strukturen. Darunter wird hier verstanden, daß die einzelnen Fresnel-Facetten 105 stets durch die Flanken 106 miteinander verbunden sind. Es ist jedoch auch möglich, die Fresnel-Facetten 105 voneinander beabstandet vorzusehen und zwischen den einzelnen Fresnel-Facetten 105 Abschnitte 123 einzufügen, die beispielsweise Abschnitte 123 der Vorderseite 1 1 sein können. Dies kann einfach dadurch realisiert werden, daß von der ermittelten Fresnel-Fläche zF Bereiche bzw. Abschnitte durch den Verlauf der Grundfläche zGrundf|äche in diesen Abschnitten ersetzt werden. Ein Profil einer solchen Fresnel-Struktur 12 ist in Fig. 19 schematisch angedeutet. Wenn man die Fresnel-Facetten 105 verspiegelt, können auf diese Art beispielsweise die zweiten Fresnel-Strukturen 13, 60, 61 bereitgestellt werden, wie in der vergrößerten Schnittansicht in Fig. 20 dargestellt ist. Mit den zweiten Fresnel-Strukturen 13, 60, 61 kann das vom Bildgeber 5 kommende Strahlenbündel BS mit einem zweiten Strahlenbündel US zu einem gemeinsamen Strahlenbündel GS überlagert werden. Wie der Darstellung in Fig. 20 entnommen werden kann, sind die Fresnel-Facetten 1 05 gegenüber der Normalen der Vorderseite 1 1 so gekippt, daß der Teil des ersten Strahlenbündels BS (auch als Bildstrahlenbündel BS bezeichnet), der auf die jeweilige Fresnel-Facette 105 trifft, nach rechts als Bildteilstrahl BS' umgelenkt wird. Der restliche Teil des Bildstrahlenbündels BS, der nicht auf die Fresnel-Facetten 105 trifft, wird an der Vorderseite 1 1 so reflektiert und/oder transmittiert, daß er nicht Teil des gemeinsamen Strahlenbündels GS wird.
Der Teil des Umgebungsstrahlenbündels US, der (in Fig. 20 von links) auf die Rückseite der Fresnel-Facetten 105 trifft, wird von den Fresnel-Facetten 105 so abgeschattet, daß er nicht Teil des gemeinsamen Strahlenbündels GS wird. Daher ist dieser Teil des Umgebungsstrahlenbündels US schraffiert eingezeichnet. Der restliche Teil des Umgebungsstrahlenbündels US tritt als Umgebungsteilstrahlen US' durch die transmissiven Bereiche 123 zwischen den Fresnel-Facetten 105 hindurch.
Die nicht zusammenhängende Fresnel-Struktur 13 gemäß Fig. 20 bewirkt somit eine Überlagerung des durch die transmissiven Bereiche 123 hindurchtretenden Teils US' des Umgebungsstrahlenbündels US mit dem an den Fresnel-Facetten 1 05 reflektierten Teil BS' des Bildstrahlenbündels BS zu einem gemeinsamen Strahlenbündel GS.
Bevorzugt können die zweiten Fresnel-Strukturen 13, 60, 61 jeweils mehrere voneinander beabstandete Fresnel-Abschnitte 140 aufweisen, die gemäß Figur 20 oder auch in gleicher Weise wie die erste Fresnel-Struktur 12 ausgebildet sind. Die Fresnel-Abschnitte 140 können, wie in der schematischen Draufsicht in Fig. 21 auf den beispielsweise rechteckigen Überlagerungsbereich 129 gezeigt ist, beliebig verteilt sein. In den Bereichen dazwischen bleibt das Multifunktionsglas 3 erhalten, so daß diese Bereiche normale Lichtdurchtrittsbereiche darstellen.
Um eine regelmäßige Anordnung bzw. Struktur der Fresnel-Abschnitte 140 zu verhindern, können diese z. B. wie folgt angeordnet werden. Es werden kreisförmige Bereich festgelegt, deren Durchmesser wie folgt bestimmt werden kann
Figure imgf000014_0001
Wobei T die geforderte Transmission für das Umgebungslicht in Prozent, N die Anzahl der Kreise in x-Richtung und APX die Aperturbreite in x-Richtung ist. Die Kreise werden zunächst in einem festen Raster mit Rasterabstand APX/N in x und y äquidistant angeordnet. Danach werden die Kreismittelpunktslagen leicht modifiziert, indem die Richtung und Länge der Mittelpunktverschiebung ausgewürfelt werden. Die Länge wird hier so gewählt, daß kein Überlappungseffekt zwischen benachbarten Kreisen auftritt.
Als Statistikfunktionen für Länge und Winkel können folgende Formeln angewendet werden. Statistische Verschiebungslänge: r = (APX I N I2 - D I 2) - randf
Statistische Verschiebungsrichtung w = 360 -randf
Wobei randf einen Zufallswert zwischen 0 und 1 liefert. Die modifizierte Position der Kreise 140 ergibt sich dann gemäß den nachfolgenden Formeln: x = (i/N )-APX + r-cos(w)
y=( j/N ) APX + r-sin(w)
M = round (APY/APX)
Wobei die Funktion round das Argument (APY/APX) auf ganze Zahlen rundet. Natürlich kann auch jede andere Art der Verteilung der Fresnel-Abschnitte 140 gewählt werden, wobei bevorzugt eine nicht regelmäßige Anordnung gewählt wird.

Claims

Patentansprüche
1 . Anzeigevorrichtung mit
einer auf den Kopf eines Benutzers aufsetzbaren Haltevorrichtung (2),
einem an der Haltevorrichtung (2) befestigten Bildgeber (5) zur Erzeugung eines Bildes, einer Steuereinheit (9) zur Steuerung des Bildgebers (5)
und einem an der Haltevorrichtung (2) befestigten Multifunktionsglas (3, 4), das einen ersten Einkoppelbereich (12) und einen ersten Auskoppelbereich (13) aufweist, wobei das erzeugte Bild über den ersten Einkoppelbereich (12) in das Multifunktionsglas (3) eingekoppelt, im Multifunktionsglas (3) bis zum ersten Auskoppelbereich (13) geführt und über den ersten Auskoppelbereich (13) so ausgekoppelt wird, daß der Benutzer im auf dem Kopf aufgesetzten Zustand der Haltevorrichtung (2) das ausgekoppelte Bild als virtuelles Bild wahrnehmen kann, dadurch gekennzeichnet, daß
das Multifunktionsglas (3) zumindest einen weiteren Auskoppelbereich (60, 61 ) aufweist, der relativ zum ersten Auskoppelbereich (13) versetzt ist, wobei die Einkoppelrichtung und/oder der Einkoppelort des erzeugten Bildes einstellbar ist und in Abhängigkeit davon das erzeugte Bild vom ersten Auskoppelbereich (13) oder vom weiteren Auskoppelbereich (60, 61 ) als das virtuelle Bild ausgekoppelt wird.
2. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das erzeugte Bild entweder nur vom ersten Auskoppelbereich (13) oder nur vom weiteren Auskoppelbereich (60, 61 ) ausgekoppelt wird.
3. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Auskoppelbereich (60, 61 ) den ersten Auskoppelbereich teilweise überlappt.
4. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Auskoppelbereich (60, 61 ) nicht mit dem ersten Auskoppelbereich überlappt.
5. Anzeigevorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bildgeber (5) zur Einstellung der Einkoppelrichtung um eine Achse kippbar ist.
6. Anzeigevorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bildgeber (5) zur Einstellung des Einkoppelortes entlang einer Achse verschiebbar ist.
7. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch eine Fixiereinheit, die die eingestellte Stellung des Bildgebers (5) fixiert.
8. Anzeigevorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Einkoppelbereich (12) sowie der erste und der weitere Auskoppelbereich (13, 60, 61 ) an der - im auf dem Kopf aufgesetzten Zustand der Haltevorrichtung (2) - dem Auge des Benutzers abgewandter Vorderseite (1 1 ) des Multifunktionsglases (3) ausgebildet sind.
9. Anzeigevorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Einkoppelbereich, der erste Auskoppelbereich und/oder der weitere Auskoppelbereich jeweils als Fresnel-Struktur ausgebildet sind/ist.
10. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweilige Fresnel-Struktur eine abbildende Eigenschaft aufweist und eine Strahlungsfaltung bewirkt.
1 1 . Anzeigevorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und/oder der weitere Auskoppelbereich als Fresnel-Struktur, insbesondere als nicht zusammenhängende Fresnel-Struktur, ausgebildet sind/ist.
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