WO2015158832A1 - Anzeigevorrichtung und einstellverfahren für eine solche anzeigevorrichtung - Google Patents

Anzeigevorrichtung und einstellverfahren für eine solche anzeigevorrichtung Download PDF

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WO2015158832A1
WO2015158832A1 PCT/EP2015/058277 EP2015058277W WO2015158832A1 WO 2015158832 A1 WO2015158832 A1 WO 2015158832A1 EP 2015058277 W EP2015058277 W EP 2015058277W WO 2015158832 A1 WO2015158832 A1 WO 2015158832A1
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angle
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spectacle
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PCT/EP2015/058277
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Günter Rudolph
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Carl Zeiss Smart Optics Gmbh
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    • G02B2027/0178—Eyeglass type

Definitions

  • the present invention relates to a display device having the features of the preamble of claim 1.
  • the size of the eyebox provided by the imaging optics (the area in which the user's eye can move and he can still see the generated image as a virtual image) in the horizontal direction (that is, in the direction from the first to the second lateral end of the front portion) has an extension of about 5 mm.
  • the Eyebox or the exit pupil of the imaging optics
  • the Eyebox is brought as completely as possible in overlapping with the eye pupil of the user when mounted on the head state of the holding device.
  • a display device of the type mentioned in such a way that the difficulties described can be overcome as completely as possible.
  • the object is achieved in a display device of the type mentioned above in that by means of the central part of the angle between two lenses adjustable (or adjustable), so that by adjusting (or changing) the angle between the two lenses, the exit pupil (or Eyebox) along a first direction, which extends from the first to the second lateral end of the front portion, is positionable. It is thus possible to carry out the desired positioning of the exit pupil in the first direction by a simple adjustment of the angle between the two spectacle lenses.
  • an adaptation of the display device according to the invention to the anatomically determined distance between the temple and the pupil and / or to the anatomically determined pupil distance of a specific user is easily possible.
  • the positioning of the exit pupil is due to the change in the direction of the light coming from the coupling-out section for imaging due to the change in the angle between the two spectacle lenses. This change in direction can lead to a movement of the exit pupil on a circular path. Such a movement has a motion component in the first direction, so that positioning along the first direction is possible.
  • the first direction preferably extends from the first to the second spectacle lens via the central part. It can also be said that the first direction in the intended use of the display device extends in the horizontal direction or in the direction from the first to the second eye of the user.
  • the middle part can have a swivel joint, which connects the two spectacle lenses to one another such that the angle between the two spectacle lenses can be changed.
  • the desired position of the exit pupil in the first direction can be adjusted.
  • the swivel joint may comprise a fixing unit which fixes the set angle between the two spectacle lenses and thus the set angle of rotation of the joint.
  • the fixing unit can cause the fixation by means of friction and / or positive engagement.
  • the fixing unit may have different locking positions for the rotary joint, so that different values of the angle between the two spectacle lenses can be set and fixed.
  • the hinge is in particular designed so that a change in the angle between the two lenses of a maximum of 26 ° (eg + 13 °) or 20 ° (eg + 10 °) is possible. With an angle range of, for example, + 6 °, an adjustment for pupil distances of 55 to 75 mm can be performed.
  • the hinge can be designed so that a larger change in the angle is not possible.
  • the rotation angle range predetermined by the rotary joint is 26 ° or 20 °.
  • the holding device may comprise a first bracket, which is pivotally connected to the first lateral end of the front portion, and a second bracket, which is articulated to the second lateral end of the front portion.
  • the two brackets may extend away from the front portion in a same direction so that the retainer is substantially U-shaped when viewed in plan on a first reference plane.
  • the axis of rotation of the first hinge may extend perpendicular to the first reference plane.
  • the articulated connection of the first bracket to the first lateral end of the front portion may be realized via a second pivot and the articulated connection of the second bracket to the second lateral end of the front portion may be realized via a third pivot.
  • the axes of rotation of the second and third pivot joints may preferably extend perpendicular to the first reference plane.
  • the central part may be formed deformable, so that by permanently deforming the middle part, a desired angle between the two spectacle lenses is adjustable. Furthermore, it is possible that the display device according to the invention has at least two different middle parts which specify different values for the angle between the two spectacle lenses, wherein one of the middle parts is selected depending on the desired angle, which connects the two spectacle lenses. The unselected middle parts are then not used.
  • a set or a system can thus be provided which, in addition to the holding device, the front section, the imaging unit and the imaging optics, has the different central parts, one of which is then used or used to form the display device according to the invention.
  • the middle parts and the front portion may be formed so that the middle parts are interchangeable. It is thus possible to change the angle by exchanging the middle part.
  • the display device according to the invention may have further, known in the art elements that are necessary for their operation.
  • a method is also provided for adjusting the position of the decoupling section in a display device according to the invention (including all further developments) in which the angle between the two spectacle lenses is adjusted or changed in order to position the decoupling section along the first direction.
  • the swivel joint can be fixed against further adjustment.
  • the fixation it is possible for the fixation to be present automatically after the end of the change process of the angle.
  • the method according to the invention can have the method steps described in connection with the device according to the invention.
  • the device according to the invention may comprise elements which are necessary and / or described for carrying out the method according to the invention or individual steps thereof.
  • Fig. 1 is a schematic perspective view of an embodiment of the display device according to the invention.
  • FIG. 2 is an enlarged detail sectional view of the first spectacle lens
  • FIG. 3 is a schematic plan view of the display device according to the invention with a first angle value between the two spectacle lenses 4, 5;
  • FIG. 4 shows an illustration according to FIG. 3 with a second angle value of the angle between the two spectacle lenses 4, 5;
  • FIG 5 shows an illustration according to FIG 4 with non-parallel brackets 13, 15.
  • 6 shows a schematic plan view of a further embodiment of the display device according to the invention with a first set angle of rotation;
  • Fig. 7 is a plan view of FIG. 6 with a second set angle of rotation
  • Fig. 8 is a view according to FIG. 6 with a set third angle of rotation.
  • the display device 1 comprises a mountable on the head of a user holding device in the form of a spectacle-like frame 2.
  • the frame 2 comprises a front portion 3 in which a first lens 4 and a second lens 5 is fixed or held are.
  • the front portion 3 comprises for this purpose a central part 6, whose lower end 7 is formed as a nose pad. Further, the middle part 6 is formed in two parts, wherein the two parts 8, 9 of the central part 6 are connected to each other via a hinge 10.
  • the front portion 3 further includes a first lateral end 11 and a second lateral end 12.
  • a first bracket 13 is attached via a second pivot 14 at the first lateral end 1 1 of the front portion 3.
  • a second bracket 15 is attached via a third pivot 16 at the second lateral end 12 of the front portion 3.
  • the two brackets 13, 15 may be formed in a conventional manner as eyeglass temple, the front facing away from the front portion 3 ends 17, 18 are formed for resting on the ear of a user.
  • the display device 1 may e.g. be designed as sports glasses, sunglasses and / or glasses for the correction of ametropia, wherein the user via the first lens 4, a virtual image can be reflected in his field of view, as described below.
  • the display device 1 for this purpose comprises an imaging unit 20 (eg comprising an OLED module) capable of generating an image which is the virtual image in the user's field of view should be reflected.
  • the display device 1 further comprises an imaging optical system 21, which contains an optical element 22 arranged between the imaging unit 20 and the first spectacle lens 4.
  • part of the first spectacle lens 4 itself also serves as part of the imaging optics 21.
  • the image unit 20 is formed, for example, as a planar imager with a multiplicity of pixels, for example arranged in columns and rows, wherein a light beam 23 can emanate from each pixel.
  • a control unit 24 By appropriate control of the pixels by means of a control unit 24, the desired image can be generated.
  • Fig. 2 is representative of the light beam 23 of the beam path of a light beam drawn, so that below from the light beam 23 is mentioned.
  • the light beam 23 emanating from the imaging unit 20 passes through the optical element 22 and enters the first spectacle lens 4 via an end face 25 of the first spectacle lens 4 and then becomes in the first spectacle lens 4 by total internal reflection at the front and back 26, 27 of the first spectacle lens 4 led to a decoupling section 28. It is alternatively possible to carry out the coupling of the light beam 23 into the first spectacle lens via the rear side 27.
  • the decoupling section 28 has a plurality of adjacently arranged reflective deflection surfaces 29 or reflective facets 29 which deflect the light beam 23 in the direction of the rear side 27 in such a way that it exits the first spectacle lens 4 via the rear side 27.
  • a user wearing the display device 1 according to the present invention as intended can perceive the image formed by the image unit 20 as a virtual image when looking toward the extraction section 28.
  • the user must look slightly to the right (here 25 °) with respect to the viewing direction G of a straight-ahead view.
  • the fulcrum 30 of the eye of the user and the eyebox 31 and the exit pupil 31 (the area which is provided by the display device 1 and in which the eye of the user can move and he always still generated Image as a virtual image).
  • the section of the first spectacle lens 4 via which the light beam 23 is coupled into the first spectacle lens 4 can also be referred to as the coupling-in section 32.
  • the display device 1 in plan view greatly simplified (eg, the image unit 20, the control unit 24 and the optical element 22 are not shown) to the possibility of positioning the Auskoppelabitess 28 in a direction from the first lateral end to describe the second lateral end 12 (x-direction).
  • the holding device 2 is U-shaped in plan view.
  • an angle which the two spectacle lenses 4, 5 enclose is 180 °.
  • the distance d1 from the first side end 1 1 to the second side end 12 has its maximum value.
  • the distance d2 from the decoupling section 28 to the axis of rotation of the rotary joint 10 in the direction from the first lateral end 11 to the second lateral end 12 has its maximum value.
  • the distances d1 and d2 also become smaller.
  • the eyebox 31 is thereby moved in the x-direction (in this case towards the rotary joint) and can thus be displaced or moved in this direction by adjusting the angle ⁇ between the two spectacle lenses 4, 5.
  • the eyebox 31 or the exit pupil 31 of the imaging optics 21 is moved on a circular path by the change of the angle ⁇ . This movement has a portion in the x-direction that is used for positioning.
  • the two brackets 13, 15 are parallel to one another in the same way as in the representation of FIG. 3. This means that in the setting according to FIG. 4 the head width of the user is lower. This does not have to be. Thus, the temples 13, 15 can not run parallel, as is schematically indicated in Fig. 5. In the setting of FIG. 5 is thus the distance between the two ends 17, 18 of the two brackets
  • the adjustment of the angle ⁇ between the two spectacle lenses 4, 5 can also be understood to mean that only the pivot 10 is moved in the y-direction (ie in the direction perpendicular to the x-direction) and the position of the second and third pivot
  • the described change or adjustment of the angle ⁇ corresponds for the first spectacle lens 4 to a rotation about an axis of rotation 35 which is perpendicular to the plan views according to FIGS. 3 to 5 runs, wherein the axis of rotation 35 intersects an imaginary connecting line 36 from the pivot point 30 of the eye to the axis of rotation of the rotary joint 10.
  • the point of intersection is preferably exactly in the middle of the connecting line 36.
  • This also makes a rotation about an axis of rotation 37, the imaginary connecting line 38 from a pivot point 39 of the left eye to the axis of the pivot 10 (preferred in the middle) cuts. Due to the symmetrical construction of spectacle lenses 4, 5 with a rotary joint 10, the rotation of the second spectacle lens 5 is exactly opposite to the rotation of the first spectacle lens 4.
  • the distance d3 of the two pivot points 30, 39 corresponds to the pupillary distance of the user.
  • the direction from which the virtual image can be detected also varies accordingly. However, this is not annoying to the user since he only has to look a little further to the right or left to perceive the virtual image.
  • the angle relative to the viewing direction G of the straight ahead view is then no longer 25 °, but is slightly larger or slightly smaller.
  • Fig. 6 is a plan view of another embodiment of the display device 1 according to the invention in a similar manner as shown in Fig. 3, but still schematically the head of the user B is shown.
  • a distance d3 between the two pivot points 30 and 39 and thus a pupil distance d3 of 65 mm are assumed.
  • a movement of the rotary joint 10 along the y-direction towards the head of the user B causes the distance d3 to increase.
  • the distance d3 in the state of FIG. 7 is 75 mm, and the viewing direction under which the virtual image is perceptible is not more than 25 ° as in the state of FIG Fig. 6, but 19 °.
  • the display device 1 With the display device 1 according to the invention, it is thus possible in a simple manner, an adjustment of the position or position of the Auskoppelabiteses 28 and / or the Eyebox 31 in a direction from the first to the second lateral end 1 1, 12 of the front portion 3 and thus in Set x-direction and thus to compensate for different pupil distances or different distances from the right eye to the nose of the user.
  • the hinge 10 is formed so that it permits a maximum change of the angle ⁇ by 10 °, 12 °, 15 °, 20 °, 25 °, or 26 °. Larger angle changes are not possible.
  • the rotary joint 10 is in particular designed so that a set angle of rotation is maintained.
  • a fixing device may be provided.
  • the fixing device may e.g. be realized by friction.
  • the friction is designed so that a significant force is needed to change the angle of rotation. Thus, an unintentional change is prevented.
  • Any other type of adjustment and maintenance or fixation of a set angle of rotation is possible.
  • the reflection of the virtual image into the field of view of the user is effected by the first spectacle lens 4.
  • the display device 1 can be designed such that the information or virtual images are mirrored in via both lenses 4, 5. The reflection can be done so that a three-dimensional image impression is created.
  • the spectacle lenses 4, 5 can have a refractive power of zero or a non-zero refractive power, in particular for the correction of refractive errors.
  • both the front side 26 and the back side 27 of the first and / or second spectacle lens 4, 5 can be curved.
  • the front side 26 may in particular be spherically curved. If the spectacle lens 4, 5 has a non-zero refractive power to correct a refractive error, the curvature of the back 28 is usually selected to achieve the desired correction in the rule.
  • the image unit 20, the optical element 22 and the control unit 24 in the first bracket 13 and / or second bracket 15 may be arranged.

Abstract

Es wird eine Anzeigevorrichtung mit einer auf dem Kopf eines Benutzers aufsetzbaren Haltevorrichtung (2), die einen Vorderabschnitt (3) umfasst, der ein erstes und ein zweites seitliches Ende aufweist und in dem zwei Brillengläser (4, 5) angeordnet sind, die über ein Mittelteil (6) miteinander verbunden sind, einer an der Haltevorrichtung (2) befestigten Bildeinheit (20), die ein Bild erzeugt, und einer an der Haltevorrichtung befestigten Abbildungsoptik (21), die das erzeugte Bild im auf dem Kopf eines Benutzers (B) aufgesetzten Zustand der Haltevorrichtung (2) so in eine Austrittspupille (31) abbildet, dass es der Benutzer (B) als virtuelles Bild wahrnehmen kann, bereitgestellt, wobei das erste Brillenglas (4) Teil der Abbildungsoptik (21) ist und das erzeugte Bild im ersten Brillenglas geführt und über einen Auskoppelabschnitt (28) aus dem ersten Brillenglas (4) über die Rückseite (27) des ersten Brillenglases (4) ausgekoppelt wird, wobei mittels des Mittelteils (6) der Winkel zwischen beiden Brillengläsern einstellbar ist, so dass durch Einstellen des Winkels (a) zwischen beiden Brillengläsern (4, 5) die Austrittspupille (31) entlang einer ersten Richtung, die vom ersten zum zweiten seitlichen Ende des Vorderabschnittes verläuft, positionierbar ist.

Description

Anzeigevorrichtung und Einstellverfahren für eine solche Anzeigevorrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anzeigevorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 1 .
Bei solchen Anzeigevorrichtungen besteht die Schwierigkeit, dass die Position des Auskoppelabschnittes bezogen auf das erste seitliche Ende des Vorderabschnittes in der Regel nicht änderbar ist, da ansonsten die Bildführung im Brillenglas und die notwendige Auskopplung optisch deutlich verschlechtert wird.
Ferner besteht die weitere Schwierigkeit, dass die Größe der durch die Abbildungsoptik bereitgestellten Eyebox (der Bereich, in dem sich das Auge des Benutzers bewegen kann und er stets noch das erzeugte Bild als virtuelles Bild sehen kann) in der horizontalen Richtung (also in der Richtung vom ersten zum zweiten seitlichen Ende des Vorderabschnitts) eine Ausdehnung von ca. 5 mm aufweist. Für eine gute Möglichkeit, das virtuelle Bild wahrzunehmen, ist es daher notwendig, dass die Eyebox (bzw. die Austrittspupille der Abbildungsoptik) im auf dem Kopf aufgesetzten Zustand der Haltevorrichtung möglichst vollständig in Überdeckung mit der Augenpupille des Benutzers gebracht ist.
Aufgrund der anatomischen Unterschiede unterschiedlicher Benutzer ist jedoch in der Regel der Abstand von Schläfe zu Augenpupille und die Pupillendistanz unterschiedlich, so dass es schwierig ist, diese Überdeckung sicher bei verschiedenen Benutzern zu erreichen.
Ausgehend hiervon ist es daher Aufgabe der Erfindung, eine Anzeigevorrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass die beschriebenen Schwierigkeiten möglichst vollständig überwunden werden können. Die Aufgabe wird bei einer Anzeigevorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass mittels des Mittelteils der Winkel zwischen beiden Brillengläsern einstellbar (oder verstellbar) ist, so dass durch ein Einstellen (oder ein Ändern) des Winkels zwischen beiden Brillengläsern die Austrittspupille (bzw. die Eyebox) entlang einer ersten Richtung, die vom ersten zum zweiten seitlichen Ende des Vorderabschnittes verläuft, positionierbar ist. Es ist somit möglich, durch eine einfache Einstellung des Winkels zwischen den beiden Brillengläsern die gewünschte Positionierung der Austrittspupille in der ersten Richtung durchzuführen. Somit ist leicht eine Anpassung der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung an den anatomisch bedingten Abstand zwischen Schläfe und Pupille und/oder an den anatomisch bedingten Pupillenabstand eines konkreten Benutzers möglich. Die Positionierung der Austrittspupille ist Folge der Änderung der Richtung des vom Auskoppelabschnitt kommenden Lichtes für die Abbildung aufgrund der Änderung des Winkels zwischen beiden Brillengläsern. Diese Richtungsänderung kann zu einer Bewegung der Austrittspupille auf einer Kreisbahn führen. Eine solche Bewegung weist einen Bewegungsanteil in der ersten Richtung auf, so dass eine Positionierung entlang der ersten Richtung möglich ist.
Die erste Richtung erstreckt sich bevorzugt vom ersten zum zweiten Brillenglas über das Mittelteil. Man kann auch sagen, dass sich die erste Richtung beim bestimmungsgemäßen Gebrauch der Anzeigevorrichtung in waagrechter Richtung bzw. in Richtung vom ersten zum zweiten Auge des Benutzers erstreckt.
Das Mittelteil kann insbesondere ein Drehgelenk aufweisen, das die beiden Brillengläser so miteinander verbindet, dass der Winkel zwischen beiden Brillengläsern änderbar ist. Durch Einstellen oder Ändern des Winkels kann die gewünschte Position der Austrittspupille in der ersten Richtung eingestellt werden.
Das Drehgelenk kann eine Fixiereinheit umfassen, die den eingestellten Winkel zwischen den beiden Brillengläsern und somit den eingestellten Drehwinkel des Gelenkes fixiert. Die Fixiereinheit kann die Fixierung mittels Reibschluß und/oder Formschluß bewirken. Insbesondere kann die Fixiereinheit verschiedene Raststellungen für das Drehgelenk aufweisen, so dass verschiedene Werte des Winkels zwischen den beiden Brillengläsern einstellbar und fixierbar sind. Das Drehgelenk ist insbesondere so ausgebildet, dass eine Änderung des Winkels zwischen den beiden Brillengläsern von maximal 26° (z.B. + 13°) oder 20° (z.B. + 10°) möglich ist. Mit einem Winkelbereich von z.B. + 6° kann eine Anpassung für Pupillendistanzen von 55 bis 75 mm durchgeführt werden. Das Drehgelenk kann so ausgebildet sein, dass eine größere Änderung des Winkels nicht möglich ist. In anderen Worten, der von dem Drehgelenk vorgegebene Drehwinkelbereich beträgt 26° oder 20°. Insbesondere kann der vorgegebene Drehwinkelbereich 15°, 12°, 10° oder 5° betragen. Bei der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung kann die Haltevorrichtung einen ersten Bügel, der mit dem ersten seitlichen Ende des Vorderabschnittes gelenkig verbunden ist, und einen zweiten Bügel, der mit dem zweiten seitlichen Ende des Vorderabschnittes gelenkig verbunden ist, aufweisen.
Die beiden Bügel können sich vom Vorderabschnitt in einer gleichen Richtung weg erstrecken, so dass die Haltevorrichtung, in Draufsicht auf eine erste Bezugsebene gesehen, im wesentlichen U-förmig ist. Die Drehachse des ersten Drehgelenks kann sich senkrecht zur ersten Bezugsebene erstrecken.
Die gelenkige Verbindung des ersten Bügels mit dem ersten seitlichen Ende des Vorderabschnittes kann über ein zweites Drehgelenk und die gelenkige Verbindung des zweiten Bügels mit dem zweiten seitlichen Ende des Vorderabschnittes kann über ein drittes Drehgelenk verwirklicht sein.
Die Drehachsen des zweiten und dritten Drehgelenks können sich bevorzugt senkrecht zur ersten Bezugsebene erstrecken.
Bei der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung kann das Mittelteil verformbar ausgebildet sein, so dass durch ein Verformen des Mittelteils dauerhaft ein gewünschter Winkel zwischen beiden Brillengläsern einstellbar ist. Des weiteren ist es möglich, dass die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung zumindest zwei unterschiedliche Mittelteile aufweist, die unterschiedliche Werte für den Winkel zwischen den beiden Brillengläsern vorgeben, wobei in Abhängigkeit des gewünschten Winkels eines der Mittelteile ausgewählt ist, das die beiden Brillengläser verbindet. Das bzw. die nicht auswählten Mittelteile werden dann nicht verwendet. Insbesondere kann somit ein Set oder ein System bereitgestellt werden, das neben der Haltevorrichtung, dem Vorderabschnitt, der Bildeinheit und der Abbildungsoptik die unterschiedlichen Mittelteile aufweist, von denen eines zur Ausbildung der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung dann eingesetzt bzw. verwendet wird. Insbesondere können die Mittelteile und der Vorderabschnitt so ausgebildet sein, dass die Mittelteile austauschbar sind. Es ist somit eine Änderung des Winkels durch Austauschen des Mittelteils möglich.
Die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung kann weitere, dem Fachmann bekannte Elemente aufweisen, die zu ihrem Betrieb notwendig sind. Es wird ferner ein Verfahren zur Einstellung der Position des Auskoppelabschnittes bei einer erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung (einschließlich aller Weiterbildungen) bereitgestellt, bei dem der Winkel zwischen den beiden Brillengläsern eingestellt oder geändert wird, um den Auskoppelabschnitt entlang der ersten Richtung zu positionieren.
Insbesondere kann nach der Einstellung oder Änderung des Winkels (bei der Variante der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung, bei der das Mittelteil ein Drehgelenk aufweist) das Drehgelenk gegen eine weitere Verstellung fixiert werden. Es ist insbesondere möglich, dass die Fixierung automatisch nach Ende des Änderungsvorgangs des Winkels vorliegt.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschriebenen Verfahrensschritte aufweisen. In gleicher Weise kann die erfindungsgemäße Vorrichtung Elemente aufweisen, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. einzelner Schritte davon notwendig und/oder beschrieben sind.
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 schematische perspektivische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung;
Fig. 2 eine vergrößerte Detailschnittansicht des ersten Brillenglases;
Fig. 3 eine schematische Draufsicht der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung mit einem ersten Winkelwert zwischen den beiden Brillengläsern 4, 5;
Fig. 4 eine Darstellung gemäß Fig. 3 mit einem zweiten Winkelwert des Winkels zwischen den beiden Brillengläsern 4, 5;
Fig 5 eine Darstellung gemäß Fig. 4 mit nicht parallel verlaufenden Bügeln 13, 15; Fig. 6 eine schematische Draufsicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung mit einem ersten eingestellten Drehwinkel;
Fig. 7 eine Draufsicht gemäß Fig. 6 mit einem zweiten eingestellten Drehwinkel, und
Fig. 8 eine Ansicht gemäß Fig. 6 mit einem eingestellten dritten Drehwinkel.
Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform umfaßt die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung 1 eine auf den Kopf eines Benutzers aufsetzbare Haltevorrichtung in Form eines brillenartigen Gestells 2. Das Gestell 2 umfaßt einen Vorderabschnitt 3 in dem ein erstes Brillenglas 4 und ein zweites Brillenglas 5 befestigt bzw. gehalten sind.
Der Vorderabschnitt 3 umfaßt dazu ein Mittelteil 6, dessen unteres Ende 7 als Nasenauflage ausgebildet ist. Ferner ist das Mittelteil 6 zweiteilig ausgebildet, wobei die beiden Teile 8, 9 des Mittelteils 6 über ein Drehgelenk 10 miteinander verbunden sind.
Der Vorderabschnitt 3 weist ferner ein erstes seitliches Ende 1 1 und ein zweites seitliches Ende 12 auf. Ein erster Bügel 13 ist über ein zweites Drehgelenk 14 am ersten seitlichen Ende 1 1 des Vorderabschnittes 3 befestigt. Ferner ist ein zweiter Bügel 15 über ein drittes Drehgelenk 16 am zweiten seitlichen Ende 12 des Vorderabschnitts 3 befestigt.
Die beiden Bügel 13, 15 können in herkömmlicher Weise als Brillenbügel ausgebildet sein, deren vom Vorderabschnitt 3 wegweisende Enden 17, 18 zur Auflage am Ohr eines Benutzers ausgebildet sind.
Die Anzeigevorrichtung 1 kann z.B. als Sportbrille, Sonnenbrille und/oder Brille zur Korrektur einer Fehlsichtigkeit ausgebildet sein, wobei dem Benutzer über das erste Brillenglas 4 ein virtuelles Bild in sein Gesichtsfeld eingespiegelt werden kann, wie nachfolgend beschrieben wird.
Wie am besten aus der vergrößerten Teilschnittansicht in Fig. 2 ersichtlich ist, umfaßt die Anzeigevorrichtung 1 dazu eine Bildeinheit 20 (die z.B. ein OLED-Modul umfaßt), mit dem ein Bild erzeugt werden kann, das als das virtuelle Bild in das Gesichtsfeld des Benutzers eingespiegelt werden soll. Um dies zu bewirken, weist die Anzeigevorrichtung 1 ferner eine Abbildungsoptik 21 auf, die ein zwischen der Bildeinheit 20 und dem ersten Brillenglas 4 angeordnetes Optikelement 22 enthält. Des weiteren dient ein Teil des ersten Brillenglases 4 selbst auch als Teil der Abbildungsoptik 21 . Die Bildeinheit 20 ist beispielsweise als flächiger Bildgeber mit einer Vielzahl von z.B. in Spalten und Zeilen angeordneten Pixeln ausgebildet, wobei von jedem Pixel ein Lichtbündel 23 ausgehen kann. Durch eine entsprechende Ansteuerung der Pixel mittels einer Steuereinheit 24 kann das gewünschte Bild erzeugt werden. In Fig. 2 ist stellvertretend für die Lichtbündel 23 der Strahlengang eines Lichtstrahls eingezeichnet, so dass nachfolgend von dem Lichtstrahl 23 die Rede ist.
Der von der Bildeinheit 20 ausgehende Lichtstrahl 23 durchläuft das Optikelement 22 und tritt über eine Stirnseite 25 des ersten Brillenglases 4 in das erste Brillenglas 4 ein und wird dann im ersten Brillenglas 4 durch innere Totalreflexion an der Vorder- und Rückseite 26, 27 des ersten Brillenglases 4 bis zu einem Auskoppelabschnitt 28 geführt. Es ist alternativ möglich, die Einkopplung des Lichtstrahls 23 in das erste Brillenglas über die Rückseite 27 durchzuführen. Der Auskoppelabschnitt 28 weist mehrere nebeneinander angeordnete reflektive Umlenkflächen 29 bzw. reflektive Facetten 29 auf, die den Lichtstrahl 23 so in Richtung zur Rückseite 27 hin umlenken, dass er über die Rückseite 27 aus dem ersten Brillenglas 4 austritt.
Somit kann ein Benutzer, wenn er die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung 1 bestimmungsgemäß auf dem Kopf trägt, das mittels der Bildeinheit 20 erzeugte Bild als virtuelles Bild wahrnehmen, wenn er in Richtung auf den Auskoppelabschnitt 28 blickt. Bei der hier beschriebenen Ausführungsform muß der Benutzer bezogen auf die Blickrichtung G eines Geradeausblicks etwas nach rechts (hier 25°) schauen. In Fig. 2 ist zur Verdeutlichung der Drehpunkt 30 des Auges des Benutzers sowie die Eyebox 31 bzw. die Austrittspupille 31 (der Bereich, der durch die Anzeigevorrichtung 1 bereitgestellt wird und in dem sich das Auge des Benutzers bewegen kann und er stets noch das erzeugte Bild als virtuelles Bild sehen kann) eingezeichnet.
Der Abschnitt des ersten Brillenglases 4 über den der Lichtstrahl 23 in das erste Brillenglas 4 eingekoppelt wird, kann auch als Einkoppelabschnitt 32 bezeichnet werden. Die entsprechenden Abschnitte der Vorder- und Rückseite 26, 27 des ersten Brillenglases 4 zwischen dem Einkoppelabschnitt 32 und dem Auskoppelabschnitt 28, an denen die innere Totalreflexion stattfindet, dienen somit als Lichtführungskanal 33, der die über den Einkoppelabschnitt 32 eingekoppelten Lichtstrahlen 23 bzw. das eingekoppelte Bild bis zum Auskoppelabschnitt 28 führt. In Figuren 3 bis 5 ist die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung 1 in Draufsicht stark vereinfacht (z.B. sind die Bildeinheit 20, die Steuereinheit 24 und das Optikelement 22 nicht eingezeichnet) dargestellt, um die Möglichkeit der Positionierung des Auskoppelabschnitts 28 in einer Richtung vom ersten seitlichen Ende 1 1 zum zweiten seitlichen Ende 12 (x-Richtung) zu beschreiben. Wie diesen Darstellungen zu entnehmen ist, ist die Haltevorrichtung 2 in Draufsicht U-förmig ausgebildet.
Bei der in Fig. 3 gezeigten Drehstellung des Drehgelenkes 10 beträgt ein Winkel , den die beiden Brillengläser 4, 5 einschließen, 180°. Das bedeutet, dass der Abstand d1 vom ersten seitlichen Ende 1 1 bis zum zweiten seitlichen Ende 12 seinen Maximalwert aufweist. In gleicher Weise weist der Abstand d2 vom Auskoppelabschnitt 28 bis zur Drehachse des Drehgelenkes 10 in der Richtung vom ersten seitlichen Ende 1 1 zum zweiten seitlichen Ende 12 (also in der x- Richtung) seinen maximalen Wert auf.
Wenn nun der Winkel , den die beiden Brillengläser 4, 5 einschließen, verringert wird, wie in Fig. 4 gezeigt ist, führt dies dazu, dass die Abstände d1 und d2 ebenfalls kleiner werden. Anders gesagt, wird dadurch die Eyebox 31 in der x-Richtung (hier zum Drehgelenk hin) bewegt und kann somit in dieser Richtung durch Einstellung des Winkels α zwischen den beiden Brillengläsern 4, 5 verschoben bzw. bewegt werden. Genauer gesagt wird durch die Änderung des Winkels α die Eyebox 31 bzw. die Austrittspupille 31 der Abbildungsoptik 21 auf einer Kreisbahn bewegt. Diese Bewegung weist einen Anteil in der x-Richtung auf, der zur Positionierung genutzt wird. Damit kann eine Anpassung der Position der Eyebox 31 an unterschiedliche Abstände zwischen der Nase und dem rechten Auge und/oder der Pupillendistanz von unterschiedlichen Benutzern bei der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung 1 durchgeführt werden.
Bei der Darstellung gemäß Fig. 4 sind die beiden Bügel 13, 15 in gleicher Weise parallel zueinander wie bei der Darstellung von Fig. 3. Das bedeutet, dass bei der Einstellung gemäß Fig. 4 die Kopfbreite des Benutzers geringer ist. Dies muß jedoch nicht sein. So können die Brillenbügel 13, 15 auch nicht parallel verlaufen, wie schematisch in Fig. 5 angedeutet ist. Bei der Einstellung gemäß Fig. 5 ist somit der Abstand der beiden Enden 17, 18 der beiden Bügel
13, 15 der gleiche wie bei der Einstellung gemäß Fig. 3, wobei jedoch der Winkel α der Einstellung gemäß Fig. 5 entspricht.
Die Einstellung des Winkels α zwischen den beiden Brillengläsern 4, 5 kann auch so verstanden werden, dass lediglich das Drehgelenk 10 in der y-Richtung (also in der Richtung senkrecht zur x-Richtung) bewegt wird und die Position des zweiten und dritten Drehgelenkes
14, 16 in dieser y-Richtung unverändert bleibt. Dies führt dann dazu, dass die Breite d1 abnimmt und gleichzeitig der Winkel α zwischen den beiden Brillengläsern 4, 5 abnimmt.
Die beschriebene Änderung bzw. Einstellung des Winkels α entspricht für das erste Brillenglas 4 einer Drehung um eine Drehachse 35, die senkrecht zu den Draufsichten gemäß Fig. 3 bis 5 verläuft, wobei die Drehachse 35 eine gedachte Verbindungslinie 36 vom Drehpunkt 30 des Auges zur Drehachse des Drehgelenkes 10 schneidet. Der Schnittpunkt liegt bevorzugt genau in der Mitte der Verbindungslinie 36. Entsprechendes gilt für das zweite Brillenglas 5. Auch dieses macht eine Drehung um eine Drehachse 37, die eine gedachte Verbindungslinie 38 von einem Drehpunkt 39 des linken Auges bis zur Achse des Drehgelenkes 10 (bevorzugt in der Mitte) schneidet. Aufgrund des symmetrischen Aufbaus von Brillengläsern 4,5 mit Drehgelenk 10 ist die Drehung des zweiten Brillenglases 5 genau entgegengesetzt zur Drehung des ersten Brillenglases 4.
Der Abstand d3 der beiden Drehpunkte 30, 39 entspricht dem Pupillenabstand des Benutzers.
Bei der Drehung des ersten Brillenglases 4 variiert auch entsprechend die Richtung, aus der das virtuelle Bild erfaßbar ist. Dies ist für den Benutzer jedoch nicht störend, da er dazu nur etwas weiter nach rechts oder links schauen muß, um das virtuelle Bild wahrzunehmen. Der Winkel relativ zur Blickrichtung G des Geradeausblicks beträgt dann nicht mehr 25°, sondern ist etwas größer oder etwas kleiner.
In Fig. 6 ist eine Draufsicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung 1 in ähnlicher Weise wie in Fig. 3 dargestellt, wobei jedoch noch schematisch der Kopf des Benutzers B dargestellt ist. Bei der in Fig. 6 gezeigten Darstellung wird von einem Abstand d3 zwischen den beiden Drehpunkten 30 und 39 und somit von einem Pupillenabstand d3 von 65 mm ausgegangen. Ausgehend von dem in Fig. 6 gezeigten Zustand führt eine Bewegung des Drehgelenkes 10 entlang der y-Richtung zum Kopf des Benutzers B hin dazu, dass der Abstand d3 zunimmt.
Das bedeutet, dass der Auskoppelabschnitt 28 und der Eyebox 31 bei dem Zustand der Anzeigevorrichtung 1 gemäß Fig. 7, der vom Zustand der Anzeigevorrichtung 1 gemäß Fig. 6 durch Bewegen des Drehgelenks in y-Richtung um 3,7 mm zum Kopf hin erreicht wird, etwas weiter rechts liegen als bei dem Zustand der Anzeigevorrichtung gemäß Fig. 6. Der Abstand d3 beträgt beim Zustand von Fig. 7 75 mm und die Blickrichtung, unter der das virtuelle Bild wahrnehmbar ist, beträgt nicht mehr 25°, wie beim Zustand gemäß Fig. 6, sondern 19°.
Wenn man ausgehend von dem Zustand der Anzeigevorrichtung in Fig. 6 das Drehgelenk in y- Richtung vom Kopf des Benutzers um 3,1 mm weg bewegt, führt dies zu einem Abstand d3 von 55 mm. In diesem Fall liegen der Auskoppelabschnitt 28 und die Eyebox 31 in x-Richtung näher an der Nase des Benutzers und somit näher am Drehgelenk 10. Die Blickrichtung zur Betrachtung des virtuellen Bildes bezogen auf die Blickrichtung G des Geradeausblicks beträgt 31 °.
Mit der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung 1 ist es somit in einfacher Art und Weise möglich, eine Anpassung der Lage bzw. Position des Auskoppelabschnittes 28 und/oder der Eyebox 31 in einer Richtung vom ersten zum zweiten seitlichen Ende 1 1 , 12 des Vorderabschnittes 3 und somit in x-Richtung einzustellen und damit unterschiedliche Pupillenabstände bzw. unterschiedliche Abstände vom rechten Auge bis zur Nase des Benutzers zu kompensieren.
Bevorzugt ist das Drehgelenk 10 so ausgebildet, dass es eine maximale Änderung des Winkels α um 10°, 12°, 15°, 20°, 25°, oder 26° zuläßt. Größere Winkeländerungen sind nicht möglich.
Ferner ist das Drehgelenk 10 insbesondere so ausgebildet, dass ein eingestellter Drehwinkel beibehalten wird. Dazu kann eine Fixiereinrichtung vorgesehen sein. Die Fixiereinrichtung kann z.B. durch Reibschluß verwirklicht sein. Dabei ist der Reibschluß so ausgelegt, dass eine deutliche Kraft benötigt wird, um den Drehwinkel zu ändern. Somit wird eine unabsichtliche Änderung verhindert. Auch jede andere Art von Einstellung und Beibehaltung oder Fixierung eines eingestellten Drehwinkels ist möglich. So ist z.B. ein Drehgelenk 10 mit verschiedenen Raststellungen möglich.
Bei den bisher beschriebenen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung 1 erfolgt die Einspiegelung des virtuellen Bildes in das Gesichtsfeld des Benutzers durch das erste Brillenglas 4. Natürlich ist auch eine Einspiegelung durch das zweite Brillenglas 5 möglich. Des weiteren kann die Anzeigevorrichtung 1 so ausgebildet sein, dass die Informationen bzw. virtuelle Bilder über beide Brillengläser 4, 5 eingespiegelt werden. Dabei kann die Einspiegelung so erfolgen , dass ein dreidimensionaler Bildeindruck entsteht. Dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Die Brillengläser 4, 5 können eine Brechkraft von Null oder eine von Null verschiedene Brechkraft, insbesondere zur Korrektur von Fehlsichtigkeiten, aufweisen. Wie insbesondere in den Fig. 2 und 6 bis 8 gezeigt ist, können sowohl die Vorderseite 26 als auch die Rückseite 27 des ersten und/oder zweiten Brillenglases 4, 5 gekrümmt ausgebildet sein. Die Vorderseite 26 kann insbesondere sphärisch gekrümmt sein. Wenn das Brillenglas 4, 5 eine von Null verschiedene Brechkraft aufweist, um eine Fehlsichtigkeit zu korrigieren, ist in der Regel die Krümmung der Rückseite 28 entsprechend gewählt, um die gewünschte Korrektur zu erreichen . Bei der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung können die Bildeinheit 20, das Optikelement 22 sowie die Steuereinheit 24 im ersten Bügel 13 und/oder zweiten Bügel 15 angeordnet sein.

Claims

Patentansprüche
1 . Anzeigevorrichtung mit
einer auf dem Kopf eines Benutzers aufsetzbaren Haltevorrichtung (2), die
einen Vorderabschnitt (3) umfasst, der ein erstes und ein zweites seitliches Ende aufweist und in dem zwei Brillengläser (4, 5) angeordnet sind, die über ein Mittelteil (6) miteinander verbunden sind,
einer an der Haltevorrichtung(2) befestigten Bildeinheit (20), die ein Bild erzeugt, und einer an der Haltevorrichtung befestigten Abbildungsoptik (21 ), die das erzeugte Bild im auf dem Kopf eines Benutzers (B) aufgesetzten Zustand der Haltevorrichtung (2) so in eine Austrittspupille (31 ) abbildet, dass es der Benutzer (B) als virtuelles Bild wahrnehmen kann, wobei das erste Brillenglas (4) Teil der Abbildungsoptik (21 ) ist und das erzeugte Bild im ersten Brillenglas geführt und über einen Auskoppelabschnitt (28) aus dem ersten Brillenglas (4) über die Rückseite (27) des ersten Brillenglases (4) ausgekoppelt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
mittels des Mittelteils (6) der Winkel zwischen beiden Brillengläsern (4, 5) einstellbar ist, so dass durch Einstellen des Winkels (a) zwischen beiden Brillengläsern (4, 5) die Austrittspupille (31 ) entlang einer ersten Richtung, die vom ersten zum zweiten seitlichen Ende des Vorderabschnittes (3) verläuft, positionierbar ist.
2. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei unterschiedliche Mittelteile (6) vorgesehen sind, die unterschiedliche Werte für den Winkel (a) zwischen den beiden Brillengläsern (4, 5) vorgeben, wobei in Abhängigkeit des gewünschten Winkels (a) eines der Mittelteile (6) ausgewählt ist, das die beiden Brillengläser (4, 5) verbindet.
3. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Drehgelenk (10) aufweist, das die beiden Brillengläser (4, 5) so miteinander verbindet, dass der Winkel (a) zwischen beiden Brillengläsern (4, 5) änderbar ist, so dass durch Ändern des Winkels (a) die Austrittspupille (31 ) entlang der ersten Richtung positionierbar ist.
4. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehgelenk (10) eine Fixiereinheit umfaßt, die den eingestellten Winkel (a) fixiert.
5. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixiereinheit mittels Reibschluß fixiert.
6. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixiereinheit mittels Formschluß fixiert.
7. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixiereinheit verschiedene Raststellungen aufweist, die verschiedene Werte des Winkels (a) zwischen den beiden Brillengläsern (4, 5) vorgeben.
8. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehgelenk (10) eine Änderung des Winkels (a) zwischen beiden Brillengläsern (4, 5) von maximal 20° zuläßt.
9. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Mittelteil (6) verformbar ausgebildet ist, so dass durch Verformen des Mittelteils (6) dauerhaft ein gewünschter Winkel (a) zwischen beiden Brillengläsern (4, 5) einstellbar ist.
10. Anzeigevorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltevorrichtung (2) einen ersten Bügel (13), der mit dem ersten seitlichen Ende (1 1 ) des
Vorderabschnittes (3) gelenkig verbunden ist, und einen zweiten Bügel (15), der mit dem zweiten seitlichen Ende (12) des Vorderabschnittes (3) gelenkig verbunden ist, aufweist, wobei die Bügel (13, 15) sich vom Vorderabschnitt (3) in einer gleichen zweiten Richtung erstrecken und die Haltevorrichtung (2), in Draufsicht auf eine erste Bezugsebene gesehen, U-förmig ist.
1 1 . Anzeigevorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gelenkige Verbindung des ersten Bügels (13) mit dem ersten Ende (1 1 ) des Vorderabschnittes (3) über ein zweites Drehgelenk (14) und die gelenkige Verbindung des zweiten Bügels (15) mit dem zweiten Ende (12) des Vorderabschnittes (3) über ein drittes Drehgelenk (16) verwirklicht ist.
12. Verfahren zur Einstellung der Position des Auskoppelabschnitts bei einer Anzeigevorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, bei dem mittels des Mittelteils (6) der Winkel (a) zwischen beiden Brillengläsern (4, 5) eingestellt wird, um den Auskoppelabschnitt (28) entlang der ersten Richtung zu positionieren.
13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei mittels des Mittelteils (6) der Winkel zwischen beiden Brillengläsern (4, 5) bei einer Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7 eingestellt wird und nach dem Einstellen des Winkels (a) das Drehgelenk gegen eine weitere Verstellung fixiert wird.
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