WO2015158833A1 - Brillenglas für eine auf den kopf eines benutzers aufsetzbare und ein bild erzeugende anzeigevorrichtung - Google Patents

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WO2015158833A1
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shell
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curved
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Lisa RIEDEL
Hans-Jürgen DOBSCHAL
Karsten Lindig
Manfred Maul
Momchil Davidkov
Diana Tonova
Jörg Pütz
Wolf Krause
Georg Michels
Gerhard Kelch
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Carl Zeiss Smart Optics GmbH
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Carl Zeiss Smart Optics GmbH
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    • G02B2027/0192—Supplementary details
    • G02B2027/0194—Supplementary details with combiner of laminated type, for optical or mechanical aspects

Definitions

  • Spectacle lens for a user's head which can be placed on the head and generates an image
  • the present invention relates to a spectacle lens for a display device which can be placed on the head of a user and which generates an image, the spectacle lens having a curved front side and a curved rear side, a coupling-in section and a decoupling section spaced from the coupling-in section, and a light guide channel suitable for Light bundle of pixels of the image generated, which are coupled via the coupling portion of the lens in the lens, in the lens to lead to the coupling-out, from which they are coupled out of the lens.
  • a spectacle lens of the type mentioned above in that the spectacle lens is constructed Kischalig and having an outer shell and an outer shell connected to the inner shell, wherein between the outer and inner shell, a curved channel shell is arranged, which has a curved first reflection surface and a curved second reflection surface, wherein the light guide channel at least a portion of the channel shell and the two reflection surfaces on which the light beams are reflected for guidance from the coupling-in section to the coupling-out section.
  • the spectacle lens can be made well, since the first and second reflection surface can be formed, for example on the channel shell and then the three shells can be connected together. This simplifies the manufacturing process.
  • the curved channel shell can be connected to the outer shell via the curved first reflection surface and to the inner shell via the curved second reflection surface.
  • the curved first reflection surface and / or the curved second reflection surface is formed by an air gap between the channel shell and the outer shell and / or the inner shell is present.
  • the reflection can be done by total internal reflection.
  • the curved first or second reflection surface is thus formed by the interface of the channel shell to the air gap.
  • the air gap is present only in the region of the light guide channel and the channel shell is mechanically connected in areas adjacent to the light guide channel with the outer shell and / or the inner shell.
  • This can be realized for example by means of an optical cement or an optical adhesive.
  • the channel shell can be arranged as a spacer shell between the outer and inner shell, so that the outer and inner shell are not in direct contact.
  • the channel layer is thus over its entire surface over its first material interface in contact with the outer shell and is fully over its second material interface in contact with the inner shell.
  • there is a three-shell structure Seen in plan view of the spectacle lens, the outer shell, the channel shell and the inner shell preferably have the same dimensions.
  • first side of the outer shell pointing away from the inner shell can form the front side of the spectacle lens and the first side of the inner shell facing away from the outer shell form the rear side of the spectacle lens.
  • the rear side has a curvature which is selected such that a correction of the ametropia is effected. This leads to the advantage that the desired defective vision correction is also present for the decoupled light bundles, since these are coupled out in such a way that they emerge from the spectacle lens via the rear side of the inner shell.
  • the guidance of the light bundles with respect to a desired image can thus be optimized by means of the channel shell.
  • the desired visual deficiency correction can be optimized by means of the inner shell.
  • the imaging properties on the one hand via the channel shell and the refractive error correction properties on the other hand can be independently designed and adjusted via the inner shell.
  • the decoupling portion may be part of the channel shell. This leads to a further simplification of the manufacturability of the spectacle lens according to the invention.
  • the inner shell, the channel shell and the outer shell may be formed of the same material. In this case, all three shells have the same refractive index.
  • the channel shell is formed of a different material than the inner and / or outer shell. In particular, all three shells can be formed of different materials.
  • the inner shell can be connected flat to the channel shell and the channel shell can be connected to the outer shell in a planar manner.
  • the dishes may e.g. be glued or cemented together.
  • the mutually facing sides of inner shell and channel shell and outer shell and channel shell are complementary to each other. In particular, these mutually facing sides may be spherically curved.
  • front and / or back may be spherically curved.
  • the decoupling section may have a plurality of adjacently arranged reflective deflection surfaces.
  • the reflective deflection surfaces can also be referred to as reflective facets. They can have a reflectivity of almost 100%, in this case called mirror surfaces. It is also possible that they have a lower reflectivity and are thus formed partially transparent.
  • the reflective deflection surfaces can each be designed to be flat or curved. Furthermore, the deflection surfaces Fresnel-like readjust a curved reflection surface, which in addition to a pure beam deflection also has an imaging property.
  • the decoupling section can be buried in the spectacle lens and thus be spaced from the front and back. In particular, the decoupling section can be formed on a material interface of the channel layer or buried in the channel layer.
  • a photochromic layer may be formed on the front.
  • the photochromic layer may be formed as a passive layer or as an active layer.
  • the thickness of the channel shell can be greater in the region of the light guide channel than in the remaining area. However, it is also possible that the channel shell has a (substantially constant) thickness or that the thickness of the channel shell decreases in the direction from the coupling-in section to the coupling-out section.
  • the distance between the two reflection surfaces may decrease in the direction from the coupling-in section to the coupling-out section or may also be constant.
  • At least one of the two reflection surfaces can have an imaging property.
  • the imaging property may be given by the curvature of the reflection surface.
  • At least one of the two reflection surfaces may have an interference layer system.
  • the interference layer system can be formed from at least two different materials with different refractive indices.
  • the interference layer system may have two, three, four or five different materials.
  • the refractive indices of the materials may range from 1.4 to 2.5 at a wavelength of 546 nm.
  • At least one of the two reflection surfaces may be designed such that it is transmissive for angles of incidence in the range of 0 ° to a predetermined first critical angle of less than 90 ° and for an incident angle greater than a predetermined second critical angle which is greater than or equal to the first critical angle is, is reflective.
  • These transmission / reflection properties are preferably present for radiation from the visible wavelength range.
  • the first critical angle may e.g. in the range of 30 ° -60 °, preferably in the range of 35 ° -45 °.
  • the second critical angle may e.g. in the range of 45 ° -65 ° preferably in the range of 50 ° -60 °.
  • At least one of the two reflection surfaces may be formed as a partially reflective coating or as a reflective coating (mirror layer).
  • a reflective coating e.g. a metallic coating can be used. There is thus almost a kind of rear surface mirror.
  • At least one of the two reflection surfaces may be formed such that it reflects light with a first polarization state and light with an orthogonal thereto Polarization state transmitted.
  • the light beams are preferably generated to have the first polarization state.
  • the coupling-in section can be formed in an edge region of the spectacle lens and the decoupling section can be formed in a central region of the spectacle lens.
  • the coupling can be done for example on the front side of the lens or on the back of the lens.
  • the inner shell, the channel shell and the outer shell may each be integrally formed. However, it is also possible that the inner shell, the channel shell and / or the outer shell is formed in several pieces.
  • the invention further relates to a display device with a holding device which can be placed on the head of a user, an image generation module attached to the holding device which generates an image, and an imaging optical system attached to the holding device which has a spectacle lens according to one of the preceding claims and which has the image produced in FIG provided on the head of the user patch state of the holding device so that it can perceive the user as a virtual image provided.
  • the imaging optics may have the spectacle lens as the only optical element.
  • the imaging optics may include at least one further optical element in addition to the spectacle lens.
  • the outer shell can be integrally formed together with the at least one further optical element.
  • the outer shell is connected to the at least one further optical element (e.g., by cementing or bonding).
  • the at least one further optical element can be spaced from the outer shell.
  • the at least one further optical element may e.g. a collimating optics, which is arranged between the spectacle lens and the imaging module, so that the light beam from the imaging module can be coupled as collimated bundles in the lens.
  • a collimating optics which is arranged between the spectacle lens and the imaging module, so that the light beam from the imaging module can be coupled as collimated bundles in the lens.
  • the display device may have a control unit which controls the image generation module.
  • the imaging module may comprise a planar imager, such as an LCD module, an LCoS module, an OLED module or a tilting mirror matrix.
  • the imager can have a plurality of pixels, which may be arranged in rows and columns, for example.
  • the imager can be self-luminous or non-self-luminous.
  • the imaging module may be configured to produce a monochromatic or multicolor image.
  • the display device according to the invention may have further, known in the art elements that are necessary for their operation. It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the specified combinations but also in other combinations or alone, without departing from the scope of the present invention.
  • Fig. 1 is a schematic perspective view of an embodiment of the display device according to the invention.
  • Fig. 2 is an enlarged partial sectional view of the first spectacle lens 3 including a schematic representation of the image forming module;
  • Fig. 4 is a schematic diagram for explaining the angular dependence of the reflection surfaces 24 and 25;
  • Fig. 5 is an illustration showing the layer sequence and the layer thicknesses of the interference layer system for the second reflection surface 24;
  • FIG. 6 shows the transmission behavior between channel shell 21 and outer shell 19 without additional reflection surface
  • FIG. 7 shows the transmission behavior between channel shell 21 and outer shell 19 with additional reflection surface 24
  • FIG. 6 shows the transmission behavior between channel shell 21 and outer shell 19 without additional reflection surface
  • FIG. 8 shows the layer structure of the reflection surface according to the embodiment of FIG. 7;
  • FIG. 9 shows the transmission behavior of a further embodiment of the reflection surface in a spectacle lens according to the invention;
  • FIG. 10 shows the layer structure of the reflection surface of the embodiment according to FIG. 9;
  • 1 1 is an enlarged partial sectional view of another embodiment of the first spectacle lens 3 including a schematic representation of the imaging module, and
  • Fig. 12 is an enlarged partial sectional view of another embodiment of the first spectacle lens 3 including a schematic representation of the imaging module.
  • the display device 1 according to the invention comprises a holding device 2 which can be placed on the head of a user, e.g. may be formed in the manner of a conventional spectacle frame, and a first and a second spectacle lens 3, 4, which are fixed to the holding device 2.
  • the holding device 2 with the spectacle lenses 3, 4 may e.g. be designed as sports glasses, sunglasses and / or glasses for the correction of ametropia, wherein the user via the first spectacle lens 3, a virtual image can be reflected in his field of view, as described below.
  • the display device 1 comprises an imaging module 5, which may be arranged in the region of the right eyeglass temple of the holding device 2, as shown schematically in FIG.
  • the imaging module 5 may comprise a planar imaging element 6 (Fig. an OLED, a CMOS or an LCoS chip or a tilting mirror matrix, with a plurality of e.g. have pixels arranged in columns and rows.
  • the spectacle lenses 3 and 4 and in particular the first spectacle lens 3 are described only by way of example together with the display device 1 according to the invention.
  • the spectacle lenses 3, 4 or at least the first spectacle lens 3 are in each case designed as spectacle lenses 3, 4 according to the invention or as an optical element according to the invention.
  • the optical element according to the invention can also be used in a different context than with the display device 1 described here. Therefore, the optical element, if it is designed as a spectacle lens, of course, also be formed as a second spectacle lens 4.
  • the display device 1 an imaging optics 7, which is a between the Image forming element 6 and the imager 6 and the first spectacle lens 3 arranged optical element 8 contains. Furthermore, the first spectacle lens 3 itself also serves as part of the imaging optics 7. From each pixel of the image generator 6, a light beam 9 can emanate. By a corresponding control of the pixels of the image generator 6 by means of a control unit 10, which may be part of the image generation module 5, the desired image can be generated.
  • a control unit 10 which may be part of the image generation module 5
  • the desired image can be generated.
  • Fig. 2 is representative of the light beam 9 of the beam path of a light beam located, so that subsequently also from the light beam 9 is the speech.
  • the emanating from the imager 6 light beam 9 passes through the optical element 8 and enters via a coupling section 1 1 (here the front side of the first spectacle lens 3) in the first spectacle lens 3 and is guided in this along a light guide channel 12 to a decoupling section 13.
  • the decoupling section 13 has a plurality of adjacently arranged reflective deflecting surfaces 14 (which may also be referred to as reflective facets), on which a reflection of the light beams 9 takes place in the direction of a rear side 15 of the first spectacle lens 3, so that the light beams 9 over the rear side 15 emerge from the first spectacle lens 3.
  • a user who carries the display device 1 according to the invention intentionally on his head perceive the image generated by the imager 6 as a virtual image when he looks at the decoupling section 13.
  • the user must look to the right by approximately 40 ° in relation to the viewing direction G of a straight-ahead view.
  • the pivot point 16 of the user's eye and the eyebox 17 and the exit pupil 1 7 of the imaging optics 7 is shown for clarity.
  • the eyebox 17 is the area provided by the display device 1 and in which the eye of the user can move and he can still see the generated image as a virtual image.
  • the coupling is performed on the end face of the first spectacle lens 3 and thus the coupling portion 1 1 is formed on the end face of the first spectacle lens 3, it is also possible to perform a coupling on the back 15 of the first spectacle lens.
  • both the rear side 15 and the front side 18 of the first spectacle lens 3 are curved.
  • the first spectacle lens is furthermore, as shown in FIG. 2, three-shelled and comprises an outer shell 19, an inner shell 20 and a channel shell 21 arranged therebetween.
  • the first side of the outer shell 19 facing away from the inner shell 20 forms the curved front side 18 of the first spectacle lens.
  • the pioneering of the outer shell 19 first side of the inner shell 20 forms the back 15 of the first spectacle lens.
  • a first reflection surface 24 is formed between the channel shell 21 and the outer shell 19, and a second reflection surface 25 is formed between the channel shell 21 and the inner shell 20.
  • the two reflection surfaces 24, 25 extend from the coupling-in section 11 to the coupling-out section 13.
  • the light bundles 9 can be guided by reflection at the reflection surfaces 24 and 25 from the coupling-in section 11 to the coupling-out section 13, so that they then reflect on the reflective surface Deflection surfaces 14 can be coupled via the back 15 of the first spectacle lens.
  • the first and second reflecting surfaces 24 and 25 may be e.g. be formed on the channel shell 21.
  • the first reflection surface is formed on the outer shell 19 and the second reflection surface on the inner shell 20.
  • the first and / or second reflecting surfaces 24 and 25 may be e.g. a semi-reflective coating or a reflective coating (mirror layer).
  • a semi-reflective coating e.g. a metallic coating can be used.
  • a coating which is reflective for a first polarization state and a polarization state orthogonal thereto can be used.
  • the light bundles 9 then have the first polarization state, so that the guidance in the light guide channel 12 is ensured.
  • the first and / or second reflection surface 24 and 25 is formed as an interference layer system having alternately thin layers with higher and lower refractive index.
  • the interference layer system of k optical layers Si, S2, ... Sk (k> 2) of m materials Mi, M2, ... M m (m> 2), with respect to their refractive indices N1, N2,. .. N m (m> 2) are different, be formed.
  • refractive indices may range from 1.4 to 2.5 at a wavelength of 546 nm.
  • Such interference layer systems are basically known to the person skilled in the art and can be optimized with regard to the desired optical properties.
  • the interference layer systems are optimized with respect to the visible spectral range to be transmissive for an incident angle ⁇ of 0 ° to about 35 ° (practically 100% of the incident light is transmitted) and for an incident angle ⁇ in the range of 50 ° are reflective up to 90 ° (almost 1 00% reflectivity).
  • the transmission changes from 1 00% to 0%.
  • FIG. 3 shows the transmissivity along the y-axis in% with respect to the angle of incidence ⁇ in ° along the x-axis.
  • the curve K1 shows the transmission or reflection behavior of the layer system for radiation with a wavelength of 400 nm.
  • the curve K2 shows the behavior for radiation with a wavelength of 450 nm and the curve K3 shows the behavior for radiation with a wavelength of 680 nm.
  • FIG. 5 schematically shows the corresponding structure of the second reflection layer 24, along the x-axis (horizontal axis) the thickness of the layer in nm and along the y-axis (vertical axis) the refractive index is plotted.
  • the second reflection surface 25 may be formed in the same way as the first reflection surface 24 as interference layer system according to FIG.
  • the refractive index of the channel shell 21 is greater than the refractive indices of the inner and outer shell 20, 19, total internal reflection can occur from a predetermined critical angle.
  • the critical angle is about 58 °.
  • FIG. 6 shows schematically in FIG. 6, wherein along the x-axis (horizontal axis) the angle of incidence in 0 and along the y-axis (vertical axis) the transmissivity in% is plotted. In this representation, in the same way as in FIG.
  • the curves K1, K2 and K3 are marked, which show the behavior for the wavelengths 400 nm, 450 nm and 680 nm.
  • the illustration in FIG. 7 corresponds to the illustration in FIG. 6.
  • the transmission behavior for the wavelengths 400 nm (curve K1), 450 nm (curve K2) and 680 nm (curve K3) is also plotted. From the comparison of the illustration in FIGS. 6 and 7, it can be seen that a light guide is provided by reflection at the interference layer system up to an incident angle of 50 ° and thus by 8 ° more than without an interference layer system.
  • Fig. 8 the structure of the corresponding interference layer system in the same manner as in Fig. 5 is shown.
  • the interference layer system may have three different materials with the refractive indices 1, 787, 1, 459 and 2,472 and may be arranged between an outer shell 19 and a channel shell 21, each formed of a material having the refractive index 1, 62.
  • the transmission behavior shown in FIG. 9 can be achieved.
  • the illustration in FIG. 9 corresponds to the illustration in FIG. 7. It is plotted in each case for the transmission behavior for the wavelengths 400 nm (curve K1), 450 nm (curve K2) and 680 nm (curve K3).
  • the described three-shell construction of the first spectacle lens 3 affords the advantage that the guidance of the light bundles 9 in the light-guiding channel 12 is independent of the cleanliness of the front and / or rear sides 18, 15 of the first spectacle lens.
  • any contamination of the front 18 and / or the back 15 lead to no deterioration in the management of the light beam 9 from the coupling portion 1 1 to the decoupling section 13.
  • the back 15 may have a curvature with which a defective vision of a user is corrected.
  • the correction of defective vision over the inner shell 20 and the light guide via the channel shell 21 can be performed in an advantageous manner, so that the correction of defective vision on the one hand and the light guide On the other hand, can be optically optimized independently of each other. It can be used in an advantageous manner always the same channel shell 21 to perform an adjustment to different vision defects. For this purpose, only an individual inner shell 20 must be provided and connected to the channel shell 21.
  • an embodiment of the spectacle lens according to the invention can be realized as a spectacle lens for a pair of sunglasses.
  • the user will advantageously perceive the decoupled image via the rear side 15 adapted to him, so that he can perceive the virtual image in spite of his refractive error sharp.
  • the thickness of the channel layer 21 is substantially constant.
  • the thickness of the channel layer in particular in the region of the light guide channel 12, decreases in the direction from the coupling-in section 11 to the coupling-out section 13.
  • the thickness of the channel layer 21 in the areas adjacent to the light guide channel 12 may be less than in the region of the light guide channel 12. Such an embodiment is shown in FIG. 11.
  • the channel shell 21 extends over the entire first spectacle glass 3.
  • the channel shell 21 may also be referred to as a spacer shell, since it always lies between the inner shell 20 and outer shell 19, so that the inner shell 20 never in direct contact with the outer shell 19 is.
  • the channel shell 21 does not extend over the entire lens.
  • the channel shell 20 can extend only in the region of the light guide channel 12. In this case, in the other areas in which the channel shell 21 is not present, a direct contact between inner shell 20 and outer shell 19 are present, as shown in Fig. 12.
  • the front and rear sides 18, 15 can each be spherically curved.
  • the back side 15 may also have an aspheric curvature.
  • the two interfaces of the Channel shell 21 also be spherically curved.
  • the curvatures of the opposite sides of the respective shells 19, 20 and 21 are chosen to be complementary, so that a flat contact can be made.
  • the material of outer shell 19, inner shell 20 and channel shell 21 is preferably the same material, so that the same refractive index is present. However, it is also possible to choose material with different refractive indices for the individual shells 19-21.
  • the virtual image is reflected in the field of view of the user via the first spectacle lens 3.
  • the display device 1 can be designed such that information or virtual images are mirrored in via both spectacle lenses 3, 4. The reflection can be done so that a three-dimensional image impression is created. However, this is not absolutely necessary.
  • the spectacle lenses 3, 4 can have a refractive power of zero or a non-zero refractive power (in particular for the correction of refractive errors).
  • both the front side 1 1 and the back 12 of the spectacle lens 3 are curved.
  • the front side 1 1 may in particular be spherically curved. If the spectacle lens has a refractive power different from zero in order to correct a refractive error, the curvature of the rear side 15 is usually chosen to be adequate to achieve the corresponding correction.
  • the rear side 15 may have a curvature different from the spherical shape.
  • the holding device 2 does not have to be designed as a spectacle-like holding device. It is also possible any other type of holding device with which a placement or carrying the display device can be done on the head of the user.

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Abstract

Es wird ein Brillenglas für eine auf den Kopf eines Benutzers aufsetzbare und ein Bild erzeugende Anzeigevorrichtung (1) bereitgestellt, wobei das Brillenglas (3) eine gekrümmte Vorderseite (18) und eine gekrümmte Rückseite (15), einen Einkoppelabschnitt (11) und einen vom Einkoppelabschnitt (11) beabstandeten Auskoppelabschnitt (13) sowie einen Lichtführungskanal (12) aufweist, der dazu geeignet ist, Lichtbündel (9) von Pixeln des erzeugten Bildes, die über den Einkoppelabschnitt (11) des Brillenglases (3) in das Brillenglas (3) eingekoppelt sind, im Brillenglas (3) bis zum Auskoppelabschnitt (13) zu führen, von dem sie aus dem Brillenglas (3) ausgekoppelt werden, wobei das Brillenglas (3) mehrschalig aufgebaut ist und eine Außenschale (19) und eine mit der Außenschale (19) verbundene Innenschale (20) aufweist, wobei zwischen der Außen- und Innenschale (19, 20) eine gekrümmte Kanalschale (21) angeordnet ist, die eine gekrümmte erste Reflexionsfläche (24) und eine gekrümmte zweite Reflexionsfläche (25) aufweist, wobei der Lichtführungskanal (12) zumindest einen Abschnitt der Kanalschale (21) und die beiden Reflexionsflächen (24, 25), an denen die Lichtbündel (9) zur Führung vom Einkoppelabschnitt (11) zum Auskoppelabschnitt (13) reflektiert werden, aufweist.

Description

Brillenglas für eine auf den Kopf eines Benutzers aufsetzbare und ein Bild erzeugende
Anzeigevorrichtung Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brillenglas für eine auf den Kopf eines Benutzers aufsetzbare und ein Bild erzeugende Anzeigevorrichtung, wobei das Brillenglas eine gekrümmte Vorderseite und eine gekrümmte Rückseite, einen Einkoppelabschnitt und einen vom Einkoppelabschnitt beabstandeten Auskoppelabschnitt sowie einen Lichtführungskanal aufweist, der dazu geeignet ist, Lichtbündel von Pixeln des erzeugten Bildes, die über den Einkoppelabschnitt des Brillenglases in das Brillenglas eingekoppelt sind, im Brillenglas bis zum Auskoppelabschnitt zu führen, von dem sie aus dem Brillenglas ausgekoppelt werden.
Aufgrund der gekrümmten Vorder- und Rückseite ist die Herstellung eines solchen Brillenglases mit einem Lichtführungskanal schwierig. Insbesondere ist die Herstellung eines Lichtführungskanals, der die gewünschten optischen Eigenschaften aufweist, technisch schwierig.
Ausgehend hiervon ist es daher Aufgabe der Erfindung, ein Brillenglas der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass es leicht hergestellt werden kann.
Die Aufgabe wird bei einem Brillenglas der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass das Brillenglas mehrschalig aufgebaut ist und eine Außenschale und eine mit der Außenschale verbundene Innenschale aufweist, wobei zwischen der Außen- und Innenschale eine gekrümmte Kanalschale angeordnet ist, die eine gekrümmte erste Reflexionsfläche und eine gekrümmte zweite Reflexionsfläche aufweist, wobei der Lichtführungskanal zumindest einen Abschnitt der Kanalschale und die beiden Reflexionsflächen, an denen die Lichtbündel zur Führung vom Einkoppelabschnitt zum Auskoppelabschnitt reflektiert werden, aufweist.
Durch diese vergrabene Ausbildung der beiden Reflexionsflächen kann sichergestellt werden, dass eine gute Führung der Lichtbündel stattfindet, selbst wenn die Vorder- und/oder Rückseite des Brillenglases verschmutzt ist. Ferner kann auch das Brillenglas gut hergestellt werden, da die erste und zweite Reflexionsfläche beispielsweise auf der Kanalschale gebildet werden können und danach die drei Schalen miteinander verbunden werden können. Dies vereinfacht den Herstellungsprozeß. Bei dem erfindungsgemäßen Brillenglas kann die gekrümmte Kanalschale über die gekrümmte erste Reflexionsfläche mit der Außenschale und über die gekrümmte zweite Reflexionsfläche mit der Innenschale verbunden sein. Es ist jedoch auch möglich, dass die gekrümmte erste Reflexionsfläche und/oder die gekrümmte zweite Reflexionsfläche dadurch gebildet ist, dass ein Luftspalt zwischen der Kanalschale und der Außenschale und/oder der Innenschale vorliegt. In diesem Fall kann die Reflexion durch innere Totalreflexion erfolgen. Die gekrümmte erste oder zweite Reflexionsfläche ist somit durch die Grenzfläche der Kanalschale zum Luftspalt gebildet. Bevorzugt liegt der Luftspalt nur im Bereich des Lichtführungskanals vor und ist die Kanalschale in Bereichen neben dem Lichtführungskanal mit der Außenschale und/oder der Innenschale mechanisch verbunden. Dies kann z.B. mittels einem optischen Kitt oder einem optischen Kleber realisiert sein. Insbesondere kann die Kanalschale als Abstandsschale zwischen der Außen- und Innenschale angeordnet sein, so dass die Außen- und Innenschale nicht in direktem Kontakt stehen. Die Kanalschicht steht somit vollflächig über ihre erste Materialgrenzfläche in Kontakt mit der Außenschale und steht vollflächig über ihre zweite Materialgrenzfläche in Kontakt mit der Innenschale. Somit liegt ein dreischaliger Aufbau vor. In Draufsicht auf das Brillenglas gesehen weisen die Außenschale, die Kanalschale und die Innenschale bevorzugt die gleichen Abmessungen auf.
Ferner kann die von der Innenschale wegweisende erste Seite der Außenschale die Vorderseite des Brillenglases und die von der Außenschale wegweisende erste Seite der Innenschale die Rückseite des Brillenglases bilden.
Ferner ist es möglich, dass die Rückseite eine Krümmung aufweist, die so gewählt ist, dass eine Fehlsichtigkeitskorrektur bewirkt wird. Dies führt zu dem Vorteil, dass auch für die ausgekoppelten Lichtbündel die gewünschte Fehlsichtigkeitskorrektur vorliegt, da diese so ausgekoppelt werden, dass sie über die Rückseite der Innenschale aus dem Brillenglas austreten.
Mit dem erfindungsgemäßen Brillenglas kann somit mittels der Kanalschale die Führung der Lichtbündel bezüglich einer gewünschten Abbildung optimiert werden. Unabhängig davon kann mittels der Innenschale die gewünschte Fehlsichtigkeitskorrektur optimiert werden. Somit können mit dem erfindungsgemäßen Brillenglas die Abbildungseigenschaften einerseits über die Kanalschale und die Fehlsichtigkeitskorrektureigenschaften andererseits über die Innenschale voneinander unabhängig ausgelegt und eingestellt werden. Des weiteren kann der Auskoppelabschnitt Teil der Kanalschale sein. Dies führt zu einer weiteren Vereinfachung der Herstellbarkeit des erfindungsgemäßen Brillenglases. Ferner können die Innenschale, die Kanalschale und die Außenschale aus dem gleichen Material gebildet sein. In diesem Fall weisen alle drei Schalen die gleiche Brechzahl auf. Es ist jedoch auch möglich, dass die Kanalschale aus einem anderen Material als die Innen- und/oder Außenschale gebildet ist. Insbesondere können alle drei Schalen aus unterschiedlichen Materialien gebildet sein.
Ferner kann die Innenschale mit der Kanalschale flächig verbunden sein und kann die Kanalschale mit der Außenschale flächig verbunden sein. Die Schalen können z.B. miteinander verklebt oder verkittet sein. Bevorzugt sind die einander zu weisenden Seiten von Innenschale und Kanalschale sowie Außenschale und Kanalschale zueinander komplementär ausgebildet. Insbesondere können diese einander zuweisenden Seiten sphärisch gekrümmt sein.
Des weiteren kann die Vorderseite und/oder Rückseite sphärisch gekrümmt sein.
Durch diesen mehrschaligen Aufbau kann die Dicke des Brillenglases möglichst gering gehalten werden. Gleichzeitig kann der Lichtführungskanal so ausgebildet werden, dass die gewünschten guten Abbildungseigenschaften sichergestellt werden können. Der Auskoppelabschnitt kann mehrere nebeneinander angeordnete reflektive Umlenkflächen aufweisen. Die reflektiven Umlenkflächen können auch als reflektive Facetten bezeichnet werden. Sie können eine Reflektivität von nahezu 100 % aufweisen und in diesem Fall als Spiegelflächen bezeichnet werden. Es ist auch möglich, dass sie eine geringere Reflektivität aufweisen und somit teiltransparent ausgebildet sind.
Die reflektiven Umlenkflächen können jeweils plan oder gekrümmt ausgebildet sein. Ferner können die Umlenkflächen fresnelartig eine gekrümmte Reflexionsfläche nachstellen, die neben einer reinen Strahlumlenkung auch eine abbildende Eigenschaft aufweist. Der Auskoppelabschnitt kann im Brillenglas vergraben und somit von Vorder- und Rückseite beabstandet sein. Insbesondere kann der Auskoppelabschnitt an einer Materialgrenzfläche der Kanalschicht ausgebildet oder in der Kanalschicht vergraben sein. Auf der Vorderseite kann eine phototrope Schicht gebildet sein. Die phototrope Schicht kann als passive Schicht oder als aktive Schicht ausgebildet sein.
Die Dicke der Kanalschale kann im Bereich des Lichtführungskanals größer als im restlichen Bereich sein . Es ist jedoch auch möglich, dass die Kanalschale eine (im wesentlichen konstante) Dicke aufweist oder dass die Dicke der Kanalschale in Richtung vom Einkoppelabschnitt zum Auskoppelabschnitt abnimmt.
Der Abstand der beiden Reflexionsflächen kann in der Richtung vom Einkoppelabschnitt zum Auskoppelabschnitt abnehmen oder auch konstant sein.
Des weiteren kann zumindest eine der beiden Reflexionsflächen eine abbildende Eigenschaft aufweisen. Insbesondere kann die abbildende Eigenschaft durch die Krümmung der Reflexionsfläche gegeben sein.
Mindestens eine der beiden Reflexionsflächen kann ein Interferenzschichtsystem aufweisen. Das Interferenzschichtsystem kann aus mindestens zwei unterschiedlichen Materialien mit unterschiedlichen Brechzahlen ausgebildet sein. Insbesondere kann das Interferenzschichtsystem zwei, drei, vier oder fünf unterschiedliche Materialien aufweisen. Die Brechzahlen der Materialien können im Bereich von 1 ,4 bis 2,5 bei einer Wellenlänge von 546 nm liegen .
Insbesondere kann mindestens eine der beiden Reflexionsflächen so ausgebildet sein, dass sie für Einfallswinkel im Bereich von 0° bis zu einem vorbestimmten ersten Grenzwinkel von kleiner als 90° transmissiv und für einen Einfallswinkel größer als ein vorbestimmter zweiter Grenzwinkel, der größer oder gleich dem ersten Grenzwinkel ist, reflektiv ist. Diese Transmissions-/Reflexionseigenschaften liegen bevorzugt für Strahlung aus dem sichtbaren Wellenlängenbereich vor. Der erste Grenzwinkel kann z.B. im Bereich von 30°-60°, bevorzugt im Bereich von 35°-45° liegen. Der zweite Grenzwinkel kann z.B. im Bereich von 45°-65° bevorzugt im Bereich von 50°-60° liegen.
Ferner kann mindestens eine der beiden Reflexionsflächen als teilreflektive Beschichtung oder als reflektive Beschichtung (Spiegelschicht) ausgebildet sein. Dazu kann z.B. eine metallische Beschichtung verwendet werden. Es liegt somit quasi eine Art Rückflächenspiegel vor.
Ferner kann zumindest eine der beiden Reflexionsflächen so ausgebildet sein , dass sie Licht mit einem ersten Polarisationszustand reflektiert und Licht mit einem dazu orthogonalen Polarisationszustand transmittiert. In diesem Fall werden die Lichtbündel bevorzugt so erzeugt, dass sie den ersten Polarisationszustand aufweisen.
Der Einkoppelabschnitt kann in einem Randbereich des Brillenglases und der Auskoppelabschnitt kann in einem Mittelbereich des Brillenglases ausgebildet sein. Die Einkopplung kann beispielsweise über die Stirnseite des Brillenglases oder auch über die Rückseite des Brillenglases erfolgen.
Die Innenschale, die Kanalschale und die Außenschale können jeweils einstückig ausgebildet sein. Es ist jedoch auch möglich, dass die Innenschale, die Kanalschale und/oder die Außenschale mehrstückig ausgebildet ist.
Es wird ferner eine Anzeigevorrichtung mit einer auf den Kopf eines Benutzers aufsetzbaren Haltevorrichtung, einem an der Haltevorrichtung befestigten Bilderzeugungsmodul, das ein Bild erzeugt, und einer an der Haltevorrichtung befestigten Abbildungsoptik, die ein Brillenglas nach einem der obigen Ansprüche aufweist und die das erzeugte Bild im auf dem Kopf des Benutzers aufgesetzten Zustand der Haltevorrichtung so abbildet, dass es der Benutzer als virtuelles Bild wahrnehmen kann, bereitgestellt. Die Abbildungsoptik kann das Brillenglas als einziges optisches Element aufweisen. Es ist jedoch auch möglich, dass die Abbildungsoptik neben dem Brillenglas noch zumindest ein weiteres optisches Element umfaßt. Insbesondere kann die Außenschale zusammen mit dem zumindest einem weiteren optischen Element einstückig ausgebildet sein. Alternativ ist es möglich, dass die Außenschale mit dem zumindest einen weiteren optischen Element (z.B. durch Verkitten oder Verkleben) verbunden ist. Ferner kann das zumindest eine weitere optische Element von der Außenschale beabstandet sein.
Das zumindest eine weitere optische Element kann z.B. eine Kollimationsoptik sein, die zwischen dem Brillenglas und dem Bilderzeugungsmodul angeordnet ist, so dass die Lichtbündel vom Bilderzeugungsmodul als kollimierte Bündel in das Brillenglas eingekoppelt werden können.
Ferner kann die Anzeigevorrichtung eine Steuereinheit aufweisen, die das Bilderzeugungsmodul ansteuert.
Das Bilderzeugungsmodul kann insbesondere einen flächigen Bildgeber aufweisen, wie z.B. ein LCD-Modul, ein LCoS-Modul, ein OLED-Modul oder eine Kippspiegelmatrix. Der Bildgeber kann eine Mehrzahl von Pixeln aufweisen, die z.B. in Zeilen und Spalten angeordnet sein können. Der Bildgeber kann selbstleuchtend oder nicht selbstleuchtend sein.
Das Bilderzeugungsmodul kann insbesondere so ausgebildet sein, dass es ein monochromatisches oder ein mehrfarbiges Bild erzeugt.
Die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung kann weitere, dem Fachmann bekannte Elemente aufweisen, die zu ihrem Betrieb notwendig 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 Teilschnittansicht des ersten Brillenglases 3 einschließlich einer schematischen Darstellung des Bilderzeugungsmoduls;
Fig. 3 eine Darstellung der Transmissivität/Reflektivität in Abhängigkeit des Einfallswinkels;
Fig. 4 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Winkelabhängigkeit der Reflexionsflächen 24 und 25;
Fig. 5 eine Darstellung die die Schichtfolge und die Schichtdicken des Interferenzschichtsystems für die zweite Reflexionsfläche 24 zeigt;
Fig. 6 das Transmissionsverhalten zwischen Kanalschale 21 und Außenschale 19 ohne zusätzliche Reflexionsfläche; Fig. 7 das Transmissionsverhalten zwischen Kanalschale 21 und Außenschale 19 mit zusätzlicher Reflexionsfläche 24;
Fig. 8 der Schichtaufbau der Reflexionsfläche gemäß der Ausführungsform von Fig. 7; Fig. 9 das Transmissionsverhalten einer weiteren Ausführungsform der Reflexionsfläche bei einem erfindungsgemäßen Brillenglas; Fig. 10 der Schichtaufbau der Reflexionsfläche der Ausführungsform gemäß Fig. 9;
Fig. 1 1 eine vergrößerte Teilschnittansicht einer weiteren Ausführungsform des ersten Brillenglases 3 einschließlich einer schematischen Darstellung des Bilderzeugungsmoduls, und
Fig. 12 eine vergrößerte Teilschnittansicht einer weiteren Ausführungsform des ersten Brillenglases 3 einschließlich einer schematischen Darstellung des Bilderzeugungsmoduls. Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform umfaßt die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung 1 eine auf den Kopf eines Benutzers aufsetzbare Haltevorrichtung 2, die z.B. in Art eines herkömmlichen Brillengestells ausgebildet sein kann, sowie ein erstes und ein zweites Brillenglas 3, 4, die an der Haltevorrichtung 2 befestigt sind. Die Haltevorrichtung 2 mit den Brillengläsern 3, 4 kann z.B. als Sportbrille, Sonnenbrille und/oder Brille zur Korrektur einer Fehlsichtigkeit ausgebildet sein, wobei dem Benutzer über das erste Brillenglas 3 ein virtuelles Bild in sein Gesichtsfeld eingespiegelt werden kann, wie nachfolgend beschrieben wird.
Dazu umfaßt die Anzeigevorrichtung 1 ein Bilderzeugungsmodul 5, das im Bereich des rechten Brillenbügels der Haltevorrichtung 2 angeordnet sein kann, wie in Fig. 1 schematisch dargestellt ist. Das Bilderzeugungsmodul 5 kann ein flächiges Bilderzeugungselement 6 (Fig. 2), wie z.B. einen OLED-, einen CMOS- oder einen LCoS-Chip oder eine Kippspiegelmatrix, mit einer Vielzahl von z.B. in Spalten und Zeilen angeordneten Pixeln aufweisen.
Die Brillengläser 3 und 4 und insbesondere das erste Brillenglas 3 sind nur beispielshalber zusammen mit der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung 1 beschrieben. Die Brillengläser 3, 4 bzw. zumindest das erste Brillenglas 3 sind jeweils für sich als erfindungsgemäßes Brillenglas 3, 4 oder als erfindungsgemäßes optisches Element ausgebildet. Das erfindungsgemäße optische Element kann auch in anderem Zusammenhang als mit der hier beschriebenen Anzeigevorrichtung 1 eingesetzt werden. Daher kann das optische Element, wenn es als Brillenglas ausgebildet ist, natürlich auch als zweites Brillenglas 4 ausgebildet sein.
Wie am besten aus der vergrößerten, schematischen Teilschnittansicht in Fig. 2 ersichtlich ist, weist die Anzeigevorrichtung 1 eine Abbildungsoptik 7 auf, die ein zwischen dem Bilderzeugungselement 6 bzw. dem Bildgeber 6 und dem ersten Brillenglas 3 angeordnetes Optikelement 8 enthält. Des weiteren dient das erste Brillenglas 3 selbst auch als Teil der Abbildungsoptik 7. Von jedem Pixel des Bildgebers 6 kann ein Lichtbündel 9 ausgehen . Durch eine entsprechende Ansteuerung der Pixel des Bildgebers 6 mittels einer Steuereinheit 10, die Teil des Bilderzeugungsmoduls 5 sein kann, kann das gewünschte Bild erzeugt werden. In Fig. 2 ist stellvertretend für die Lichtbündel 9 der Strahlengang eines Lichtstrahls eingezeichnet, so dass nachfolgend auch von dem Lichtstrahl 9 die Rede ist.
Der vom Bildgeber 6 ausgehende Lichtstrahl 9 läuft durch das Optikelement 8 und tritt über einen Einkoppelabschnitt 1 1 (hier die Stirnseite des ersten Brillenglases 3) in das erste Brillenglas 3 ein und wird in diesem entlang eines Lichtführungskanals 12 bis zu einem Auskoppelabschnitt 13 geführt. Der Auskoppelabschnitt 13 weist mehrere nebeneinander angeordnete reflektive Umlenkflächen 14 (die auch als reflektive Facetten bezeichnet werden können) auf, an denen eine Reflexion der Lichtstrahlen 9 in Richtung zu einer Rückseite 15 des ersten Brillenglases 3 stattfindet, so dass die Lichtstrahlen 9 über die Rückseite 15 aus dem ersten Brillenglas 3 austreten. Somit kann ein Benutzer, wenn er die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung 1 bestimmungsgemäß auf dem Kopf trägt, das mittels des Bildgebers 6 erzeugte Bild als virtuelles Bild wahrnehmen, wenn er auf den Auskoppelabschnitt 13 blickt. Bei der hier beschriebenen Ausführungsform muß der Benutzer bezogen auf die Blickrichtung G eines Geradeausblicks um ca. 40° nach rechts schauen . In Fig. 2 ist zur Verdeutlichung der Drehpunkt 16 des Auges des Benutzers sowie die Eyebox 17 bzw. die Austrittspupille 1 7 der Abbildungsoptik 7 eingezeichnet. Die Eyebox 17 ist 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. Obwohl bei der beschriebenen Ausführungsform die Einkopplung über die Stirnseite des ersten Brillenglases 3 durchgeführt ist und somit der Einkoppelabschnitt 1 1 auf der Stirnseite des ersten Brillenglases 3 ausgebildet ist, ist es auch möglich, eine Einkopplung über die Rückseite 15 des ersten Brillenglases durchzuführen.
Wie in der schematischen Darstellung in Fig. 2 gezeigt ist, ist sowohl die Rückseite 15 als auch die Vorderseite 18 des ersten Brillenglases 3 gekrümmt ausgebildet. Das erste Brillenglas ist ferner, wie der Darstellung in Fig. 2 zu entnehmen ist, dreischalig ausgebildet und umfaßt eine Außenschale 19, eine Innenschale 20 sowie eine dazwischen angeordnete Kanalschale 21 . Die von der Innenschale 20 wegweisende erste Seite der Außenschale 19 bildet die gekrümmte Vorderseite 18 des ersten Brillenglases. Die von der Außenschale 19 wegweisende erste Seite der Innenschale 20 bildet die Rückseite 15 des ersten Brillenglases.
Zur Bildung des Lichtführungskanals 12 ist zwischen der Kanalschale 21 und der Außenschale 19 eine erste Reflexionsfläche 24 und zwischen der Kanalschale 21 und der Innenschale 20 eine zweite Reflexionsfläche 25 ausgebildet. Die beiden Reflexionsflächen 24, 25 erstrecken sich vom Einkoppelabschnitt 1 1 bis zum Auskoppelabschnitt 13. Somit können die Lichtbündel 9 durch Reflexion an den Reflexionsflächen 24 und 25 vom Einkoppelabschnitt 1 1 bis zum Auskoppelabschnitt 13 geführt werden, so dass sie dann nach Reflexion an den reflektiven Umlenkflächen 14 über die Rückseite 15 des ersten Brillenglases ausgekoppelt werden können.
Die erste und zweite Reflexionsfläche 24 und 25 können z.B. auf der Kanalschale 21 ausgebildet sein. Es ist jedoch auch möglich, dass die erste Reflexionsfläche an der Außenschale 19 und die zweite Reflexionsfläche an der Innenschale 20 ausgebildet ist. Wie in Fig. 2 angedeutet ist, stehen die Innenschale 20 und die Kanalschale 21 einerseits sowie die Kanalschale 21 und die Außenschale 19 andererseits jeweils flächig miteinander in Kontakt. Sie können z.B. miteinander verklebt oder verkittet sein. Man kann daher auch sagen, dass im Bereich des Lichtführungskanal 12 die Kanalschale 21 über die erste Reflexionsfläche 24 mit der Außenschale 19 verbunden ist und dass im Bereich des Lichtführungskanals 12 die Kanalschale 21 mit der Innenschale 20 über die zweite Reflexionsfläche 25 verbunden ist.
Die erste und/oder zweite Reflexionsfläche 24 und 25 können z.B. eine teilreflektive Beschichtung oder eine reflektive Beschichtung (Spiegelschicht) sein . Dazu kann z.B. eine metallische Beschichtung verwendet werden. Es ist jedoch auch möglich, eine Beschichtung zu verwenden, die für einen ersten Polarisationszustand reflektiv und einen dazu orthogonalen Polarisationszustand transmissiv ist. In diesem Fall weisen die Lichtbündel 9 dann den ersten Polarisationszustand auf, so dass die Führung im Lichtführungskanal 12 gewährleistet ist.
Des weiteren ist es möglich, dass die erste und/oder zweite Reflexionsfläche 24 und 25 als Interferenzschichtsystem ausgebildet ist, das abwechselnd dünne Schichten mit höherer und niedrigerer Brechzahl aufweist. Im allgemeinen Fall kann das Interferenzschichtsystem aus k optischen Schichten Si , S2, ... Sk (k > 2) aus m Materialien Mi , M2, ... Mm (m > 2), die hinsichtlich ihrer Brechzahlen N1 , N2, ... Nm (m > 2) verschieden sind, gebildet sein . Die Brechzahlen können z.B. im Bereich von 1 ,4 - 2,5 bei einer Wellenlänge von 546 nm liegen. Solche Interferenzschichtsysteme sind dem Fachmann grundsätzlich bekannt und können hinsichtlich der gewünschten optischen Eigenschaften optimiert werden. Bei der hier vorliegenden Ausführungsform sind die Interferenzschichtsysteme so hinsichtlich des sichtbaren Spektralbereiches optimiert, dass sie für einen Einfallswinkel α von 0° bis ca. 35° transmissiv sind (praktisch 100 % des einfallenden Lichtes wird transmittiert) und für einen Einfallswinkel α im Bereich von 50° bis 90° reflektiv sind (nahezu 1 00 % Reflektivität). Im Übergangsbereich von 30° bis 50° ändert sich die Transmission von 1 00 % zu 0 %. In Fig. 3 ist die Transmissivität entlang der y-Achse in % gegenüber dem Einfallswinkel α in ° entlang der x-Achse dargestellt. Dabei zeigt die Kurve K1 das Transmissions- bzw. Reflexionsverhalten des Schichtsystems für Strahlung mit einer Wellenlänge von 400 nm. Die Kurve K2 zeigt das Verhalten für Strahlung mit einer Wellenlänge von 450 nm und die Kurve K3 zeigt das Verhalten für Strahlung mit einer Wellenlänge von 680 nm.
In Fig. 4 ist dieses Verhalten schematisch nochmals dargestellt. Die Lichtbündel 9 treffen mit einem Einfallswinkel a2 von größer als 50° (bezogen auf das Lot der entsprechenden Reflexionsfläche 24, 25) auf die entsprechende Reflexionsfläche 24 und 25 und werden daher reflektiert. Umgebungslicht 26 trifft hingegen mit einem Einfallswinkel a1 von kleiner als 35° auf die Reflexionsfläche 24, 25 und wird somit transmittiert.
Bei dem hier in Verbindung mit Fig. 3 und 4 beschriebenen Ausführungsbeispiel wurde davon ausgegangen, dass die Innenschale 20, die Kanalschale 21 und die Außenschale 19 jeweils eine Brechzahl von 1 ,81 aufweisen. Für das Interferenzschichtsystem sind zwei unterschiedliche Materialien mit Brechzahlen Ni = 1 ,787 und N2 = 1 ,459 verwendet, wobei k 1 13 beträgt. In Fig. 5 ist schematisch der entsprechende Aufbau der zweiten Reflexionsschicht 24 gezeigt, wobei entlang der x-Achse (horizontale Achse) die Dicke der Schicht in nm und entlang der y-Achse (vertikale Achse) die Brechzahl aufgetragen ist. Natürlich kann die zweite Reflexionsfläche 25 in gleicher Weise wie die erste Reflexionsfläche 24 als Interferenzschichtsystem gemäß Fig. 5 ausgebildet sein.
Falls die Brechzahl der Kanalschale 21 größer ist als die Brechzahlen der Innen- und Außenschale 20, 19, kann ab einem vorbestimmten Grenzwinkel innere Totalreflexion auftreten. Wenn z.B. die Brechzahl der Kanalschicht 21 1 ,81 beträgt und die Brechzahlen der Innen- und Außenschale 20, 19 jeweils 1 ,519 betragen, beträgt der Grenzwinkel ca. 58°. Das entsprechende Transmissionsverhalten ist in Fig. 6 schematisch dargestellt, wobei entlang der x-Achse (horizontale Achse) der Einfallswinkel in 0 und entlang der y-Achse (vertikale Achse) die Transmissivität in % aufgetragen ist. Bei dieser Darstellung sind in gleicher Weise wie bei Fig. 3 die Kurven K1 , K2 und K3 gekennzeichnet, die das Verhalten für die Wellenlängen 400 nm , 450 nm sowie 680 nm zeigen. Wenn nun ein Interferenzschichtsystem mit zwei Materialien mit den Brechzahlen 1 ,787 und 1 ,459 mit 1 13 Schichten vorgesehen wird, kann das in Fig. 7 gezeigte Transmissionsverhalten erzielt werden. Die Darstellung in Fig. 7 entspricht der Darstellung in Fig. 6. Es ist ebenfalls das Transmissionsverhalten für die Wellenlängen 400 nm (Kurve K1 ), 450 nm (Kurve K2) sowie 680 nm (Kurve K3) eingezeichnet. Aus dem Vergleich der Darstellung in Fig. 6 und 7 läßt sich entnehmen, dass eine Lichtführung durch Reflexion an dem Interferenzschichtsystem bis zu einem Einfallswinkel von 50° und somit um 8° mehr als ohne Interferenzschichtsystem bereitgestellt wird.
In Fig. 8 ist der Aufbau des entsprechenden Interferenzschichtsystems in gleicher Weise wie in Fig. 5 dargestellt.
In einer weiteren Ausführungsform kann das Interferenzschichtsystem drei verschiedene Materialien mit den Brechzahlen 1 ,787, 1 ,459 sowie 2,472 aufweisen und zwischen einer Außenschale 19 und einer Kanalschale 21 angeordnet sein, die jeweils aus einem Material mit der Brechzahl 1 ,62 gebildet sind. Bei einem Schichtsystem mit 263 Schichten für das Interferenzschichtsystem kann das in Fig. 9 gezeigte Transmissionsverhalten erzielt werden . Die Darstellung in Fig. 9 entspricht der Darstellung in Fig. 7. Es ist jeweils für das Transmissionsverhalten für die Wellenlängen 400 nm (Kurve K1 ), 450 nm (Kurve K2) sowie 680 nm (Kurve K3) eingezeichnet.
In Fig. 10 ist der Schichtaufbau in gleicher Weise wie in Fig. 8 dargestellt.
Durch den beschriebenen dreischaligen Aufbau des ersten Brillenglases 3 wird der Vorteil erreicht, dass die Führung der Lichtbündel 9 im Lichtführungskanal 12 unabhängig von der Sauberkeit der Vorder- und/oder Rückseite 18, 15 des ersten Brillenglases ist. Somit führen etwaige Verschmutzungen der Vorderseite 18 und/oder der Rückseite 15 zu keiner Verschlechterung bei der Führung der Lichtbündel 9 vom Einkoppelabschnitt 1 1 bis zum Auskoppelabschnitt 13. Des weiteren kann die Rückseite 15 eine Krümmung aufweisen, mit der eine Fehlsichtigkeit eines Benutzers korrigiert wird. Somit kann in vorteilhafter Weise die Korrektur der Fehlsichtigkeit über die Innenschale 20 und die Lichtführung über die Kanalschale 21 durchgeführt werden, so dass die Korrektur der Fehlsichtigkeit einerseits und die Lichtführung andererseits voneinander unabhängig optisch optimiert werden können. Es kann in vorteilhafter Weise stets die gleiche Kanalschale 21 verwendet werden, um eine Anpassung an unterschiedliche Fehlsichtigkeiten durchzuführen . Dazu muß nur eine individuelle Innenschale 20 vorgesehen und mit der Kanalschale 21 verbunden werden.
Auf der Vorderseite 18 kann ferner eine phototrophe Schicht aufgebracht sein. Eine solche phototrope Schicht kann als passive oder aktive Schicht ausgebildet sein. Damit kann z.B. eine Ausbildung des erfindungsgemäßen Brillenglases als Brillenglas für eine Sonnenbrille verwirklicht werden.
Ferner wird der Benutzer in vorteilhafter Weise das ausgekoppelte Bild über die an ihn angepaßte Rückseite 15 wahrnehmen, so dass er das virtuelle Bild trotz seiner Fehlsichtigkeit scharf wahrnehmen kann. Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform ist die Dicke der Kanalschicht 21 im wesentlichen konstant.
Es ist jedoch auch möglich, dass die Dicke der Kanalschicht insbesondere im Bereich des Lichtführungskanals 12 in der Richtung vom Einkoppelabschnitt 1 1 zum Auskoppelabschnitt 13 abnimmt.
Insbesondere kann die Dicke der Kanalschicht 21 in den Bereichen neben dem Lichtführungskanal 12 geringer sein als im Bereich des Lichtführungskanals 12. Eine solche Ausbildung ist in Fig. 1 1 dargestellt.
Bei den bisher beschriebenen Ausführungsformen erstreckt sich die Kanalschale 21 über das gesamte erste Brillenglas 3. In diesem Fall kann die Kanalschale 21 auch als Abstandsschale bezeichnet werden, da sie stets zwischen Innenschale 20 und Außenschale 19 liegt, so dass die Innenschale 20 nie in direktem Kontakt mit der Außenschale 19 steht.
Es ist jedoch auch möglich, dass sich die Kanalschale 21 nicht über das gesamte Brillenglas erstreckt. Insbesondere kann sich die Kanalschale 20 nur im Bereich des Lichtführungskanals 12 erstrecken. In diesem Fall kann in den anderen Bereichen, in denen die Kanalschale 21 nicht vorhanden ist, ein direkter Kontakt zwischen Innenschale 20 und Außenschale 19 vorliegen, wie in Fig. 12 dargestellt ist.
Die Vorder- und Rückseite 18, 15 können jeweils sphärisch gekrümmt sein. Die Rückseite 15 kann auch eine asphärische Krümmung aufweisen. Ferner können die beiden Grenzflächen der Kanalschale 21 auch sphärisch gekrümmt sein. Insbesondere sind die Krümmungen der einander gegenüberliegenden Seiten der entsprechenden Schalen 19, 20 und 21 komplementär gewählt, so dass ein flächiger Kontakt hergestellt werden kann. Das Material von Außenschale 19, Innenschale 20 und Kanalschale 21 ist bevorzugt das gleiche Material, so dass die gleiche Brechzahl vorliegt. Es kann jedoch auch Material mit unterschiedlicher Brechzahl für die einzelnen Schalen 19-21 gewählt werden.
Bei der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung 1 erfolgt die Einspiegelung des virtuellen Bildes in das Gesichtsfeld des Benutzers über das erste Brillenglas 3. Natürlich ist auch eine Einspiegelung über das zweite Brillenglas 4 möglich. Des weiteren kann die Anzeigevorrichtung 1 so ausgebildet sein, dass Informationen bzw. virtuelle Bilder über beide Brillengläser 3, 4 eingespiegelt werden. Dabei kann die Einspiegelung so erfolgen, dass ein dreidimensionaler Bildeindruck entsteht. Dies ist jedoch nicht zwingend notwendig.
Die Brillengläser 3, 4 können eine Brechkraft von Null oder eine von Null verschiedene Brechkraft (insbesondere zur Korrektur von Fehlsichtigkeiten) aufweisen. Wie in den Figuren gezeigt ist, sind sowohl die Vorderseite 1 1 als auch die Rückseite 12 des Brillenglases 3 gekrümmt ausgebildet. Die Vorderseite 1 1 kann insbesondere sphärisch gekrümmt sein. Wenn das Brillenglas eine von Null verschiedene Brechkraft aufweist, um eine Fehlsichtigkeit zu korrigieren, ist in der Regel die Krümmung der Rückseite 15 entsprechend gewählt, um die entsprechende Korrektur zu erreichen. Die Rückseite 15 kann eine von der sphärischen Form abweichende Krümmung aufweisen. Die Haltevorrichtung 2 muß nicht als brillenartige Haltevorrichtung ausgebildet sein. Es ist auch jede andere Art der Haltevorrichtung möglich, mit der ein Aufsetzen oder Tragen der Anzeigevorrichtung auf dem Kopf des Benutzers erfolgen kann.

Claims

Patentansprüche
1 . Brillenglas für eine auf den Kopf eines Benutzers aufsetzbare und ein Bild erzeugende Anzeigevorrichtung (1 ),
wobei das Brillenglas (3) eine gekrümmte Vorderseite (18) und eine gekrümmte Rückseite (15), einen Einkoppelabschnitt (1 1 ) und einen vom Einkoppelabschnitt (1 1 ) beabstandeten
Auskoppelabschnitt (13) sowie
einen Lichtführungskanal (12) aufweist, der dazu geeignet ist, Lichtbündel (9) von Pixeln des erzeugten Bildes, die über den Einkoppelabschnitt (1 1 ) des Brillenglases (3) in das Brillenglas
(3) eingekoppelt sind, im Brillenglas (3) bis zum Auskoppelabschnitt (13) zu führen, von dem sie aus dem Brillenglas (3) ausgekoppelt werden,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Brillenglas (3) mehrschalig aufgebaut ist und eine Außenschale (19) und eine mit der
Außenschale (19) verbundene Innenschale (20) aufweist,
wobei zwischen der Außen- und Innenschale (19, 20) eine gekrümmte Kanalschale (21 ) angeordnet ist, die eine gekrümmte erste Reflexionsfläche (24) und eine gekrümmte zweite Reflexionsfläche (25) aufweist,
wobei der Lichtführungskanal (12) zumindest einen Abschnitt der Kanalschale (21 ) und die beiden Reflexionsflächen (24, 25), an denen die Lichtbündel (9) zur Führung vom Einkoppelabschnitt (1 1 ) zum Auskoppelabschnitt (13) reflektiert werden, aufweist.
2. Brillenglas nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die gekrümmte Kanalschale (21 ) über die gekrümmte erste Reflexionsfläche (24) mit der Außenschale (19) und über die gekrümmte zweite Reflexionsfläche (25) mit der Innenschale (20) verbunden ist.
3. Brillenglas nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanalschale (21 ) als Abstandsschale zwischen der Außen- und Innenschale (19, 20) angeordnet ist, so dass die Außen- und Innenschale (19, 20) nicht in direktem Kontakt stehen.
4. Brillenglas nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Innenschale (20) wegweisende erste Seite der Außenschale (19) die Vorderseite (18) des Brillenglases (3) bildet und die von der Außenschale (19) wegweisende erste Seite der Innenschale (20) die Rückseite (15) des Brillenglases (3) bildet.
5. Brillenglas nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückseite (15) eine Krümmung aufweist, die so gewählt ist, dass eine Fehlsichtigkeitskorrektur bewirkt wird.
6. Brillenglas nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Auskoppelabschnitt (13) Teil der Kanalschale (21 ) ist.
7. Brillenglas nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenschale (20), die Kanalschale (21 ) und die Außenschale (19) aus dem gleichen Material gebildet sind.
8. Brillenglas nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenschale (20) mit der Kanalschale (21 ) flächig verbunden ist und dass die Kanalschale (21 ) mit der Außenschale (19) flächig verbunden ist.
9. Brillenglas nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Auskoppelabschnitt (13) mehrere nebeneinander angeordnete reflektive Umlenkflächen (14) aufweist.
10. Brillenglas nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Auskoppelabschnitt (13) im Brillenglas (3) vergraben ausgebildet ist und somit sowohl von der Vorderseite (18) als auch von der Rückseite (15) beabstandet ist.
1 1 . Brillenglas nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Vorderseite (18) eine phototrope Schicht gebildet ist.
12. Brillenglas nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Kanalschale (21 ) im Bereich des Lichtführungskanals (12) größer ist als im restlichen Bereich.
13. Brillenglas nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der beiden Reflexionsflächen (24, 25) in der Richtung vom Einkoppelabschnitt (1 1 ) zum Auskoppelabschnitt (13) abnimmt.
14. Brillenglas nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der beiden Reflexionsflächen (24, 25) eine abbildende Eigenschaft aufweist.
15. Brillenglas nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der beiden Reflexionsflächen (24, 25) ein Interferenzschichtsystem aufweist.
16. Brillenglas nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der beiden Reflexionsflächen (24, 25) so ausgebildet ist, dass sie für Einfallswinkel im
Bereich von 0° bis zu einem vorbestimmten ersten Grenzwinkel von kleiner als 90° transmissiv und für Einfallswinkel größer als ein vorbestimmter zweiter Grenzwinkel reflektiv ist, wobei der zweite Grenzwinkel größer als oder gleich wie der erste Grenzwinkel ist.
17. Anzeigevorrichtung mit
einer auf den Kopf eines Benutzers aufsetzbaren Haltevorrichtung (2),
einem an der Haltevorrichtung (2) befestigten Bilderzeugungsmodul (5), das ein Bild erzeugt, und
einer an der Haltevorrichtung (2) befestigten Abbildungsoptik (7), die ein Brillenglas (3) nach einem der obigen Ansprüche aufweist und die das erzeugte Bild im auf dem Kopf des Benutzers aufgesetzten Zustand der Haltevorrichtung (2) so abbildet, dass es der Benutzer als virtuelles Bild wahrnehmen kann.
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