WO2017102632A1 - Brillenglas für eine auf den kopf eines benutzers aufsetzbare und ein bild erzeugende anzeigevorrichtung sowie anzeigevorrichtung mit einem solchen brillenglas - Google Patents

Brillenglas für eine auf den kopf eines benutzers aufsetzbare und ein bild erzeugende anzeigevorrichtung sowie anzeigevorrichtung mit einem solchen brillenglas Download PDF

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WO2017102632A1
WO2017102632A1 PCT/EP2016/080603 EP2016080603W WO2017102632A1 WO 2017102632 A1 WO2017102632 A1 WO 2017102632A1 EP 2016080603 W EP2016080603 W EP 2016080603W WO 2017102632 A1 WO2017102632 A1 WO 2017102632A1
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WO
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spectacle lens
reflective
image
front side
display device
Prior art date
Application number
PCT/EP2016/080603
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English (en)
French (fr)
Inventor
Günter Rudolph
Hans-Jürgen DOBSCHAL
Original Assignee
Carl Zeiss Smart Optics Gmbh
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Publication date
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    • G02—OPTICS
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    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02C—SPECTACLES; SUNGLASSES OR GOGGLES INSOFAR AS THEY HAVE THE SAME FEATURES AS SPECTACLES; CONTACT LENSES
    • G02C7/00—Optical parts
    • G02C7/02—Lenses; Lens systems ; Methods of designing lenses
    • G02C7/08—Auxiliary lenses; Arrangements for varying focal length
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    • G02B27/01—Head-up displays
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    • G02B2027/013—Head-up displays characterised by optical features comprising a combiner of particular shape, e.g. curvature
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    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/017—Head mounted
    • G02B2027/0178—Eyeglass type

Definitions

  • the present invention relates to a spectacle lens for a head-mounted user and an image-generating display device with the features of the preamble of claim 1 and a Display device with such a lens.
  • the reflective deflection surfaces are often arranged on the front side.
  • the course of the front side gives it the arrangement of the reflective ones
  • the object is achieved in a spectacle lens of the type mentioned above in that the distance of the reflective order steering surface from the front with increasing distance to the coupling section increases and / or decreases.
  • the distance of the reflective order deflecting surfaces from the front side increases or decreases with increasing distance from the coupling-in section.
  • the reflective order steering surfaces are thus arranged inclined in entirety relative to the front and m no longer follow the course of the front.
  • the reflective deflection surfaces can be arranged so that the angle of incidence of the main radiation of the light beams is reduced, whereby the correction of the image is favored.
  • the number of reflective deflection surfaces can be reduced as a whole, which simplifies the manufacture of the spectacle lens.
  • the reflective To steering surfaces may be spaced in particular from the front and back. Furthermore, the reflective deflection surfaces may be arranged on a carrier surface which is not concentric with the front side.
  • the support surface may be planar or curved and may be inclined relative to the front side.
  • the spectacle lens is free of a contact surface which extends over the entire thickness of the spectacle lens from the front side to the rear side.
  • the reflective order steering surfaces may for example be formed on an insert, which is inserted from the front or from the back into a corresponding recess of the lens.
  • the front side and / or the rear side can be curved.
  • the front and / or back is formed as a smooth, continuous surface.
  • At least one of the reflective To steering surfaces may be designed plan. Additionally or alternatively, at least one of the reflective deflecting surfaces may be curved.
  • the spectacle lens may be formed of a plastic material. It is also possible that the spectacle lens is formed from a glass material.
  • the reflective To steering surfaces of Auskoppelabites can also be referred to as reflective facets.
  • the reflective facets may be arranged offset to one another in the manner of a zig-zag line or sawtooth line.
  • the reflective To steering surfaces preferably do not extend over the entire thickness
  • the reflective deflection surfaces may be formed as a buried reflective order steering surfaces, so that it does not extend to the front and / or not to the back of the lens.
  • the reflective To steering surfaces may, for example, about 20 to 80% of the expansion of the lens from the front to the back extend. It is also an extension in the range of 30 to 70% or 40 to 60% of the thickness of the
  • the coupling-out section (preferably on the basis of the reflective deflection surfaces) can have a beam-guiding and / or an imaging property.
  • At least one of the reflective deflection surfaces may have a reflective coating.
  • the reflectivity of almost 100% can be achieved.
  • the light guide in the light guide channel can be done for example by reflection at the front and back of the lens. This may be an internal total reflection or a reflection due to a corresponding partially reflective or reflective coating. However, it is also possible that the guidance is effected by means of a reflective layer within the spectacle lens. In this case, a reflective layer may be provided, so that the front or back serves as a further reflective surface. However, two spaced-apart reflective layers can also be provided.
  • the light guide channel can in particular light bundles of pixels of the generated image, which are coupled via the coupling portion of the spectacle lens in the spectacle lens, in
  • a display device with a holding device to be placed on a user's head, an image forming module attached to the holding device that forms an image, and an imaging optical system attached to the holding device
  • the imaging optics may have the spectacle lens as the only optical element. However, it is also possible that the imaging optics in addition to the spectacle lens still includes a further optical element to the present.
  • the at least one further optical element can for example be formed in one piece with one of the two partial lenses.
  • the display device may include a control unit that 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 include a
  • 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 not only in the specified combinations, but also in others
  • FIG. 1 shows a schematic perspective illustration of an embodiment of the display device according to the invention
  • FIG. an enlarged partial sectional view of the first spectacle lens including a schematic representation of the imaging module
  • an enlarged detail of the Auskoppelabitess of Fig. 2 an enlarged detail of the Auskoppelabitess of Fig. 2
  • 2 shows an enlarged detailed representation of the decoupling section of FIG. 2 according to a further embodiment, and an enlarged detailed representation of the decoupling section of FIG. 2 according to a further embodiment.
  • the display device 1 comprises a can be placed on the head of a user holding device 2, which may be formed, for example in the manner of a conven union spectacle frame, and a first and a second spectacle lens 3, 4, on the holding device 2 are attached.
  • the holding device 2 m with the lenses 3, 4, for example, as sports glasses, sunglasses and / or glasses to correct a Defective vision can be formed, wherein the user via the first spectacle lens 3, a virtual image can be reflected in his field of view, as will be 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. 1.
  • the imaging module 5 may comprise a planar imaging element 6 (Fig. an OLED, LCD or LCoS chip or tilting mirror array having a plurality of e.g. have pixels arranged in rows and columns.
  • 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 As best seen in the enlarged, schematic partial sectional view in Fig. 2, 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.
  • Fig. 2 is representative of the light beam 9 of the beam path of a light beam (preferably the main beam) located, so that below the light beam 9 is mentioned.
  • the emanating from the imager 6 light beam 9 passes through the optical element 8 and enters via a coupling section 1 1 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 reflective deflecting surfaces 14, 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 emerge from the first spectacle lens 3 via the rear side 15.
  • the user has to 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 17 of the imaging optics 7 is shown for clarity.
  • the Eyebox 17 is the area through which
  • Display device 1 is provided and in which the eye of the user can move and he can still perceive the generated image as a virtual image.
  • both the rear side 15 and the front side 18 of the first spectacle lens 3 are curved.
  • the guidance of the light bundles 9 in the light guide channel 12 can e.g. by total internal reflection on the front 18 and the back 15 done. It is also possible for the front side 18 and / or the rear side 15 to have a reflective or partially reflecting coating in the region of the light guide channel in order to bring about the desired light guidance.
  • the Auskoppelabites comprises four reflective To steering surfaces 14, which together form a reflective Fresnel surface F for the light beam 9.
  • the reflective Fresnel surface F is shown in Fig. 3 for clarity as a dashed line. In fact, the Fresnel surface F is naturally not present as a continuous surface.
  • the reflective deflection surfaces 14 only provide the optical effect or the optical effect that such a Fresnel surface F would have if it were actually formed in the spectacle lens.
  • the individual reflective deflection surfaces are arranged at a distance from one another (in the direction of the propagation direction of the light bundles 9, for example) and are inclined overall with respect to the front side 18 and the rear side 15 of the spectacle lens 3.
  • D the thickness direction
  • D3 the distance D4.
  • the distance can, for example, in each case to the centroid or area center of the respective order steering surface 14 are measured.
  • the individual reflective deflection surfaces 14 can be oriented such that their surface normal points in the direction of the respective main rays 9. Thereby can be the optical path length differences between the individual reflective deflection surfaces 14
  • Deflection surfaces 14 are minimized, whereby a correction of the image of the overall optical system is simplified.
  • a support surface T is shown, against which the individual deflection surfaces 14.
  • the support surface T is to be understood as a covered surface, which is not actually in the
  • Eyeglass lens 3 is formed.
  • the support surface T is not curved here, but a flat surface. However, it is arranged inclined relative to the front side 18. Thus, the distance of the support surface T from the front side 18 increases with increasing distance from
  • the support surface T need not be formed as a flat surface. It may also be formed curved, as shown schematically in Fig. 5.
  • the curvature can be spherical or aspherical. Also, an education as a free-form surface is possible, which is thus curved but has no spherical curvature and no aspheric curvature with a rotational symmetry.
  • the deflection surfaces 14 are shown in the embodiments described so far as flat surfaces. However, it is also possible that at least one of the deflection surfaces 14 (or all) themselves are each curved, as shown schematically in Fig. 6. In this case too, the distance of the reflected steering surfaces 14 from the front side 18 increases with increasing distance from the coupling-in section 11.
  • the reflective deflection surfaces 14 may be part of a computationally determined surface and may be arranged only offset from each other. In this case, the reflective
  • Deflection surfaces are reassembled as a contiguous surface.
  • the reflective deflection surfaces are individually optimized, so that they can not usually be reassembled as a contiguous surface.
  • the distance of the reflective deflection surfaces 14 from the front side 18 increases with increasing distance to the coupling-in section 11 in a plane which is substantially perpendicular to the front side 18 and rear side 15 (here yz plane). runs.
  • the Fresnel surface is thus inclined in the y-z plane with respect to the front and / or rear side 18, 15.
  • an inclination of the Fresnel surface in a plane perpendicular to the plane of Figs. 2 to 6 may be present.
  • This plane runs essentially parallel to the front and rear sides 18, 15.
  • This inclination may in particular be such that they are from up or down relative to the front increases or decreases.
  • the indication above and below refers in particular to the orientation when the display device
  • the described inclined arrangement of the reflective deflection surfaces 14 and inclined arrangement of the Fresnel surface F which is adjusted by the reflective deflection surfaces 14 in their optical effect, the angle of incidence of the main beams 9 are reduced in comparison to known display devices, in which the reflective deflection surfaces for example, are arranged on the front side 18, which favors the correction of the image.
  • the number of reflective deflection surfaces 14 can be reduced, which simplifies the production of the spectacle lens.
  • the thickness of the spectacle lens 3 may be 4 mm.
  • the structural depth of a single deflection surface is only in the range of 0.45 mm, so that the described inclined arrangement of the reflective deflection surfaces 14 is easily possible.
  • the radius of curvature of the support surface T can be released as a parameter in the computational optimization of the image. This leads to reflective deflection surfaces 14 including their arrangements, which may have improved properties.
  • the reflection of the virtual image into the field of view of the user takes place via the first spectacle lens 3.
  • Display device 1 be designed so that information or virtual images are reflected over both 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 error).
  • both the front 18 and the back 15 are formed curved.
  • the front side 18 is curved in particular spherically. If the spectacle lens 3, 4 has a non-zero refractive power 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 a putting on and carrying the
  • Display device can be done on the head.

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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 Vorderseite (18) und eine Rückseite (15), einen Einkoppelabschnitt (11) und einen vom Einkoppelabschnitt (11) beabstandeten Auskoppelabschnitt (13), der mehrere nebeneinander angeordnete reflektive Umlenkflächen (14), die zusammen eine reflektive Fresnel-Fläche (F) bilden, umfasst, 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, und wobei der Abstand der reflektiven Umlenkflächen (14) von der Vorderseite (18) mit zunehmendem Abstand vom Einkoppelabschnitt (11) zu- und/oder abnimmt.

Description

Brillenglas für eine auf den Kopf eines Benutzers aufsetzbare und ein Bild erzeugende Anzeigevorrichtung sowie Anzeigevorrichtung mit einem solchen Brillenglas Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brillenglas für eine auf den Kopf eines Benutzers aufsetzbare und ein Bild erzeugende Anzeigevorrichtung m it den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 1 sowie eine Anzeigevorrichtung m it einem solchen Brillenglas.
Bei einem solchen Brillenglas sind die reflektiven Umlenkflächen häufig an der Vorderseite angeordnet. Der Verlauf der Vorderseite gibt som it die Anordnung der reflektiven
Um lenkflächen vor, was zu schwierigen optischen Bedingungen führt, die die Qualität der Abbildung des Brillenglases für die Lichtbündel lim itiert.
Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung , ein Brillenglas der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass es verbesserte Abbildungseigenschaften bereitstellen kann.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einem Brillenglas der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass der Abstand der reflektiven Um lenkfläche von der Vorderseite mit zunehmendem Abstand zum Einkoppelabschnitt zu- und/oder abnimmt.
Insbesondere nimmt der Abstand der reflektiven Um lenkflächen von der Vorderseite m it zunehmendem Abstand vom Einkoppelabschnitt zu oder ab.
Die reflektiven Um lenkflächen werden somit in Gesamtheit gegenüber der Vorderseite geneigt angeordnet und m üssen nicht mehr dem Verlauf der Vorderseite folgen. Dadurch können die reflektiven Um lenkflächen so angeordnet werden, dass der Einfallswinkel der Hauptstrahlung der Lichtbündel reduziert werden, wodurch die Korrektur der Abbildung begünstigt wird. Auch kann dadurch die Zahl der reflektiven Umlenkflächen insgesamt reduziert werden, was die Fertigung des Brillenglases vereinfacht.
Die reflektiven Um lenkflächen können insbesondere von der Vorder- und Rückseite beabstandet sein. Des Weiteren können die reflektiven Umlenkflächen an einer Trägerfläche angeordnet sein, die nicht konzentrisch zur Vorderseite ist. Die Trägerfläche kann insbesondere plan oder gekrümmt ausgebildet sein und gegenüber der Vorderseite geneigt angeordnet sein. Insbesondere ist das Brillenglas frei von einer Kontaktfläche, die sich über die gesamte Dicke des Brillenglases von der Vorderseite bis zur Rückseite erstreckt.
Die reflektiven Um lenkflächen können beispielsweise an einem Einsatzstück ausgebildet sein, das von der Vorderseite oder von der Rückseite in eine entsprechende Ausnehmung des Brillenglases eingesetzt ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Brillenglas kann die Vorderseite und/oder die Rückseite gekrümmt ausgebildet sein. Insbesondere ist die Vorder- und/oder Rückseite als glatte, durchgehende Fläche ausgebildet.
Mindestens eine der reflektiven Um lenkflächen kann plan ausgebildet sein. Zusätzlich oder alternativ kann m indestens eine der reflektiven Umlenkflächen gekrümmt ausgebildet sein.
Das Brillenglas kann aus einem Kunststoffmaterial gebildet sein. Es ist auch möglich, dass das Brillenglas aus einem Glasmaterial gebildet ist.
Die reflektiven Um lenkflächen des Auskoppelabschnitts können auch als reflektive Facetten bezeichnet werden. Die reflektiven Facetten können zueinander versetzt in Art einer Zick-Zack- Linie oder Sägezahnlinie angeordnet sein .
Die reflektiven Um lenkflächen erstrecken sich bevorzugt nicht über die gesamte Dicke
(Ausdehnung von der Vorderseite bis zur Rückseite bzw. entlang einer Dickenrichtung von der Vorder- zur Rückseite) des Brillenglases, sondern beispielsweise nur über einen Teil davon. Insbesondere können die reflektiven Umlenkflächen als vergrabene reflektive Um lenkflächen ausgebildet sein, so dass sie sich nicht bis zur Vorderseite und/oder nicht bis zur Rückseite des Brillenglases erstreckt. Die reflektiven Um lenkflächen können sich beispielsweise über 20 bis 80 % der Ausdehnung des Brillenglases von der Vorderseite bis zur Rückseite erstrecken. Es ist auch eine Erstreckung im Bereich von 30 bis 70 % oder 40 bis 60 % der Dicke des
Brillenglases von der Vorderseite bis zur Rückseite möglich.
Insbesondere kann der Auskoppelabschnitt (bevorzugt aufgrund der reflektiven Umlenkflächen) eine strahlum lenkende und/oder eine abbildende Eigenschaft aufweisen. Mindestens eine der reflektiven Um lenkflächen kann eine reflektive Beschichtung aufweisen. Dabei kann die Reflektivität von nahezu 100 % erreicht werden . Es ist jedoch auch möglich, eine geringere Reflektivität bereitzustellen , so dass die reflektive Fläche als teilreflektive Fläche eingesetzt werden kann.
Des Weiteren ist es möglich, m indestens eine der reflektiven Um lenkflächen durch interne Totalreflexion zu verwirklichen.
Die Lichtführung im Lichtführungskanal kann beispielsweise durch Reflexion an Vorder- und Rückseite des Brillenglases erfolgen. Dabei kann es sich um eine innere Totalreflexion oder um eine Reflexion aufgrund einer entsprechenden teilreflektiven oder reflektiven Beschichtung handeln. Es ist jedoch auch möglich, dass die Führung mittels einer reflektiven Schicht innerhalb des Brillenglases bewirkt wird. Dabei kann eine reflektive Schicht vorgesehen sein , so dass die Vorder- oder Rückseite als weitere reflektive Fläche dient. Es können jedoch auch zwei voneinander beabstandete reflektive Schichten vorgesehen sein.
Der Lichtführungskanal kann insbesondere Lichtbündel von Pixeln der erzeugten Bildes, die über den Einkoppelabschnitt des Brillenglases in das Brillenglas eingekoppelt sind, im
Brillenglas bis zum Auskoppelabschnitt führen.
Es wird ferner eine Anzeigevorrichtung mit einer auf den Kopf eines Benutzers aufsetzbaren Haltevorrichtung, einem an der Haltevorrichtung befestigten Bilderzeugungsmoduls, das ein Bild erzeugt, und einer an der Haltevorrichtung befestigten Abbildungsoptik, die ein
erfindungsgemäßes Brillenglas aufweist und dieses 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 zum indest ein weiteres optisches Element umfasst. Das zum indest eine weitere optische Element kann beispielsweise einstückig m it einem der beiden Teilbrillengläser ausgebildet sein .
Die Anzeigevorrichtung kann 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 : eine schematische perspektivische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung ; eine vergrößerte Teilschnittansicht des ersten Brillenglases einschließlich einer schematischen Darstellung des Bilderzeugungsmoduls; eine vergrößerte Detaildarstellung des Auskoppelabschnitts von Fig. 2; eine vergrößerte Detaildarstellung des Auskoppelabschnitts von Fig. 2; eine vergrößerte Detaildarstellung des Auskoppelabschnitts von Fig. 2 gemäß einer weiteren Ausführungsform , und eine vergrößerte Detaildarstellung des Auskoppelabschnitts von Fig. 2 gemäß einer weiteren Ausführungsform .
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 herkömm lichen Brillengestells ausgebildet sein kann, sowie ein erstes und ein zweites Brillenglas 3, 4, die an der Haltevorrichtung 2 befestigt sind. Die Haltevorrichtung 2 m it 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 LCD- oder einen LCoS-Chip oder eine Kippspiegelmatrix, mit einer Vielzahl von z.B. in Zeilen und Spalten 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 (bevorzugt des Hauptstrahls) eingezeichnet, so dass nachfolgend auch vom Lichtstrahl 9 die Rede ist. Der vom Bildgeber 6 ausgehende Lichtstrahl 9 läuft durch das Optikelement 8 und tritt über einen Einkoppelabschnitt 1 1 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 reflektive Umlenkflächen 14 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 Geradeausblickes 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 17 der Abbildungsoptik 7 eingezeichnet. Die Eyebox 17 ist der Bereich, der durch die
Anzeigevorrichtung 1 bereitgestellt und in dem sich das Auge des Benutzers bewegen kann und er stets noch das erzeugte Bild als virtuelles Bild wahrnehmen kann.
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.
Die Führung der Lichtbündel 9 im Lichtführungskanal 12 kann z.B. durch innere Totalreflexion an der Vorderseite 18 und der Rückseite 15 erfolgen . Es ist auch möglich, dass die Vorderseite 18 und/oder die Rückseite 15 im Bereich des Lichtführungskanals eine reflektierende oder teilreflektierende Beschichtung aufweist, um die gewünschte Lichtführung zu bewirken.
Wie in der vergrößerten Detaildarstellung des Auskoppelabschnitts 13 in Fig. 3 gezeigt ist, umfasst der Auskoppelabschnitt vier reflektive Um lenkflächen 14, die zusammen eine reflektive Fresnel-Fläche F für die Lichtbündel 9 bilden. Die reflektive Fresnel-Fläche F ist in Fig. 3 zur Verdeutlichung als gestrichelte Linie eingezeichnet. Tatsächlich ist die Fresnel-Fläche F als durchgehende Fläche natürlich nicht vorhanden. Die reflektiven Umlenkflächen 14 stellen lediglich den optischen Effekt bzw. die optische Wirkung nach, die eine solche Fresnel-Fläche F hätte, wenn sie tatsächlich im Brillenglas ausgebildet wäre. Die einzelnen reflektiven Umlenkflächen sind voneinander beabstandet angeordnet (in Richtung der Ausbreitungsrichtung der Lichtbündel 9 beispielsweise) und sind insgesamt geneigt gegenüber der Vorderseite 18 bzw. der Rückseite 15 des Brillenglases 3. Darunter wird hier insbesondere verstanden, dass der Abstand der einzelnen reflektiven Um lenkflächen 14 von der Vorderseite 18 entlang einer Dickenrichtung D (der Richtung von der Vorderseite 18 zur Rückseite 15) m it größer werdendem Abstand vom Einkoppelabschnitt 1 1 zunim mt. Somit ist der Abstand D1 kleiner als der Abstand D2, der wiederum kleiner als der Abstand D3 ist. D3 ist kleiner als der Abstand D4. Der Abstand kann beispielsweise jeweils zum Flächenschwerpunkt oder Flächenmittelpunkt der jeweiligen Um lenkfläche 14 gemessen werden. Durch diese quasi geneigte Anordnung der durch die reflektiven Umlenkflächen 14 gebildeten Fresnel-Fläche F wird der Fall einer schräggestellten Um lenkfläche besser nachgestellt.
Dadurch können beispielsweise die einzelnen reflektiven Umlenkflächen 14 so orientiert werden, dass ihre Flächennormale in Richtung der jeweiligen Hauptstrahlen 9 zeigt. Dadurch können die optischen Weglängenunterschiede zwischen den einzelnen reflektiven
Umlenkflächen 14 minimiert werden, wodurch eine Korrektur der Abbildung des optischen Gesamtsystems vereinfacht möglich ist. In Fig. 4 ist eine Trägerfläche T dargestellt, an der die einzelnen Umlenkflächen 14 anliegen. Die Trägerfläche T ist als gedeckte Fläche zu verstehen, die selbst nicht tatsächlich im
Brillenglas 3 ausgebildet ist. Die Trägerfläche T ist hier nicht gekrümmt, sondern eine plane Fläche. Jedoch ist sie gegenüber der Vorderseite 18 geneigt angeordnet. Somit nimmt der Abstand der Trägerfläche T von der Vorderseite 18 mit zunehmendem Abstand vom
Einkoppelabschnitt 1 1 zu.
Die Trägerfläche T muss nicht als plane Fläche ausgebildet sein. Sie kann auch gekrümmt ausgebildet sein, wie dies schematisch in Fig. 5 dargestellt ist. Die Krümmung kann sphärisch oder asphärisch sein. Auch ist eine Ausbildung als Freiformfläche möglich, die somit gekrümmt ist aber keine sphärische Krümmung und auch keine asphärische Krümmung mit einer Rotationssymmetrie aufweist.
Die Umlenkflächen 14 sind bei den bisher beschriebenen Ausführungsformen als plane Flächen gezeigt. Es ist jedoch auch möglich, dass zumindest eine der Umlenkflächen 14 (oder auch alle) selbst jeweils gekrümmt sind, wie dies schematisch in Fig. 6 dargestellt ist. Auch in diesem Fall nimmt der Abstand der reflektierten Lenkflächen 14 von der Vorderseite 18 mit zunehmendem Abstand von Einkoppelabschnitt 1 1 zu.
Die reflektiven Umlenkflächen 14 können Teil einer rechnerisch bestimmten Fläche sein und lediglich zueinander versetzt angeordnet sein. In diesem Fall könnten die reflektiven
Umlenkflächen wieder als zusammenhängende Fläche zusammengesetzt werden. Alternativ ist es möglich, dass die reflektiven Umlenkflächen individuell optimiert werden, so dass sie in der Regel nicht wieder als zusammenhängende Fläche zusammengesetzt werden können. Wie in den Fig. 2 bis 6 dargestellt ist, nimmt der Abstand der reflektiven Umlenkflächen 14 von der Vorderseite 18 mit zunehmendem Abstand zum Einkoppelabschnitt 1 1 in einer Ebene zu, die im Wesentlichen senkrecht zur Vorderseite 18 und Rückseite 15 (hier y-z-Ebene) verläuft. Die Fresnel-Fläche ist somit in der y-z-Ebene gegenüber der Vorder- und/oder Rückseite 18, 15 geneigt.
Zusätzlich oder alternativ kann eine Neigung der Fresnel-Fläche in einer Ebene senkrecht zur Zeichenebene von Fig. 2 bis 6 vorliegen. Diese Ebene verläuft im Wesentlichen parallel zur Vorder- und Rückseite 18, 15. Diese Neigung kann insbesondere so vorliegen, dass sie von oben nach unten relativ zur Vorderseite zu- oder abnimmt. Die Angabe oben und unten bezieht sich hierbei insbesondere auf die Orientierung, wenn die Anzeigevorrichtung
bestimmungsgemäß benutzt wird und z.B. auf dem Kopf des Benutzers getragen wird. Durch die beschriebene geneigte Anordnung der reflektiven Umlenkflächen 14 bzw. geneigte Anordnung der Fresnel-Fläche F, die durch die reflektiven Umlenkflächen 14 in ihrer optischen Wirkung nachgestellt wird, werden die Einfallswinkel der Hauptstrahlen 9 im Vergleich zu bekannten Anzeigevorrichtungen reduziert, bei denen die reflektiven Umlenkflächen beispielsweise an der Vorderseite 18 angeordnet sind, was die Korrektur der Abbildung begünstigt. Ebenso kann die Zahl der reflektiven Umlenkflächen 14 verringert werden, was die Herstellung des Brillenglases vereinfacht.
Bei der hier beschriebenen Ausführungsform kann beispielsweise die Dicke des Brillenglases 3 4 mm betragen. Die Strukturtiefe einer einzelnen Umlenkfläche liegt jedoch nur im Bereich von 0,45 mm , so dass die beschriebene geneigte Anordnung der reflektiven Umlenkflächen 14 leicht möglich ist.
Insbesondere kann der Krümmungsradius der Trägerfläche T als Parameter bei der rechnerischen Optimierung der Abbildung freigegeben werden. Dies führt zu reflektiven Umlenkflächen 14 einschließlich ihrer Anordnungen, die verbesserte Eigenschaften aufweisen können.
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 Fehlsichtigkeit) aufweisen. Wie in den Figuren gezeigt ist, sind sowohl die Vorderseite 18 als auch die Rückseite 15 gekrümmt ausgebildet. Die Vorderseite 18 ist insbesondere sphärisch gekrümmt. Wenn das Brillenglas 3, 4 eine von Null verschiedene Brechkraft aufweist, um eine Fehlsichtigkeit zu korrigieren, ist in der Regel die Krümmung der Rückseite 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 und Tragen der
Anzeigevorrichtung auf dem Kopf 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 Vorderseite (18) und eine Rückseite (15),
einen Einkoppelabschnitt (1 1 ) und einen vom Einkoppelabschnitt (1 1 ) beabstandeten
Auskoppelabschnitt (13), der mehrere nebeneinander angeordnete reflektive Umlenkflächen
(14) , die zusammen eine reflektive Fresnel-Fläche (F) bilden, umfasst, 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
der Abstand der reflektiven Umlenkflächen (14) von der Vorderseite (18) mit zunehmendem Abstand vom Einkoppelabschnitt (1 1 ) zu- und/oder abnimmt.
2. Brillenglas nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der reflektiven Umlenkflächen (14) von der Vorderseite (18) mit zunehmendem Abstand vom Einkoppelabschnitt (1 1 ) zu- oder abnimmt.
3. Brillenglas nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die reflektiven Umlenkflächen (14) von der Vorder- und Rückseite (18, 15) beabstandet sind.
4. Brillenglas nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die reflektiven Umlenkflächen (14) an einer Trägerfläche (T) angeordnet sind, die nicht konzentrisch zur Vorderseite (18) ist.
5. Brillenglas nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerfläche (T) gekrümmt ist.
6. Brillenglas nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die reflektiven Umlenkflächen (14) in einer Dickenrichtung (D) von der Vorderseite (18) zur Rückseite
(15) über mindestens 50% der Dicke des Brillenglases (3, 4) in der Dickenrichtung (D) erstrecken.
7. Brillenglas nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Brillenglas (3, 4) frei ist von einer Kontaktfläche, die sich über die gesamte Dicke des Brillenglases (3, 4) von der Vorderseite (18) bis zur Rückseite (15) erstreckt.
8. Brillenglas nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der reflektiven Um lenkflächen (14) von der Vorderseite (18) mit zunehmendem Abstand vom Einkoppelabschnitt (1 1 ) zunimmt.
9. Brillenglas nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass m indestens eine der reflektiven Um lenkflächen (14) gekrümmt ausgebildet ist.
10. Brillenglas nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es aus einem Kunststoffmaterial gebildet ist.
1 1 . Anzeigevorrichtung m it
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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