WO2017220474A1 - 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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WO2017220474A1
WO2017220474A1 PCT/EP2017/064900 EP2017064900W WO2017220474A1 WO 2017220474 A1 WO2017220474 A1 WO 2017220474A1 EP 2017064900 W EP2017064900 W EP 2017064900W WO 2017220474 A1 WO2017220474 A1 WO 2017220474A1
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WO
WIPO (PCT)
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spectacle lens
light
image
display device
false
Prior art date
Application number
PCT/EP2017/064900
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Günter Rudolph
Hans-Jürgen DOBSCHAL
Momchil Davidkov
Eduard Schmidt
Michael Patra
Original Assignee
Carl Zeiss Smart Optics Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/017—Head mounted
    • G02B27/0172—Head mounted characterised by optical features
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/017—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.
  • stray light can strike the decoupling section in such a way that it is decoupled together with the light bundles, whereby a visually worse result is achieved.
  • the object is achieved in a spectacle lens of the type mentioned above in that a partial surface of the spectacle lens, which is located in the false light path, is formed as a false light blocking surface.
  • a partial surface of the spectacle lens which is located in the false light path, is formed as a false light blocking surface.
  • the false light blocking surface can absorb the stray light. This ensures that an effective false light suppression has been performed.
  • the spectacle lens may have a plurality of straightening light paths, wherein the false light blocking surface is located in the false light path through which more energy is transported than through at least one of the other stray light paths.
  • the blocking surface may lie in the false light path through which most of the energy is transported. This achieves a significant improvement compared with a spectacle lens without a false-light blocking surface.
  • the false light blocking surface may be formed on an outer boundary surface of the spectacle lens.
  • the spectacle lens according to the invention can have a plurality of false light blocking surfaces which blocks the stray light of a plurality of stray light paths.
  • the light bundles of the pixels of the generated image have a predetermined opening angle. This depends z. B. on the way the image is generated.
  • the image by means of a planar imager such.
  • As an LCD module, a LCoS module, an OLED module or a tilting mirror matrix can be generated.
  • the light beams of the light beam are usually only light beams of a smaller opening angle range for the
  • the remaining light beams with larger angles are unavoidable and are coupled as a stray light in the lens.
  • they are then also guided in an undesired manner and can hit the Auskoppelabites.
  • the corresponding paths of the straightening light are straightening light paths, wherein the spectacle lens preferably has at least one unidirectional light path.
  • the coupling-out section in the spectacle lens according to the invention can have a plurality of adjacently arranged reflective deflecting surfaces.
  • the reflective deflection surfaces of the coupling-out section can also be referred to as reflective facets.
  • the reflective facets can be offset in the manner of a zig-zag line or one another
  • the at least one reflective deflecting surface may be spaced as a buried deflecting surface both from the front side and from the rear side of the spectacle lens.
  • At least one of the reflective deflection surfaces can be designed plan. Additionally or alternatively, at least one of the reflective deflecting surfaces may be curved.
  • the front side and / or the rear side can be curved.
  • the front and / or back is formed as a smooth, continuous surface.
  • 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 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 or partially reflective layer within the spectacle lens. In this case, a reflective or partially reflective layer may be provided, so that the front or back serves as a further reflective surface. However, it is also possible to provide two spaced-apart reflective layers (one of which may be designed as a partially reflective layer in the meantime).
  • the spectacle lens according to the invention can, seen in plan view, have an L-shape.
  • the spectacle lens according to the invention can have the optical approach at the edge or in an area outside the center of the spectacle lens.
  • the optical approach can be directly connected to the spectacle lens (eg cemented or glued).
  • the optical approach together with the rest of the lens can be formed integrally.
  • the light guide channel extends through the entire spectacle lens and thus preferably also through the optical attachment.
  • the coupling-in section can be formed at the base.
  • the coupling-in section may be an entry surface. This can be flat or curved.
  • the spectacle lens according to the invention preferably has an imaging property for the light bundles of the pixels.
  • the spectacle lens according to the invention performs a virtual imaging.
  • the optical effect of the spectacle lens according to the invention may correspond to that of a magnifying glass.
  • 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.
  • the imaging optics in addition to the spectacle lens may still comprise a further optical element, which is preferably arranged between the spectacle lens and the image generation module.
  • the further optical element may be spaced from the spectacle lens or in direct optical contact with it (eg by cementing or gluing).
  • the display device may include a control unit that controls the image generation module.
  • the imaging module may in particular comprise a planar imager such.
  • a planar imager such as an LCD module, a LCoS module, an OLED module or a tilting mirror matrix.
  • the imager may include a plurality of pixels, e.g. B. can be arranged in rows and columns.
  • 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.
  • Fig. 1 is a schematic perspective view of an embodiment of
  • FIG. 2 is an enlarged perspective view of the first spectacle lens including a schematic representation of the imaging element
  • Fig. 3 is a plan view of the illustration of Fig. 2;
  • Fig. 4 is an enlarged perspective view of Figure 2, with only light rays are drawn, the intended contribute to the image;
  • Fig. 5 is a plan view of the illustration of Fig. 4;
  • FIG. 6 is an enlarged perspective view of FIG. 2, wherein in addition to five
  • Fig. 7 is a plan view of the illustration of Fig. 6;
  • Fig. 8 is a representation according to FIG. 2 for explaining the disturbing influence of
  • Fig. 9 is a plan view of the view of FIG. 8;
  • FIG. 10 is a perspective view of FIG. 8 of a non-inventive
  • Eyeglass lens in which a plurality of false light paths are shown, and
  • FIG. 10th is a plan view of the illustration of FIG. 10th
  • the display device 1 comprises a can be placed on the head of a user holding device 2, the z. B. may be formed in the manner of a conventional spectacle frame, and a first and a second
  • the holding device 2 with the lenses 3, 4 can, for. B. be designed as sports glasses, sunglasses and / or glasses for the correction of ametropia, wherein the user on 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. 1.
  • the imaging module 5 may comprise a two-dimensional imaging element 6 (e.g., Figs. As an OLED, an LCD or a LCoS chip or a tilting mirror matrix, with a variety of z. B. arranged in rows and columns pixels.
  • the first spectacle lens is shown enlarged in a perspective view, wherein the image forming element 6 is also shown.
  • the lens 3 is velvet
  • 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. 2
  • the first spectacle lens 3 has an optical projection 7, which is connected to the first spectacle lens 3 (for example, cemented) and the image-forming element 6 or the Imager 6 is downstream.
  • the optical projection 7 is thus part of the first spectacle lens 3.
  • a light beam 9 can emanate from each pixel of the image generator 6.
  • a control unit (not shown), which may be part of the image generation module 5, the desired image can be generated.
  • the light beams of the light beams 9 are shown, which are to contribute according to the invention for image generation, and in Fig. 6 and 7 is representative of the light beam 9 of the beam path of five light beams 9 (preferably the main beams) located, so that below also from the light beam 9 is the speech.
  • the representations of FIGS. 4 and 5 as well as FIGS. 6 and 7 respectively correspond to those of FIGS. 2 and 3, wherein, however, the light beams 9 are additionally drawn in.
  • the emanating from the imager 6 light beams 9 enter via a coupling section 1 1 at the optical projection 7 in the first lens 3 and are in this along a
  • the decoupling portion 13 has a plurality of reflective To steering surfaces 14, where a reflection of the light rays 9 toward the back 15 of the first
  • Spectacle lens 3 takes place, so that the light rays 9 emerge from the first spectacle lens 3 via the rear side 15.
  • Fig. 5 and 7 for clarity, the fulcrum 16 of the eye of the user and the eyebox 17 and the exit pupil 1 7 of the first spectacle lens 3 for the virtual image of the m ittels of Imager 6 generated image drawn.
  • 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 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 leadership of the light beam 9 in the light guide channel 12 may, for. B. by total internal reflection at the surfaces F1 - F3, the front 18 and the back 15 done. It is also possible that the surfaces F1 - F3, the front side 18 and / or the rear side 15 in the region of
  • Licht Setskanals 12 have a reflective or partially reflecting coating to effect the desired light guide.
  • a partial surface F4 of the optical projection 7 (in this case the surface F3) is designed as a blocking surface which is absorbent for false light 9 'coming from the imager 6.
  • the false light occurs because the angle spectrum of the emitted and generated by the imager 6 or by each pixel of the imager 6 and partially coupled
  • Light rays is significantly larger than the angle required for image generation angle spectrum. Due to the geometry of the first spectacle lens 3 (including the optical projection 7), in addition to the useful light path for the light beams 9 different unwanted light paths or Falichtichtpfade for the light beams 9 'from the unnecessary angle spectrum, which cause the light beams 9' as unwanted stray light in superposition with the light beams 9 are perceptible to a user with attached display device 1. This is shown in FIGS. 6 and 7 for the light beams 9 'which are blocked by the false light blocking surface F4 according to FIGS. 2 to 5.
  • False light blocking surface F4 not provided, so that the false light beams 9 'to the exit pupil 1 7' of the spectacle lens 3 'reach.
  • the provision according to the invention of the false light blocking surface F4 results in that the stray light 9 'according to FIGS. 8 and 9 is no longer perceptible to the user.
  • the mischief path shown in FIGS. 6 to 9 is a misfit path which carries more energy than other misfed paths.
  • Figures 10 and 11 all are
  • False light paths in a non-inventive spectacle lens 3 ' (which essentially differs from a spectacle lens 3 according to the invention only in that no false light blocking surface is provided) are shown. It can be seen that a variety of False light paths are present. However, as already stated, the misfiring path shown in Figs. 6 and 7 is the most disturbing, since most of the energy is transported therein. Due to the blocking surface F4 this false light path is effectively blocked or blocked, so that the image impression for the user is significantly better compared to the case in which the blocking surface F4 is not present.
  • the thickness of the spectacle lens 3 may be 4 mm.
  • the structure depth of a single order steering surface can, for. B. in the range of 0.45 mm.
  • 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). As shown in the figures, 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 mindestens eine reflektive Umlenkfläche (14) 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, wobei das Brillenglas mindestens einen Falschlichtpfad aufweist, in dem von Pixeln des erzeugten Bildes ausgehendes Falschlicht (9') geführt wird, und wobei eine Teilfläche (F4) des Brillenglases (3), die im Falschlichtpfad liegt, als Falschlicht- Sperrfläche (F4) ausgebildet ist.

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 kann Falschlicht so auf den Auskoppelabschnitt treffen, dass es zusammen m it den Lichtbündeln ausgekoppelt wird, wodurch ein optisch schlechteres Ergebnis erzielt wird.
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 eine Teilfläche des Brillenglases, die im Falschlichtpfad liegt, als Falschlicht- Sperrfläche ausgebildet ist. Dadurch wird das Falschlicht effektiv blockiert und gelangt nicht zum Auskoppelabschnitt, so dass es auch nicht über den Auskoppelabschnitt zusammen mit den Lichtbündeln ausgekoppelt wird. Dies führt in vorteilhafter Weise zu besseren optischen Eigenschaften des
erfindungsgemäßen Brillenglases. Insbesondere kann die Falschlicht-Sperrfläche das Falschlicht absorbieren. Dam it wird sichergestellt, dass eine effektive Falschlichtunterdrückung durchgeführt ist.
Das Brillenglas kann mehrere Falschlichtpfade aufweisen, wobei die Falschlicht-Sperrfläche in dem Falschlichtpfad liegt, durch den mehr Energie transportiert wird als durch zumindest einen der anderen Falschlichtpfade. Insbesondere kann die Sperrfläche in dem Falschlichtpfad liegen, durch den die meiste Energie transportiert wird. Damit wird eine deutliche Verbesserung im Vergleich zu einem Brillenglas ohne Falschlicht-Sperrfläche erreicht.
Insbesondere kann die Falschlicht-Sperrfläche an einer äußeren Grenzfläche des Brillenglases ausgebildet sein. Dies vereinfacht die Herstellung des erfindungsgemäßen Brillenglases. Natürlich kann das erfindungsgemäße Brillenglas mehrere Falschlicht-Sperrflächen aufweisen, die das Falschlicht mehrerer Falschlichtpfade blockiert. Die Lichtbündel der Pixel des erzeugten Bildes weisen einen vorbestimmten Öffnungswinkel auf. Dieser hängt z. B. von der Art der Erzeugung des Bildes ab. Beispielsweise kann das Bild mittels eines flächigen Bildgebers, wie z. B. ein LCD-Modul, ein LCoS-Modul, ein OLED-Modul oder eine Kippspiegelmatrix, erzeugt werden . Von den Lichtstrahlen des Lichtbündels werden jedoch in der Regel nur Lichtstrahlen eines kleineren Öffnungswinkelbereichs für die
Bilddarstellung genutzt. Die restlichen Lichtstrahlen mit größeren Winkeln sind nicht vermeidbar und werden als Falschlicht in das Brillenglas eingekoppelt. Im Brillenglas werden sie dann auch in unerwünschter Weise geführt und können auf den Auskoppelabschnitt treffen. Die entsprechenden Pfade des Falschlichtes sind Falschlichtpfade, wobei das Brillenglas bevorzugt zumindest einen Falschlichtpfad aufweist.
Des Weiteren kann der Auskoppelabschnitt bei dem erfindungsgemäßen Brillenglas mehrere nebeneinander angeordnete reflektive Um lenkflächen aufweisen. Die reflektiven Umlenkflächen des Auskoppelabschnitts können auch als reflektive Facetten bezeichnet werden. Die reflektiven Facetten können zueinander versetzt in Art einer Zick-Zack-Linie oder eine
Sägezahnlinie angeordnet sein. Insbesondere kann die zumindest eine reflektive Um lenkfläche als vergrabene Um lenkfläche sowohl von der Vorderseite als auch von der Rückseite des Brillenglases beabstandet sein.
Mindestens eine der reflektierenden Umlenkflächen kann plan ausgebildet sein. Zusätzlich oder alternativ kann m indestens eine der reflektiven Umlenkflächen gekrümmt ausgebildet sein.
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.
Das Brillenglas kann aus einem Kunststoffmaterial gebildet sein. Es ist auch möglich, dass das Brillenglas aus einem Glasmaterial gebildet ist.
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 oder teilreflektiven Schicht innerhalb des Brillenglases bewirkt wird. Dabei kann eine reflektive oder teilreflektive Schicht vorgesehen sein , so dass die Vorder- oder Rückseite als weitere reflektive Fläche dient. Es können jedoch auch zwei voneinander beabstandete reflektive Schichten (von denen zum indest eine als teilreflektive Schicht ausgebildet sein kann) vorgesehen sein.
Das erfindungsgemäße Brillenglas kann, in Draufsicht gesehen, eine L-Form aufweisen. Dazu kann das erfindungsgemäße Brillenglas am Rand oder in einem Bereich außerhalb der Mitte des Brillenglases den optischen Ansatz aufweisen. Der optische Ansatz kann direkt m it dem Brillenglas verbunden sein (z. B. verkittet oder verklebt) . Alternativ kann der optische Ansatz zusammen m it dem restlichen Brillenglas einstückig ausgebildet sein.
Der Lichtführungskanal erstreckt sich durch das gesamte Brillenglas und somit bevorzugt auch durch den optischen Ansatz. Der Einkoppelabschnitt kann am Ansatz ausgebildet sein. Bei dem Einkoppelabschnitt kann es sich um eine Eintrittsfläche handeln . Diese kann plan oder gekrümmt sein.
Das erfindungsgemäße Brillenglas weist für die Lichtbündel der Pixel bevorzugt eine abbildende Eigenschaft auf. Insbesondere führt das erfindungsgemäße Brillenglas eine virtuelle Abbildung durch. Die optische Wirkung des erfindungsgemäßen Brillenglases kann der einer Lupe entsprechen.
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 bevorzugt zwischen dem Brillenglas und dem Bilderzeugungsmodul angeordnet ist. Das weitere optische Element kann vom Brillenglas beabstandet sein oder mit ihm in direktem optischen Kontakt stehen (z. B. durch Verkitten oder Verkleben) .
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 :
Fig. 1 eine schematische perspektivische Darstellung einer Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung ;
Fig. 2 eine vergrößerte perspektivische Ansicht des ersten Brillenglases einschließlich einer schematischen Darstellung des Bilderzeugungselementes;
Fig. 3 eine Draufsicht auf die Darstellung von Fig. 2; Fig. 4 eine vergrößerte perspektivische Ansicht gemäß Fig. 2, wobei nur Lichtstrahlen eingezeichnet sind, die bestimmungsgemäß zur Bilderzeugung beitragen;
Fig. 5 eine Draufsicht auf die Darstellung von Fig. 4;
Fig. 6 eine vergrößerte perspektivische Ansicht gemäß Fig. 2, wobei neben fünf
Lichtstrahlen 9, die bestimmungsgemäß zur Bilderzeugung beitragen, noch Falschlicht 9' eingezeichnet ist;
Fig. 7 eine Draufsicht auf die Darstellung von Fig. 6;
Fig. 8 eine Darstellung gemäß Fig. 2 zur Erläuterung des störenden Einflusses des
Falschlichts bei einem nicht erfindungsgemäßen Brillenglas;
Fig. 9 eine Draufsicht auf die Ansicht gemäß Fig. 8;
Fig. 10 eine perspektivische Ansicht gemäß Fig. 8 eines nicht erfindungsgemäßen
Brillenglases, bei dem mehrere Falschlichtpfade dargestellt sind, und
Fig. 1 1 eine Draufsicht auf die Darstellung gemäß Fig. 10.
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 (z. B. Fig. 2 und 4), 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.
In Fig. 2 ist das erste Brillenglas in einer perspektivischen Darstellung vergrößert gezeigt, wobei das Bilderzeugungselement 6 ebenfalls gezeigt ist. In Fig. 3 ist das Brillenglas 3 samt
Bilderzeugungselement in einer Ansicht von oben dargestellt. Die Brillengläser 3 und 4 und insbesondere das erste Brillenglas 3 sind nur beispielshalber zusammen m it 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, perspektivischen Darstellung in Fig. 2 ersichtlich ist, weist das erste Brillenglas 3 einen optischen Ansatz 7 auf, der mit dem ersten Brillenglas 3 verbunden ist (z. B. verkittet) und der dem Bilderzeugungselement 6 bzw. dem Bildgeber 6 nachgeordnet ist. Der optische Ansatz 7 ist som it Teil des ersten Brillenglases 3. Von jedem Pixel des Bildgebers 6 kann ein Lichtbündel 9 ausgehen. Durch eine entsprechende individuelle Ansteuerung der Pixel des Bildgebers 6 mittels einer Steuereinheit (nicht gezeigt) , die Teil des Bilderzeugungsmoduls 5 sein kann, kann das gewünschte Bild erzeugt werden. In Fig. 4 und 5 sind die Lichtstrahlen der Lichtbündel 9 eingezeichnet, die erfindungsgemäß zur Bilderzeugung beitragen sollen, und in Fig. 6 und 7 ist stellvertretend für die Lichtbündel 9 der Strahlengang von fünf Lichtstrahlen 9 (bevorzugt der Hauptstrahlen) eingezeichnet, so dass nachfolgend auch vom Lichtstrahl 9 die Rede ist. Die Darstellungen von Fig. 4 und 5 sowie Fig. 6 und 7 entsprechen jeweils denen von Fig. 2 und 3, wobei jedoch zusätzlich die Lichtstrahlen 9 eingezeichnet sind. Die vom Bildgeber 6 ausgehenden Lichtstrahlen 9 treten über einen Einkoppelabschnitt 1 1 am optischen Ansatz 7 in das erste Brillenglas 3 ein und werden in diesem entlang eines
Lichtführungskanals 12 bis zu einem Auskoppelabschnitt 13 geführt. Dazu finden Reflexionen an den Flächen F1 , F2 und F3 sowie an Vorderseite 18 und Rückseite 15 des ersten
Brillenglases 3 statt. Der Auskoppelabschnitt 13 weist mehrere reflektive Um lenkflächen 14 auf, an denen eine Reflexion der Lichtstrahlen 9 in Richtung zur 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. In Fig. 5 und 7 ist zur Verdeutlichung der Drehpunkt 16 des Auges des Benutzers sowie die Eyebox 17 bzw. die Austrittspupille 1 7 des ersten Brillenglases 3 für die virtuelle Abbildung des m ittels des Bildgebers 6 erzeugten Bildes 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 den schematischen Darstellungen von Fig. 2 bis 7 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 den Flächen F1 - F3, der Vorderseite 18 und der Rückseite 15 erfolgen. Es ist auch möglich, dass die Flächen F1 - F3, die Vorderseite 18 und/oder die Rückseite 15 im Bereich des
Lichtführungskanals 12 eine reflektierende oder teilreflektierende Beschichtung aufweisen, um die gewünschte Lichtführung zu bewirken.
Wie in Fig. 2 bis 7 schraffiert dargestellt ist, ist eine Teilfläche F4 des optischen Ansatzes 7 (hier der Fläche F3) als Sperrfläche ausgebildet, die für vom Bildgeber 6 kommendes Falschlicht 9' absorbierend ist. Das Falschlicht tritt auf, da das vom Bildgeber 6 bzw. von jedem Pixel des Bildgebers 6 erzeugte und zum Teil eingekoppelte Winkelspektrum der ausgesendeten
Lichtstrahlen deutlich größer ist als das zur Bilderzeugung benötigte Winkelspektrum . Aufgrund der Geometrie des ersten Brillenglases 3 (einschließlich des optischen Ansatzes 7) ergeben sich neben dem Nutzlichtpfad für die Lichtstrahlen 9 verschiedene unerwünschte Lichtwege bzw. Falschlichtpfade für die Lichtstrahlen 9' aus dem nicht benötigten Winkelspektrum , die dazu führen, dass die Lichtstrahlen 9' als unerwünschtes Störlicht in Überlagerung mit den Lichtstrahlen 9 für einen Benutzer bei aufgesetzter Anzeigevorrichtung 1 wahrnehmbar sind. Dies ist in Figuren 6 und 7 für die Lichtstrahlen 9' gezeigt, die m it der Falschlicht-Sperrfläche F4 gemäß Fig. 2 bis 5 blockiert werden.
In Fig. 8 und 9 ist als Vergleich bei einem nicht erfindungsgemäßen Brillenglas 3' die
Falschlicht-Sperrfläche F4 nicht vorgesehen, so dass auch die Falschlicht-Lichtstrahlen 9' zur Austrittspupille 1 7' des Brillenglases 3' gelangen.
Somit führt das erfindungsgemäße Vorsehen der Falschlicht-Sperrfläche F4 dazu, dass das Falschlicht 9' gemäß Figuren 8 und 9 für den Benutzer nicht mehr wahrnehmbar ist.
Bei dem in Figuren 6 bis 9 gezeigten Falschlichtpfad handelt es sich um einen Falschlichtpfad, der mehr Energie transportiert als andere Falschlichtpfade. In Figuren 10 und 1 1 sind alle
Falschlichtpfade bei einem nicht erfindungsgemäßen Brillenglas 3' (das sich im Wesentlichen von einem erfindungsgemäßen Brillenglas 3 nur dadurch unterscheidet, dass keine Falschlicht- Sperrfläche vorgesehen ist) eingezeichnet. Daraus ist ersichtlich, dass eine Vielzahl von Falschlichtpfaden vorliegen. Wie bereits dargelegt wurde, ist jedoch der in Figuren 6 und 7 gezeigte Falschlichtpfad der störendste, da in diesem die meiste Energie transportiert wird. Aufgrund der Sperrfläche F4 wird dieser Falschlichtpfad effektiv gesperrt bzw. blockiert, so dass der Bildeindruck für den Benutzer deutlich besser ist im Vergleich zu dem Fall, bei dem die Sperrfläche F4 nicht vorhanden ist.
Bei der hier beschriebenen Ausführungsform kann beispielsweise die Dicke des Brillenglases 3 4 mm betragen. Die Strukturtiefe einer einzelnen Um lenkfläche kann z. B. im Bereich von 0,45 mm liegen.
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 1 5 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 m indestens eine reflektive Um lenkfläche (14) 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,
wobei das Brillenglas mindestens einen Falschlichtpfad aufweist, in dem von Pixeln des erzeugten Bildes ausgehendes Falschlicht (9') geführt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Teilfläche (F4) des Brillenglases (3) , die im Falschlichtpfad liegt, als Falschlicht-Sperrfläche (F4) ausgebildet ist.
2. Brillenglas nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Falschlicht-Sperrfläche das Falschlicht (9') absorbiert.
3. Brillenglas nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Brillenglas (3) mehrere Falschlichtpfade aufweist, wobei die Falschlicht-Sperrfläche (F4) in dem Falschlichtpfad liegt, durch den mehr Energie transportiert wird als durch zumindest einen der anderen Falschlichtpfade.
4. Brillenglas nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Falschlicht-Sperrfläche (F4) an einer äußeren Grenzfläche des Brillenglases (3) ausgebildet ist.
5. Brillenglas nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass m indestens eine reflektive Umlenkfläche (14) gekrümmt ausgebildet ist.
6. Brillenglas nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es aus einem Kunststoffmaterial gebildet ist.
7. 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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