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Title:
EYEGLASS LENS FOR A DISPLAY DEVICE, WHICH DISPLAY DEVICE CAN BE PLACED ON THE HEAD OF A USER AND PRODUCES AN IMAGE, AND DISPLAY DEVICE HAVING SUCH AN EYEGLASS LENS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2015/044301
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an eyeglass lens for a display device (1), which display device can be placed on the head of a user and produces an image, said eyeglass lens comprising: an eyeglass lens body (7), which has a front side (8) and a back side (9); as viewed in a top view of the eyeglass lens (3, 4), a coupling-in segment (20) in an edge region (12) of the eyeglass lens (3, 4) and a coupling-out segment (21) in a center region (13) of the eyeglass lens (3, 4); two opposite reflection surfaces (8, 9) in the region of the coupling-in segment (20); and facets (26), which are embedded in the eyeglass lens body (7) between the two reflection surfaces (8, 9), in the region of the coupling-in segment (20), and which are arranged next to each other in a first and an adjoining second region (30, 31) in the direction from the coupling-in segment (20) to the coupling-out segment (21); wherein the facets (26) in the first region (30) are partially reflective or reflective, the facets (26) in the second region (31) are partially reflective, and directly adjacent facets (26) in the second region are connected by a flank (27), which is partially transparent or transparent, wherein the eyeglass lens (3, 4) is suitable for guiding light bundles (24, 24', 24") of pixels of the produced image, which are coupled into the eyeglass lens (3, 4) by means of the coupling-in segment (20) of the eyeglass lens, in the eyeglass lens (3, 4) to the coupling-out segment (21) by means of reflections and for coupling said light bundles out of the eyeglass lens (3, 4) by means of the coupling-out segment (21), and wherein the facets (26) in the first region (30) reflect the light bundles (24, 24') incident on said facets for coupling in at least partially toward the second reflection surface (9), on which a reflection in the direction of the first reflection surface (8) occurs in order to guide the light bundles (24, 24'), wherein light bundles (24) thereby incident on the flanks (27) in the second region (31) pass through the flanks (27) to the first reflection surface (8) and are reflected on the first reflection surface (8) in order to guide the light bundles and are transmitted by the partially reflective facets (26) in the second region (31) after the reflection.

Inventors:
DOBSCHAL HANS-JÜRGEN (DE)
LINDIG KARSTEN (DE)
Application Number:
PCT/EP2014/070556
Publication Date:
April 02, 2015
Filing Date:
September 25, 2014
Export Citation:
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Assignee:
ZEISS CARL AG (DE)
International Classes:
G02B27/00; G02B27/01
Domestic Patent References:
WO2006025317A12006-03-09
Foreign References:
EP1385023A12004-01-28
US20130250429A12013-09-26
US8189263B12012-05-29
US20090190222A12009-07-30
Attorney, Agent or Firm:
GRIMM, CHRISTIAN (DE)
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Claims:
Patentansprüche

1 . Brillenglas für eine auf den Kopf eines Benutzers aufsetzbare und ein Bild erzeugende Anzeigevorrichtung (1 ),

mit einem eine Vorderseite (8) und eine Rückseite (9) aufweisenden Brillenglaskörper (7), mit, in Draufsicht auf das Brillenglas (3, 4) gesehen, einem Einkoppelabschnitt (20) in einem Randbereich (12) des Brillenglases (3, 4) und einem Auskoppelabschnitt (21 ) in einem Mittelbereich (13) des Brillenglases (3, 4),

mit zwei gegenüberliegenden Reflexionsflächen (8, 9) im Bereich des Einkoppelabschnittes (20),

und mit Facetten (26), die im Bereich des Einkoppelabschnittes (20) im Brillenglaskörper (7) zwischen den beiden Reflexionsflächen (8, 9) eingebettet und in Richtung vom Einkoppel- zum Auskoppelabschnitt (20, 21 ) in einem ersten und einem daran anschließenden zweiten Bereich (30, 31 ) nebeneinander angeordnet sind,

wobei die Facetten (26) im ersten Bereich (30) teilreflektiv oder reflektiv sind, die Facetten (26) im zweiten Bereich (31 ) teilreflektiv sind und unmittelbar benachbarte Facetten (26) im zweiten Bereich durch eine Flanke (27) verbunden sind, die teiltransparent oder transparent ist, wobei das Brillenglas (3, 4) dazu geeignet ist, Lichtbündel (24, 24', 24") von Pixeln des erzeugten Bildes, die über den Einkoppelabschnitt (20) des Brillenglases in das Brillenglas (3, 4) eingekoppelt sind, im Brillenglas (3, 4) durch Reflexionen bis zum Auskoppelabschnitt (21 ) zu führen und über den Auskoppelabschnitt (21 ) aus dem Brillenglas (3, 4) auszukoppeln, und wobei die Facetten (26) im ersten Bereich (30) die zur Einkopplung auf sie treffenden Lichtbündel (24, 24') zumindest zum Teil zur zweiten Reflexionsfläche (9) reflektieren, an der zur Führung der Lichtbündel (24, 24') eine Reflexion in Richtung zur ersten Reflexionsfläche (8) stattfindet, wobei dadurch auf die Flanken (27) im zweiten Bereich (31 ) treffende Lichtbündel (24) durch die Flanken (27) bis zur ersten Reflexionsfläche (8) laufen und an der ersten Reflexionsfläche (8) zur Führung der Lichtbündel reflektiert und nach der Reflexion durch die teilreflektiven Facetten (26) im zweiten Bereich (31 ) transmittiert werden.

2. Brillenglas nach Anspruch 1 , bei dem die erste Reflexionsfläche (8) durch die Vorderseite gebildet ist.

3. Brillenglas nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die zweite Reflexionsfläche (9) durch die Rückseite gebildet ist.

4. Brillenglas nach Anspruch 1 , bei dem die erste und/oder zweite Reflexionsfläche zwischen Vorder- und Rückseite (8, 9) ausgebildet ist. 5. Brillenglas nach einem der obigen Ansprüche, bei dem die erste und/oder zweite Reflexionsfläche plan ausgebildet ist.

6. Brillenglas nach einem der obigen Ansprüche, bei dem die Reflektivität der ersten Reflexionsfläche in Richtung vom Einkoppel- zum Auskoppelabschnitt (20, 21 ) hin zunimmt.

7. Brillenglas nach einem der obigen Ansprüche, bei dem die Reflektivität der Facetten (26, 28) in Richtung vom Einkoppel- zum Auskoppelabschnitt (20, 21 ) hin zunimmt.

8. Brillenglas nach einem der obigen Ansprüche, bei dem der Einkoppelabschnitt (20) und/oder der Auskoppelabschnitt (21 ) eine abbildende Wirkung aufweisen/aufweist.

9. Brillenglas nach einem der obigen Ansprüche, bei dem der Einkoppelabschnitt (20) eine Kollimationswirkung aufweist. 10. Brillenglas für eine auf den Kopf eines Benutzers aufsetzbare und ein Bild erzeugende Anzeigevorrichtung (1 ),

mit einem eine gekrümmte Vorderseite (8) und eine Rückseite (9) aufweisenden Brillenglaskörper (7),

mit, in Draufsicht auf das Brillenglas (3, 4) gesehen, einem Einkoppelabschnitt (20) in einem Randbereich (12) des Brillenglases (3, 4) und einem Auskoppelabschnitt (21 ) in einem Mittelbereich (13) des Brillenglases (3, 4),

mit zwei gegenüberliegenden Reflexionsflächen (8, 9) im Bereich des Auskoppelabschnittes (21 ),

und mit Facetten (28), die im Bereich des Auskoppelabschnittes (21 ) im Brillenglaskörper (7) zwischen den beiden Reflexionsflächen (8, 9) eingebettet und in Richtung vom Einkoppel- zum Auskoppelabschnitt (20, 21 ) in einem ersten und einem daran anschließenden zweiten Bereich (34, 35) nebeneinander angeordnet sind, wobei die Facetten (28) im ersten Bereich (34) teilreflektiv sind, die Facetten (28) im zweiten Bereich (35) teilreflektiv oder reflektiv sind und unmittelbar benachbarte Facetten (28) im ersten Bereich (34) durch eine Flanke (29) verbunden sind, die teiltransparent oder transparent ist, wobei das Brillenglas (3, 4) dazu geeignet ist, Lichtbündel (24, 24', 24") von Pixeln des erzeugten Bildes, die über den Einkoppelabschnitt (20) des Brillenglases in das Brillenglas (3, 4) eingekoppelt sind, im Brillenglas (3, 4) durch Reflexion bis zum Auskoppelabschnitt (21 ) zu führen und über den Auskoppelabschnitt (21 ) aus dem Brillenglas (3, 4) auszukoppeln, und wobei die Facetten (28) im ersten Bereich (34) die zur Auskopplung auf sie treffenden Lichtbündel (24, 24', 24") zum Teil zur Auskopplung zur zweiten Reflexionsfläche (9) hin reflektieren und zum Teil zur ersten Reflexionsfläche (8) transmittieren, an der eine Reflexion in Richtung zur zweiten Reflexionsfläche (9) stattfindet, wobei dadurch auf die Flanken (29) im ersten Bereich (34) treffende Lichtbündel (24, 24") durch die Flanken (29) bis zur zweiten Reflexionsfläche (9) laufen und an der zweiten Reflexionsfläche (9) zu Facetten (28) im zweiten Bereich (35) reflektiert und von diesen zur Auskopplung zur zweiten Reflexionsfläche (9) hin reflektiert werden.

1 1 . 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, die ein Brillenglas (3, 4) nach einem der obigen Ansprüche aufweist und die das erzeugte Bild im auf den Kopf aufgesetzten Zustand der Haltevorrichtung (2) so abbildet, dass es der Benutzer als virtuelles Bild wahrnehmen kann.

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 sowie eine Anzeigevorrichtung mit einem solchen Brillenglas.

Ein solches Brillenglas ist häufig so ausgebildet, dass Lichtbündel von Pixeln des erzeugten Bildes über einen Einkoppelabschnitt in das Brillenglas eingekoppelt, im Brillenglas durch interne Totalreflexion an Vorder- und Rückseite bis zu einem Auskoppelabschnitt geführt und dort so umgelenkt werden, dass eine Auskopplung über die Rückseite des Brillenglases erfolgt.

Bei dem Einkoppelabschnitt kann die Schwierigkeit auftreten, dass ein bereits eingekoppeltes bzw. umgelenktes Strahlenbündel nach interner Totalreflexion an der Rückseite erneut auf den Einkoppelbereich trifft und dort in unerwünschter Weise so abgelenkt wird, dass es in Falschlicht überführt wird. Um dies zu verhindern, mü ßte man die Dicke des Brillenglases größer machen (beispielsweise im Bereich von 10 bis 20 mm), was jedoch unerwünscht ist. Alternativ könnte man das Sichtfeld (Field of View) und/oder die Größe der Austrittspupille bzw. der Eyebox verringern, was jedoch auch unerwünscht ist.

Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, ein Brillenglas für eine auf den Kopf eines Benutzers aufsetzbare und ein Bild erzeugende Anzeigevorrichtung bereitzustellen, mit dem die eingangs genannten Schwierigkeiten so gut wie vollständig überwunden werden können.

Die Aufgabe wird durch ein Brillenglas für eine auf den Kopf eines Benutzers aufsetzbare und ein Bild erzeugende Anzeigevorrichtung gelöst, wobei das Brillenglas einen eine Vorderseite und eine Rückseite aufweisenden Brillenglaskörper sowie, in Draufsicht auf das Brillenglas gesehen, einen Einkoppelabschnitt in einem Randbereich des Brillenglases und einen Auskoppelabschnitt in einem Mittelbereich des Brillenglases, zwei gegenüberliegende Reflexionsflächen im Bereich des Einkoppelabschnittes und Facetten aufweist, die im Bereich des Einkoppelabschnittes im Brillenglaskörper zwischen den beiden Reflexionsflächen eingebettet und in Richtung vom Einkoppel- zum Auskoppelabschnitt in einem ersten und einem daran anschließenden zweiten Bereich nebeneinander angeordnet sind, wobei die Facetten im ersten Bereich teilreflektiv oder reflektiv sind, die Facetten im zweiten Bereich teilreflektiv sind und unmittelbar benachbarte Facetten im zweiten Bereich durch eine Flanke verbunden sind, die teiltransparent oder transparent ist, wobei das Brillenglas dazu geeignet ist, Lichtbündel von Pixeln des erzeugten Bildes, die über den Einkoppelabschnitt des Brillenglases in das Brillenglas eingekoppelt sind, im Brillenglas durch Reflexionen bis zum Auskoppelabschnitt zu führen und über den Auskoppelabschnitt aus dem Brillenglas auszukoppeln, und wobei die Facetten im ersten Bereich die zur Einkopplung auf sie treffenden Lichtbündel zumindest zum Teil zur zweiten Reflexionsfläche reflektieren, an der zur Führung der Lichtbündel eine Reflexion in Richtung zur ersten Reflexionsfläche stattfindet, wobei dadurch auf die Flanken im zweiten Bereich treffende Lichtbündel durch die Flanken bis zur ersten Reflexionsfläche laufen und an der ersten Reflexionsfläche zur Führung der Lichtbündel reflektiert und nach der Reflexion durch die teilreflektiven Facetten im zweiten Bereich transmittiert werden.

Durch diese Ausbildung der Facetten in den beiden Bereichen werden in vorteilhafter Weise im zweiten Bereich zwei optische Funktionen bereitgestellt. Einerseits werden die Lichtbündel, die bereits durch Reflexion an Facetten des ersten Bereiches zur Führung in das Brillenglas eingekoppelt sind, an der ersten Reflexionsfläche so reflektiert, dass sie nach Durchlaufen der Facetten des zweiten Bereiches (die Facetten werden quasi von hinten durchlaufen) in der gewünschten Art und Weise geführt werden. Andererseits werden die Lichtbündel, die noch einzukoppeln sind und erstmalig auf Facetten treffen (in diesem Fall auf Facetten des zweiten Bereiches) in der gewünschten Art und Weise so umgelenkt, dass sie ebenfalls zum Auskoppelabschnitt geführt werden .

Durch dieses Vorgehen können somit bereits eingekoppelte Lichtbündel problemlos auf den zweiten Bereich mit Facetten zur Einkopplung weiterer Lichtbündel treffen, so dass die Ausdehnung des Einkoppelabschnitts in Richtung zum Auskoppelabschnitt nicht durch die Tatsache begrenzt ist, dass bereits eingekoppelte Lichtbündel nicht erneut auf den Einkoppelabschnitt treffen dürfen. Die Gesamtheit aller einzukoppelnder Lichtbündel kann somit in der Richtung vom Einkoppel- zum Auskoppelabschnitt die gewünschte große Ausdehnung aufweisen, um ein großes Sichtfeld und/oder eine große Ausdehnung der Austrittspupille in dieser Richtung bereitzustellen. Natürlich kann der Einkoppelabschnitt auch noch einen dritten und weitere Bereiche aufweisen, der bzw. die sich an den zweiten Bereich anschließen und die in gleicher Weise wie der zweite Bereich bereits eingekoppelte Lichtbündel in der gewünschten Art weiterführt und erstmalig eintretende Lichtbündel so umlenkt, dass die gewünschte Führung zum Auskoppelabschnitt möglich ist. Die Vorderseite und/oder Rückseite des Brillenglaskörpers kann gekrümmt ausgebildet sein. Unter einer Facette wird insbesondere ein Flächenstück, ein Flächenelement oder eine Fläche verstanden. Das Flächenstück, das Flächenelement bzw. die Fläche kann die beschriebene optische Wirkung der Facette bereitstellen.

Insbesondere kann die erste Reflexionsfläche durch die Vorderseite gebildet sein. Ferner kann die zweite Reflexionsfläche durch die Rückseite gebildet sein.

Alternativ ist es möglich, dass die erste und/oder zweite Reflexionsfläche zwischen Vorder- und Rückseite ausgebildet ist. In diesem Fall kann die erste und/oder zweite Reflexionsfläche auch plan ausgebildet sein.

Die Reflektivität der ersten Reflexionsfläche kann in Richtung vom Einkoppel- zum Auskoppelabschnitt hin zunehmen. Auch die Reflektivität der Facetten kann in dieser Richtung zunehmen. Der Einkoppelabschnitt und/oder der Auskoppelabschnitt kann eine abbildende Wirkung aufweisen. Ferner kann der Einkoppelabschnitt eine Kollimationswirkung aufweisen.

Des weiteren wird ein Brillenglas für eine auf den Kopf eines Benutzers aufsetzbare und ein Bild erzeugende Anzeigevorrichtung bereitgestellt, wobei das Brillenglas einen eine gekrümmte Vorderseite und eine Rückseite aufweisenden Brillenglaskörper sowie, in Draufsicht auf das Brillenglas gesehen, einen Einkoppelabschnitt in einem Randbereich des Brillenglases und einen Auskoppelabschnitt in einem Mittelbereich des Brillenglases, zwei gegenüberliegende Reflexionsflächen im Bereich des Auskoppelabschnittes und Facetten aufweist, die im Bereich des Auskoppelabschnittes im Brillenglaskörper zwischen den beiden Reflexionsflächen eingebettet und in Richtung vom Einkoppel- zum Auskoppelabschnitt in einem ersten und einem daran anschließenden zweiten Bereich nebeneinander angeordnet sind, wobei die Facetten im ersten Bereich teilreflektiv sind, die Facetten im zweiten Bereich teilreflektiv oder reflektiv sind und unmittelbar benachbarte Facetten im ersten Bereich durch eine Flanke verbunden sind, die teiltransparent oder transparent ist, wobei das Brillenglas dazu geeignet ist, Lichtbündel von Pixeln des erzeugten Bildes, die über den Einkoppelabschnitt des Brillenglases in das Brillenglas eingekoppelt sind, im Brillenglas durch Reflexion bis zum Auskoppelabschnitt zu führen und über den Auskoppelabschnitt aus dem Brillenglas auszukoppeln, und wobei die Facetten im ersten Bereich die zur Auskopplung auf sie treffenden Lichtbündel zum Teil zur Auskopplung zur zweiten Reflexionsfläche hin reflektieren und zum Teil zur ersten Reflexionsfläche transmittieren, an die eine Reflexion in Richtung zur zweiten Reflexionsfläche stattfindet, wobei dadurch auf die Flanken im ersten Bereich treffende Lichtbündel durch die Flanken bis zur zweiten Reflexionsfläche laufen und an der zweiten Reflexionsfläche zu Facetten im zweiten Bereich reflektiert und von diesem zur Auskopplung zur zweiten Reflexionsfläche hin reflektiert werden.

Durch diese Ausbildung des Auskoppelabschnittes wird ein effektiver Pupillenexpander bereitgestellt.

Das Brillenglas mit diesen als Pupillenexpander ausgebildeten Auskoppelabschnitt kann in gleicher Weise wie das bereits beschriebene erfindungsgemäße Brillenglas weitergebildet werden. Insbesondere können die beiden Brillengläser auch in der Art und Weise kombiniert werden, dass die beschriebene Facetten-Struktur des Einkoppelabschnittes mit der beschriebenen Facetten-Struktur des Auskoppelabschnittes kombiniert ist.

Des weiteren wird ein optisches Element zur Führung von Lichtbündeln bereitgestellt, das einen transparenten Körper für die Lichtbündel mit einer Vorderseite und einer Rückseite, einen Einkoppelabschnitt und einen davon beabstandeten Auskoppelabschnitt, zwei gegenüberliegende Reflexionsflächen im Bereich des Einkoppelabschnittes und Facetten aufweist, die im Bereich des Einkoppelabschnittes zwischen den beiden Reflexionsflächen eingebettet und in Richtung vom Einkoppel- zum Auskoppelabschnitt in einem ersten und einem daran anschließenden zweiten Bereich nebeinander angeordnet sind, wobei die Facetten im ersten Bereich teilreflektiv oder reflektiv sind, die Facetten im zweiten Bereich teilreflektiv sind und unmittelbar benachbarte Facetten im zweiten Bereich durch eine Flanke verbunden sind, die teiltransparent oder transparent ist, wobei das optische Element dazu geeignet ist, die Lichtbündel, die über den Einkoppelabschnitt in das optische Element eingekoppelt sind, im optischen Element durch Reflexion bis zum Auskoppelabschnitt zu führen und über den Auskoppelabschnitt aus dem optischen Element auszukoppeln, und wobei die Facetten im ersten Bereich die zur Einkopplung auf sie treffenden Lichtbündel zumindest zum Teil zur zweiten Reflexionsfläche reflektieren, an der zur Führung der Lichtbündel eine Reflexion in Richtung zur ersten Reflexionsfläche stattfindet, wobei dadurch auf die Flanken im zweiten Bereich treffende Lichtbündel durch die Flanken bis zur ersten Reflexionsfläche laufen und an der ersten Reflexionsfläche zur Führung der Lichtbündel reflektiert und nach der Reflexion durch die teilreflektiven Facetten im zweiten Bereich transmittiert werden.

Ein derartiges optisches Element kann in gleicher Weise weitergebildet sein wie die bereits beschriebenen Brillengläser. Insbesondere können die beiden Reflexionsflächen an der Vorderseite und Rückseite ausgebildet sein. Ferner können die Reflexionsflächen die Reflexion durch innere Totalreflexion an Vorder- und Rückseite bewirken.

Die Facetten sind insbesondere so ausgebildet, dass sie keinen gewünschten diffraktiven Effekt bewirken.

Der erste und zweite Bereich des Einkoppel- und/oder Auskoppelabschnitts weisen bevorzugt jeweils zumindest eine, zwei oder mehrere Facetten auf.

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 erfindungsgemäßes Brillenglas aufweist und die das erzeugte Bild im auf den Kopf 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.

So kann das weitere optische Element 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.

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 selbstleuchtend oder nicht selbstleuchtend sein.

Das Bilderzeugungsmodul kann insbesondere so ausgebildet sein, dass es ein monochromatisches oder ein mehrfarbiges Bild erzeugt.

Das erfindungsgemäße Brillenglas kann aus Glas und/oder Kunststoff hergestellt sein.

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 1 ;

Fig. 2 eine vergrößerte Schnittansicht des ersten Brillenglases 3;

Fig. 3 eine vergrößerte Schnittansicht des Brillenglases 3 zur Beschreibung des Einkoppelabschnitts 20;

Fig. 4 eine nochmals vergrößerte Darstellung des Einkoppelabschnitts 20 von Fig. 3, und

Fig. 5 eine vergrößerte Schnittdarstellung des Auskoppelabschnitts 21 .

Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform umfaßt die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung 1 eine auf den Kopf des 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 und 4 kann z.B. als Sportbrille, Sonnenbrille und/oder Brille zur Korrektur einer Fehlsichtigkeit ausgebildet sein, wobei der Benutzer über das erste Brillenglas 3 ein virtuelles Bild in sein Gesichtsfeld eingespiegelt werden kann, wie nachfolgend beschrieben wird.

Die Brillengläser 3, 4 und insbesondere das linke Brillenglas 3 sind nur beispielshalber zusammen mit der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung 1 beschrieben. Die Brillengläser 3, 4 bzw. zumindest das linke Brillenglas 3 sind jeweils für sich als erfindungsgemäßes Brillenglas 3, 4 ausgebildet. Das erfindungsgemäße linke Brillenglas 3 kann natürlich auch als rechtes Brillenglas ausgebildet sein.

Wie am besten aus der Detailschnittansicht des ersten Brillenglases 3 in Fig. 2 ersichtlich ist (die Haltevorrichtung 2 ist nicht dargestellt), umfaßt die Anzeigevorrichtung 1 ein Bilderzeugungsmodul 5, eine Steuereinheit 6 und eine Einkoppeloptik 15. Das Bilderzeugungsmodul 5, die Steuereinheit 6 und die Einkoppeloptik 15 sind rein schematisch dargestellt und bevorzugt an der Haltevorrichtung 2 befestigt. Das Bilderzeugungsmodul 5 kann z.B. einen flächigen Lichtmodulator, wie z.B. einen OLED-, CMOS- oder LCoS-Chip oder eine Kippspiegelmatrix mit einer Vielzahl von z.B. in Spalten und Zahlen angeordneten Pixeln aufweisen. Von jedem Pixel kann ein Lichtbündel 24 ausgehen.

Das linke Brillenglas 3 weist einen Brillenglaskörper 7 mit einer gekrümmten Vorderseite 8 sowie einer gekrümmten Rückseite 9 auf, wobei an der Vorderseite 8 in einem Randbereich 12 des ersten Brillenglases 3 ein Einkoppelabschnitt 20 ausgebildet ist und in einem Mittelbereich 13 an der Vorderseite 8 des ersten Brillenglases 3 ein Auskoppelabschnitt 21 ausgebildet ist.

Wie in der schematischen Darstellung von Fig. 2 gezeigt ist, werden die vom Bilderzeugungsmodul 5 kommenden Lichtbündel 24, 24' (die ein Gesamtstrahlenbündel 33 bilden) mittels der Einkoppeloptik 15 kollimiert, treten über die Rückseite 9 in das erste Brillenglas 3 ein und treffen dort auf den Einkoppelabschnitt 20, der reflektiv in der Art ausgebildet ist, dass er eine Umlenkung der Lichtbündel 24 so bewirkt, dass diese danach im Brillenglas 3 durch innere Totalreflexion an Rück- und Vorderseite 9, 8 bis zum Auskoppelabschnitt 21 geführt werden. Der Auskoppelabschnitt 21 ist reflektiv ausgebildet und lenkt die Lichtbündel 24, 24' so in Richtung zur Rückseite 9 um, dass diese über die Rückseite 9 aus dem Brillenglas 3 ausgekoppelt werden und bis zu einer Austrittspupille 25 laufen. Der Benutzer kann bei aufgesetzter Haltevorrichtung sein Auge im Bereich der Austrittspupille 25 positionieren und somit das virtuelle Bild wahrnehmen.

Wie in der vergrößerten Darstellung des Einkoppelabschnittes 20 in Fig. 3 ersichtlich ist, weist der Einkoppelabschnitt 20 eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten teilreflektiven Facetten 26 auf, die zur Umlenkung der Lichtbündel 24, 24' dienen, wobei die Facetten 26 im Brillenglaskörper 7 vergraben und in der Richtung vom Einkoppel- zum Auskoppelabschnitt 20, 21 nebeneinander in einem ersten Bereich 30 und einem daran anschließenden zweiten Bereich 31 angeordnet sind. Die Ausdehnung der beiden Bereiche 30, 31 in y-Richtung ist so gewählt, dass sie der Ausdehnung des auf sie treffenden kollimierten Gesamtstrahlenbündels 33 entspricht. Aufgrund dieser Ausdehnung treffen die von den Facetten 26 des ersten Bereiches 30 umgelenkten Strahlenbündel 24 nach innerer Totalreflexion an der Rückseite 9 zur Führung der Strahlenbündel zum Auskoppelabschnitt auf den zweiten Bereich 31 , in dem die Facetten 26 zur Umlenkung der Lichtbündel 24' angeordnet sind. Es liegt somit im zweiten Bereich 31 eine Überlagerung von bereits durch innere Totalreflexion geführten Lichtbündeln 24 und noch einzukoppelnden bzw. so umzulenkenden Strahlenbündeln 24', dass sie auch durch innere Totalreflexion geführt werden können, vor. Um diese beiden optischen Anforderungen erfüllen zu können, sind die vergrabenen Facetten

26 im zweiten Bereich 31 jeweils durch transparente oder zumindest teiltransparente Flanken

27 verbunden, die in der vergrößerten Schnittdarstellung des zweiten Bereiches in Fig. 4 gestrichelt dargestellt sind.

Die Lichtbündel 24, die im ersten Bereich 30 des Einkoppelabschnitts 20 umgelenkt werden, treffen nach interner Totalreflexion an der Rückseite 9 auf den zweiten Bereich 31 des Einkoppelabschnittes 20. Aufgrund der beschriebenen transparenten oder teiltransparenten Ausbildung der Flanken 27 laufen die Lichtbündel 24 durch die Flanken 27 und werden an der Vorderseite 8 zur Führung totalreflektiert, laufen von hinten durch die teilreflektiven Facetten 26 im zweiten Bereich 31 und treffen wieder auf die Rückseite 9, so dass durch weitere Totalreflexionen an Rück- und Vorderseite 9, 8 die Lichtbündel 24 bestimmungsgemäß zum Auskoppelabschnitt 21 geführt werden. Die Lichtbündel 24' des kollimierten Gesamtstrahlenbündels 33, die zur Einkopplung erstmalig auf die Facetten 26 (hier im zweiten Bereich 31 ) treffen, werden zumindest zum Teil so zur Rückseite 9 zurückreflektiert, dass diese dann durch innere Totalreflexion an Rückseite 9 und Vorderseite 10 bis zum Auskoppelabschnitt geführt werden. Somit verwirklicht der zweite Bereich beide optische Anforderungen (Führung der bereits eingekoppelten Lichtbündel 24 und Einkopplung der weiteren Lichtbündel 24'). Wären die Flanken 27, wie bisher üblich, als reflektive Flanken ausgebildet, würde dies zu unerwünschtem Falschlicht führen. Erfindungsgemäß ist somit die Ausdehnung des Einkoppelabschnittes 20 in Richtung der Führung der Lichtbündel 24 im Brillenglas 3 nicht mehr dadurch beschränkt, dass ein bereits umgelenktes Lichtbündel 24 nicht erneut auf den Einkoppelabschnitt 20 treffen darf. Somit kann man selbst bei einem dünnen Brillenglas 3 und einem großen Bild bzw. Bildfeld (Größe des mittels des Bilderzeugungsmoduls 5 erzeugten Bildes) eine große Eyebox bzw. eine große Austrittspupille 25 realisieren.

Die Vorderseite 8 bildet somit im Einkoppelabschnitt 20 eine erste Reflexionsfläche und die Rückseite 9 bildet somit im Einkoppelabschnitt 20 eine zweite Reflexionsfläche, wobei die vergrabenen Facetten 26 zwischen beiden Reflexionsflächen angeordnet sind. Wenn die Flanken 27 im zweiten Bereich 31 transparent sind, sind sie in der Regel nicht mehr sichtbar. Die Darstellung der Flanken 27 in Fig. 3 sowie in Fig. 4 dient nur zum besseren Verständnis der Erfindung. Im ersten Bereich 30 können die die Facetten 26 verbindenden Flanken 27 transparent, teiltransparent oder reflektiv sein. Ferner können die Facetten 26 im ersten Bereich teilreflektiv oder reflektiv sein.

Zur Herstellung des Einkoppelabschnittes 20 müssen lediglich die Vertiefungen für die Facetten 26 an der Vorderseite 8 gebildet werden. Danach sind die Facetten 26 mit der entsprechenden Teilverspiegelungsschicht zu versehen, wobei jedoch die Flanken 27 nicht beschichtet werden. Danach werden die Facetten 26 bis zum ursprünglichen Radius der Vorderseite 8 aufgefüllt, so dass die Vorderseite 8 auch im Bereich des Einkoppelabschnittes 20 in der beschriebenen Weise zur Lichtführung mittels innerer Totalreflexion dient. Wie in der vergrößerten Darstellung in Fig. 5 ersichtlich ist, kann der Auskoppelabschnitt 21 mehrere nebeneinander angeordnete teilreflektive Facetten 28 aufweisen, die durch teilreflektive Flanken 29 oder transparente Flanken 29 verbunden sind. Dies führt zu dem Vorteil, dass ein Lichtbündel 24 das auf eine Facette 28 in einem ersten Bereich 34 des Auskoppelabschnitts 21 trifft, zum Teil zur Austrittspupille 25 hin umgelenkt wird und zum Teil 24T ' (gestrichelt dargestellt) transmittiert wird. Der transmittierte Teil 24^ wird an der Vorderseite 8 totalreflektiert, läuft durch die Flanke 29 im ersten Bereich 34 des Auskoppelabschnitts 21 und trifft nach erneuter Totalreflexion an der Rückseite 9 auf eine weitere teilreflektive Facette 28 (in einem zweiten Bereich 35 des Auskoppelabschnittes 21 ), an der eine erneute Umlenkung in Richtung zur Austrittspupille 25 erfolgt.

Es ist auch ein Strahlverlauf möglich, bei dem der durch die Facette 28 im ersten Bereich 34 transmittierte Teil zunächst durch die Flanke 29 läuft und dann auf die nächste Facette 28 im ersten Bereich 34 trifft und von dieser umgelenkt wird, wie für das Strahlenbündel 24 2 schematisch dargestellt ist. Auch an der nächsten Facette 28 kann wiederum ein Teil transmittiert werden, der dann nach erneuter Totalreflexion an Vorder- und Rückseite 8, 9 auf eine weitere Facette 28 im zweiten Bereich 35 trifft und von dieser umgelenkt wird. In dieser Art und Weise wirkt der Auskoppelabschnitt 21 als Pupillenexpander.

Die Facetten 28 sind somit in gleicher Weise vergrabene Facetten 28 wie die Facetten 26 des Einkoppelabschnitts 20. Die Facetten 26, 28 können sich bis zur Vorderseite 8 erstrecken oder können von der Vorderseite 8 beabstandet sein.

Die Facetten 26 des Einkoppelabschnittes 20 sowie die Facetten 28 des Auskoppelabschnittes 21 können so ausgebildet sein, dass neben der reinen Strahlumlenkung auch noch eine abbildende Wirkung realisiert wird. Die Form und Position der Facetten läßt sich z.B. mittels einer Optimierungsrechnung bestimmen. Dabei geht man von einer gekrümmten reflektiven Fläche aus, die die gewünschte abbildende Wirkung bereitstellt und die man dann durch die Facetten 26, 28 annähert. Dabei können die einzelnen Facetten 26, 28 plan oder gekrümmt sein. Ein derartiges Vorgehen ist beispielsweise in der WO 2010/097442 A1 und in der WO 2010/097439 A1 beschrieben, wobei die entsprechende Beschreibung samt Figuren dieser Druckschriften hiermit in die vorliegende Offenbarung aufgenommen wird. Die Reflektivität der Facetten 26, 28 kann konstant sein. Es ist jedoch auch möglich, dass die Reflektivität in Richtung der Strahlführung zu- oder abnimmt.

Bei der hier beschriebenen Ausführungsform der beschriebenen Anzeigevorrichtung 1 erfolgt die Einkopplung des virtuellen Bildes in das Gesichtsfeld des Benutzers über das linke Brillenglas 3. Natürlich ist auch eine Einkopplung über das rechte Brillenglas 4 möglich. Des weiteren kann die Anzeigevorrichtung 1 so ausgebildet sein, dass Bilder über beide Brillengläser 3, 4 eingespiegelt werden. Dies kann z.B. in der Art durchgeführt werden, dass ein dreidimensionaler Bildeindruck entsteht.

Die Brillengläser 3, 4 können z.B. aus Glas oder aus Kunststoff hergestellt sein.