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WO2015158830A1 - Anzeigevorrichtung und anzeigeverfahren - Google Patents

Anzeigevorrichtung und anzeigeverfahren Download PDF

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WO2015158830A1
WO2015158830A1 PCT/EP2015/058275 EP2015058275W WO2015158830A1 WO 2015158830 A1 WO2015158830 A1 WO 2015158830A1 EP 2015058275 W EP2015058275 W EP 2015058275W WO 2015158830 A1 WO2015158830 A1 WO 2015158830A1
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WO
WIPO (PCT)
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image
display device
user
spectacle lens
module
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/EP2015/058275
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English (en)
French (fr)
Inventor
Ersun Kartal
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Carl Zeiss Smart Optics GmbH
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
Application filed by Carl Zeiss Smart Optics GmbH filed Critical Carl Zeiss Smart Optics GmbH
Publication of WO2015158830A1 publication Critical patent/WO2015158830A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0033—Means for improving the coupling-out of light from the light guide
    • G02B6/005—Means for improving the coupling-out of light from the light guide provided by one optical element, or plurality thereof, placed on the light output side of the light guide
    • G02B6/0055—Reflecting element, sheet or layer

Definitions

  • the present invention relates to a display device having a holding device to be placed on the head of a user, an image module attached to the holding device, an image unit forming an image, and imaging optics to image the formed image in the head-mounted state of the holding device in that the user can perceive it as a virtual image, and a control unit for controlling the image module. Furthermore, the present invention relates to a corresponding display method for such a display device of the type mentioned.
  • Such display devices are typically designed such that the virtual image is presented to the user in a predetermined image plane having a predetermined distance from the imaging optics. This leads to difficulties in the use of such a display device in practice, since a user, when he moves outdoors, usually accommodated with his eyes to infinite. If he is in a closed room, the user will usually accommodate a shorter distance, for example in the range of 1 m to 3 m. Now, if the position of the image plane does not match, the user must, if he wants to perceive the virtual image, Accommodate on the image plane, which is perceived as disadvantageous. In particular, then the virtual image often no longer matches the perception of the environment, which gives the user a worse image impression.
  • a measuring module which measures the position of the head of the user and / or characterizing a property of the environment parameters in the mounted on the head state of the holding device, generates a data set and forwards it to the control unit, which controls the image module as a function of the data record in such a way that the virtual image is imaged in one of at least two different image planes of the image module.
  • the measuring module can be connected to the holding device (mechanically). In particular, it may be attached to the holding device.
  • the measuring module is not attached to the holding device and thus not mechanically connected to the holding device.
  • the measuring module can thus be provided as a separate module. It can e.g. be realized by a mobile phone, e.g. Measures location data as a parameter characterizing a property of the environment. This may be e.g. whether the user carrying the mobile phone is in a room or outdoors.
  • the transmission of the data set to the control unit can be wireless.
  • known radio protocols can be used.
  • a so-called Bluetooth connection can be used.
  • the measuring module may have a distance sensor.
  • the distance sensor can work in particular according to the transit time method. In the transit time method, a light pulse is emitted and the time is measured until the reflection of the light pulse arrives again at the distance sensor. The time required is proportional to the distance.
  • the measuring module can have a camera. On the one hand, a distance measurement can be carried out with this camera. On the other hand, a camera image can also be evaluated and the desired data record can be generated on the basis of this evaluation. In particular, a context-sensitive evaluation can be carried out automatically.
  • the measuring module may comprise a position sensor. Such position sensors are known to the person skilled in the art and can be designed, for example, as a gyroscope. Thus, the position sensor can measure the tilt angle of the holding device and thus of the head about one, two or also all three axes (for example x, y and z axis). The at least two different image planes differ, in particular, in their distance from the imaging optics.
  • a first of the image planes may be spaced from the imaging optics in the range of 0.5 m to 5 m.
  • a second image plane of the image planes may, for example, have a distance of greater than 5 m, greater than 10 m, greater than 20 m, greater than 30 m.
  • the second image plane can also lie at infinity.
  • the image module may have more than two different image planes.
  • it may have three, four, five, six, seven, eight, nine, ten or more image planes, which differ in particular in their distance from the imaging optics.
  • the imaging optics may comprise a spectacle lens having a coupling-in section in an edge region of the spectacle lens and a decoupling section in a middle region of the spectacle lens, the spectacle lens comprising a light-guiding channel, the light bundle of pixels of the generated image which are coupled into the spectacle lens via the coupling-in sections of the spectacle lens, in the spectacle lens leads to the coupling-out section in order to decouple it from the spectacle lens via the decoupling section.
  • the light guide may e.g. take place by total internal reflection at the front and back of the lens.
  • a reflective layer which replaces the reflection at the front or rear side can be arranged in the spectacle lens. It is also possible to arrange two spaced apart reflective layers in the spectacle lens, which then cause the light guidance from the coupling-in section to the decoupling section in the spectacle lens.
  • the decoupling portion may have a plurality of spaced-apart deflection surfaces, which are in particular formed as reflective or partially reflective deflection surfaces.
  • the reflective or partially reflective deflection surfaces can also be referred to as Fresnel surfaces.
  • the reflective or partially reflective deflection surfaces can cause a pure beam deflection. However, it is also possible to design the reflective or partially reflective deflection surfaces such that they also have an imaging effect in addition to the pure beam deflection. This imaging effect can for example be used to correct at least one aberration.
  • the reflective or partially reflective deflection surfaces are preferably each formed as a planar surface. However, it is also possible that the reflective or partially reflective deflection surfaces themselves are each curved.
  • the display device according to the invention may have further, known in the art elements that are necessary for their operation.
  • a display method for a display device having a holding device mounted on the head of a user and an image module attached to the holding device, the image unit forming an image, and imaging optics displaying the formed image in the upside down state of the holding device such that the user can perceive it as a virtual image, wherein the position of the head of the user and / or a parameter characterizing a property of the environment is measured in the head-mounted state of the holding device, and a data record is generated therefrom depending on the data set, the image module is driven such that the virtual image is imaged in one of at least two different image planes of the image module.
  • the display method according to the invention can have the method steps described in connection with the display device according to the invention (including its developments).
  • Fig. 1 is a schematic perspective view of an embodiment of the display device according to the invention
  • Fig. 2 is an enlarged partial sectional view of the first spectacle lens 3;
  • Fig. 3 is a schematic representation for explaining a first image plane E1
  • Fig. 4 is a schematic representation of FIG. 3 for explaining the position of a second image plane E2.
  • the display device 1 comprises a holding device 2 which can be placed on the head of the user and which is designed as a conventional spectacle frame in the embodiment described here, and a first and a second spectacle lens 3, 4 attached to the holding device 2 are attached.
  • the holding device 2 with the spectacle lenses 3 and 4 may e.g. 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 played in his field of vision, as described below.
  • a virtual image can be played in his field of vision, as described below.
  • the display device 1 comprises an imaging unit 5 (eg comprising an OLED module) capable of forming an image which is mirrored into the user's field of view as the virtual image shall be.
  • the display device 1 has an imaging optical unit 6, which contains an optical element 7 arranged between the image unit 5 and the first spectacle lens 3.
  • the first spectacle lens 3 itself also serves as part of the imaging optics 6.
  • the imaging unit 5 is designed as a planar imager with a plurality of e.g. formed in columns and rows arranged pixels, wherein from each pixel, a light beam 8 can go out.
  • a control unit 9 By appropriate control of the pixels by means of a control unit 9, the desired image can be generated.
  • Fig. 2 is representative of the light beam 8 of the beam path of a light beam located, so that also below the light beam 8 is the speech.
  • the emanating from the image unit 5 light beam 8 passes through the optical element 7 and enters via an end face 10 of the first spectacle lens 3 in the first spectacle lens 3 and is then in the first spectacle lens 3 by total internal reflection at the front and back 1 1, 12 of the first Spectacle lens 3 is guided to a decoupling section 13.
  • the decoupling section 13 has a plurality of adjacently arranged reflective deflection surfaces 14 or reflective facets 14 on, which deflect the light beam 8 in the direction of the rear side 12, that it emerges from the spectacle lens 3 via the rear side 12.
  • a user who carries the display device 1 according to the present invention as intended can perceive the image generated by the image unit 5 as a virtual image when looking at the extraction section 13.
  • the user must look slightly to the right with respect to the viewing direction G of a straight-ahead view.
  • Fig. 2 is for clarity, the fulcrum 15 of the user's eye and in the Eyebox 1 6 (the area which is provided by the display device 1 and in which the eye of the user can move and he always still the generated image as a virtual Picture can be seen).
  • the section of the first spectacle lens 3, via which the light beam 9 is coupled into the spectacle lens 3, can also be referred to as the coupling-in section 17.
  • the corresponding sections of the front and back 1 1, 12 of the lens 3 between the coupling portion 17 and the Auskoppelabites 13, where the total internal reflection takes place, thus serve as a light guide channel 18, which is coupled via the coupling section 17 light beams 9 to the coupling-out section 13th leads.
  • the display device according to the invention further comprises a measuring module 19, which is shown schematically in Fig. 1 and in Fig. 2. By means of the measuring module 19, for example, the head position of the user wearing the display device on his head can be measured and output as a data set to the control unit 9.
  • the measuring module may include a distance sensor that measures the distance to objects present in a certain range in the viewing direction in front of the user. The measurement results are in turn added as a record of the control unit.
  • the control unit 9 controls the image unit 5 and / or the imaging optics 6, which together can also be referred to as the image module 20, such that the generated image is imaged as a virtual image in one of at least two image planes of the image module 20 located differently from the user , In Fig. 3, a first image plane E1 is shown with respect to a user B shown very schematically.
  • the first image plane E1 has a first distance d1 from the head of the user B or from the user's eye.
  • the display device 1 is shown only schematically for simplicity of illustration. At this distance d1, the generated virtual image is sharply perceived by the user.
  • the size for the distance d1 may be, for example, in the range of 50 cm to 5 m.
  • the position of a second image plane E2 is shown in the same manner as in Fig. 3, wherein the distance to the head of the user B or the eye of the user B is now d2, where d2 is greater than d1.
  • the value of d2 may be greater than 3 meters, greater than 5 meters, and most preferably greater than 10 meters.
  • the image plane E2 can also lie at infinity.
  • the representation in the first image plane E1 can be selected when the user is in a room or when the user is looking at the floor.
  • the representation in the second image plane E2 can be selected when the user B moves outdoors and / or looks straight ahead.
  • E1 e.g. the image unit 5 are moved so that their distance from the optical element 7 and / or the first spectacle lens 3 is changed, as indicated by the double arrow P1.
  • the optical element 7 can be moved as indicated by the double arrow P2.
  • a change in distance between the optical element 7 and the spectacle lens 3 and / or between the optical element 7 and the image unit 5 is possible.
  • the actuator may e.g. be a piezo actuator.
  • the measuring module 19 may comprise a camera, which receives an area in front of the display device 1. With a suitable image recognition (by software and / or hardware), the desired data record can be generated, which is forwarded to the control unit 9.
  • the camera can be designed as a 3D camera that takes a three-dimensional image.
  • the coupling of the light beam 8 on the end face 1 0 of the first spectacle lens 3 takes place.
  • the display device 1 in such a way that the coupling takes place on the back 12 of the first spectacle lens 3.
  • the first spectacle lens 3 preferably has a curved front side 1 1 and / or a curved rear side 12.
  • the optical element 7, the image unit 5 and the control unit 9 can be arranged in the right eyeglass temple of the spectacle-like holding device 2.
  • the reflection of the virtual image into the field of view of the user B is effected by the first spectacle lens 3.
  • an input reflection by the second spectacle lens 4 is also possible.
  • the display device 1 can be designed such that information or virtual images are mirrored in via both spectacle lenses 3, 4. The reflection can be done so that a three-dimensional image impression is created. However, this is not mandatory.
  • the spectacle lenses 3, 4 may have a refractive power of zero or a non-zero refractive power, in particular for the correction of refractive errors. As shown in the figures, both the front side 1 1 and the back 12 of the spectacle lens 3 are curved. The front side 1 1 may in particular be spherically curved. If the spectacle lens has a non-zero refractive power to correct for ametropia, the curvature of the backside 12 is usually selected to achieve the desired correction.
  • the holding device 2 does not have to be designed as a spectacle-like holding device. It is also possible any other type of holding device with which a placement or carrying the display device 1 can be done on the head of the user.
  • the features of the described embodiments can, as far as technically feasible, be combined with each other to provide further embodiments of the display device according to the invention.

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Abstract

Es wird eine Anzeigevorrichtung mit einer auf den Kopf eines Benutzers (B) aufsetzbaren Haltevorrichtung (2), einem an der Haltevorrichtung (2) befestigten Bildmodul (20), das eine Bildeinheit (5), die ein Bild erzeugt, und eine Abbildungsoptik (6), die das erzeugte Bild im auf dem Kopf aufgesetzten Zustand der Haltevorrichtung (2) so abbildet, dass es der Benutzer (B) als virtuelles Bild wahrnehmen kann, aufweist, und einer Steuereinheit (9) zur Steuerung des Bildmoduls (20), bereitgestellt, wobei ein Meßmodul (19) vorgesehen ist, das im auf dem Kopf aufgesetzten Zustand der Haltevorrichtung (2) die Lage des Kopfes des Benutzers (B) und/oder einen eine Eigenschaft der Umgebung charakterisierenden Parameter mißt, daraus einen Datensatz erzeugt und diesen an die Steuereinheit (9) weiterleitet, die in Abhängigkeit des Datensatzes das Bildmodul (20) so ansteuert, dass das virtuelle Bild in einer von zumindest zwei unterschiedlichen Bildebenen (B1, B2) des Bildmoduls (20) abgebildet wird.

Description

Anzeigevorrichtung und Anzeiqeverfahren
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anzeigevorrichtung mit einer auf dem Kopf eines Benutzers aufsetzbaren Haltevorrichtung, einem an der Haltevorrichtung befestigten Bildmodul, das eine Bildeinheit, die ein Bild erzeugt, und eine Abbildungsoptik, die das erzeugte Bild im auf dem Kopf aufgesetzten Zustand der Haltevorrichtung so abbildet, dass es der Benutzer als virtuelles Bild wahrnehmen kann, aufweist, und einer Steuereinheit zur Steuerung des Bildmoduls. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein entsprechendes Anzeigeverfahren für eine solche Anzeigevorrichtung der eingangs genannten Art.
Solche Anzeigevorrichtungen sind in der Regel so ausgebildet, dass das virtuelle Bild in einer vorbestimmten Bildebene, die einen vorbestimmten Abstand zur Abbildungsoptik aufweist, dem Benutzer dargeboten wird. Dies führt bei der Benutzung einer solchen Anzeigevorrichtung in der Praxis zu Schwierigkeiten, da ein Benutzer, wenn er sich im Freien bewegt, in der Regel mit seinen Augen auf unendlich akkommodiert. Befindet er sich in einem geschlossenen Raum , wird der Benutzer in der Regel auf eine kürzere Distanz, beispielsweise im Bereich von 1 m bis 3 m akkommodieren. Wenn nun die Lage der Bildebene damit nicht übereinstimmt, muß der Benutzer, wenn er das virtuelle Bild wahrnehmen will, auf die Bildebene akkommodieren, was als nachteilig empfunden wird. Insbesondere paßt dann das virtuelle Bild häufig mit der Wahrnehmung der Umgebung nicht mehr zusammen, was für den Benutzer einen schlechteren Bildeindruck vermittelt.
Ausgehend hiervon ist es daher Aufgabe der Erfindung, eine Anzeigevorrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass die beschriebenen Schwierigkeiten so gut wie vollständig überwunden werden können. Ferner soll auch das entsprechende Anzeigeverfahren in gleicher Weise weitergebildet werden.
Die Aufgabe wird bei einer Anzeigevorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass ein Meßmodul vorgesehen ist, das im auf dem Kopf aufgesetzten Zustand der Haltevorrichtung die Lage des Kopfes des Benutzers und/oder einen eine Eigenschaft der Umgebung charakterisierenden Parameter mißt, daraus einen Datensatz erzeugt und diesen an die Steuereinheit weiterleitet, die in Abhängigkeit des Datensatzes das Bildmodul so ansteuert, dass das virtuelle Bild in einer von zumindest zwei unterschiedlichen Bildebenen des Bildmoduls abgebildet wird. Damit wird vorteilhaft erreicht, dass die Lage der Bildebene an die gerade vorliegende Umweltbedingung bzw. die Lage des Kopfes des Benutzers angepaßt wird. Die virtuelle Bilddarstellung fügt sich daher für den Benutzer in seine tatsächliche Umgebung besser ein, ein starkes Umfokussieren ist nicht mehr notwendig, so dass insgesamt ein verbesserter Bildeindruck für den Benutzer vorliegt.
Das Meßmodul kann mit der Haltevorrichtung (mechanisch) verbunden sein. Insbesondere kann es an der Haltevorrichtung befestigt sein.
Es ist jedoch auch möglich, dass das Meßmodul nicht an der Haltevorrichtung befestigt und somit auch nicht mechanisch mit der Haltevorrichtung verbunden ist. Das Meßmodul kann somit als separates Modul vorgesehen sein. Es kann z.B. durch ein Mobiltelefon verwirklicht sein, das z.B. Standortdaten als einen eine Eigenschaft der Umgebung charakterisierenden Parameter mißt. Daraus kann z.B. abgeleitet werden, ob sich der Benutzer, der das Mobiltelefon bei sich trägt, in einem Raum oder im Freien befindet.
Die Übertragung des Datensatzes an die Steuereinheit kann drahtlos erfolgen. Dazu können bekannte Funkprotokolle eingesetzt werden. Beispielsweise kann eine sogenannte Bluetooth- Verbindung genutzt werden. Es ist jedoch auch möglich, dass die Übertragung des Datensatzes über eine Verbindungsleitung erfolgt.
Das Meßmodul kann einen Abstandsensor aufweisen. Der Abstandsensor kann insbesondere nach dem Laufzeitverfahren arbeiten. Bei dem Laufzeitverfahren wird ein Lichtpuls ausgesandt und die Zeit gemessen, bis die Reflexion des Lichtpulses wieder beim Abstandsensor eintrifft. Die benötigte Zeit ist proportional zum Abstand.
Es kann aber auch jede andere Art von Abstandsensor verwendet werden. Ferner kann das Meßmodul eine Kamera aufweisen. Mit dieser Kamera kann einerseits eine Abstandsmessung durchgeführt werden. Andererseits kann auch ein Kamerabild ausgewertet werden und anhand dieser Auswertung der gewünschte Datensatz erzeugt werden. Insbesondere kann eine kontextsensitive Auswertung automatisch durchgeführt werden. Ferner kann das Meßmodul einen Lagesensor umfassen. Solche Lagesensoren sind dem Fachmann bekannt und können beispielsweise als Gyroskop ausgebildet sein. So kann der Lagesensor den Kippwinkel der Haltevorrichtung und somit des Kopfes um eine, zwei oder auch alle drei Achsen (beispielsweise x-, y- und z-Achse) messen. Die zumindest zwei unterschiedlichen Bildebenen unterscheiden sich insbesondere in ihrem Abstand zur Abbildungsoptik. So kann eine erste der Bildebenen im Bereich von 0,5 m bis 5 m von der Abbildungsoptik beabstandet sein . Eine zweite Bildebene der Bildebenen kann z.B. einen Abstand von größer als 5 m, größer als 10 m , größer als 20 m, größer als 30 m aufweisen. Insbesondere kann die zweite Bildebene auch im Unendlichen liegen.
Natürlich kann das Bildmodul mehr als zwei unterschiedliche Bildebenen aufweisen . Insbesondere kann es drei , vier, fünf, sechs, sieben, acht, neun , zehn oder mehr Bildebenen aufweisen, die sich insbesondere in ihrem Abstand zur Abbildungsoptik unterscheiden.
Die Abbildungsoptik kann ein Brillenglas mit einem Einkoppelabschnitt in einem Randbereich des Brillenglases und einem Auskoppelabschnitt in einem Mittelbereich des Brillenglases aufweisen, wobei das Brillenglas einen Lichtführungskanal umfaßt, der Lichtbündel von Pixeln des erzeugten Bildes, die über die Einkoppelabschnitte des Brillenglases in das Brillenglas eingekoppelt sind, im Brillenglas bis zum Auskoppelabschnitt führt, um sie über den Auskoppelabschnitt aus dem Brillenglas auszukoppeln .
Die Lichtführung kann z.B. durch innere Totalreflexion an der Vorder- und Rückseite des Brillenglases stattfinden. Es ist jedoch auch möglich, die entsprechenden Abschnitte der Vorder- und Rückseite des Brillenglases mit einer reflektiven oder teilreflektiven Beschichtung zu versehen. Des weiteren kann beispielsweise im Brillenglas eine reflektive Schicht angeordnet sein, die die Reflexion an der Vorder- oder Rückseite ersetzt. Es ist auch möglich, zwei voneinander beabstandete reflektive Schichten im Brillenglas anzuordnen, die dann die Lichtführung vom Einkoppelabschnitt zum Auskoppelabschnitt im Brillenglas bewirken.
Der Auskoppelabschnitt kann mehrere voneinander beabstandete Umlenkflächen aufweisen, die insbesondere als reflektive oder teilreflektive Umlenkflächen ausgebildet sind. Die reflektiven oder teilreflektiven Umlenkflächen können auch als Fresnel-Flächen bezeichnet werden.
Die reflektiven oder teilreflektiven Umlenkflächen können eine reine Strahlumlenkung bewirken. Es ist jedoch auch möglich, die reflektiven oder teilreflektiven Umlenkflächen so auszubilden, dass sie neben der reinen Strahlumlenkung auch eine abbildende Wirkung aufweisen. Diese abbildende Wirkung kann z.B. zu einer Korrektur zumindest eines Abbildungsfehlers genutzt werden. Die reflektiven oder teilreflektiven Umlenkflächen sind bevorzugt jeweils als plane Fläche ausgebildet. Es ist jedoch auch möglich, dass die reflektiven oder teilreflektiven Umlenkflächen selbst jeweils gekrümmt sind. Die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung kann weitere, dem Fachmann bekannte Elemente aufweisen, die zu ihrem Betrieb notwendig sind.
Es wird ferner ein Anzeigeverfahren für eine Anzeigevorrichtung mit einer auf dem Kopf eines Benutzers aufsetzbaren Haltevorrichtung und einem an der Haltevorrichtung befestigten Bildmodul, das eine Bildeinheit, die ein Bild erzeugt, und eine Abbildungsoptik, die das erzeugte Bild im auf dem Kopf aufgesetzten Zustand der Haltevorrichtung so abbildet, dass es der Benutzer als virtuelles Bild wahrnehmen kann, aufweist, bereitgestellt, wobei im auf dem Kopf aufgesetzten Zustand der Haltevorrichtung die Lage des Kopfes des Benutzers und/oder ein eine Eigenschaft der Umgebung charakterisierender Parameter gemessen wird, daraus ein Datensatz erzeugt und in Abhängigkeit des Datensatzes das Bildmodul so angesteuert wird, dass das virtuelle Bild in einer von zumindest zwei unterschiedlichen Bildebenen des Bildmoduls abgebildet wird.
Damit ist eine Anpassung der Bildprojektion bzw. der Erzeugung des virtuellen Bildes an die aktuelle Umgebung des Benutzers möglich.
Das erfindungsgemäße Anzeigeverfahren kann die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung (einschließlich ihrer Weiterbildungen) beschriebenen Verfahrensschritte aufweisen.
In gleicher Weise kann die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung Elemente aufweisen, die zum Betrieb der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung (einschließlich ihrer Weiterbildungen) notwendig sind bzw. in diesem Zusammenhang beschrieben werden. Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Nachfolgend wird die Erfindung beispielsweise anhand der beigefügten Zeichnungen, die auch erfindungswesentliche Merkmale offenbaren, noch näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische perspektivische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung;
Fig. 2 eine vergrößerte Teilschnittansicht des ersten Brillenglases 3;
Fig. 3 eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer ersten Bildebene E1 , und
Fig. 4 eine schematische Darstellung gemäß Fig. 3 zur Erläuterung der Lage einer zweiten Bildebene E2.
Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform umfaßt die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung 1 eine auf den Kopf des Benutzers aufsetzbare Haltevorrichtung 2, die bei der hier beschriebenen Ausführungsform als herkömmliches Brillengestell ausgebildet ist, 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 dem Benutzer über das erste Brillenglas 3 ein virtuelles Bild in sein Gesichtsfeld eingespielt werden kann, wie nachfolgend beschrieben wird. Wie am besten aus der vergrößerten Teilschnittansicht in Fig. 2 ersichtlich ist, umfaßt die Anzeigevorrichtung 1 eine Bildeinheit 5 (die z.B. ein OLED-Modul umfaßt), mit dem ein Bild erzeugt werden kann, das als das virtuelle Bild in das Gesichtsfeld des Benutzers eingespiegelt werden soll. Dazu weist die Anzeigevorrichtung 1 eine Abbildungsoptik 6 auf, die ein zwischen der Bildeinheit 5 und dem ersten Brillenglas 3 angeordnetes Optikelement 7 enthält. Des weiteren dient das erste Brillenglas 3 selbst auch als Teil der Abbildungsoptik 6.
Die Bildeinheit 5 ist als flächiger Bildgeber mit einer Vielzahl von z.B. in Spalten und Zeilen angeordneten Pixeln ausgebildet, wobei von jedem Pixel ein Lichtbündel 8 ausgehen kann. Durch eine entsprechende Ansteuerung der Pixel mittels einer Steuereinheit 9 kann das gewünschte Bild erzeugt werden. In Fig. 2 ist stellvertretend für die Lichtbündel 8 der Strahlengang eines Lichtstrahles eingezeichnet, so dass auch nachfolgend von dem Lichtstrahl 8 die Rede ist.
Der von der Bildeinheit 5 ausgehende Lichtstrahl 8 durchläuft das Optikelement 7 und tritt über eine Stirnseite 10 des ersten Brillenglases 3 in das erste Brillenglas 3 ein und wird dann im ersten Brillenglas 3 durch interne Totalreflexion an der Vorder- und Rückseite 1 1 , 12 des ersten Brillenglases 3 bis zu einem Auskoppelabschnitt 13 geführt. Der Auskoppelabschnitt 13 weist mehrere nebeneinander angeordnete reflektive Umlenkflächen 14 bzw. reflektive Facetten 14 auf, die den Lichtstrahl 8 so in Richtung zur Rückseite 12 hin umlenken, dass er über die Rückseite 12 aus dem Brillenglas 3 austritt.
Somit kann ein Benutzer, wenn er die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung 1 bestimmungsgemäß auf dem Kopf trägt, das mittels der Bildeinheit 5 erzeugte Bild als virtuelles Bild wahrnehmen, wenn er auf den Auskoppelabschnitt 13 blickt. Bei der hier beschriebenen Ausführungsform muß der Benutzer bezogen auf die Blickrichtung G eines Geradeausblicks etwas nach rechts schauen. In Fig. 2 ist zur Verdeutlichung der Drehpunkt 15 des Auges des Benutzers sowie in die Eyebox 1 6 (der Bereich, der durch die Anzeigevorrichtung 1 bereitgestellt wird und in dem sich das Auge des Benutzers bewegen kann und er stets noch das erzeugte Bild als virtuelles Bild sehen kann) eingezeichnet.
Der Abschnitt des ersten Brillenglases 3, über den der Lichtstrahl 9 in das Brillenglas 3 eingekoppelt wird, kann auch als Einkoppelabschnitt 17 bezeichnet werden. Die entsprechenden Abschnitte der Vorder- und Rückseite 1 1 , 12 des Brillenglases 3 zwischen dem Einkoppelabschnitt 17 und dem Auskoppelabschnitt 13, an denen die innere Totalreflexion stattfindet, dienen somit als Lichtführungskanal 18, der die über den Einkoppelabschnitt 17 eingekoppelten Lichtstrahlen 9 bis zum Auskoppelabschnitt 13 führt. Die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung umfaßt ferner ein Meßmodul 19, das schematisch in Fig. 1 und in Fig. 2 eingezeichnet ist. Mit dem Meßmodul 19 kann beispielsweise die Kopflage des die Anzeigevorrichtung auf dem Kopf tragenden Benutzers gemessen und als Datensatz an die Steuereinheit 9 abgegeben werden. Zusätzlich oder alternativ kann mittels des Meßmoduls 19 zumindest ein eine Eigenschaft der Umgebung charakterisierender Parameter gemessen werden. So kann das Meßmodul beispielsweise einen Abstandssensor enthalten, der den Abstand zu Objekten mißt, die in einem gewissen Bereich in Blickrichtung vor dem Benutzer vorhanden sind. Die Meßergebnisse werden wiederum als Datensatz der Steuereinheit hinzugeführt. Die Steuereinheit 9 steuert die Bildeinheit 5 und/oder die Abbildungsoptik 6, die zusammen auch als Bildmodul 20 bezeichnet werden können, so an, dass das erzeugte Bild als virtuelles Bild in einer von zumindest zwei unterschiedlich weit vom Benutzer liegenden Bildebenen des Bildmoduls 20 abgebildet wird. In Fig. 3 ist eine erste Bildebene E1 bezogen auf einen stark schematisch dargestellten Benutzer B gezeigt. Die erste Bildebene E1 weist einen ersten Abstand d1 vom Kopf des Benutzers B bzw. vom Auge des Benutzers auf. In Fig. 3 ist zur Vereinfachung der Darstellung die Anzeigevorrichtung 1 lediglich schematisch dargestellt. In dieser Entfernung d1 ist das erzeugte virtuelle Bild für den Benutzer scharf wahrzunehmen. Die Größe für die Entfernung d1 kann beispielsweise im Bereich von 50 cm bis 5 m liegen. In Fig. 4 ist in gleicher Weise wie in Fig. 3 die Lage einer zweiten Bildebene E2 dargestellt, bei der der Abstand zum Kopf des Benutzers B bzw. dem Auge des Benutzers B nun d2 beträgt, wobei d2 größer ist als d1 . Bei dem Wert von d2 kann es sich beispielsweise um einen Wert von größer als 3 m , größer als 5 m und insbesondere größer als 10 m handeln. Insbesondere kann die Bildebene E2 auch im Unendlichen liegen.
Mit der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung 1 ist es somit möglich, die Darstellung des virtuellen Bildes an die aktuellen Erfordernisse für den Benutzer automatisch anzupassen. So kann die Darstellung in der ersten Bildebene E1 gewählt werden, wenn der Benutzer sich in einem Raum befindet oder wenn der Benutzer auf den Boden blickt. Die Darstellung in der zweiten Bildebene E2 kann gewählt werden, wenn der Benutzer B sich im Freien bewegt und/oder geradeaus nach vorne blickt. Um die Darstellung in der ersten oder zweiten Bildebene E1 , E2 zu bewirken, kann z.B. die Bildeinheit 5 so bewegt werden, dass ihr Abstand zum Optikelement 7 und/oder zum ersten Brillenglas 3 verändert wird, wie durch den Doppelpfeil P1 angedeutet ist.
Zusätzlich oder alternativ kann das Optikelement 7 wie durch den Doppelpfeil P2 angedeutet bewegt werden . Damit ist eine Abstandsänderung zwischen dem Optikelement 7 und dem Brillenglas 3 und/oder zwischen dem Optikelement 7 und der Bildeinheit 5 möglich.
Zur Bewegung der Bildeinheit 5 und/oder des Optikelementes 7 kann ein geeigneter Aktuator bzw. können Aktuatoren vorgesehen sein. Der Aktuator kann z.B. ein Piezoaktuator sein.
Das Meßmodul 19 kann eine Kamera umfassen, die einen Bereich vor der Anzeigevorrichtung 1 aufnimmt. Mit einer geeigneten Bilderkennung (durch Software und/oder Hardware) kann der gewünschte Datensatz erzeugt werden, der an die Steuereinheit 9 weitergeleitet wird. Insbesondere kann die Kamera als 3D-Kamera ausgebildet sein, die ein dreidimensionales Bild aufnimmt.
Bei der beschriebenen Ausführungsform erfolgt die Einkopplung der Lichtbündel 8 über die Stirnseite 1 0 des ersten Brillenglases 3. Natürlich ist es auch möglich, die Anzeigevorrichtung 1 so auszubilden, dass die Einkopplung über die Rückseite 12 des ersten Brillenglases 3 stattfindet.
Das erste Brillenglas 3 weist bevorzugt eine gekrümmte Vorderseite 1 1 und/oder eine gekrümmte Rückseite 12 auf. Das Optikelement 7, die Bildeinheit 5 und die Steuereinheit 9 können in dem rechten Brillenbügel der brillenartig ausgebildeten Haltevorrichtung 2 angeordnet sein. Bei den bisher beschriebenen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung 1 erfolgt die Einspiegelung des virtuellen Bildes in das Gesichtsfeld des Benutzers B durch das erste Brillenglas 3. Natürlich ist auch eine Einspiegelung durch 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 erforderlich.
Die Brillengläser 3, 4 können eine Brechkraft von Null oder eine von Null verschiedene Brechkraft, insbesondere zur Korrektur von Fehlsichtigkeiten, aufweisen. Wie in den Figuren gezeigt ist, sind sowohl die Vorderseite 1 1 als auch die Rückseite 12 des Brillenglases 3 gekrümmt ausgebildet. Die Vorderseite 1 1 kann insbesondere sphärisch gekrümmt sein. Wenn das Brillenglas eine von Null verschiedene Brechkraft aufweist, um eine Fehlsichtigkeit zu korrigieren, ist in der Regel die Krümmung der Rückseite 12 entsprechend gewählt, um die gewünschte Korrektur zu erreichen.
Die Haltevorrichtung 2 muß nicht als brillenartige Haltevorrichtung ausgebildet sein. Es ist auch jede andere Art der Haltevorrichtung möglich, mit der ein Aufsetzen oder Tragen der Anzeigevorrichtung 1 auf dem Kopf des Benutzers erfolgen kann. Die Merkmale der beschriebenen Ausführungsbeispiele können, soweit technisch sinnvoll, miteinander kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung bereitzustellen.

Claims

Patentansprüche
1 . Anzeigevorrichtung mit
einer auf den Kopf eines Benutzers (B) aufsetzbaren Haltevorrichtung (2),
einem an der Haltevorrichtung (2) befestigten Bildmodul (20), das eine Bildeinheit (5), die ein Bild erzeugt, und eine Abbildungsoptik (6), die das erzeugte Bild im auf dem Kopf aufgesetzten Zustand der Haltevorrichtung (2) so abbildet, dass es der Benutzer (B) als virtuelles Bild wahrnehmen kann, aufweist, und
einer Steuereinheit (9) zur Steuerung des Bildmoduls (20),
gekennzeichnet durch ein Meßmodul (19), das im auf dem Kopf aufgesetzten Zustand der Haltevorrichtung (2) die Lage des Kopfes des Benutzers (B) und/oder einen eine Eigenschaft der Umgebung charakterisierenden Parameter mißt, daraus einen Datensatz erzeugt und diesen an die Steuereinheit (9) weiterleitet, die in Abhängigkeit des Datensatzes das Bildmodul (20) so ansteuert, dass das virtuelle Bild in einer von zumindest zwei unterschiedlichen Bildebenen (B1 , B2) des Bildmoduls (20) abgebildet wird.
2. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Meßmodul (19) einen Abstandssensor aufweist.
3. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Meßmodul (19) eine Kamera aufweist.
4. Anzeigevorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Meßmodul (19) einen Lagesensor aufweist.
5. Anzeigevorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der zumindest zwei unterschiedlichen Bildebenen (B1 , B2) von der Abbildungsoptik (6) unterschiedlich ist.
6. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand einer der Bildebenen (B1 ) im Bereich von 0,5 m bis 5 m liegt und der Abstand einer anderen der Bildebenen (B2) größer als 5 m ist.
7. Anzeigevorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Meßmodul (19) mit der Haltevorrichtung (2) verbunden ist.
8. Anzeigevorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abbildungsoptik ein Brillenglas (3, 4) mit einem Einkoppelabschnitt (17) in einem
Randbereich des Brillenglases (3, 4) und einem Auskoppelabschnitt (13) in einem Mittelbereich des Brillenglases (3, 4) aufweist,
wobei das Brillenglas einen Lichtführungskanal (18) umfaßt, der Lichtbündel (8) von Pixeln des erzeugten Bildes, die über den Einkoppelabschnitt (17) des Brillenglases (3, 4) in das Brillenglas (3, 4) eingekoppelt sind, im Brillenglas bis zum Auskoppelabschnitt (13) führt, um sie über den Auskoppelabschnitt (13) aus dem Brillenglas (3, 4) auszukoppeln.
9. Anzeigeverfahren für eine Anzeigevorrichtung mit
einer auf den Kopf eines Benutzers (B) aufsetzbaren Haltevorrichtung (2) und
einem an der Haltevorrichtung (2) befestigten Bildmodul (20), das eine Bildeinheit (5), die ein Bild erzeugt, und eine Abbildungsoptik (6), die das erzeugte Bild im auf dem Kopf aufgesetzten Zustand der Haltevorrichtung (2) so abbildet, dass es der Benutzer (B) als virtuelles Bild wahrnehmen kann, aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass im auf dem Kopf aufgesetzten Zustand der Haltevorrichtung (2) die Lage des Kopfes des Benutzers (B) und/oder ein eine Eigenschaft der Umgebung charakterisierender Parameter gemessen wird, daraus ein Datensatz erzeugt und in Abhängigkeit des Datensatzes das Bildmodul (20) so angesteuert wird, dass das virtuelle Bild in einer von zumindest zwei unterschiedlichen Bildebenen (B1 , B2) des Bildmoduls (20) abgebildet wird.
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