DE102011007812B4

DE102011007812B4 - display device

Info

Publication number: DE102011007812B4
Application number: DE102011007812.6A
Authority: DE
Inventors: Hans-Jürgen Dobschal; Günter Rudolph; Karsten Lindig
Original assignee: Carl Zeiss Smart Optics GmbH
Current assignee: Tooz Technologies GmbH
Priority date: 2011-04-20
Filing date: 2011-04-20
Publication date: 2018-02-15
Anticipated expiration: 2031-04-21
Also published as: DE102011007812A1

Abstract

Anzeigevorrichtung mit einer auf dem Kopf eines Benutzers aufsetzbaren Haltevorrichtung (2), einem an der Haltevorrichtung (2) befestigten Bildgeber (5) zur Erzeugung eines Bildes, einer Steuereinheit zur Steuerung des Bildgebers (5) und einem an der Haltevorrichtung (2) befestigten Multifunktionsglas (3, 4), das einen Einkoppelbereich (11) und einen Auskoppelbereich (12) aufweist, wobei das erzeugte Bild über den Einkoppelbereich (11) in das Multifunktionsglas (3) eingekoppelt, im Multifunktionsglas (3) bis zum Auskoppelbereich (12) geführt und über den Auskoppelbereich (12) so ausgekoppelt wird, daß es der Benutzer im auf dem Kopf aufgesetzten Zustand der Haltevorrichtung (2) in Überlagerung mit der Umgebung wahrnehmen kann, wobei die Anzeigevorrichtung ein Brillenglas (6) zur Fehlsichtigkeitskorrektur, das an der Haltevorrichtung (2) befestigt ist und im auf dem Kopf aufgesetzten Zustand zwischen dem Auge des Benutzers und dem Multifunktionsglas (3, 4) positioniert ist, und eine Fassung (10) für das Multifunktionsglas (3, 4), in der auch das Brillenglas (6) sitzt, aufweist, und wobei das Brillenglas (6) vom Multifunktionsglas (3, 4) beabstandet ist.Display device comprising a holding device (2) which can be placed on the head of a user, an image generator (5) attached to the holding device (2) for generating an image, a control unit for controlling the image generator (5) and a multifunctional glass attached to the holding device (2) (3, 4), which has a coupling-in region (11) and a decoupling region (12), wherein the generated image is coupled into the multifunctional glass (3) via the coupling-in region (11), guided in the multifunctional glass (3) to the decoupling region (12) and via the decoupling region (12) is decoupled so that the user can perceive it in the upside down state of the holding device (2) in interference with the environment, wherein the display device a spectacle lens (6) for correction of defective vision, on the holding device ( 2) and positioned in an upside down state between the user's eye and the multifunctional glass (3, 4), and a e socket (10) for the multi-functional glass (3, 4), in which also the spectacle lens (6) sits, and wherein the spectacle lens (6) from the multi-functional glass (3, 4) is spaced.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anzeigevorrichtung mit einer auf dem Kopf eines Benutzers aufsetzbaren Haltevorrichtung, einem an der Haltevorrichtung befestigten Bildgeber zur Erzeugung eines Bildes, einer Steuereinheit zur Steuerung des Bildgebers und einem an der Haltevorrichtung befestigten Multifunktionsglas, das einen Einkoppelbereich und einen Auskoppelbereich aufweist, wobei das erzeugte Bild über den Einkoppelbereich in das Multifunktionsglas eingekoppelt, im Multifunktionsglas bis zum Auskoppelbereich geführt und über den Auskoppelbereich so ausgekoppelt wird, daß es der Benutzer im auf dem Kopf aufgesetzten Zustand der Haltevorrichtung wahrnehmen kann.The present invention relates to a display device with an attachable on the head of a user holding device, attached to the holding device image generator for generating an image, a control unit for controlling the imager and attached to the holding multi-functional glass having a coupling region and a decoupling region, wherein the generated image is coupled via the coupling region into the multi-functional glass, guided in the multi-functional glass to the decoupling region and coupled via the decoupling region so that it can perceive the user in the mounted on the head state of the holding device.

Solche Anzeigevorrichtungen sind in der Regel für einen Beobachter ohne Fehlsichtigkeit ausgelegt. Wird ein Fehlsichtigkeitsausgleich gefordert, treten in Abhängigkeit der Ausbildung des Multifunktionsglases Schwierigkeiten auf.Such display devices are usually designed for an observer without defective vision. If an ametropia compensation is required, difficulties arise depending on the design of the multifunctional glass.

Wenn das Multifunktionsglas als planparallele Platte ausgebildet ist, ist ein Dioptrienausgleich prinzipiell nicht möglich.If the multifunction glass is designed as a plane-parallel plate, a diopter compensation is not possible in principle.

Wenn das Multifunktionsglas eine gekrümmte Vorderseite und eine gekrümmte Rückseite aufweist, kann der Dioptrienausgleich durch geeignete Wahl der Krümmungsradien erzielt werden. Dies beeinflußt jedoch die Führung des Bildes vom Einkoppelbereich bis zum Auskoppelbereich, was durch die Ausbildung des Einkoppel- und/oder Auskoppelbereiches zu kompensieren wäre. Dies stellt jedoch einen extrem hohen Aufwand dar, da für jede Fehlsichtigkeit ein speziell ausgelegter Einkoppel- und/oder Auskoppelbereich bestimmt werden und dann auch noch gefertigt werden muß. Dies ist wirtschaftlich nicht sinnvoll.If the multifunction glass has a curved front and a curved rear, the diopter compensation can be achieved by a suitable choice of the radii of curvature. However, this influences the guidance of the image from the coupling-in area to the decoupling area, which would have to be compensated by the formation of the coupling-in and / or decoupling area. However, this represents an extremely high cost, since for each defective vision a specially designed coupling and / or decoupling area are determined and then also has to be manufactured. This does not make economic sense.

Die DE 103 11 972 A1 beschreibt eine HMD-Vorrichtung, an deren Gestell ein Brillenglas ohne eigenes Gestell mittels einer lösbaren Verbindung zu einer etwaigen Fehlsichtigkeitskorrektur des Benutzers der HMD-Vorrichtung befestigt werden kann.The DE 103 11 972 A1 describes an HMD device, on the frame of a spectacle lens without its own frame by means of a detachable connection to a possible correction of ametropia of the user of the HMD device can be attached.

Die DE 102 31 427 A1 beschreibt als Anzeigevorrichtung die Kombination einer herkömmlichen Brille zur Fehlsichtigkeitskorrektur mit einer Anzeigeeinheit, die mittels einer lösbaren Verbindung an die Brille optisch und mechanisch angeschlossen werden kann.The DE 102 31 427 A1 describes as a display device, the combination of a conventional eyewear correction glasses with a display unit which can be optically and mechanically connected by means of a detachable connection to the glasses.

Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, eine Anzeigevorrichtung bereit zu stellen, mit der eine Fehlsichtigkeitsanpassung für den Benutzer in wirtschaftlich sinnvoller Weise möglich ist.Proceeding from this, it is an object of the invention to provide a display device, with a Nachsichtigkeitsanpassung for the user in an economically meaningful way is possible.

Die Aufgabe wird durch eine Anzeigevorrichtung mit einer auf den Kopf eines Benutzers aufsetzbaren Haltevorrichtung, einem an der Haltevorrichtung befestigten Bildgeber zur Erzeugung eines Bildes, einer Steuereinheit zur Steuerung des Bildgebers und einem an der Haltevorrichtung befestigten Multifunktionsglas, das einen Einkoppelbereich und einen Auskoppelbereich aufweist, gelöst, wobei das erzeugte Bild über den Einkoppelbereich in das Multifunktionsglas eingekoppelt, im Multifunktionsglas bis zum Auskoppelbereich geführt und über den Auskoppelbereich so ausgekoppelt wird, daß es der Benutzer im auf dem Kopf aufgesetzten Zustand der Haltevorrichtung in Überlagerung mit der Umgebung wahrnehmen kann, wobei ein Brillenglas zur Fehlsichtigkeitskorrektur, das an der Haltevorrichtung befestigt ist und im auf dem Kopf aufgesetzten Zustand zwischen dem Auge des Benutzers und dem Multifunktionsglas positioniert ist, und eine Fassung für das Multifunktionsglas, in der auch das Brillenglas sitzt, vorgesehen sind, und wobei das Brillenglas vom Multifunktionsglas beabstandet ist.The object is achieved by a display device with a holding device which can be placed on the head of a user, an image generator attached to the holding device for generating an image, a control unit for controlling the image generator and a multifunctional glass attached to the holding device, which has a coupling-in region and a coupling-out region , wherein the generated image is coupled via the coupling region in the multi-functional glass, guided in the multi-functional glass to decoupling and coupled out via the decoupling so that the user can perceive in the mounted on the head state of the holding device in interference with the environment, with a spectacle lens for ametropia correction, which is attached to the holding device and is positioned in the mounted on the head state between the user's eye and the multifunction glass, and a socket for the multi-functional glass, in which the eyeglass lens S is seated, are provided, and wherein the spectacle lens is spaced from the multifunction glass.

Damit werden herstellungstechnisch die Darstellung des mittels des Bildgebers erzeugten Bildes und die Fehlsichtigkeitskorrektur entkoppelt. Die Darstellung des Bildes erfolgt über das Multifunktionsglas, was unabhängig von der jeweiligen Fehlsichtigkeitskorrektur hergestellt werden kann. Die Fehlsichtigkeitskorrektur erfolgt durch ein speziell angepaßtes Brillenglas, das ein gängiges Produkt ist. Dieses Brillenglas wird in der beschriebenen Art an der Haltevorrichtung befestigt, so daß eine an den jeweiligen Benutzer angepaßte Anzeigevorrichtung vorliegt.Thus, the representation of the image generated by means of the image generator and the ametropia correction are decoupled in terms of production technology. The image is displayed on the multifunctional glass, which can be made independently of the respective ametropia correction. The refractive error correction is done by a specially adapted spectacle lens, which is a common product. This spectacle lens is fixed in the manner described on the holding device, so that there is a customized to the respective user display device.

Durch das Vorsehen der Fassung für das Multifunktionsglas, in der auch das Brillenglas sitzt, wird eine kompakte Ausbildung der Anzeigevorrichtung möglich.By providing the socket for the multi-functional glass, in which the spectacle lens is seated, a compact design of the display device is possible.

Zur beabstandeten Anordnung von Brillenglas und Multifunktionsglas kann ein Abstandshalter vorgesehen sein.For the spaced arrangement of spectacle lens and multifunction glass, a spacer may be provided.

Das Brillenglas kann nicht lösbar mit der Haltevorrichtung verbunden sein. In gleicher Weise kann das Multifunktionsglas nicht lösbar mit der Haltevorrichtung verbunden sein. Unter einer nicht lösbaren Verbindung wird hier insbesondere verstanden, daß der Benutzer selbst das Brillenglas bzw. das Multifunktionsglas nicht auswechseln oder austauschen kann. Dazu bedarf es spezielles Werkzeug bzw. einen Optiker. Es ist auch möglich, daß ein Auswechseln ohne Zerstörung der Haltevorrichtung grundsätzlich nicht möglich ist. The spectacle lens can not be detachably connected to the holding device. In the same way, the multi-functional glass can not be detachably connected to the holding device. Under a non-detachable connection is understood in particular here that the user can not replace or replace the lens or the multifunction glass itself. This requires special tools or an optician. It is also possible that replacement without destruction of the holding device is not possible in principle.

Das Multifunktionsglas ist bevorzugt neutral bezüglich einer Fehlsichtigkeitskorrektur ausgebildet. Damit wird sichergestellt, daß die Fehlsichtigkeitskorrektur allein durch das Brillenglas bewirkt werden kann.The multifunction glass is preferably formed neutral with respect to a defective vision correction. This ensures that the defective vision correction can be effected solely by the spectacle lens.

Um das Multifunktionsglas neutral bezüglich einer Fehlsichtigkeitskorrektur auszubilden, kann es beispielsweise als planparallele Platte oder sphärisch-konzentrisch ausgebildet sein, und zwar zumindest in dem vom Benutzer optisch erfaßbaren Nutzbereich. Der Nutzbereich ist bevorzugt der Bereich des Multifunktionsglases, auf den der Benutzer blicken kann, wenn er die Anzeigevorrichtung auf dem Kopf trägt. Unter einer sphärisch-konzentrischen Ausbildung wird hier insbesondere verstanden, daß beide Seiten des Brillenglases sphärisch gekrümmt sind und die Krümmungsradien der beiden Seiten zusammenfallen. Damit weist das Brillenglas eine konstante Dicke auf.In order to form the multifunctional glass neutral with respect to a defective vision correction, it can be designed, for example, as a plane-parallel plate or in a spherically concentric manner, specifically at least in the user-optically detectable useful range. The payload area is preferably the area of the multifunction glass that the user can look at while carrying the display device upside down. Under a spherical-concentric training is understood here in particular that both sides of the lens are spherically curved and the radii of curvature of the two sides coincide. Thus, the spectacle lens has a constant thickness.

Die Anzeigevorrichtung kann so ausgebildet sein, daß das erzeugte Bild mittels des Einkoppel- und Auskoppelbereiches ohne Zwischenabbildung in die Austrittspupille der Anzeigevorrichtung abgebildet wird. Alternativ ist es möglich, daß das erzeugte Bild mittels des Einkoppelbereiches in eine zwischen dem Einkoppel- und Auskoppelbereich liegende Zwischenbildebene im Multifunktionsglas abgebildet wird. In diesem Fall sind bevorzugt der Einkoppelbereich und der Auskoppelbereich so ausgebildet, daß jeweils eine Strahlengangfaltung und eine Abbildung bewirkt werden. Durch diese Ausbildung bzw. durch diese Zwischenabbildung kann die Dicke des Multifunktionsglases reduziert werden, wobei immer noch eine sehr gute Abbildungsqualität sichergestellt werden kann.The display device can be designed so that the generated image is imaged by means of the coupling and decoupling region without intermediate image in the exit pupil of the display device. Alternatively, it is possible for the generated image to be imaged by means of the coupling-in region into an intermediate image plane lying between the coupling-in and coupling-out region in the multifunction glass. In this case, the coupling-in region and the coupling-out region are preferably designed such that in each case a beam path folding and a mapping are effected. By this training or by this intermediate image, the thickness of the multi-functional glass can be reduced, while still a very good image quality can be ensured.

Insbesondere kann die Anzeigevorrichtung das erzeugte Bild für den Benutzer so abbilden, daß er es als virtuelles Bild wahrnehmen kann, wenn er die Haltevorrichtung auf dem Kopf aufgesetzt hat.In particular, the display device can image the generated image to the user so that he can perceive it as a virtual image when he has placed the holding device on his head.

Der Einkoppelbereich und/oder der Auskoppelbereich können an einer der Materialgrenzfläche des Multifunktionsglases ausgebildet sein.The coupling-in region and / or the decoupling region can be formed on one of the material boundary surfaces of the multifunctional glass.

Ferner kann der Einkoppelbereich und/oder der Auskoppelbereich als Fresnel-Struktur, insbesondere als nicht-zusammenhängende Fresnel-Struktur, ausgebildet sein.Furthermore, the coupling-in region and / or the decoupling region can be formed as a Fresnel structure, in particular as a non-contiguous Fresnel structure.

Die jeweilige Fresnel-Struktur kann mehrere Fresnel-Segmente aufweisen, wobei die optisch wirksamen Facetten der Fresnel-Segmente optisch eine gedachte optische Wirkfläche nachahmen. Die optische Wirkfläche ist insbesondere gekrümmt. Ferner kann sie keine Spiegelsymmetrie, keine Rotationssymmetrie und/oder keine Translationssymmetrie aufweisen.The respective Fresnel structure may have a plurality of Fresnel segments, wherein the optically active facets of the Fresnel segments optically emulate an imaginary optical active surface. The optical active surface is in particular curved. Furthermore, it can not have mirror symmetry, rotational symmetry and / or translational symmetry.

Die maximale Höhe jeder Facette ist bei der Fresnel-Struktur bevorzugt gleich groß. Sie liegt im Bereich von 5–50 μm, insbesondere von 0,01–0,1 mm. Besonders bevorzugt ist ein Bereich von 200–300 μm sowie ein Bereich von 0,05–0,3 mm.The maximum height of each facet is preferably equal in the Fresnel structure. It is in the range of 5-50 microns, in particular 0.01-0.1 mm. Particularly preferred is a range of 200-300 microns and a range of 0.05-0.3 mm.

Die Facettenform kann eine Näherung, insbesondere eine lineare Näherung der Form des entsprechenden Flächenabschnittes der gedachten Wirkfläche sein. Insbesondere können die Facetten im Schnitt konkav, konvex oder linear sein.The facet shape can be an approximation, in particular a linear approximation of the shape of the corresponding surface portion of the imaginary effective surface. In particular, the facets may be concave, convex or linear in section.

Die Fresnel-Segmente können direkt benachbart sein, wie dies bei einer „klassischen” Fresnel-Struktur ist. Es ist jedoch möglich, daß die Fresnel-Segmente voneinander beabstandet sind, wobei zwischen ihnen dann bevorzugt der normale Verlauf der Materialgrenzfläche vorliegt. In diesem Fall wird die Fresnel-Struktur als nicht-zusammenhängende Fresnel-Struktur bezeichnet.The Fresnel segments may be directly adjacent, as in a "classic" Fresnel structure. However, it is possible that the Fresnel segments are spaced apart from one another, with the normal course of the material interface then preferably existing between them. In this case, the Fresnel structure is referred to as a non-contiguous Fresnel structure.

Das Multifunktionsglas kann eine Außenseite und eine Innenseite aufweisen, wobei zur Führung des Bildes im Multifunktionsglas Umlenkungen nur an der Außenseite und der Innenseite stattfinden.The multifunction glass may have an outside and an inside, wherein for guiding the image in the multifunction glass deflections take place only on the outside and the inside.

Bevorzugt ist die Dicke des Multifunktionsglases im Bereich der Bildführung (also vom Einkoppelbereich bis zum Auskoppelbereich) im wesentlichen konstant.The thickness of the multifunction glass in the region of the image guidance (that is to say from the coupling-in region to the coupling-out region) is preferably substantially constant.

Die Anzeigevorrichtung kann insbesondere in Art einer Brille ausgebildet sein. In diesem Fall kann die Haltevorrichtung als Brillengestell ausgestaltet sein. Bevorzugt ist die Anzeigevorrichtung als Informationsbrille ausgebildet. The display device can be designed in particular in the form of a pair of glasses. In this case, the holding device may be configured as a spectacle frame. Preferably, the display device is designed as information glasses.

Der Einkoppelbereich kann transmissiv oder reflektiv ausgebildet sein. Das gleiche gilt für den Auskoppelbereich.The coupling-in area can be designed to be transmissive or reflective. The same applies to the decoupling area.

Sowohl der Einkoppelbereich als auch der Auskoppelbereich sind bevorzugt an der im auf dem Kopf aufgesetzten Zustand der Haltevorrichtung dem Benutzer abgewandten Seite des Multifunktionsglases ausgebildet.Both the coupling-in region and the coupling-out region are preferably formed on the side of the multifunctional glass facing away from the user in the state of the holding device mounted on the head.

Das Bild im Multifunktionsglas kann beispielsweise durch innere Totalreflexion geführt werden.The image in the multifunction glass can be guided, for example, by total internal reflection.

Die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung kann, muß aber nicht, ein zweites Multifunktionsglas mit einem zweiten Brillenglas sowie einem zweiten Bildgeber aufweisen. Das zweite Multifunktionsglas ist bevorzugt in gleicher bzw. entsprechender Weise ausgebildet wie das erste Multifunktionsglas. Insbesondere kann es spiegelsymmetrisch zum ersten Multifunktionsglas ausgebildet sein. Das zweite Brillenglas dient zur Fehlsichtigkeitskorrektur des entsprechenden Auges des Benutzers. Falls für dieses Auge keine Fehlsichtigkeitskorrektur notwendig ist, kann das zweite Brillenglas weggelassen werden.The display device according to the invention may, but need not, comprise a second multifunctional glass with a second spectacle lens and a second image generator. The second multi-functional glass is preferably formed in the same or corresponding manner as the first multi-functional glass. In particular, it may be mirror-symmetrical to the first multifunction glass. The second spectacle lens is used for correcting the refractive error of the corresponding eye of the user. If no refractive error correction is necessary for this eye, the second spectacle lens can be omitted.

Mit den beiden Multifunktionsgläsern kann beispielsweise eine dreidimensionale Bilddarstellung durchgeführt werden. Der zweite Bildgeber kann durch die Steuereinheit der Anzeigevorrichtung angesteuert werden.For example, a three-dimensional image representation can be carried out with the two multifunctional glasses. The second imager can be controlled by the control unit of the display device.

Der Einkoppelbereich und/oder Auskoppelbereich können nicht nur als Fresnel-Struktur, sondern auch in anderer Art und Weise ausgebildet werden, wie z. B. als Gitter.The coupling-in area and / or decoupling area can be formed not only as a Fresnel structure, but also in other ways, such. B. as a grid.

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.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the specified combinations but also in other combinations or alone, without departing from the scope of the present invention.

Nachfolgend wird die Erfindung beispielsweise anhand der beigefügten Zeichnungen, die auch erfindungswesentliche Merkmale offenbaren, noch näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail for example with reference to the accompanying drawings, which also disclose characteristics essential to the invention. Show it:

1 eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung; 1 a perspective view of a first embodiment of the display device according to the invention;

2 eine vergrößerte Schnittdarstellung des ersten Multifunktionsglases; 2 an enlarged sectional view of the first multi-functional glass;

3 eine perspektivische Ansicht eines Teils der ersten Fresnel-Struktur des Multifunktionsglases der Anzeigevorrichtung von 1; 3 a perspective view of a portion of the first Fresnel structure of the multifunction glass of the display device of 1 ;

4 den Verlauf der optischen Wirkfläche, der mit der ersten Fresnel-Struktur gemäß 3 nachgebildet ist; 4 the course of the optical effective surface, with the first Fresnel structure according to 3 is modeled;

5 eine Draufsicht der ersten Fresnel-Struktur gemäß 3; 5 a plan view of the first Fresnel structure according to 3 ;

6 einen xz-Schnitt der Wirkfläche 108; 6 an xz cut of the effective area 108 ;

7 eine vergrößerte Darstellung des Details CC von 6; 7 an enlarged view of the detail CC of 6 ;

8–11 verschiedene Profilformen der Fresnel-Struktur 11 der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung; 8th - 11 different profile shapes of the Fresnel structure 11 the display device according to the invention;

12 eine Darstellung einer optischen Wirkfläche, die auf einer gekrümmten Grundfläche optisch gleichwirkend als Fresnel-Struktur umgesetzt wird; 12 a representation of an optical active surface, which is implemented on a curved base optically equivalent acting as a Fresnel structure;

13–14 Schnittansichten der ersten Fresnel-Struktur an der gekrümmten Vorderseite des Multifunktionsglases; 13 - 14 Sectional views of the first Fresnel structure on the curved front of the multifunction glass;

15 eine Schnittansicht einer kompletten Facette 105 der Fresnel-Struktur 11 des Multifunktionsglases 3 von 1; 15 a sectional view of a complete facet 105 the Fresnel structure 11 of multifunctional glass 3 from 1 ;

16 eine Abwandlung der Facette 105 von 15; 16 a modification of the facet 105 from 15 ;

17 eine weitere Abwandlung der Facette 105 von 15; 17 another variation of the facet 105 from 15 ;

18 eine Schnittansicht einer weiteren Ausbildung der ersten Fresnel-Struktur; 18 a sectional view of another embodiment of the first Fresnel structure;

19 eine Schnittansicht der Ausbildung der Fresnel-Struktur als nicht zusammenhängende Fresnel-Struktur; 19 a sectional view of the formation of the Fresnel structure as a discontinuous Fresnel structure;

20 eine Schnittansicht der zweiten Fresnel-Struktur 12, und 20 a sectional view of the second Fresnel structure 12 , and

21 eine schematische Draufsicht auf die zweite Fresnel-Struktur 12. 21 a schematic plan view of the second Fresnel structure 12 ,

Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform umfaßt die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung 1 eine auf dem Kopf eines Benutzers aufsetzbare Haltevorrichtung 2, die z. B. in Art einer herkömmlichen Brille ausgebildet sein kann, sowie ein erstes und ein zweites Multifunktionsglas 3, 4, die an der Haltevorrichtung 2 befestigt sind. Die äußere Form der Multifunktionsgläser 3, 4 kann der üblicher Brillengläser entsprechen.At the in 1 embodiment shown comprises the display device according to the invention 1 an attachable on the head of a user holding device 2 that z. B. may be formed in the manner of a conventional glasses, and a first and a second multi-functional glass 3 . 4 attached to the fixture 2 are attached. The outer shape of the multifunctional glasses 3 . 4 may correspond to the usual spectacle lenses.

Wie am besten aus der vergrößerten Schnittansicht des ersten Multifunktionsglases 3 in 2 (wobei der brillenbügelartige Teil der Haltevorrichtung 2 nicht dargestellt ist) ersichtlich ist, umfaßt die Anzeigevorrichtung 1 ferner einen Bildgeber 5, der von einer nicht gezeigten Steuereinheit zur Bilderzeugung angesteuert wird.As best seen in the enlarged sectional view of the first multifunction glass 3 in 2 (Wherein the spectacle-like part of the holding device 2 not shown), the display device comprises 1 also an imager 5 , which is driven by an unillustrated image forming control unit.

Wie 2 ferner zu entnehmen ist, enthält die Anzeigevorrichtung 1 ein Brillenglas 6 zur Fehlsichtigkeitskorrektur für den Benutzer der Anzeigevorrichtung 1, wobei in das Brillenglas 6 vom Multifunktionsglas 3 beabstandet angeordnet ist. Dazu ist zwischen dem Multifunktionsglas 3 und dem Brillenglas 6 ein Abstandshalter 7 vorgesehen.As 2 can also be seen, contains the display device 1 a spectacle lens 6 for ametropia correction for the user of the display device 1 , being in the spectacle lens 6 from the multifunction glass 3 spaced apart. This is between the multifunction glass 3 and the spectacle lens 6 a spacer 7 intended.

Das Multifunktionsglas 3 selbst ist so ausgebildet, daß es neutral bezüglich einer Fehlsichtigkeitskorrektur ist. Dazu ist sowohl die Außenseite 8 als auch die Innenseite 9 jeweils sphärisch gekrümmt, wobei die beiden Krümmungsradien zusammenfallen, so daß das Brillenglas als sphärisch-konzentrisch bezeichnet werden kann. Eine andere Art der optisch neutralen Ausbildung bezüglich einer Fehlsichtigkeitskorrektur wäre beispielsweise die Ausbildung des Multifunktionsglases als planparallele Platte.The multifunction glass 3 itself is designed so that it is neutral with respect to ametropia correction. This is both the outside 8th as well as the inside 9 each spherically curved, wherein the two radii of curvature coincide, so that the spectacle lens can be referred to as spherical-concentric. Another type of optically neutral training with respect to a refractive error correction would be, for example, the formation of the multifunction glass as a plane-parallel plate.

Die Haltevorrichtung 2 weist eine gemeinsame Fassung 10 auf, in der das Multifunktionsglas 3, der Abstandshalter 7 sowie das Brillenglas 6 gefaßt sind. Dabei können bekannte Fassungstechnologien eingesetzt werden, wie sie üblicherweise bei Brillen zur Korrektur von Fehlsichtigkeiten eingesetzt werden.The holding device 2 has a common version 10 on, in which the multifunction glass 3 , the spacer 7 as well as the spectacle lens 6 are caught. In this case, known socket technologies can be used, as they are usually used in glasses for the correction of defective vision.

Das Multifunktionsglas 3 weist auf seiner Vorderseite 8 eine erste Fresnel-Struktur 11 sowie seitlich davon beabstandet eine zweite Fresnel-Struktur 12 auf. Die erste Fresnel-Struktur 11 dient zum Einkoppeln des vom Bildgeber 5 kommenden Lichtes (in 3 sind stellvertretend drei Lichtbündel B1, B2 und B3 gezeigt) in das Multifunktionsglas 3 und kann daher auch als Einkoppelbereich bezeichnet werden. Die zweite Fresnel-Struktur 12 dient zum Auskoppeln des von der ersten Fresnel-Struktur 11 in das Multifunktionsglas 3 eingekoppelten und in diesem zur zweiten Fresnel-Struktur 12 geführten Lichtes, so daß die zweite Fresnel-Struktur 12 auch als Auskoppelbereich bezeichnet werden kann.The multifunction glass 3 points to its front 8th a first Fresnel structure 11 and laterally spaced therefrom a second Fresnel structure 12 on. The first Fresnel structure 11 is used for coupling the imager 5 coming light (in 3 are represented by three light bundles B1, B2 and B3) in the multifunction glass 3 and can therefore also be referred to as a coupling region. The second Fresnel structure 12 serves to decouple the from the first Fresnel structure 11 into the multifunction glass 3 coupled and in this to the second Fresnel structure 12 guided light, so that the second Fresnel structure 12 can also be referred to as Auskoppelbereich.

Der Bildgeber 5 wird im Betrieb der Anzeigevorrichtung 1 von einer (nicht gezeigten) Steuereinheit angesteuert, um ein gewünschtes Bild zu erzeugen. Das Licht vom Bildgeber 5 tritt über die Innenseite 9 in das Multifunktionsglas 3 ein und wird dann von der ersten Fresnel-Struktur 11 so umgelenkt, daß es durch Reflexion an der Innen- und Außenseite 9, 8 bis zur zweiten Fresnel-Struktur 12 geführt wird, von der es dann so zur Innenseite 9 hin reflektiert wird, daß es über die Innenseite 9 aus dem Multifunktionsglas 3 austritt, durch das Brillenglas 6 hindurchlauft und an der Austrittspupille 13 der Anzeigevorrichtung 1 als virtuelles Bild durch den Benutzer, der die Haltevorrichtung auf dem Kopf trägt, wahrnehmbar ist. Wenn der Benutzer die Haltevorrichtung 2 auf dem Kopf trägt, ist sein Auge im Bereich der Austrittspupille 13 positioniert.The imager 5 becomes in operation of the display device 1 driven by a control unit (not shown) to generate a desired image. The light from the imager 5 occurs over the inside 9 into the multifunction glass 3 and then from the first Fresnel structure 11 so deflected that it is reflected on the inside and outside 9 . 8th to the second Fresnel structure 12 is guided by it then from the inside so 9 It is reflected on the inside 9 from the multifunction glass 3 exit, through the lens 6 passes through and at the exit pupil 13 the display device 1 as a virtual image by the user wearing the holding device on the head, is perceptible. When the user holds the holding device 2 on the head, his eye is in the area of the exit pupil 13 positioned.

Mit diesem Aufbau ist es möglich, in einfachster Art und Weise eine individuelle Anpassung der Anzeigevorrichtung 1 an Benutzer mit unterschiedlicher Fehlsichtigkeit durchzuführen. Das Multifunktionsglas 3 ist dabei bevorzugt für einen Benutzer ohne Fehlsichtigkeit ausgelegt. Die Fehlsichtigkeits-Dioptrienkorrektur erfolgt durch das Brillenglas 6, dessen Krümmung der Außen- und Innenseite 14, 15 des Brillenglases 6 zur Fehlsichtigkeitskorrektur entsprechend gewählt ist.With this structure, it is possible, in the simplest way an individual adaptation of the display device 1 to perform on users with different refractive error. The multifunction glass 3 is preferably designed for a user without defective vision. The ametropia diopter correction takes place through the spectacle lens 6 whose curvature is the outside and inside 14 . 15 of the spectacle lens 6 is selected according to the ametropia correction.

Die Fassung 10 ist insbesondere so ausgebildet, daß sowohl das Multifunktionsglas 3 als auch das Brillenglas 6 nicht lösbar mit der Fassung verbunden sind. Darunter wird hier insbesondere verstanden, daß der Benutzer weder das Multifunktionsglas 3 noch das Brillenglas 6 selbst austauschen kann. Dazu wären z. B. besondere Werkzeuge notwendig.The version 10 is particularly designed so that both the multifunction glass 3 as well as the spectacle lens 6 are not detachably connected to the socket. This is understood here in particular that the user neither the multifunction glass 3 still the lens 6 can exchange himself. This would be z. B. special tools necessary.

Die Anzeigevorrichtung 1 ist insbesondere so ausgebildet, daß der Benutzer das vom Bildgeber 5 erzeugte Bild in Überlagerung mit der Umgebung wahrnehmen kann, wie durch den Pfeil P1 angedeutet ist.The display device 1 is particularly designed so that the user from the imager 5 generated image in superposition with the environment can perceive, as indicated by the arrow P1.

Das zweite Multifunktionsglas 4 kann in gleicher Weise wie das Multifunktionsglas 3 ausgebildet sein. Insbesondere kann auch vor dem zweiten Multifunktionsglas 4 (also zwischen dem Multifunktionsglas 4 und dem Auge des Benutzers) im aufgesetzten Zustand der Haltevorrichtung 2 ein Brillenglas zur Fehlsichtigkeitskorrektur vorgesehen sein. Dazu kann insbesondere der Fassungsbereich für das zweite Multifunktionsglas 4 in gleicher Weise ausgebildet sein, wie in Verbindung mit 2 für das erste Multifunktionsglas 3 beschrieben wurde.The second multifunctional glass 4 can work in the same way as the multifunction glass 3 be educated. In particular, even before the second multi-functional glass 4 (ie between the multifunction glass 4 and the eye of the user) in the fitted state of the holding device 2 a spectacle lens to be provided for correction of ametropia. For this purpose, in particular the socket area for the second multi-functional glass 4 be formed in the same way as in connection with 2 for the first multifunctional glass 3 has been described.

Natürlich ist es auch möglich, daß statt des zweiten Multifunktionsglases 4 nur ein Brillenglas zur Fehlsichtigkeitskorrektur vorgesehen ist, sofern dies notwendig ist. Sollte kein Brillenglas notwendig sein, kann das zweite Multifunktionsglas 4 als optisch neutrales Glas (beispielsweise als planparallele Platte oder als sphärisch-konzentrisches Glas) ausgebildet sein.Of course it is also possible that instead of the second multifunction glass 4 only a spectacle lens is provided for ametropia correction, if necessary. If no spectacle lens is necessary, the second multifunctional glass can 4 be designed as optically neutral glass (for example, as a plane-parallel plate or as a spherical-concentric glass).

Die beiden Fresnel-Strukturen 11 und 12 können so ausgebildet sein, daß das Bild des Bildgebers 5 ohne Zwischenabbildung in die Austrittspupille 13 abgebildet wird. In diesem Fall erfolgt eine Abbildung des erzeugten Bildes in Art einer Lupe.The two fresnel structures 11 and 12 can be designed so that the image of the imager 5 without intermediate image in the exit pupil 13 is shown. In this case, an image of the generated image takes the form of a magnifying glass.

Alternativ ist es möglich, daß die beiden Fresnel-Strukturen 11 und 12 so ausgebildet sind, daß eine Zwischenabbildung des vom Bildgeber 5 erzeugten Bildes in eine Zwischenbildebene im Multifunktionsglas erfolgt, die zwischen beiden Fresnel-Strukturen 11, 12 liegt. In diesem Fall ist die Art der Abbildung einer Mikroskopabbildung ähnlich. Dies führt in vorteilhafter Weise dazu, daß die Dicke des Multifunktionsglases 3 leichter bei gleichen optischen Eigenschaften reduziert werden kann. Für den Fall der Zwischenabbildung sind die beiden Fresnel-Strukturen 11 und 12 bevorzugt so ausgebildet, daß sie sowohl eine Strahlumlenkung bewirken als auch eine abbildende Eigenschaft aufweisen.Alternatively, it is possible that the two Fresnel structures 11 and 12 are formed so that an intermediate image of the imager 5 generated image is taken in an intermediate image plane in the multifunction glass, between the two Fresnel structures 11 . 12 lies. In this case, the way of imaging a microscope image is similar. This leads advantageously to the fact that the thickness of the multi-functional glass 3 can be reduced more easily with the same optical properties. In the case of the intermediate image, the two Fresnel structures 11 and 12 preferably designed so that they both cause a beam deflection and have an imaging property.

Die Reflexion an der Innen- und Außenseite 9, 8 des Multifunktionsglases 3 zur Führung des Lichtes von der ersten Fresnel-Struktur 11 bis zur zweiten Fresnel-Struktur 12 ist bevorzugt eine innere Totalreflexion. Es kann jedoch auch eine Verspiegelung vorgesehen sein, sofern dies notwendig ist. Dies ist bei der in 2 gezeigten Ausführungsform in dem Bereich notwendig, in dem die Fassung 10 oder der Abstandshalter 7 an der Außenseite 8 bzw. Innenseite 9 des Multifunktionsglases 3 anliegen und in dem eine Strahlumlenkung durchzuführen ist.The reflection on the inside and outside 9 . 8th of multifunctional glass 3 for guiding the light from the first Fresnel structure 11 to the second Fresnel structure 12 is preferably a total internal reflection. However, it may also be provided a mirror coating, if necessary. This is at the in 2 shown embodiment in the area necessary in which the socket 10 or the spacer 7 on the outside 8th or inside 9 of multifunctional glass 3 abut and in which a beam deflection is carried out.

Nachfolgend wird ein Beispiel der Ausbildung der ersten Fresnel-Struktur 11 beschrieben. Die zweite Fresnel-Struktur 12 kann in gleicher Weise ausgebildet werden, wobei aber nachfolgend im wesentlichen nur auf die erste Fresnel-Struktur 11 Bezug genommen wird. In 3 ist eine vergrößerte Darstellung der Außen- bzw. Vorderseite 8 im Bereich der ersten Fresnel-Struktur 11 gezeigt. Die erste Fresnel-Struktur 11 weist auf der Vorderseite 8 mehrere Fresnel-Segmente 104 auf.The following is an example of the formation of the first Fresnel structure 11 described. The second Fresnel structure 12 can be formed in the same way, but below essentially only on the first Fresnel structure 11 Reference is made. In 3 is an enlarged view of the outside or front 8th in the area of the first Fresnel structure 11 shown. The first Fresnel structure 11 points to the front 8th several Fresnel segments 104 on.

Jedes Fresnel-Segment 104 weist eine optisch wirksame Facette 105 auf, die hier verspiegelt sind. Um die in 3 gezeigte Stufenform zu erzielen, umfaßt in der Regel jedes Fresnel-Segment 105 noch eine Flanke 106.Every Fresnel segment 104 has an optically effective facet 105 on, which are mirrored here. To the in 3 To achieve the stepped shape shown usually includes each Fresnel segment 105 another flank 106 ,

Die gemeinsame optische Wirkung der Facetten 105 entspricht einer gedachten optischen Wirkfläche 108, wie sie in 4 gezeigt ist, wobei die optische Wirkfläche 108 hier gekrümmt ist. Sie kann ferner, muß aber nicht, keine Spiegel- und/oder keine Rotationssymmetrie aufweisen. Wie aus dem Vergleich der 3 und 4 leicht ersichtlich ist, ist die Darstellung in 4 um 90° um die z-Achse gegenüber der Darstellung in 3 gedreht. Die gedachte optische Wirkfläche 108 kann wie folgt als erste Fresnel-Struktur 11 gemäß 3 umgesetzt werden.The joint optical effect of the facets 105 corresponds to an imaginary optical effective surface 108 as they are in 4 is shown, wherein the optical active surface 108 here is curved. It may also, but need not, have no mirror and / or rotational symmetry. As from the comparison of 3 and 4 is easily apparent, the illustration is in 4 by 90 ° about the z-axis in relation to the illustration in 3 turned. The imaginary optical effective surface 108 can be as follows as the first Fresnel structure 11 according to 3 be implemented.

Die Wirkfläche 108 wird in z-Richtung in Abschnitte gleicher Höhe Δh geteilt. Dadurch ergeben sich Schnittlinien 109, die auch als Höhenlinien bezeichnet werden können und die jeweils einen Flächenabschnitt 110 der Wirkfläche 108 begrenzen. Die Flächenabschnitte 110 werden in z-Richtung alle so zueinander verschoben, daß jeweils die untere Schnittlinie (die mit dem geringeren z-Wert) und somit der untere Rand der Facette 105 auf gleicher Höhe (in z-Richtung) liegen. Von der jeweiligen oberen Schnittlinie der Flächenabschnitte 110 und somit dem oberen Rand der Facette 105 wird dann die senkrechte Flanke 106 bis zur unteren Schnittlinie des direkt benachbarten Flächenabschnittes 110 geführt, um zu der gestuften Ausbildung der Fresnel-Struktur 11 gemäß 3 zu gelangen. In der Draufsicht in 5 der ersten Fresnel-Struktur 11 von 3 sind die oberen Ränder zu sehen. The effective area 108 is divided in z-direction into sections of equal height Δh. This results in cutting lines 109 , which can also be referred to as contour lines and each one area section 110 the effective area 108 limit. The surface sections 110 are all shifted to each other in the z direction, that in each case the lower cut line (the one with the lower z value) and thus the lower edge of the facet 105 at the same height (in the z-direction). From the respective upper section line of the surface sections 110 and thus the top edge of the facet 105 then becomes the vertical flank 106 to the lower intersection of the directly adjacent surface section 110 led to the stepped formation of the Fresnel structure 11 according to 3 to get. In the plan view in 5 the first Fresnel structure 11 from 3 you can see the upper edges.

Die durchzuführenden Schritte, um von der gedachten optischen Wirkfläche 108, die gekrümmt ist und beispielsweise keine Spiegel- und/oder keine Rotationssymmetrie aufweist, zu der gewünschten ersten Fresnel-Struktur 11 zu gelangen, werden nachfolgend in Verbindung mit 6 im Detail erläutert, in der ein xz-Schnitt der Wirkfläche 108 gezeigt ist, die verschieden ist zur Wirkfläche 108 von 4, aber gekrümmt ist und keine Spiegel- und/oder keine Rotationssymmetrie aufweist. Die Aufteilung in Flächenabschnitte 110 (in der Schnittdarstellung von 6 sind diese Flächenabschnitte natürlich Linienabschnitte) gleicher Höhe ist durch die gestrichelten Schnittlinien in 6 dargestellt.The steps to be performed to get from the imaginary optical effective surface 108 that is curved and, for example, has no mirror and / or rotational symmetry, to the desired first Fresnel structure 11 to get in touch with 6 explained in detail, in which an xz section of the effective area 108 is shown, which is different to the effective area 108 from 4 but is curved and has no mirror and / or rotational symmetry. The division into surface sections 110 (in the sectional view of 6 Of course, these surface sections are line sections) of the same height is indicated by the dashed lines in 6 shown.

In der vergrößerten Darstellung des Details CC in 7 ist ersichtlich, daß der gezeigte Flächenabschnitt 110 aufgrund des vorgegebenen Abstandes Δh eindeutig definiert und dann auf die Höhe z₀ abgesenkt wird, wie durch den Pfeil P101 schematisch dargestellt ist. Ferner wird noch auf der linken Seite des Flächenelementes 110 die Flanke 106 hinzugefügt, die sich senkrecht zur Höhe z₀ erstreckt. Auf der Höhe z₀ liegt somit eine ebene Grundfläche 111, auf der die erste Fresnel-Struktur 11 ausgebildet ist. Die Grundfläche 111 kann jedoch auch gekrümmt sein.In the enlarged view of the detail CC in 7 it can be seen that the surface section shown 110 is uniquely defined due to the predetermined distance Δh and then lowered to the height z ₀ , as shown schematically by the arrow P101. Furthermore, it is still on the left side of the surface element 110 the flank 106 added, which extends perpendicular to the height z ₀ . At the height z ₀ is thus a flat base 111 , on which the first Fresnel structure 11 is trained. The base area 111 however, it can also be curved.

Für die erste Fresnel-Struktur 11 läßt sich somit die nachfolgende Formel 1 aufstellen, wobei z_F die Fresnel-Struktur 11, z_Grundfläche die Flächenform der Grundfläche 111 (hier eine Ebene), auf der die Fresnel-Struktur 11 aufgebracht ist, und z_Facette die Fresnel-Facetten 105 relativ zur Grundfläche beschreibt: z_F = z_Grundfläche + z_Facette (1) For the first Fresnel structure 11 can thus set up the following formula 1, where z _{F is} the Fresnel structure 11 , z _{Base area is} the surface shape of the base area 111 (here a plane) on which the Fresnel structure 11 is applied, and z _facet the Fresnel facets 105 relative to the base area describes: z _F = z _{base area} + z _facet (1)

Die Fläche z_Facette der Facetten, die auch als ”gefresnelte” Freiformfläche bezeichnet werden kann, berechnet sich nach der folgenden Formel 2 z_Facette = modulo(z_Wirkfläche, Δh) (2), wobei die Wirkfläche 108 durch die nachfolgende Flächenformel z_Wirkfläche beschrieben ist

bei der K1 den konischen Term in x-Richtung und K2 den konischen Term in y-Richtung, wie nachfolgend angegeben ist, bezeichnen

The surface z _{facet of} the facets, which can also be called a "curved" freeform surface, is calculated according to the following formula 2

z _facet = modulo (z _{effective area} , Δh) (2),

where the effective area 108 is described by the following surface formula z _{effective area}

where K1 is the conic term in the x direction and K2 is the conic term in the y direction, as indicated below

Durch die Anwendung der Modulo-Funktion auf die Wirkfläche 108 wird die Wirkfläche 108 in z-Richtung in Abständen mit gleicher Höhe Δh geteilt. Somit ist die maximale Höhe der Facetten 105 jeweils Δh. Die verwendete Modulo-Funktion ist nachfolgend angegeben modulo(a, m) = a – [ a / m]·m (6), wobei die Gaußklammer [ a / m ] die größte ganze Zahl bezeichnet, die kleiner oder gleich der Zahl in der Gaußklammer ist, also das Ergebnis der Division a/m ohne den Rest der Division. Damit ergibt sich für die Facettenflächen die nachfolgende Formel

By applying the modulo function to the effective surface 108 becomes the effective area 108 divided in z-direction at intervals with the same height Δh. Thus, the maximum height of the facets 105 each Δh. The modulo function used is given below

modulo (a, m) = a - [a / m] · m (6),

the Gaussian bracket [

at the

] denotes the largest integer less than or equal to the number in the Gauss bracket, that is, the result of dividing a / m without the remainder of the division. This results in the following formula for the facet surfaces

Gemäß dem oben beschriebenen Vorgehen kann basierend auf einer gewünschten optischen Wirkfläche 108, die entsprechende Fresnel-Struktur 11 abgeleitet werden, die die entsprechende optische Wirkung bereitstellt. Aufgrund der Stufenform kann zwar mit der Fresnel-Struktur 11 nicht exakt dieselbe optische Wirkung erreicht werden, die eine Grenzfläche hätte, die gemäß der Freiformfläche 108 ausgebildet ist, jedoch wird eine vergleichbare optische Wirkung erreicht.According to the procedure described above, based on a desired optical effective area 108 , the corresponding Fresnel structure 11 derived, which provides the corresponding optical effect. Due to the step shape can indeed with the Fresnel structure 11 not exactly the same optical effect would be achieved, which would have an interface according to the free-form surface 108 is formed, however, a comparable optical effect is achieved.

Wie den Darstellungen in 6 und 7 zu entnehmen ist, weisen die Facetten 105 die durch die Freiformfläche 108 im Höhenbereich Δh vorgegebenen Krümmungen auf. Um die Herstellung der Fresnel-Struktur 11 zu vereinfachen, ist es möglich, den Verlauf der einzelnen Facetten 105 an die entsprechende Flächenform der Freiformflächen anzunähern. Im einfachsten Falle kann der Verlauf linearisiert werden, wie in der Schnittansicht von 8 schematisch dargestellt ist. Es ist jedoch auch möglich, die Facetten mit einer konvexen Krümmung (9) oder einer konkaven Krümmung (10) zu versehen. Auch eine Näherung durch einen anderen Krümmungsverlauf ist möglich, wie dies beispielsweise in 11 angedeutet ist.As the representations in 6 and 7 can be seen, have the facets 105 through the free-form surface 108 in the height range Δh predetermined curvatures. To manufacture the Fresnel structure 11 To simplify, it is possible the course of each facet 105 to approximate the corresponding surface shape of the freeform surfaces. In the simplest case, the course can be linearized, as in the sectional view of 8th is shown schematically. However, it is also possible to use the facets with a convex curvature ( 9 ) or a concave curvature ( 10 ) to provide. An approximation by another curvature is possible, as for example in 11 is indicated.

In 12 ist ein Beispiel gezeigt, bei der die mittels der Fresnel-Struktur 11 nachzustellende optische Wirkfläche 108 gegenüber der sphärisch gekrümmten Vorderseite 8 stark gekippt ist. Auch in diesem Fall ist es keine Problem, die Wirkfläche 108 als Fresnel-Struktur 11 auf der Vorderseite 8 auszubilden, ohne daß die makroskopische Form der Vorderseite 8 verändert werden muß. Die Höhe Δh kann hier wie auch bei allen anderen Ausführungsformen im Bereich von 5–500 μm, insbesondere im Bereich von 0,01–0,1 mm und besonders bevorzugt im Bereich von 0,05 bis 0,3 mm liegen. Ferner muß die Höhe Δh nicht konstant sein, sondern kann hier wie auch bei allen anderen Ausführungsformen variieren. So kann z. B. Δh mit zunehmendem z-Wert selbst zu- oder abnehmen.In 12 an example is shown in which the means of the Fresnel structure 11 nachzustellende optical effective surface 108 opposite the spherically curved front 8th is heavily tilted. Also in this case it is no problem, the effective area 108 as a Fresnel structure 11 on the front side 8th form without the macroscopic shape of the front 8th must be changed. The height .DELTA.h can here as in all other embodiments in the range of 5-500 .mu.m, in particular in the range of 0.01-0.1 mm and particularly preferably in the range of 0.05 to 0.3 mm. Further, the height Δh need not be constant, but may vary here as well as in all other embodiments. So z. B. Δh increase or decrease with increasing z value itself.

In 13 ist eine Schnittansicht der Fresnel-Struktur 11 an der gekrümmten Vorderseite 8 gezeigt, bei der die Facetten 105 jeweils linear ausgebildet sind. Die einzelnen Flanken 106 sind zueinander parallel ausgerichtet, wobei der ursprüngliche Verlauf der Vorderseite 8 noch schematisch eingezeichnet ist. Bei dieser Ausführungsform wurde in Abwandlung von Formel 1 die Facettenfunktion z_Facette von der Grundflächenfunktion z_Grundfläche abgezogen, so daß die Fresnel-Struktur 10 wie folgt beschreibbar ist: z_F = z_Grundfläche – z_Facette (12). In 13 is a sectional view of the Fresnel structure 11 on the curved front 8th shown at the facets 105 are each formed linearly. The single flanks 106 are aligned parallel to each other, with the original course of the front 8th is still shown schematically. In this embodiment, in a modification of formula 1, the facet function z _{facet has been} subtracted from the base surface function z _{base area} , so that the Fresnel structure 10 is writable as follows: z _F = z _{base area} - z _facet (12).

Diese Art der Berechnung von z_F ist natürlich auch bei allen bereits beschriebenen Ausführungsformen sowie bei allen noch nachfolgenden Ausführungsformen möglich.This type of calculation of z _F is, of course, also possible in all the embodiments already described as well as in all subsequent embodiments.

In 14 ist eine Abwandlung des Profils von 13 gezeigt, das sich im wesentlichen darin unterscheidet, daß die Flanken 106 im Schnitt nicht mehr zueinander parallel orientiert sind, sondern radial zum nicht gezeigten Mittelpunkt der Vorderseite 8.In 14 is a modification of the profile of 13 shown, which differs essentially in that the flanks 106 are no longer oriented parallel to each other in parallel, but radially to the center of the front not shown 8th ,

In 15 ist eine Schnittansicht einer kompletten Facette 105 der Fresnel-Struktur 11 gezeigt. Wie aus der Darstellung ersichtlich ist, weist die Facette 105 eine Verspiegelung V auf, damit die gewünschte Strahlenumlenkung der Lichtstrahlen des Bildgebers 5 stattfindet.In 15 is a sectional view of a complete facet 105 the Fresnel structure 11 shown. As can be seen from the illustration, the facet points 105 a reflection V on, thus the desired beam deflection of the light beams of the imager 5 takes place.

In 16 ist eine Abwandlung gezeigt, bei der freie Bereiche, der aufgrund der Neigung der Facette 105 relativ zur Vorderseite 8 des Multifunktionsglases 3 gebildet ist, mit Material 134 bis zur Vorderseite 8 aufgefüllt ist. Die Auffüllung ist bevorzugt so durchgeführt, daß eine glatte, durchgehende Vorderseite 8 gebildet ist. Als Material 134 kann insbesondere das gleiche Material wie für das Multifunktionsglas 3 selbst verwendet werden.In 16 is a modification shown in the free areas, due to the inclination of the facet 105 relative to the front 8th of multifunctional glass 3 is formed, with material 134 to the front 8th is filled up. The filling is preferably carried out so that a smooth, continuous front 8th is formed. As a material 134 in particular, the same material as for the multifunction glass 3 to be used by myself.

Es ist jedoch auch möglich, die Fresnel-Struktur 11 so auszulegen, daß die Umlenkung der Lichtstrahlen des Bildgebers 5 durch innere Totalreflexion erfolgt, so daß eine Verspiegelung nicht mehr notwendig ist, wie in 17 angedeutet ist.However, it is also possible to use the Fresnel structure 11 interpreted so that the deflection of the light beams of the imager 5 by total internal reflection, so that a mirroring is no longer necessary, as in 17 is indicated.

In 18 ist eine Schnittansicht einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Fresnel-Struktur 11 gezeigt. Bei dieser Fresnel-Struktur 11 erstrecken sich die Flanken 106 nicht wie bei den meisten bisher beschriebenen Ausführungsformen senkrecht (also hier in z-Richtung), sondern sind ebenfalls etwas geneigt. Dies vereinfacht die Fertigung der Fresnel-Struktur 11. Jedoch ist es bevorzugt, wenn der Neigungswinkel der Flanken 106 möglichst klein ist, so daß sie quasi senkrecht verlaufen. In 18 is a sectional view of another possible embodiment of the Fresnel structure 11 shown. In this Fresnel structure 11 the flanks extend 106 not as in most previously described embodiments perpendicular (ie here in the z direction), but are also slightly inclined. This simplifies the fabrication of the Fresnel structure 11 , However, it is preferable if the inclination angle of the flanks 106 as small as possible, so that they are virtually vertical.

Alle bisher beschriebenen Fresnel-Strukturen 11 waren zusammenhängende Fresnel-Strukturen. Darunter wird hier verstanden, daß die einzelnen Fresnel-Facetten 105 stets durch die Flanken 106 miteinander verbunden sind. Es ist jedoch auch möglich, die Fresnel-Facetten 105 voneinander beabstandet vorzusehen und zwischen den einzelnen Fresnel-Facetten 105 Abschnitte 123 einzufügen, die beispielsweise Abschnitte 123 der Vorderseite 8 sein können. Dies kann einfach dadurch realisiert werden, daß von der ermittelten Fresnel-Fläche z_F Bereiche bzw. Abschnitte durch den Verlauf der Grundfläche z_Grundfläche in diesen Abschnitten ersetzt werden. Ein Profil einer solchen Fresnel-Struktur 11 ist in 19 schematisch angedeutet.All previously described Fresnel structures 11 were coherent Fresnel structures. By this is meant here that the individual Fresnel facets 105 always through the flanks 106 connected to each other. However, it is also possible to use the Fresnel facets 105 provide spaced apart and between the individual Fresnel facets 105 sections 123 insert, for example, sections 123 the front 8th could be. This can be easily realized by be replaced by the profile of the base for _base in those portions of the determined Fresnel surface z _F areas or sections. A profile of such a Fresnel structure 11 is in 19 indicated schematically.

Wenn man die Fresnel-Facetten 105 verspiegelt, kann auf diese Art beispielsweise die zweite Fresnel-Struktur 12 bereitgestellt werden, wie in der vergrößerten Schnittansicht in 20 dargestellt ist. Mit der zweiten Fresnel-Struktur 12 kann das vom Bildgeber 5 kommende Strahlenbündel BS mit einem zweiten Strahlenbündel US zu einem gemeinsamen Strahlenbündel GS überlagert werden. Wie der Darstellung in 20 entnommen werden kann, sind die Fresnel-Facetten 105 gegenüber der Normalen der Vorderseite 8 so gekippt, daß der Teil des ersten Strahlenbündels BS (auch als Bildstrahlenbündel BS bezeichnet), der auf die jeweilige Fresnel-Facette 105 trifft, nach rechts als Bildteilstrahl BS' umgelenkt wird. Der restliche Teil des Bildstrahlenbündels BS, der nicht auf die Fresnel-Facetten 105 trifft, wird an der Vorderseite 8 so reflektiert und/oder transmittiert, daß er nicht Teil des gemeinsamen Strahlenbündels GS wird.If you look at the Fresnel facets 105 mirrored, in this way, for example, the second Fresnel structure 12 be provided as in the enlarged sectional view in 20 is shown. With the second Fresnel structure 12 can do that from the imager 5 incoming beams BS are superimposed with a second beam US to a common beam GS. As the illustration in 20 can be taken, are the Fresnel facets 105 opposite the normal of the front 8th tilted so that the part of the first beam BS (also referred to as the image beam BS), which on the respective Fresnel facet 105 meets, is deflected to the right as Bildteilstrahl BS '. The remaining part of the image beam BS, which does not affect the Fresnel facets 105 meets, is at the front 8th reflected and / or transmitted so that it does not become part of the common beam GS.

Der Teil des Umgebungsstrahlenbündels US, der (in 20 von links) auf die Rückseite der Fresnel-Facetten 105 trifft, wird von den Fresnel-Facetten 105 so abgeschattet, daß er nicht Teil des gemeinsamen Strahlenbündels GS wird. Daher ist dieser Teil des Umgebungsstrahlenbündels US schraffiert eingezeichnet. Der restliche Teil des Umgebungsstrahlenbündels US tritt als Umgebungsteilstrahlen US' durch die transmissiven Bereiche 123 zwischen den Fresnel-Facetten 105 hindurch.The part of the ambient light beam US that (in 20 from the left) to the back of the Fresnel facets 105 is met by the Fresnel facets 105 shadowed so that it does not become part of the common beam GS. Therefore, this part of the ambient light beam US is hatched. The remainder of the ambient beam US passes as ambient partial beams US 'through the transmissive areas 123 between the Fresnel facets 105 therethrough.

Die nicht zusammenhängende Fresnel-Struktur 12 gemäß 19 bewirkt somit eine Überlagerung des durch die transmissiven Bereiche 123 hindurchtretenden Teils US' des Umgebungsstrahlenbündels US mit dem an den Fresnel-Facetten 105 reflektierten Teil BS' des Bildstrahlenbündels BS zu einem gemeinsamen Strahlenbündel GS.The discontinuous Fresnel structure 12 according to 19 thus causes a superposition of the through the transmissive areas 123 passing part US 'of the ambient light beam US with the Fresnel facets 105 reflected part BS 'of the image beam BS to a common beam GS.

Bevorzugt kann die zweite Fresnel-Struktur 12 mehrere voneinander beabstandete Fresnel-Abschnitte 140 aufweisen, die gemäß 20 oder auch in gleicher Weise wie die erste Fresnel-Struktur 11 ausgebildet sind. Die Fresnel-Abschnitte 140 können, wie in der schematischen Draufsicht in 21 auf den beispielsweise rechteckigen Überlagerungsbereich 129 gezeigt ist, beliebig verteilt sein. In den Bereichen dazwischen bleibt das Multifunktionsglas 3 erhalten, so daß diese Bereiche normale Lichtdurchtrittsbereiche darstellen.Preferably, the second Fresnel structure 12 a plurality of spaced Fresnel sections 140 according to 20 or in the same way as the first Fresnel structure 11 are formed. The Fresnel sections 140 can, as in the schematic plan view in 21 on the example, rectangular overlay area 129 is shown to be distributed arbitrarily. In the areas in between remains the multifunction glass 3 obtained, so that these areas represent normal light transmission areas.

Um eine regelmäßige Anordnung bzw. Struktur der Fresnel-Abschnitte 140 zu verhindern, können diese z. B. wie folgt angeordnet werden. Es werden kreisförmige Bereich festgelegt, deren Durchmesser wie folgt bestimmt werden kann D = √(100 – T)/100/π·2·APX/N To a regular arrangement or structure of the Fresnel sections 140 To prevent these z. B. can be arranged as follows. There are defined circular area whose diameter can be determined as follows D = √ (100 - T) / 100 / π · 2 · APX / N

Wobei T die geforderte Transmission für das Umgebungslicht in Prozent, N die Anzahl der Kreise in x-Richtung und APX die Aperturbreite in x-Richtung ist. Die Kreise werden zunächst in einem festen Raster mit Rasterabstand APX/N in x und y äquidistant angeordnet. Danach werden die Kreismittelpunktslagen leicht modifiziert, indem die Richtung und Länge der Mittelpunktverschiebung ausgewürfelt werden. Die Länge wird hier so gewählt, daß kein Überlappungseffekt zwischen benachbarten Kreisen auftritt.Where T is the required transmission for the ambient light in percent, N is the number of circles in the x-direction and APX is the aperture width in the x-direction. The circles are first arranged equidistantly in a fixed grid with grid spacing APX / N in x and y. Thereafter, the circle center locations are slightly modified by dicing the direction and length of the midpoint shift. The length is chosen here so that no overlap effect between adjacent circles occurs.

Als Statistikfunktionen für Länge und Winkel können folgende Formeln angewendet werden.The following formulas can be used as statistic functions for length and angle.

Statistische Verschiebungslänge: r = (APX/N/2 – D/2)·randf Statistical shift length: r = (APX / N / 2 - D / 2) · edge f

Statistische Verschiebungsrichtung: w = 360·randf Statistical shift direction: w = 360 · edgef

Wobei randf einen Zufallswert zwischen 0 und 1 liefert. Die modifizierte Position der Kreise 140 ergibt sich dann gemäß den nachfolgenden Formeln: x = (i/N)·APX + r·cos(w) y = (j/N)·APX + r·sin(w) M = round(APY/APX) Where randf returns a random value between 0 and 1. The modified position of the circles 140 then results according to the following formulas: x = (i / N) · APX + r · cos (w) y = (j / N) · APX + r · sin (w) M = round (APY / APX)

Wobei die Funktion round das Argument (APY/APX) auf ganze Zahlen rundet.The round function rounds the argument (APY / APX) to integers.

Natürlich kann auch jede andere Art der Verteilung der Fresnel-Abschnitte 140 gewählt werden, wobei bevorzugt eine nicht regelmäßige Anordnung gewählt wird.Of course, any other way of distributing the Fresnel sections may be 140 are selected, preferably a non-regular arrangement is selected.

Claims

Display device with a holding device which can be placed on the head of a user ( 2 ), one on the holding device ( 2 ) mounted imagers ( 5 ) for generating an image, a control unit for controlling the image generator ( 5 ) and one on the holding device ( 2 ) attached multi-functional glass ( 3 . 4 ), which has a coupling region ( 11 ) and a decoupling area ( 12 ), wherein the generated image via the coupling region ( 11 ) into the multifunction glass ( 3 ), in the multifunction glass ( 3 ) to the decoupling area ( 12 ) and via the decoupling area ( 12 ) is coupled out so that the user in the upside down state of the holding device ( 2 ) in superposition with the environment, wherein the display device is a spectacle lens ( 6 ) for ametropia correction, which on the holding device ( 2 ) and in the upside down state between the user's eye and the multifunctional glass ( 3 . 4 ), and a socket ( 10 ) for the multifunction glass ( 3 . 4 ), in which the lens ( 6 ), and wherein the spectacle lens ( 6 ) from the multifunction glass ( 3 . 4 ) is spaced.

Display device according to claim 1, wherein between the spectacle lens ( 6 ) and the multifunction glass ( 3 . 4 ) a spacer ( 7 ) is arranged.

Display device according to one of the above claims, wherein the spectacle lens ( 6 ) not detachable with the holding device ( 2 ) connected is.

Display device according to one of the above claims, wherein the multifunctional glass ( 3 . 4 ) not detachable with the holding device ( 2 ) connected is.

Display device according to one of the above claims, wherein the multifunctional glass ( 3 . 4 ) is neutral with respect to ametropia correction.

Display device according to one of the above claims, wherein the multifunctional glass ( 3 . 4 ) in the mounted on the head state for the user has an optically detectable effective range, wherein the multifunction glass ( 3 . 4 ) is formed at least in the useful area as a plane-parallel plate or spherical-concentric.

Display device according to one of the above claims, wherein both the coupling region ( 11 ) as well as the decoupling area ( 12 ) and map, wherein the coupling region ( 11 ) the generated image as an intermediate image in a multi-functional glass ( 3 ) lying intermediate image plane maps.

Display device according to one of the above claims, wherein the coupling-in area ( 11 ) and / or the decoupling area ( 12 ) are formed as a Fresnel structure, in particular as a non-contiguous Fresnel structure, is / is.

Display device according to one of the above claims, wherein the multifunction glass has a front side ( 8th ) and a back ( 9 ), wherein for guiding the image in the multifunctional glass ( 3 ) Deflections only on the front and back ( 8th . 9 ) occur.