DE102012216581A1 - Display device e.g. look-around display device, for displaying formed image with eye, has imaging element including positively refracting power and optical dispersion that are larger than another optical dispersion of imaging optics - Google Patents

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Wilhelm Ulrich
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Abstract

The device has light beams (L) coupled into an imaging element (10) over an entrance surface (11) and reflected on detour surfaces (12, 13). The light beams are decoupled from a spherical curved exit surface (14), so that a user realizes the formed image. Imaging optics (16) comprises a lens (15) with a negative refracting power downstream the exit surface of the imaging element and an optical dispersion. The imaging element includes positively refracting power and another optical dispersion that are larger than the former optical dispersion.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anzeigevorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. The present invention relates to a display device according to the preamble of claim 1.

Bei solchen Anzeigevorrichtungen ist es schwierig, diese kompakt auszubilden und gleichzeitig einen geringen Farbquerfehler bereitzustellen. In such display devices, it is difficult to make them compact while providing low lateral chromatic aberration.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Anzeigevorrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß sie kompakt ist und gleichzeitig einen äußerst geringen Farbquerfehler aufweist. The object of the invention is therefore to develop a display device of the type mentioned so that it is compact and at the same time has an extremely low lateral chromatic aberration.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einer Anzeigevorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Abbildungsoptik eine der Austrittsfläche des Abbildungselementes nachgeordnete Linse mit negativer Brechkraft und einer ersten Abbe-Zahl aufweist und das Abbildungselement eine positive Brechkraft und eine zweite Abbe-Zahl, die größer ist als die erste Abbe-Zahl, aufweist. According to the invention the object is achieved in a display device of the type mentioned above in that the imaging optics has a downstream of the imaging element downstream lens with negative refractive power and a first Abbe number and the imaging element has a positive refractive power and a second Abbe number, which is greater as the first Abbe number.

Dadurch wird es möglich, die Anzeigevorrichtung kompakt zu halten und gleichzeitig den Farbquerfehler äußerst effektiv zu minimieren. This makes it possible to keep the display device compact while minimizing the lateral color aberration extremely effectively.

Insbesondere ist die Abbildungsoptik so ausgelegt, daß der Farbquerfehler geringer ist im Vergleich zu einer Abbildungsoptik mit nur einem monolithischen Abbildungselement und ohne einer der Austrittsfläche des Abbildungselementes nachgeordneten Linse. In particular, the imaging optics is designed so that the lateral chromatic aberration is lower compared to an imaging optics with only one monolithic imaging element and without one of the exit surface of the imaging element downstream lens.

Des weiteren kann die Anzeigevorrichtung so ausgebildet sein, daß der Benutzer bei Wahrnehmen des erzeugten Bildes mit einem ersten Auge mit dem ersten Auge nicht die Umgebung wahrnehmen kann. In diesem Fall ist die Anzeigevorrichtung als sogenannte Look-around-Anzeigevorrichtung ausgebildet. Furthermore, the display device may be configured so that the user can not perceive the environment when perceiving the generated image with a first eye with the first eye. In this case, the display device is designed as a so-called look-around display device.

Ferner kann die Anzeigevorrichtung eine auf den Kopf des Benutzers aufsetzbare Haltevorrichtung aufweisen, an der der Bildgeber und die Abbildungsoptik befestigt sind. Die Haltevorrichtung kann insbesondere brillenartig ausgebildet sein. Furthermore, the display device may have a holding device which can be placed on the head of the user and to which the imager and the imaging optics are fastened. The holding device may in particular be designed like a spectacle.

Das Abbildungselement und die Linse können jeweils aus Kunststoff hergestellt sein. Damit wird das Gewicht der Anzeigevorrichtung gering gehalten. So kann das Abbildungselement z. B. aus PMMA und Zeonex und die Linse aus Polycarbonat gebildet sein. The imaging element and the lens may each be made of plastic. Thus, the weight of the display device is kept low. Thus, the imaging element z. B. PMMA and Zeonex and the lens may be formed of polycarbonate.

Die Umlenkfläche des Abbildungselementes kann als Freiformfläche ausgebildet sein, die nicht rotationssymmetrisch und nicht sphärisch gekrümmt ist. Insbesondere kann die Freiformfläche genau eine Symmetrieebene aufweisen. The deflection of the imaging element may be formed as a free-form surface which is not rotationally symmetrical and not curved spherically. In particular, the freeform surface can have exactly one plane of symmetry.

Das Abbildungselement kann mindestens zwei gekrümmte Umlenkflächen aufweisen, an denen jeweils eine Reflexion der Lichtbündel auf ihrem Weg von der Eintritts- bis zur Austrittsfläche stattfindet. The imaging element may have at least two curved deflection surfaces, on each of which a reflection of the light beams takes place on their way from the entrance to the exit surface.

Es ist jedoch auch möglich, daß das Abbildungselement genau zwei gekrümmte Umlenkflächen aufweist, an denen jeweils genau eine Reflexion der Lichtbündel auf ihrem Weg von der Eintritts- bis zur Austrittsfläche stattfindet. However, it is also possible that the imaging element has exactly two curved deflection surfaces, on each of which exactly one reflection of the light beam takes place on its way from the entrance to the exit surface.

Bei der Anzeigevorrichtung kann sowohl die erste als auch die zweite Umlenkfläche als Freiformfläche ausgebildet sein, die nicht rotationssymmetrisch und nicht sphärisch gekrümmt ist. Bei mehr als zwei Umlenkflächen ist es ferner möglich, daß auch die weiteren Umlenkflächen jeweils als Freiformfläche ausgebildet sind. In the display device, both the first and the second deflection surface may be formed as a free-form surface, which is not rotationally symmetrical and not curved spherically. With more than two deflection surfaces, it is also possible that the further deflection surfaces are each formed as a free-form surface.

Die Umlenkfläche(n) weist bzw. weisen bevorzugt eine reflektierende Schicht oder Beschichtung auf der entsprechenden Materialgrenzfläche des Abbildungselementes auf, um die reflektierende Wirkung bereitzustellen. Natürlich kann zur Reflexion, sofern aufgrund der Einfallswinkel der Lichtbündel möglich, auch die innere Totalreflexion an der entsprechenden Materialgrenzfläche des Abbildungselementes genutzt werden. The deflection surface (s) preferably has a reflective layer or coating on the corresponding material interface of the imaging element to provide the reflective effect. Of course, for reflection, if possible because of the angle of incidence of the light bundles, the total internal reflection at the corresponding material interface of the imaging element can be used.

Die Austrittsfläche des Abbildungselementes ist bevorzugt sphärisch gekrümmt. In diesem Fall ist es leicht möglich, die Linse z. B. mit der Austrittsfläche zu verkitten oder die Linse an die Austrittsfläche anzusprengen. The exit surface of the imaging element is preferably spherically curved. In this case, it is easily possible, the lens z. B. to cement with the exit surface or to impinge the lens to the exit surface.

Es ist jedoch auch möglich, daß zwischen der Austrittsfläche und der Linse ein Luftspalt vorliegt. However, it is also possible that there is an air gap between the exit surface and the lens.

Die dem Abbildungselement abgewandte Seite der Linse kann als Freiformfläche ausgebildet sein, die nicht rotationssymmetrisch und nicht sphärisch gekrümmt ist und insbesondere genau eine Spiegelsymmetrie aufweist. Natürlich kann die dem Abbildungselement abgewandte Seite der Linse auch als sphärisch gekrümmte Fläche oder als asphärische Fläche ausgebildet sein. The side facing away from the imaging element of the lens may be formed as a free-form surface which is not rotationally symmetric and not spherically curved and in particular has exactly one mirror symmetry. Of course, the side facing away from the imaging element of the lens may also be formed as a spherically curved surface or as an aspheric surface.

Die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung kann zumindest eine Steuereinheit aufweisen, um den Bildgeber anzusteuern. Insbesondere kann ein Bildgeber vorgesehen sein, mit dem mehrere Farbteilbilder zur Erzeugung eines mehrfarbigen Bildes erzeugt werden können (gleichzeitig oder zeitlich sequentiell). Insbesondere kann die Steuereinheit so ausgebildet sein, daß sie den Bildgeber dann derart ansteuert, daß die mittels dem Bildgeber erzeugten Farbteilbilder so zueinander versetzt erzeugt werden, daß dadurch ein Farbquerfehler der Abbildungsoptik verringert oder kompensiert wird. Die Farbteilbilder werden quasi mit einem Farbquerfehler beaufschlagt, der entgegengesetzt zum Farbquerfehler der Abbildungsoptik ist. The display device according to the invention may have at least one control unit to control the imager. In particular, an imager can be provided, with which a plurality of color sub-images can be generated to produce a multicolored image (simultaneously or temporally sequentially). In particular, the control unit can be designed such that it then controls the imager in such a way that the color sub-images generated by the imager are generated offset relative to one another in such a way that a lateral chromatic aberration of the imaging optics is reduced or compensated. The color sub-images are virtually applied with a transverse color defect, which is opposite to the transverse chromatic aberration of the imaging optics.

Die Anzeigevorrichtung kann noch weitere dem Fachmann bekannte Elemente aufweisen, die zum Betrieb der Anzeigevorrichtung notwendig sind. The display device may have further elements known to the person skilled in the art which are necessary for the operation of the display device.

Der Bildgeber, der z. B. als OLED-Modul ausgebildet sein kann, weist bevorzugt mehrere Pixel auf, von denen die Lichtbündel zur Erzeugung des Bildes ausgehen. The imager, the z. B. may be formed as an OLED module, preferably has a plurality of pixels from which emit the light beams for generating the image.

Der Bildgeber kann ein selbstleuchtender Bildgeber sein oder ein passiver Bildgeber, der mittels einer separaten Lichtquelle beleuchtet wird. The imager may be a self-illuminating imager or a passive imager illuminated by a separate light source.

Der Bildgeber und die Abbildungsoptik können ein Bildmodul bilden, mit dem dem Benutzer ein Bild für sein linkes oder rechtes Auge dargeboten wird. Die Anzeigevorrichtung kann für jedes Auge ein solches Bildmodul und somit insgesamt zwei Bildmodule aufweisen, die bevorzugt gleich ausgebildet sind. Bevorzugt ist die Anzeigevorrichtung als Look-around-Anzeigevorrichtung ausgebildet, so daß der Benutzer mit seinen beiden Augen nur die Bilder der Bildmodule wahrnehmen kann. The imager and the imaging optics may form an image module that provides the user with an image for his left or right eye. The display device may have for each eye such an image module and thus a total of two image modules, which are preferably the same. Preferably, the display device is designed as a look-around display device, so that the user can perceive only the images of the image modules with his two eyes.

Es wird ferner eine Anzeigevorrichtung mit einem Bildgeber, von dem Lichtbündel zur Erzeugung eines Bildes ausgehen, und einer Abbildungsoptik, die ein monolithisches Abbildungselement mit einer Eintrittsfläche, einer gekrümmten Umlenkfläche und einer Austrittsfläche umfaßt, bereitgestellt, wobei die Lichtbündel über die Eintrittsfläche in das Abbildungselement eingekoppelt, an der Umlenkfläche reflektiert und über die Austrittsfläche ausgekoppelt werden, so daß ein Benutzer das erzeugte Bild wahrnehmen kann, wobei die Umlenkfläche als Freiformfläche ausgebildet ist, die nicht rotationssymmetrisch und nicht sphärisch gekrümmt ist. Bevorzugt weist die Freiformfläche genau eine Spiegelsymmetrieebene auf. There is further provided a display device comprising an imager emanating from the light beam for generating an image, and an imaging optics comprising a monolithic imaging element having an entrance surface, a curved deflection surface and an exit surface, wherein the light bundles coupled via the entrance surface in the imaging element , Reflected on the deflection surface and coupled over the exit surface, so that a user can perceive the image generated, wherein the deflection surface is formed as a free-form surface, which is not rotationally symmetric and not spherically curved. The free-form surface preferably has exactly one mirror symmetry plane.

Diese Anzeigevorrichtung kann in gleicher Weise wie die bereits beschriebene Anzeigevorrichtung weitergebildet werden. This display device can be developed in the same way as the display device already described.

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 schematische Draufsicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung; 1 a schematic plan view of an embodiment of the display device according to the invention;

2 eine vergrößerte Seitenansicht von Teilen des Bildmoduls 6 gemäß 1; 2 an enlarged side view of parts of the image module 6 according to 1 ;

3 eine vergrößerte Seitenansicht gemäß 2 einer alternativen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung; 3 an enlarged side view according to 2 an alternative embodiment of the display device according to the invention;

4 ein Spotdiagramm der Anzeigevorrichtung gemäß 2; 4 a spot diagram of the display device according to 2 ;

5 ein Spotdiagramm der Anzeigevorrichtung gemäß 3; 5 a spot diagram of the display device according to 3 ;

6 eine Darstellung der geometrischen Modulationsübertragungsfunktion für die Abbildungsoptik 16 gemäß 2; 6 a representation of the geometric modulation transfer function for the imaging optics 16 according to 2 ;

7 eine Darstellung der geometrischen Modulationsübertragungsfunktion für die Abbildung 16’ gemäß 3; 7 a representation of the geometric modulation transfer function for the image 16 ' according to 3 ;

8 eine Darstellung der geometrischen Modulationsübertragungsfunktion für die Abbildungsoptik 16 gemäß 2, und 8th a representation of the geometric modulation transfer function for the imaging optics 16 according to 2 , and

9 eine Darstellung der geometrischen Modulationsübertragungsfunktion für die Abbildung 16’ gemäß 3. 9 a representation of the geometric modulation transfer function for the image 16 ' according to 3 ,

Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform umfaßt die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung 1 eine auf den Kopf eines Benutzers aufsetzbare Haltevorrichtung 2 mit einem Hauptkörper 3 und zwei damit verbundenen seitlichen Bügeln 4, 5. Die Haltevorrichtung 2 kann im wesentlichen wie eine herkömmliche Brille getragen werden, so daß die Bügel 4 und 5 auf den Ohren (nicht gezeigt) eines Benutzers und der Hauptkörper 3 mit einer nicht gezeigten Nasenauflage auf einer Nase (nicht gezeigt) des Benutzers aufliegen. At the in 1 embodiment shown comprises the display device according to the invention 1 an attachable to the head of a user holding device 2 with a main body 3 and two associated side straps 4 . 5 , The holding device 2 can be worn much like a conventional glasses, so that the strap 4 and 5 on the ears (not shown) of a user and the main body 3 rest with a not shown nose pad on a nose (not shown) of the user.

Im Hauptkörper 3 ist für jedes Auge LA, RA des Benutzers jeweils ein schematisch dargestelltes Bildmodul 6, 7 angeordnet, mit denen dem Benutzer für jedes Auge LA, RA ein virtuelles Bild dargeboten wird. Dies ist in 1 für jedes Auge LA, RA durch drei schematisch eingezeichnete Strahlbündel L angedeutet. Die beiden Bildmodule 6, 7 sind gleich ausgebildet. Nachfolgend wird daher nur das Bildmodul 6 im Detail beschrieben. In the main body 3 For each eye LA, RA of the user is a schematically represented image module 6 . 7 arranged, with which the user for each eye LA, RA a virtual image is presented. This is in 1 for each eye LA, RA indicated by three schematically drawn ray bundles L. The two image modules 6 . 7 are the same. Below, therefore, only the image module 6 described in detail.

In 2 sind Teile des Bildmoduls 6 für das linke Auge LA vergrößert in einer Seitenansicht dargestellt. Das Bildmodul 6 umfaßt einen Bildgeber 8 (z. B. ein OLED-Modul), der mittels einer Steuereinheit 9 angesteuert wird, um ein Bild zu erzeugen. Die Steuereinheit 9 kann Element des Bildmoduls 6 sein und über Kabel oder drahtlos mit dem Bildgeber 8 verbunden sein. Die Steuereinheit 9 kann an der Haltevorrichtung 2 befestigt sein (beispielsweise im Hauptkörper 3) oder kann nicht mit der Haltevorrichtung 2 mechanisch verbunden sein. In 2 are parts of the image module 6 for the left eye LA enlarged in a side view. The image module 6 includes an imager 8th (For example, an OLED module), by means of a control unit 9 is driven to produce an image. The control unit 9 can be element of the image module 6 be and via cable or wirelessly with the imager 8th be connected. The control unit 9 can on the fixture 2 be attached (for example, in the main body 3 ) or can not with the holding device 2 be mechanically connected.

Das Bildmodul 6 umfaßt ferner ein monolithisches Abbildungselement 10, das eine Eintrittsfläche 11, eine erste und eine zweite Umlenkfläche 12, 13 sowie eine sphärisch gekrümmte Austrittsfläche 14 aufweist, und eine Negativlinse 15, die an die Austrittsfläche 15 angekittet ist. Die Linse 15 ist somit zwischen dem Auge LA und dem Abbildungselement 10 angeordnet. The image module 6 further comprises a monolithic imaging element 10 that has an entrance area 11 , a first and a second deflection surface 12 . 13 and a spherically curved exit surface 14 and a negative lens 15 attached to the exit surface 15 is cemented. The Lens 15 is thus between the eye LA and the imaging element 10 arranged.

Das Abbildungselement 10 bildet zusammen mit der Negativlinse 15 eine Abbildungsoptik 16, die das mittels dem Bildgeber 8 erzeugte Bild dem Benutzer in einer Austrittspupille 17 der Abbildungsoptik 16 als vergrößertes virtuelles Bild darbietet. The picture element 10 forms together with the negative lens 15 an imaging optics 16 that by means of the imager 8th generated image to the user in an exit pupil 17 the imaging optics 16 as an enlarged virtual image.

Der Bildgeber 8 kann hier ein rechteckiges Bild erzeugen, dessen längere Seite sich senkrecht zur Zeichenebene in 2 erstreckt. The imager 8th Here you can create a rectangular image whose longer side is perpendicular to the plane in 2 extends.

Die Anzeigevorrichtung 1 ist so ausgebildet, daß der Benutzer im aufgesetzten Zustand der Haltevorrichtung 2 nur das mittels dem Bildmodul 6 erzeugte virtuelle Bild mit seinem linken Auge LA und nicht die Umgebung wahrnehmen kann. Dies kann z. B. dadurch erreicht werden, daß bis auf eine Austrittsöffnung im Hauptkörper 3, über die die Lichtbündel L aus dem Hauptkörper 3 austreten, der Hauptkörper 3 nicht transparent ist. Somit kann ein Benutzer nur das dargebotene Bild und nicht die Umgebung wahrnehmen. The display device 1 is designed so that the user in the attached state of the holding device 2 only that by means of the image module 6 generated virtual image with his left eye LA and can not perceive the environment. This can be z. B. be achieved in that except for an outlet opening in the main body 3 over which the light bundles L from the main body 3 escape, the main body 3 is not transparent. Thus, a user can only perceive the presented image and not the environment.

Der Bildgeber 8 erzeugt in bekannter Weise (z. B. gleichzeitig oder zeitsequentiell) pro darzustellendem mehrfarbigem Bild mehrere Farbteilbilder (z. B. mit den Farben rot, grün und blau), die mittels der Abbildungsoptik 16 möglichst so abgebildet werden, daß die Farbteilbilder pro Bildpunkt beim Auftreffen auf die Netzhaut des Auges LA möglichst exakt aufeinander liegen. Der Farbquerfehler der Abbildungsoptik 16 soll daher möglichst gering sein, wobei er bevorzugt nicht mehr wahrnehmbar bzw. nicht mehr als störend wahrnehmbar sein soll. Dazu weist das Abbildungselement 10 eine positive Brechkraft und eine hohe Abbe-Zahl bzw. eine höhere Abbe-Zahl als die Negativlinse 15 auf. So kann z. B. die Negativlinse 15 aus Polycarbonat hergestellt sein und kann das Abbildungselement 10 aus PMMA oder Zeonex hergestellt sein. Bei der hier beschriebenen Ausführungsform ist das Abbildungselement 10 aus Zeonex hergestellt und weist eine Abbe-Zahl von 56,2 und eine Brennweite von 12,5 mm auf. Die Negativlinse 15 weist eine Abbe-Zahl von 30,0 und eine Brennweite von –50,2 mm auf. Des weiteren ist die Eintrittsfläche 11 plan ausgebildet und sind die zweite Umlenkfläche 13 sowie die Austrittsfläche 14 jeweils sphärisch gekrümmt. Die Krümmungsradien betragen –97,32 mm und 21,81 mm. Die erste Umlenkfläche 12 ist als Freiformfläche ausgebildet, die nicht sphärisch gekrümmt und nicht rotationssymmetrisch ist. Ferner ist die Freiformfläche spiegelsymmetrisch zur yz-Ebene. Die Spiegelsymmetrieachse liegt hier parallel zur kürzeren Seite des Bildgebers 8 bzw. des mittels des Bildgebers 8 erzeugbaren rechteckigen Bildes. Weitere Spiegelsymmetrieebenen weist die Freiformfläche nicht auf. Die Freiformfläche kann durch die nachfolgende Flächenformel z(x, y) beschrieben werden:

Figure DE102012216581A1_0002
Figure DE102012216581A1_0003
(jeweilige radiale Höhe); c = 1/R (Scheitelkrümmung); R (= Grundradius) und k (= konische Konstante). The imager 8th generates in a known manner (for example simultaneously or time-sequentially) a plurality of color sub-images (for example with the colors red, green and blue) for each multicolored image to be displayed, by means of the imaging optics 16 possibly be imaged so that the color subpictures per pixel as close as possible to each other when hitting the retina of the eye LA. The lateral color aberration of the imaging optics 16 should therefore be as low as possible, and it should preferably no longer be perceptible or no longer be perceivable as disturbing. For this purpose, the imaging element 10 a positive power and a high Abbe number and a higher Abbe number than the negative lens, respectively 15 on. So z. B. the negative lens 15 be made of polycarbonate and can be the imaging element 10 be made of PMMA or Zeonex. In the embodiment described herein, the imaging element is 10 made of Zeonex and has an Abbe number of 56.2 and a focal length of 12.5 mm. The negative lens 15 has an Abbe number of 30.0 and a focal length of -50.2 mm. Furthermore, the entrance area 11 formed plan and are the second deflection 13 as well as the exit surface 14 each curved spherically. The radii of curvature are -97.32 mm and 21.81 mm. The first deflection surface 12 is formed as a free-form surface, which is not spherically curved and not rotationally symmetric. Furthermore, the free-form surface is mirror-symmetrical to the yz plane. The mirror symmetry axis is here parallel to the shorter side of the imager 8th or the means of the imager 8th can be generated rectangular image. Further mirror symmetry planes does not exhibit the free-form surface. The free-form surface can be described by the following surface formula z (x, y):
Figure DE102012216581A1_0002
Figure DE102012216581A1_0003
(respective radial height); c = 1 / R (vertex curvature); R (= base radius) and k (= conic constant).

Der Wert für R = 65,61 mm und für k = –5,83·10–1 Die Werte für m, n und Cj sind in der nachfolgenden Tabelle 1 angegeben, wobei nicht aufgeführte Koeffizienten Cj = 0 sind. Tabelle 1 m n j Cj 0 1 2 1.7683E-01 2 0 3 –1.0920E-03 0 2 5 –5.1871E-03 1 2 7 1.8049E-04 0 3 9 –6.2470E-05 4 0 10 1.1780E-06 m n j Cj 2 2 12 3.4021E-05 0 4 14 –1.4821E-06 1 4 16 4.4424E-07 2 3 18 1.7789E-06 0 5 20 –5.1165E-08 6 0 21 6.0947E-09 4 2 23 1.9452E-08 2 4 25 3.1747E-08 The value for R = 65.61 mm and for k = -5.83 * 10 -1 The values for m, n and C j are given in Table 1 below, unexpressed coefficients C j = 0. Table 1 m n j C j 0 1 2 1.7683E-01 2 0 3 -1.0920E-03 0 2 5 -5.1871E-03 1 2 7 1.8049E-04 0 3 9 -6.2470E-05 4 0 10 1.1780E-06 m n j C j 2 2 12 3.4021E-05 0 4 14 -1.4821E-06 1 4 16 4.4424E-07 2 3 18 1.7789E-06 0 5 20 -5.1165E-08 6 0 21 6.0947E-09 4 2 23 1.9452E-08 2 4 25 3.1747E-08

Da die Negativlinse 15 an die Austrittsfläche 14 angekittet ist, weist die der Austrittsfläche 14 zugewandte Seite der Negativlinse 15 die entsprechende sphärische Krümmung auf. Die der Austrittsfläche 14 abgewandte Seite 18 der Negativlinse 15 ist wiederum als Freiformfläche ausgebildet, wobei R = 84,87 mm und k = 4,25·10–1. Die Werte für m, n und Cj in der nachfolgenden Tabelle 2 angegeben sind. Tabelle 2 m n j Cj 2 0 3 2.8959E-03 0 2 5 –3.7453E-04 1 2 7 1.1841E-04 0 3 9 2.5043E-04 4 0 10 1.9073E-06 2 2 12 1.3015E-05 0 4 14 –3.0409E-06 1 4 16 1.0512E-07 2 3 18 –4.5759E-07 0 5 20 –3.0635E-07 6 0 21 –2.2342E-08 4 2 23 –7.3747E-08 2 4 25 –1.2380E-07 Because the negative lens 15 to the exit surface 14 is cemented, that of the exit surface 14 facing side of the negative lens 15 the corresponding spherical curvature. The exit surface 14 opposite side 18 the negative lens 15 is again designed as a free-form surface, where R = 84.87 mm and k = 4.25 × 10 -1 . The values for m, n and C j are given in Table 2 below. Table 2 m n j C j 2 0 3 2.8959E-03 0 2 5 -3.7453E-04 1 2 7 1.1841E-04 0 3 9 2.5043E-04 4 0 10 1.9073E-06 2 2 12 1.3015E-05 0 4 14 -3.0409E-06 1 4 16 1.0512E-07 2 3 18 -4.5759E-07 0 5 20 -3.0635E-07 6 0 21 -2.2342E-08 4 2 23 -7.3747E-08 2 4 25 -1.2380E-07

Die Lage der einzelnen Flächen kann relativ zum Zentrum der Austrittspupille 17 (Koordinatenursprung fällt mit dem Zentrum der Austrittspupille 17 zusammen) gemäß der nachfolgenden Tabelle 3 angegeben werden, wobei die jeweilige Fläche zuerst um die angegebenen Werte in y- und z- Richtung vom Zentrum der Austrittspupille 17 zu verschieben ist und dann um den angegebenen Drehwinkel um die x-Achse zu drehen ist. Ein negativer Drehwinkel entspricht dabei einem Drehen im Uhrzeigersinn bei der Darstellung gemäß 2. Tabelle 3 Fläche y [mm] z [mm] Drehwinkel um x-Achse [°] 18 0 19 0 14 0 20,5 3,589 13 1,304 34,446 –29,411 12 9,467 42,942 –77,911 11 –13,228 41,589 –108,386 8 –9,8842 28,9692 –107,995 The position of the individual surfaces can be relative to the center of the exit pupil 17 (Coordinate origin coincides with the center of the exit pupil 17 together) according to the following Table 3, wherein the respective area first by the specified values in the y and z direction from the center of the exit pupil 17 is to be moved and then rotated by the specified rotation angle about the x-axis. A negative rotation angle corresponds to a clockwise rotation in the representation according to 2 , Table 3 area y [mm] z [mm] Rotation angle around x-axis [°] 18 0 19 0 14 0 20.5 3,589 13 1,304 34.446 -29.411 12 9.467 42.942 -77.911 11 -13.228 41.589 -108.386 8th -9.8842 28.9692 -107.995

Nachdem der bei der Abbildung benutzte Aperturbereich im jeweiligen flächeneigenen Koordinatensystem einen Versatz in der y-Richtung im flächeneigenen Koordinatensystem aufweist, sind in der nachfolgenden Tabelle 4 einerseits der Versatz ∆y und ∆x in der y- bzw. x-Richtung des flächeneigenen Koordinatensystems und andererseits die Abmessungen in x-Richtung (DMX) sowie in y-Richtung (DMY) im flächeneigenen Koordinatensystem für den genutzten Aperturbereich mit einem Schwerpunkt gemäß ∆x und ∆y angegeben. Tabelle 4 Fläche DMX [mm] DMY [mm] ∆x [mm] ∆y [mm] 18 23,2 16,5 0 0,62 14 24,0 16,8 0 0,44 13 26,8 21,2 0 –1,08 12 10,8 18,0 0 –12,9 11 9,4 6,0 0 –17,6 After the aperture region used in the illustration in the respective area-specific coordinate system has an offset in the y-direction in the surface coordinate system, in the following Table 4 on the one hand the offset .DELTA.y and .DELTA.x in the y- or x-direction of the surface coordinate system and on the other hand, the dimensions in the x-direction (DMX) and in the y-direction (DMY) in the area-specific coordinate system for the aperture range used with a center of gravity according to Δx and Δy specified. Table 4 area DMX [mm] DMY [mm] Δx [mm] Δy [mm] 18 23.2 16.5 0 0.62 14 24.0 16.8 0 0.44 13 26.8 21.2 0 -1.08 12 10.8 18.0 0 -12.9 11 9.4 6.0 0 -17.6

In 3 ist in gleicher Weise wie in 2 eine Abbildungsoptik 16’ gezeigt, wobei gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind und zu deren Beschreibung auf die obigen Ausführungen verwiesen wird. Im Unterschied zu der Ausführungsform gemäß 2 ist jedoch keine Negativlinse vorgesehen und die Austrittsfläche 14 ist ebenfalls als Freiformfläche ausgebildet. Die Ausführungsform gemäß 3 dient einerseits als Vergleichsbeispiel, das zeigt, welche Vorteile gemäß dem Aufbau nach 2 erreicht werden, und zeigt andererseits eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung. In 3 is the same as in 2 an imaging optics 16 ' shown, wherein like elements are designated by like reference numerals and reference is made to the description of the above statements. Unlike the embodiment according to 2 However, no negative lens is provided and the exit surface 14 is also designed as a freeform surface. The embodiment according to 3 serves on the one hand as a comparative example, which shows which advantages according to the structure according to 2 be reached, and on the other hand shows an embodiment of the display device according to the invention.

So ist in 4 ein Spotdiagramm der Abbildungsoptik 16 gemäß 2 für verschiedene Bildpunkte am horizontalen Rand des Bildgebers 8 dargestellt, da für diese Bildpunkte in der Regel der größte Farbquerfehler auftritt. Dabei sind in dem Spotdiagramm die Farbquerfehler von oben nach unten für fünf verschiedene Feldwinkel und somit für fünf verschiedene Bildpunkte des Bildgebers 8 dargestellt, wobei die oberste Darstellung einem Feldwinkel in y-Richtung von 0° und einem Feldwinkel in x-Richtung von 14° entspricht (Bildpunkt P1). Die entsprechenden Farben rot, grün und blau sind für diesen Bildpunkt mit R1, G1 sowie B1 gekennzeichnet. So is in 4 a spot diagram of the imaging optics 16 according to 2 for different pixels on the horizontal edge of the imager 8th shown, since these pixels usually the largest lateral chromatic aberration occurs. In the spot diagram, the color transverse errors are from top to bottom for five different field angles and thus for five different pixels of the imager 8th represented, where the uppermost representation corresponds to a field angle in the y direction of 0 ° and a field angle in the x direction of 14 ° (pixel P1). The corresponding colors red, green and blue are marked for this pixel with R1, G1 and B1.

Für den zweiten Bildpunkt P2 beträgt der Feldwinkel in y-Richtung –5° und in x-Richtung wiederum 14°. Die einzelnen Farben zu diesem Bildpunkt P2 sind mit R2, G2 und B2 bezeichnet. For the second pixel P2, the field angle in the y direction is -5 ° and in the x direction is again 14 °. The individual colors for this pixel P2 are denoted by R2, G2 and B2.

Für den dritten bis fünften Bildpunkt P3, P4 und P5 beträgt der Feldwinkel in y-Richtung 5°, –8,4° sowie 8,4°. In x-Richtung beträgt der Feldwinkel jeweils 14°. For the third to fifth pixels P3, P4 and P5, the field angle in the y direction is 5 °, -8.4 ° and 8.4 °. In the x direction, the field angle is 14 ° in each case.

In 5 ist die gleiche Darstellung für die Abbildungsoptik 16’ gemäß 3 gezeigt. Wie man einem Vergleich der Spotdiagramme von 4 und 5 entnehmen kann, ist der Farbquerfehler bei der erfindungsgemäßen Abbildungsoptik 16 gemäß 2 deutlich reduziert, wodurch große Feldwinkel (bezogen auf die Diagonale des Bildfeldes) realisiert werden können. Bei dem hier beschriebenen Beispiel beträgt der Feldwinkel ungefähr 33°. Es ist jedoch z. B. auch möglich, einen Feldwinkel von 40° oder 45° zu realisieren und dabei immer noch eine ausgezeichnete Abbildungsqualität bereitzustellen und insbesondere den Farbquerfehler zu minimieren. Des weiteren stellt die Abbildungsoptik 16 eine große Eyebox (der Bereich der Abbildungsoptik 16, in dem sich das Auge LA des Benutzers bewegen kann, wobei der Benutzer stets noch das dargebotene virtuelle Bild wahrnehmen kann) von zumindest 10 mm × 6 mm bereit, wobei aufgrund der Verwendung eines Standard-OLED als Bildgeber 8 eine kurze Brennweite von ca. 14 mm notwendig ist und der Abstand zur Augenpupille größer 18 mm ist. In 5 is the same representation for the imaging optics 16 ' according to 3 shown. How to compare spot plots of 4 and 5 can be taken, is the lateral color aberration in the imaging optics of the invention 16 according to 2 significantly reduced, whereby large field angles (based on the diagonal of the image field) can be realized. In the example described here, the field angle is approximately 33 °. However, it is z. B. also possible to realize a field angle of 40 ° or 45 ° and still provide an excellent imaging quality and in particular to minimize the lateral chromatic aberration. Furthermore, the imaging optics 16 a big eyebox (the area of imaging optics 16 in which the user's eye LA can still move, the user can still perceive the presented virtual image) of at least 10mm x 6mm, due to the use of a standard OLED as an imager 8th a short focal length of about 14 mm is necessary and the distance to the eye pupil is greater than 18 mm.

Natürlich muß die Negativlinse nicht an die Austrittsfläche 14 angekittet sein. Es ist auch ein Ansprengen sowie eine Ausbildung mit einem Luftspalt möglich. Of course, the negative lens does not have to the exit surface 14 be cemented. It is also a wringing and training with an air gap possible.

In 6 ist in üblicher Art und Weise die geometrische Modulationsübertragungsfunktion (MTF) für die Abbildungsoptik 16 dargestellt, wobei entlang der Abszisse die Ortsfrequenz (Perioden/mm) und entlang der Ordinate die Modulation angegeben ist. Es sind für die fünf Bildpunkte P1–P5 jeweils die Auflösung in y-Richtung (durchgezogene Linien) sowie x-Richtung (Stichpunktlinien) dargestellt, wobei z. B. die Kurven mit den Bezugszeichen K3 dem dritten Bildpunkt P3 zuzuordnen sind. Die Kurven K1 sind dem Bildpunkt P1 zugeordnet, die Kurven K2 sind dem Bildpunkt P2 zugeordnet, die Kurven K4 sind dem Bildpunkt P4 und die Kurven K5 sind dem Bildpunkt P5 zugeordnet. Des weiteren ist noch die Beugungsgrenze für die x- und y-Richtung als gestrichelte Linien eingezeichnet, die bei der hier dargestellten Auflösung praktisch zusammenfallen. Für die Darstellung in 6 wurde die Wellenlänge von 643,0 nm mit einer Wichtung von 30, die Wellenlänge von 546,0 nm mit einer Wichtung von 100 und die Wellenlänge von 480,0 nm mit einer Wichtung von 20 berücksichtigt. In 6 is in a conventional manner the geometric modulation transfer function (MTF) for the imaging optics 16 represented, wherein along the abscissa the spatial frequency (periods / mm) and along the ordinate the modulation is indicated. For each of the five pixels P1-P5, the resolution in y-direction (solid lines) and x-direction (stitch-point lines) are shown. B. the curves are assigned to the third pixel P3 with the reference symbol K3. The curves K1 are assigned to the pixel P1, the curves K2 are assigned to the pixel P2, the curves K4 are assigned to the pixel P4 and the curves K5 are assigned to the pixel P5. Furthermore, the diffraction limit for the x and y direction is shown as dashed lines, which coincide practically at the resolution shown here. For the representation in 6 For example, the wavelength of 643.0 nm with a weight of 30, the wavelength of 546.0 nm with a weight of 100, and the wavelength of 480.0 nm with a weight of 20 were considered.

In 7 ist die gleiche Darstellung wie in 6 für die Abbildungsoptik 16’ gemäß 3 dargestellt. In 7 is the same representation as in 6 for the imaging optics 16 ' according to 3 shown.

In 8 ist die geometrische Modulationsübertragungsfunktion für die Abbildungsfunktion 16 in gleicher Weise wie in 6 dargestellt, wobei jedoch nun die Periode der betrachteten periodischen Struktur, deren Ortsfrequenz entlang der Abszisse aufgetragen ist, um 45° gegenüber der x-Richtung und somit auch gegenüber der y-Richtung gedreht ist. In 8th is the geometric modulation transfer function for the mapping function 16 in the same way as in 6 however, the period of the considered periodic structure whose spatial frequency is plotted along the abscissa is now rotated by 45 ° with respect to the x direction and thus also with respect to the y direction.

In 9 ist die entsprechende Darstellung wie in 8 für die Abbildungsoptik 16’ gemäß 3 dargestellt. In 9 is the corresponding representation as in 8th for the imaging optics 16 ' according to 3 shown.

Wie ein Vergleich der 6 bis 9 zeigt, werden durch das Vorsehen der Negativlinse ausgezeichnete Abbildungseigenschaften bereitgestellt. Es werden hohe MTF-Werte bei gleichzeitig sehr kompakter Ausbildung der Anzeigevorrichtung erreicht, wobei die hohen MTF-Werte insbesondere durch die Verbesserung der chromatischen Korrektion erreicht werden. Ferner ist die MTF pro Farbe nahezu beugungsbegrenzt. Like a comparison of 6 to 9 shows, the provision of the negative lens provides excellent imaging characteristics. High MTF values are achieved with a very compact design of the display device at the same time, the high MTF values being achieved in particular by improving the chromatic correction. Furthermore, the MTF per color is almost diffraction limited.

In einer Weiterbildung kann die Steuereinheit 9 den Bildgeber 8 so ansteuern, daß die Farbteilbilder mit einem vorbestimmten Farbquerfehler erzeugt werden, der so gewählt ist, daß er entgegengesetzt zu dem Farbquerfehler der Abbildungsoptik 16 ist. In a further development, the control unit 9 the imager 8th to drive so that the color sub-images are generated with a predetermined lateral chromatic aberration, which is chosen so that it is opposite to the transverse color aberration of the imaging optics 16 is.

Das Bildmodul 7 kann in gleicher Weise wie das Bildmodul 6 aufgebaut sein. Insbesondere kann es eine eigene Steuereinheit aufweisen. Es ist jedoch auch möglich, daß die Steuereinheit 9 beide Bildmodule 6, 7 bzw. die entsprechenden Bildgeber ansteuert. Des weiteren können mit den beiden Bildmodulen 6 und 7 die entsprechenden virtuellen Bilder so dargestellt werden, daß ein dreidimensionaler Bildeindruck entsteht. The image module 7 can work in the same way as the image module 6 be constructed. In particular, it may have its own control unit. However, it is also possible that the control unit 9 both image modules 6 . 7 or the corresponding imager drives. Furthermore, with the two image modules 6 and 7 the corresponding virtual images are displayed so that a three-dimensional image impression is created.

Ferner ist es möglich, auch die zweite Umlenkfläche 13 als Freiformfläche auszubilden, die nicht sphärisch gekrümmt und nicht rotationssymmetrisch ist. Furthermore, it is also possible for the second deflection surface 13 form as a free-form surface, which is not spherically curved and not rotationally symmetrical.

Claims (13)

Anzeigevorrichtung mit einem Bildgeber (8), von dem Lichtbündel (L) zur Erzeugung eines Bildes ausgehen, und einer Abbildungsoptik (16), die ein monolithisches Abbildungselement (10) mit einer Eintrittsfläche (11), einer gekrümmten Umlenkfläche (12, 13) und einer Austrittsfläche (14) umfaßt, wobei die Lichtbündel (L) über die Eintrittsfläche (11) in das Abbildungselement (10) eingekoppelt, an der Umlenkfläche (12, 13) reflektiert und über die Austrittsfläche (14) ausgekoppelt werden, so daß ein Benutzer das erzeugte Bild wahrnehmen kann, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildungsoptik (16) eine der Austrittsfläche (14) des Abbildungselementes (10) nachgeordnete Linse (15) mit negativer Brechkraft und einer ersten Abbe-Zahl aufweist, und daß das Abbildungselement (10) eine positive Brechkraft und eine zweite Abbe-Zahl, die größer ist als die erste Abbe-Zahl, aufweist. Display device with an imager ( 8th ), from which light beam (L) emanate to produce an image, and an imaging optics ( 16 ), which is a monolithic imaging element ( 10 ) with an entrance surface ( 11 ), a curved deflection surface ( 12 . 13 ) and an exit surface ( 14 ), wherein the light bundles (L) over the entrance surface ( 11 ) in the imaging element ( 10 ) coupled to the deflection surface ( 12 . 13 ) and over the exit surface ( 14 ), so that a user can perceive the image produced, characterized in that the imaging optics ( 16 ) one of the exit surface ( 14 ) of the imaging element ( 10 ) subordinate lens ( 15 ) having a negative refractive power and a first Abbe number, and that the imaging element ( 10 ) has a positive refractive power and a second Abbe number greater than the first Abbe number. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildungsoptik (16) so ausgelegt ist, daß der Farbquerfehler geringer ist im Vergleich zu einer Abbildungsoptik (16’) mit nur einem monolithischen Abbildungselement und ohne einer der Austrittsfläche (14) des Abbildungselementes nachgeordneten Linse. Display device according to claim 1, characterized in that the imaging optics ( 16 ) is designed so that the lateral chromatic aberration is lower compared to an imaging optics ( 16 ' ) with only one monolithic imaging element and without one of the exit surface ( 14 ) of the imaging element downstream lens. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigevorrichtung so ausgebildet ist, daß der Benutzer bei Wahrnehmen des erzeugten Bildes mit einem ersten Auge (LA, RA) mit dem ersten Auge nicht die Umgebung wahrnehmen kann. A display device according to claim 1 or 2, characterized in that the display device is arranged so that the user can not perceive the environment when perceiving the generated image with a first eye (LA, RA) with the first eye. Anzeigevorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigevorrichtung eine auf den Kopf des Benutzers aufsetzbare Haltevorrichtung (2) aufweist, an der der Bildgeber (8) und die Abbildungsoptik (16) befestigt sind. Display device according to one of the preceding claims, characterized in that the display device can be placed on the user's head (FIG. 2 ) at which the imager ( 8th ) and the imaging optics ( 16 ) are attached. Anzeigevorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Abbildungselement (10) und die Linse (15) jeweils aus Kunststoff hergestellt sind. Display device according to one of the preceding claims, characterized in that the imaging element ( 10 ) and the lens ( 15 ) are each made of plastic. Anzeigevorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkfläche als Freiformfläche ausgebildet ist, die nicht rotationssymmetrisch und nicht sphärisch gekrümmt ist. Display device according to one of the above claims, characterized in that the deflection surface is designed as a free-form surface, which is not rotationally symmetrical and not spherically curved. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Freiformfläche genau eine Spiegelsymmetrieebene aufweist. Display device according to claim 6, characterized in that the free-form surface has exactly one mirror symmetry plane. Anzeigevorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Abbildungselement (10) mindestens zwei gekrümmte Umlenkflächen (12, 13) aufweist, an denen jeweils eine Reflexion der Lichtbündel (L) auf ihrem Weg von der Eintritts- bis zur Austrittsfläche (11, 14) stattfindet. Display device according to one of the preceding claims, characterized in that the imaging element ( 10 ) at least two curved deflection surfaces ( 12 . 13 ), on each of which a reflection of the light bundles (L) on their way from the entrance to the exit surface ( 11 . 14 ) takes place. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Abbildungselement genau zwei gekrümmte Umlenkflächen (12, 13) aufweist, an denen jeweils genau eine Reflexion der Lichtbündel (L) auf ihrem Weg von der Eintritts- bis zur Austrittsfläche (11, 14) stattfindet. Display device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the imaging element exactly two curved deflection surfaces ( 12 . 13 ), on each of which exactly one reflection of the light bundles (L) on their way from the entrance to the exit surface ( 11 . 14 ) takes place. Anzeigevorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsfläche sphärisch gekrümmt ist. Display device according to one of the above claims, characterized in that the exit surface is spherically curved. Anzeigevorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Linse (15) mit der Austrittsfläche (14) verkittet ist. Display device according to one of the above claims, characterized in that the lens ( 15 ) with the exit surface ( 14 ) is cemented. Anzeigevorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Abbildungselement (10) abgewandte Seite (18) der Linse (14) als Freiformfläche ausgebildet ist, die nicht rotationssymmetrisch und nicht sphärisch gekrümmt ist. Display device according to one of the preceding claims, characterized in that the imaging element ( 10 ) facing away ( 18 ) of the lens ( 14 ) is formed as a free-form surface, which is not rotationally symmetrical and not spherically curved. Anzeigevorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Steuereinheit (9), die den Bildgeber (8) so ansteuert, daß mittels dem Bildgeber (8) erzeugte Farbteilbilder so zueinander versetzt erzeugt werden, daß dadurch ein Farbquerfehler der Abbildungsoptik (16) verringert oder kompensiert wird. Display device according to one of the above claims, characterized by a control unit ( 9 ), the imager ( 8th ) so that by means of the imager ( 8th ) are generated so offset from one another that thereby a transverse color aberration of the imaging optics ( 16 ) is reduced or compensated.
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