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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Abstract
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
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:
Bei der in
Im Hauptkörper
In
Das Bildmodul
Das Abbildungselement
Der Bildgeber
Die Anzeigevorrichtung
Der Bildgeber
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
Da die Negativlinse
Die Lage der einzelnen Flächen kann relativ zum Zentrum der Austrittspupille
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
In
So ist in
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
Natürlich muß die Negativlinse nicht an die Austrittsfläche
In
In
In
In
Wie ein Vergleich der
In einer Weiterbildung kann die Steuereinheit
Das Bildmodul
Ferner ist es möglich, auch die zweite Umlenkfläche
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