DE102013207257B4

DE102013207257B4 - Anzeigevorrichtung

Info

Publication number: DE102013207257B4
Application number: DE102013207257.0A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Singer; Norbert Kerwien
Original assignee: Carl Zeiss Jena GmbH
Current assignee: Jenoptik AG
Priority date: 2013-04-22
Filing date: 2013-04-22
Publication date: 2021-03-04
Anticipated expiration: 2033-04-23
Also published as: DE102013207257A1; WO2014173833A1

Abstract

Anzeigevorrichtung miteiner ein abzubildendes Bild erzeugenden Bildgebereinheit (8), die mindestens zwei Abschnitte (12) aufweist, die jeweils nur einen örtlichen Teilbereich des abzubildenden Bildes erzeugen, undeiner der Bildgebereinheit (8) nachgeordneten Abbildungsoptik (10), die jeden Abschnitt über einen separaten Abbildungskanal (K1, K2, K3, K4, K5), in dem jeweils ein Abbildungselement (111, 112, 113, 114, 115) der Abbildungsoptik (10) angeordnet ist, in einen Betrachtungsbereich (13) als virtuelles Teilbild so abbildet, dass die virtuellen Teilbilder zusammen ein virtuelles Bild des abzubildenden Bildes bilden, das ein Benutzer wahrnehmen kann,wobei in jedem Abbildungskanal (K1-K5) zwischen der Bildgebereinheit (8) und der Abbildungsoptik (10) jeweils ein Optikmodul (151, 152, 153, 154, 155) angeordnet ist, das die optische Wirkung einer Linse mit negativer Brechkraft aufweist, undwobei zumindest eines der Optikmodule (151, 153; 151, 153, 154, 155) so ausgebildet ist, dass es, in Richtung von der Bildgebereinheit (8) hin zum Betrachtungsbereich (13) gesehen, eine Strahlengangfaltung zum Betrachtungsbereich (13) hin bewirkt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anzeigevorrichtung, die eine Bildgebereinheit, die ein abzubildendes Bild erzeugt, und eine der Bildgebereinheit nachgeordnete Abbildungsoptik aufweist, die die Bildgebereinheit so abbildet, dass das Bild als virtuelles Bild in einen Betrachtungsbereich abgebildet ist, wobei das abgebildete virtuelle Bild von einem Benutzer wahrnehmbar ist.
Eine solche Anzeigevorrichtung kann ein auf den Kopf eines Benutzers aufsetzbare Haltevorrichtung aufweisen, an der die Bildgebereinheit und die Abbildungsoptik befestigt sind.
Wenn man ein großes Gesichtsfeld mit einem großen Sehwinkel bereitstellen möchte, müssen auch die optischen Elemente der Abbildungsoptik größer gebildet werden. Dies führt jedoch dann dazu, dass neben z. B. dem Linsendurchmesser auch alle anderen Dimensionen der optischen Elemente der Abbildungsoptik größer werden. Dies führt zu einer Anzeigevorrichtung, deren Abmessungen insgesamt größer werden und deren Gewicht zunimmt. Des Weiteren wird die optische Korrektur von Abbildungsfehlern bei größerem Gesichtsfeld und größerem Sehwinkel deutlich aufwendiger.
Die US 2008/0204731 A1 offenbart eine Anzeigevorrichtung mit einer Bildgebereinheit, welche sich aus einer Vielzahl von Bildgebungselementen zusammensetzt. Jedem der Bildgebungselemente ist ein Mikrolinsenelement eines Mikrolinsenarrays zugeordnet. Zwischen Mikrolinsenarray und Bildgebungsvorrichtung sind keine weiteren optischen Elemente angeordnet.
Die DE 102012205164 A1 befasst sich mit einem Projektionsdisplay zum Projizieren eines Gesamtbilds. Ein Bildgeber zum Darstellen von Teilbildern in einer zweidimensionalen Verteilung von Teilbereichen des Bildgebers sendet Strahlung aus, welche durch eine Projektionsoptikanordnung mit einer zweidimensionalen Verteilung der Projektionsoptik auf ein Auge fokussiert wird. Die Projektionsoptikanordnung umfasst ferner eine Feldlinse. Sowohl die Projektionsoptik als auch die Feldlinse sind als Linsen mit positiver Brechkraft ausgebildet. Somit werden die Teilbilder in eine Pupille des Benutzers projiziert.
Die EP 1513000 A1 offenbart ein Head-Mounted-Display, das für jedes Auge des Benutzers eine Abbildungsoptik zur Darstellung eines Bildes aufweist. Die Abbildungsoptik weist eine erste Optikgruppe auf, welche einem Bildelement nachgeordnet ist. Die Strahlung wird durch ein Umlenkelement umgelenkt und mittels einer zweiten Optikgruppe in die Austrittspupille fokussiert.
Ausgehend hiervon ist es daher Aufgabe der Erfindung, eine Anzeigevorrichtung bereitzustellen, die ein großes Gesichtsfeld mit einem großen Sehwinkel bei gleichzeitig möglichst geringen Abmessungen und möglichst geringem Gewicht aufweist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Anzeigevorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 und durch eine Anzeigevorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 13.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Da bei der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung das abzubildende Bild abschnittsweise über die einzelnen Abbildungskanäle abgebildet wird, kann das Gesichtsfeld und der Sehwinkel durch Hinzufügen weiterer Abbildungskanäle relativ leicht vergrößert werden, ohne dass dadurch eine deutliche Vergrößerung der Abbildungsoptik auftritt.
Mittels der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung wird somit eine Vielkanaloptik bereitgestellt, mit der das abzubildende Bild in kleine Segmente bzw. Abschnitte zerlegt und im Betrachtungsbereich wieder zusammengesetzt wird, so dass ein Betrachter die zerlegten Abschnitte zusammen als virtuelles Bild des abzubildenden Bildes wahrnehmen kann.
Da die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung in jedem Abbildungskanal zwischen der Bildgebereinheit und der Abbildungsoptik jeweils ein Optikmodul aufweist, das die optische Wirkung einer Linse mit negativer Brechkraft aufweist, kann die Länge der Abbildungskanäle klein gehalten werden.
Die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung kann eine auf den Kopf des Benutzers aufsetzbare Haltevorrichtung, an der Bildgebereinheit, die Abbildungsoptik und die Optikmodule befestigt sind, aufweisen. Insbesondere kann die Haltevorrichtung in Art einer Brille ausgebildet sein. In diesem Fall kann die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung z. B. als Datenbrille bezeichnet werden, die eine kompakte Bauform aufweist und bei der viele virtuelle Teilbilder so überlagert sind, dass das abzubildende Bild als virtuelles Bild wahrnehmbar ist.
Insbesondere kann die Anzeigevorrichtung so ausgebildet sein, dass der Benutzer beim Wahrnehmen des virtuellen Bildes mit einem ersten Auge die Umgebung mit dem ersten Auge nicht wahrnehmen kann.
Natürlich ist es auch möglich, die Anzeigevorrichtung so auszubilden, dass der Benutzer neben dem virtuellen Bild auch die Umgebung wahrnehmen kann. Insbesondere ist es beispielsweise möglich, dass der Benutzer das virtuelle Bild in Überlagerung mit der Umgebung wahrnehmen kann.
Bei der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung kann zumindest eines der Optikmodule, das die Strahlengangfaltung bewirkt, ein einzelnes Optikelement aufweisen, das sowohl die optische Wirkung der Linse mit negativer Brechkraft bereitstellt als auch die Strahlengangfaltung bewirkt. Dies führt zu einer sehr kompakten Ausbildung des Optikmoduls.
Die Abbildungsoptik kann als Mikrolinsenarray ausgebildet sein, wobei jeweils eine Mikrolinse des Mikrolinsenarrays einem der Abbildungskanäle als das Abbildungselement zugeordnet ist. Insbesondere weisen alle Mikrolinsen des Mikrolinsenarrays die gleiche Brechkraft auf.
Bei der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung kann die optische Wirkung, die in den Abbildungskanälen durch die Abbildungsoptik und die gegebenenfalls enthaltenen Optikmodule bereitgestellt ist, für zumindest zwei Abbildungskanäle verschieden sein. Insbesondere kann die optische Wirkung von zumindest zwei Abbildungselementen unterschiedlich sein.
Bei der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung können die Optikmodule so ausgebildet sein, dass die optische Wirkung der Linsen negativer Brechkraft in zumindest zwei Abbildungskanälen verschieden ist, um z. B. Abbildungsfehler zu verringern.
Ferner können die Optikmodule so ausgebildet sein, dass die Größe der Strahlengangfaltung in zumindest zwei Abbildungskanälen verschieden ist. Insbesondere ist die Größe der Strahlengangfaltung so gewählt, dass eine von der Bildgebereinheit vorgegebene Telezentrie möglichst vollständig beibehalten wird.
Bei der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung kann in zumindest einem der Abbildungskanäle zwischen der Abbildungsoptik und dem Betrachtungsbereich ein optisches Faltungselement angeordnet sein, das eine Strahlengangfaltung hin zum Betrachtungsbereich bewirkt. Damit kann vorteilhaft erreicht werden, dass der Abstand der Abschnitte in einer Richtung quer zur Ausbreitungsrichtung des von den Abschnitten kommenden Lichtes verringert werden kann.
Die Größe der Strahlengangfaltung kann von der Mitte der Bildgebereinheit zum Rand der Bildgebereinheit hin zunehmen.
Insbesondere können mehrere optische Faltungselemente in mehreren Abbildungskanälen vorgesehen sein. Die mehreren optischen Faltungselemente können einstückig ausgebildet sein.
Ferner kann bei der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung zwischen zwei Abbildungskanälen eine Abschattungsblende zur Streulichtunterdrückung im Bereich zwischen der Bildgebereinheit und der Abbildungsoptik angeordnet sein.
Die Bildgebereinheit kann einen einzelnen Bildgeber mit den mehreren Abschnitten, die jeweils nur einen örtlichen Teilbereich des abzubildenden Bildes erzeugen, aufweisen. Der Bildgeber kann eben oder gekrümmt sein.
Die Bildgebereinheit kann z. B. einen Bildgeber, der als OLED-Modul ausgebildet ist, aufweisen. Insbesondere kann die Bildgebereinheit mehrere Pixel aufweisen, von denen jeweils Lichtbündel zur Erzeugung des Bildes ausgehen.
Die Bildgebereinheit kann einen selbstleuchtenden Bildgeber oder einen passiven Bildgeber, der mittels einer separaten Lichtquelle beleuchtet wird, aufweisen.
Die Bildgebereinheit, die Abbildungsoptik und die Optikmodule können zusammen 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 seinem Auge nur das Bild des Bildmoduls bzw. mit seinen Augen nur die Bilder der Bildmodule wahrnehmen kann.
Natürlich können die beiden Bildmodule auch so ausgebildet sein, dass sie nicht absolut gleich sind. Ferner ist es möglich, mittels der beiden Bildmodule dem Benutzer einen dreidimensionalen Bildeindruck zu vermitteln.
Des Weiteren kann die Anzeigevorrichtung genau ein Bildmodul für nur ein Auge des Benutzers aufweisen.
Die Anzeigevorrichtung kann weitere, dem Fachmann bekannte Elemente aufweisen, die zum Betrieb der Anzeigevorrichtung notwendig sind.
Die Anzeigevorrichtung mit den mehreren Bildgebern kann in gleicher Weise weitergebildet werden, wie die beschriebene Anzeigevorrichtung mit der Bildgebereinheit (einschließlich ihrer Weiterbildungen).
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Nachfolgend wird die Erfindung beispielsweise anhand der beigefügten Zeichnungen, die auch erfindungswesentliche Merkmale offenbaren, noch näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Draufsicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung;
2 eine vergrößerte Draufsicht von Teilen des Bildmoduls 6 von 1 ;
3 und 4 Darstellungen gemäß 2 zur Erläuterung des Effekts der Strahlengangfaltung der Optikmodule 15₁-15₃ einer nicht zur Erfindung gehörigen Ausführungsform der Anzeigevorrichtung, die lediglich zum besseren Verständnis der Erfindung dient;
5 und 6 Darstellungen gemäß 2 zur Erläuterung der Wirkung des optischen Faltungselementes 16 einer nicht zur Erfindung gehörigen Ausführungsform der Anzeigevorrichtung, die lediglich zum besseren Verständnis der Erfindung dient;
7 und 8 Darstellungen gemäß 2 zur Erläuterung der Möglichkeit der Verringerung des Abstandes zwischen Bildgebereinheit 8 und Abbildungsoptik 10 aufgrund der Optikmodule 15₁-15₃ , die die optische Wirkung einer Linse negativer Brechkraft bereitstellen, einer nicht zur Erfindung gehörigen Ausführungsform der Anzeigevorrichtung, die lediglich zum besseren Verständnis der Erfindung dient;
9 eine Darstellung gemäß 2 zur Erläuterung der Vergrößerung des Gesichtsfelds durch Hinzufügen weiterer Abbildungskanäle K₄ und Ks;
10 eine Darstellung gemäß 2 einer nicht zur Erfindung gehörigen Ausführungsform der Anzeigevorrichtung, die lediglich zum besseren Verständnis der Erfindung dient, und
11 eine Darstellung gemäß 2 einer nicht zur Erfindung gehörigen Ausführungsform der Anzeigevorrichtung mit einer gekrümmten flexiblen Bildgebereinheit 8, die lediglich zum besseren Verständnis der Erfindung dient.

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, 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.
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 Strahlenbündel L angedeutet. Die beiden Bildmodule 6, 7 sind gleich ausgebildet. Nachfolgend wird daher nur das Bildmodul 6 im Detail beschrieben.
In 2 sind Teile des Bildmoduls 6 für das linke Auge LA vergrößert in Draufsicht dargestellt. Das Bildmodul 6 umfasst eine Bildgebereinheit 8, die mittels einer Steuereinheit 9 angesteuert wird, um ein Bild zu erzeugen. Die Bildgebereinheit 8 umfasst hier einen einzelnen Bildgeber, z. B. einen OLED-Bildgeber. Die Steuereinheit 9 kann Element des Bildmoduls 6 sein oder über Kabel oder drahtlos mit der Bildgebereinheit 8 verbunden sein. Sie Steuereinheit 9 kann an der Haltevorrichtung 2 befestigt sein (beispielsweise im Hauptkörper 3) oder kann mit der Haltevorrichtung 2 nicht mechanisch verbunden sein.
Das Bildmodul 6 umfasst eine Abbildungsoptik 10, die hier als Mikrolinsenarray ausgebildet ist, wobei schematisch drei Mikrolinsen 11₁ , 11₂ , 11₃ eingezeichnet sind. Jede Mikrolinse 11₁ , 11₂ , 11₃ bildet einen Abschnitt 12 in einen Betrachtungsbereich 13 als virtuelles Teilbild ab. Der Bereich von dem jeweiligen Abschnitt über die Mikrolinse 11₁-11₃ bis zum Betrachtungsbereich 13 kann als Abbildungskanal K₁ , K₂ , K₃ bezeichnet werden, so dass für jeden Abschnitt 12 ein separater Abbildungskanal K₁ , K₂ , K₃ vorgesehen ist, über den die Abbildung in den Betrachtungsbereich 13 erfolgt. Die über die einzelnen Abbildungskanäle K₁ , K₂ , K₃ abgebildeten virtuellen Teilbilder werden so abgebildet, dass die virtuellen Teilbilder zusammen ein virtuelles Bild des abzubildenden Bildes, das mittels der Bildgebereinheit 8 erzeugt wird, bilden, das dann der Benutzer mit seinem linken Auge LA wahrnehmen kann, wenn seine linke Augenpupille im Bereich des Betrachtungsbereiches 13 positioniert ist. Somit kann durch die mehreren Abbildungskanäle ein großes Gesichtsfeld (field of view) 14 mit einem großen Sehwinkel bereitgestellt werden, da mit jedem Abbildungskanal K₁-K₃ das Gesichtsfeld 14 vergrößert werden kann. Die einzelnen virtuellen Teilbilder werden somit vom Benutzer bei Betrachtung zu einem Gesamtbild zusammengesetzt, wobei die einzelnen Teilbilder entweder aneinandergesetzt sein können oder sich auch partiell überlagern können.
Um nun eine möglichst kompakte Ausbildung zu realisieren, weist die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung 1 in jedem Abbildungskanal K₁-K₃ ein Optikmodul 15₁ , 15₂, 15₃ auf, das zwischen der Abbildungsoptik 10 und der Bildgebereinheit 8 angeordnet ist. Jedes der Optikmodule 15₁-15₃ weist die Wirkung einer Linse mit negativer Brechkraft auf, was dazu führt, dass der Abstand zwischen der Bildgebereinheit 8 und der Abbildungsoptik 10 verringert werden kann im Vergleich zu dem Fall, bei dem keine Optikmodule 15 in den Abbildungskanälen vorgesehen sind.
Des Weiteren ist zumindest eines der Optikmodule 15₁-15₂ (hier das obere Optikmodul 15₁ und das untere Optikmodul 15₃ ) so ausgebildet, dass es, in Richtung von der Bildgebereinheit 8 hin zum Betrachtungsbereich 13 gesehen, eine Strahlengangfaltung zum Betrachtungsbereich 13 hin bewirkt. Damit wird erreicht, dass das Licht von jedem Bildpunkt, der mit der Bildgebereinheit 8 erzeugt wird, möglichst optimal für die Abbildung genutzt werden kann, wie nachfolgend noch im Detail beschrieben wird.
Ferner weist die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung 1 ein optisches Faltungselement 16 auf, das in zumindest einem der Abbildungskanäle K₁-K₃ zwischen der Abbildungsoptik 10 und dem Betrachtungsbereich 13 angeordnet ist. Bei der hier beschriebenen Ausführungsform bewirkt das optische Faltungselement 16 für den oberen und unteren Abbildungskanal 15₁ und 15₃ jeweils eine Strahlengangfaltung hin zum Betrachtungsbereich 13. Mittels des optischen Faltungselementes 16 können die abzubildenden Abschnitte 12 der Bildgebereinheit 8 nahe aneinander liegen, wie nachfolgend noch im Detail beschrieben wird.
In Verbindung mit 3 und 4 wird der Effekt der Strahlengangfaltung der Optikmodule 15₁-15₃ beschrieben.
In 3 ist nur die Abbildungsoptik 10 sowie die Bildgebereinheit 8 dargestellt. Ferner ist der Strahlenverlauf für jeweils einen zentralen Bildpunkt der drei Abschnitte 12 gezeigt, der mittels der Abbildungsoptik 10 abgebildet werden kann. Bei dem Strahlenverlauf ist jeweils der Hauptstrahl oder Schwerstrahl eingezeichnet. Wie der Darstellung zu entnehmen ist, steht der Hauptstrahl des mittleren Strahlenbündels senkrecht auf der Bildgebereinheit 8. Die Hauptstrahlen der beiden anderen Strahlenbündel weisen einen Winkel von ungleich 90° mit der Bildgebereinheit 8 auf. Nachdem die Bildgebereinheit 8 jedoch für jeden Bildpunkt in der Regel eine Abstrahlcharakteristik aufweist, bei der der entsprechende Hauptstrahl senkrecht auf der Bildgebereinheit 8 steht, ist die durch diese Abstrahlcharakteristik gegebene Telezentrie der Bildgebereinheit 8 nicht bei der Abbildungsoptik 10 berücksichtigt. Dies führt zu unterschiedlichen Helligkeiten pro Abbildungskanal K₁-K₃ , was die Abbildungsqualität verschlechtern würde.
Um diesen Telezentriefehler zu korrigieren, bewirken die Optikmodule 15 in den entsprechenden Abbildungskanälen eine Strahlengangfaltung hin zum Betrachtungsbereich 13 und weisen somit eine prismatische Wirkung auf, die in 4 schematisch durch die beiden eingezeichneten Prismen 17 angedeutet ist. Dies führt dazu, dass dann der Hauptstrahl (der hier zur Vereinfachung der Darstellung zwischen dem Prisma 17 und der Bildgebereinheit 8 nur noch eingezeichnet ist), wiederum senkrecht zur Bildgebereinheit 8 steht. Damit wird erreicht, dass die von der Bildgebereinheit 8 bereitgestellte Telezentrie der einzelnen Strahlenbündel der einzelnen Bildpunkte beibehalten wird. Diese prismatische Wirkung, die zu der Strahlengangfaltung führt, ist in 2 für das obere und untere Optikmodul 15₁ und 15₃ dadurch angedeutet, dass zusätzlich zu der gekrümmten Ausbildung der zur Abbildungsoptik 10 weisenden Seite die Dicke des Optikmoduls 15₁ und 15₃ quer zur Ausbreitungsrichtung zu- bzw. abnimmt.
Die Wirkung des optischen Faltungselementes 16 ist aus einem Vergleich der Darstellungen von 5 und 6 leicht ersichtlich. Ohne das optische Faltungselement liegen die Strahlenbündel der zentralen Bildpixel der einzelnen Abschnitte 12 weit auseinander. Mit dem optischen Faltungselement 16 können diese Abstände reduziert werden, wie in 6 dargestellt ist. Die Abstände können dabei soweit reduziert werden, dass sie direkt aneinandergrenzen, wie in 6 gezeigt. Das Faltungselemente 16 kann jedoch auch schwächer ausgebildet werden, so dass die Abstände zwischen der Abbildungskanälen vergrößert sind, wie in 9 angedeutet. Dies führt zu beabstandeten Abbildungskanälen bei dennoch kompakter Bauform des Bildmoduls. Über die Beabstandung der Abbildungskanäle können bestimmte Abbildungsfehler der Abbildungskanäle wie Verzeichnung kompensiert werden, indem auf der Bildgebereinheit 8 über die Steuereinheit 9 vorverzeichnete Bildsegmente eingestellt werden.
Ein Vergleich von 7 und 8 zeigt ferner, dass durch die optische Wirkung der Linse mit negativer Brechkraft, die das Optikmodul 15₁-15₃ in jedem Abbildungskanal K₁-K₃ bereitstellt, der Abstand von der Bildgebereinheit 8 zur Abbildungsoptik 10 verringert werden kann. Dies führt wiederum zu einer kompakteren Ausbildung des Bildmoduls 6.
Die Mikrolinsen 11₁ , 11₂ , 11₃ können als planar integrierte Mikrolinsen ausgebildet sein und auf einem gemeinsamen Trägersubstrat angeordnet sein; alternativ können sie einzeln ausgeführt und aneinander gefügt sein. Die Durchmesser der Mikrolinsen 11₁ , 11₂ , 11₃ betragen zwischen 1mm und 3mm, ideal zwischen 1.5 mm und 2 mm. Die Mikrolinsen 11₁ , 11₂ , 11₃ können auf einer Seite mit Planflächen versehen sein, oder auf beiden Seiten sphärisch oder asphärisch ausgebildet sein. Die Mikrolinsen können auch durch Gradientenindex-Mikrolinsen ausgebildet sein. Das optischen Faltungselement 16 kann integraler Bestandteil der Mikrolinsen 11₁ , 11₂ , 11₃ ausgebildet sein oder mit diesen fest verbunden sein. Die Mikrolinsen können alle identisch oder unterschiedlich ausgebildet sein, wobei die Mikrolinsen sich in Form, Durchmesser, Brechkraft bzw. optische Korrekturwirkung durch asphärische Form unterscheiden können. Eine Anpassung bzw. Auswahl geeigneter Linsenformen ist dabei für den Fachmann mittels bekannter Optik-Designprogrammen für jeden einzelnen Abbildungskanal einfach durchführbar.
Die Faltungseinheiten 15 und 16 können zur Kompensation von Abbildungsfehlern weitere Korrekturmittel beinhalten, wie beispielsweise eine jeweils asphärische Flächenform. Die Faltungseinheiten können einzeln oder zusammen mit den Korrekturmitteln in refraktiver Form, als Fresneloptik oder in diffraktiver Form ausgebildet sein.
Wie bereits erwähnt, kann durch Hinzufügung weiterer Abbildungskanäle das Gesichtsfeld 14 vergrößert werden, wie in 9 schematisch dargestellt ist. Dort sind zwei weitere Abbildungskanäle K₄ und K₅ gestrichelt dargestellt. Dies führt zu einer Erhöhung der Größe des Gesichtsfeldes 14.
Durch das Vorsehen der einzelnen Abbildungskanäle K₁-K₅ ist es nicht mehr wie bisher notwendig, dass zur Vergrößerung des Gesichtsfeldes 14 die Linsendurchmesser zu vergrößern, falls nur eine einzelne Abbildungsoptik für alle Abschnitte 12 der Bildgebereinheit 8 vorgesehen wäre, so dass das Bildmodul 6 kompakt bleibt, selbst wenn das Gesichtsfeld 14 weiter vergrößert wird.
Die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung 1 kann ferner Abschattungsblenden 18 zwischen den einzelnen Abbildungskanälen K₁-K₃ aufweisen, um eine Streulichtunterdrückung zu erzielen. In 2 sind zwei Abschattungsblenden 18 zwischen den Abbildungskanälen K₁-K₃ im Bereich zwischen der Bildgebereinheit 8 und der Abbildungsoptik 10 eingezeichnet.
In 10 ist eine nicht zur Erfindung gehörigen Ausführungsform der Anzeigevorrichtung, die lediglich zum besseren Verständnis der Erfindung dient, gezeigt. Bei dieser nicht zur Erfindung gehörigen Ausführungsform weist die Bildgebereinheit 8 drei separate Bildgeber 8₁, 8₂ und 8₃ auf. Jeder separate Bildgeber 8₁-8₃ wird über einen eigenen Abbildungskanal K₁ , K₂ , K₃ mittels einem schematisch eingezeichneten Abbildungselement 11₁ , 11₂ , 11₃ der Abbildungsoptik 10 in den Betrachtungsbereich 13 abgebildet. Bei dieser Ausführungsform bildet somit jeder separate Bildgeber 8₁-8₃ einen Abschnitt 12 der Bildgebereinheit 8.
Ferner ist es möglich, dass zumindest eine der Bildgebereinheiten 8₁-8₃ wiederum separate Abschnitte aufweist, die in gleicher Weise, wie in Verbindung mit 1 bis 9 beschrieben wurde, über separate Abbildungskanäle in den Betrachtungsbereich 13 abgebildet werden.
In 11 ist eine weitere nicht zur Erfindung gehörigen Ausführungsform der Anzeigevorrichtung, die lediglich zum besseren Verständnis der Erfindung dient, gezeigt. Bei dieser nicht zur Erfindung gehörigen Ausführungsform weist die Bildgebereinheit 8 einen gekrümmten Bildgeber auf, der beispielsweise als flexibles OLED-Display ausgebildet ist. In den separaten Abbildungskanälen K₁ , K₂ , K₃ wird jeweils mittels einem schematisch eingezeichneten Abbildungselement 11₁ , 11₂ , 11₃ der Abbildungsoptik 10 ein gekrümmter Abschnitt 12 des Bildgebers 8 in den Betrachtungsbereich 13 abgebildet. Die Krümmung des Bildgebers 8 erfolgt beispielsweise nur in der horizontalen Richtung, so dass sich eine zylindrische Form des Bildgebers 8 einstellt, um in horizontaler Richtung ein großes Gesichtsfeld zu bewirken. Durch die beispielsweise zylindrische Krümmung des Bildgebers 8 kann in einer Weiterbildung der in 11 gezeigten Ausführungsform eine Faltungseinheit (nicht dargestellt) benachbart dem Bildgeber 8 angeordnet sein, die so ausgeführt ist, dass in Richtung der Krümmung der Zylinderfläche keine Strahlablenkung erfolgt.
In den dargestellten Ausführungsformen der Erfindung werden über mindestens zwei Abbildungskanäle örtliche Teilbereiche oder Bildausschnitte, die von voneinander getrennten Abschnitten eines Bildgebers ausgestrahlt werden, in einem Betrachtungsbereich derart zur Überlagerung gebracht, dass dem Betrachter ein einziges, zusammenhängendes Gesamtbild dargeboten wird. Das Gesamtbild wird dabei derartig aus den beiden Bildausschnitten zusammengesetzt wird, dass der Betrachter idealerweise keine Abschnittsgrenzen erkennen kann. Erfindungsgemäß kann dies z. B. erreicht werden, wenn die Bildausschnitte aus überlappenden Bereichen des Gesamtbilds bestehen und beispielsweise zum Abschnittsrand dunkler werden, um in der Überlagerung der beiden Abschnitte ein homogenes Gesamtbild zu ergeben. Alternativ kann dies z. B. dadurch realisiert werden, dass einzelne Bildpixel, die das Gesamtbild ergebenen, im Überlappungsbereich der Bildausschnitte abwechselnd von verschiedenen Abschnitten über verschiedene Abbildungskanäle dem Betrachter zugeführt werden. Erfindungsgemäß werden dem Betrachter dabei überlappende Bildausschnitte über mindestens zwei oder drei Abbildungskanäle dargeboten.
In einer alternativen Ausführungsform kann mindestens ein Bildausschnitt, der von einem der getrennten Abschnitte des Bildgebers 8 ausgestrahlt wird, eine unterschiedliche Bildinformationen beinhalten, so dass der Betrachter durch Drehen seines Auges in eine andere Blickrichtung zusätzliche oder abweichende Information wahrnehmen kann. Erfindungsgemäß ist es somit insbesondere möglich, dem Betrachter blickrichtungsabhängig verschiedene Bildinformationen darzubieten, wie z. B. Warnsignale, Textinformationen oder Informationen über die Umgebung.
Über die einzelnen Abbildungskanälen K₁-K₅ werden die einzelnen Bildausschnitte des Gesamtbildes idealerweise perfekt abgebildet. Durch Fertigungsfehler, Materialfehler oder Designlimitierungen können die einzelnen Bilder der Bildausschnitte jedoch durch Abbildungsfehler wie beispielsweise Verzeichnung oder chromatische Querfehler gestört sein. Diese Abbildungsfehler können jedoch durch eine entsprechende Vorverzeichnung in entgegengesetzter Richtung in den Abschnitten der Bildgebereinheit 8 kompensiert werden, indem die darzustellende Information für den Bildausschnitt eines Abschnitts 12, der den Bildausschnitt erzeugen soll, entsprechend verändert wird. Erfindungsgemäß ist es daher vorteilhaft, die Abschnitte 12 der Bildausschnitte auf dem Bildgeber 8 zu beabstanden, um zum einen einen Überlappbereich auf der Bildgebereinheit realisieren zu können, und um zum anderen eine Kompensation von Abbildungsfehlern zu ermöglichen.

Claims

Anzeigevorrichtung mit einer ein abzubildendes Bild erzeugenden Bildgebereinheit (8), die mindestens zwei Abschnitte (12) aufweist, die jeweils nur einen örtlichen Teilbereich des abzubildenden Bildes erzeugen, und einer der Bildgebereinheit (8) nachgeordneten Abbildungsoptik (10), die jeden Abschnitt über einen separaten Abbildungskanal (K₁, K₂, K₃, K₄, K₅), in dem jeweils ein Abbildungselement (11₁, 11₂, 11₃, 11₄, 11₅) der Abbildungsoptik (10) angeordnet ist, in einen Betrachtungsbereich (13) als virtuelles Teilbild so abbildet, dass die virtuellen Teilbilder zusammen ein virtuelles Bild des abzubildenden Bildes bilden, das ein Benutzer wahrnehmen kann, wobei in jedem Abbildungskanal (K₁-K₅) zwischen der Bildgebereinheit (8) und der Abbildungsoptik (10) jeweils ein Optikmodul (15₁, 15₂, 15₃, 15₄, 15₅) angeordnet ist, das die optische Wirkung einer Linse mit negativer Brechkraft aufweist, und wobei zumindest eines der Optikmodule (15₁, 15₃; 15₁, 15₃, 15₄, 15₅) so ausgebildet ist, dass es, in Richtung von der Bildgebereinheit (8) hin zum Betrachtungsbereich (13) gesehen, eine Strahlengangfaltung zum Betrachtungsbereich (13) hin bewirkt.
Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, mit einer auf den Kopf des Benutzers aufsetzbaren Haltevorrichtung (2), an der die Bildgebereinheit (8), die Abbildungsoptik (10) und die Optikmodule (15₁-15₅) befestigt sind.
Anzeigevorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, wobei die Anzeigevorrichtung (1) so ausgebildet ist, dass der Benutzer beim Wahrnehmen des virtuellen Bildes mit einem ersten Auge (LA, RA) die Umgebung mit dem ersten Auge (LA, RA) nicht wahrnehmen kann.
Anzeigevorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, bei der zumindest eines der Optikmodule (15₁, 15₃; 15₁, 15₃, 15₄, 15₅), das die Strahlengangfaltung bewirkt, ein einzelnes Optikelement aufweist, das sowohl die optische Wirkung der Linse mit negativer Brechkraft bereitstellt als auch die Strahlengangfaltung bewirkt.
Anzeigevorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, bei der die Abbildungsoptik (10) als Mikrolinsenarray ausgebildet ist, wobei jeweils eine Mikrolinse (11₁, 11₂, 11₃, 11₄, 11₅) des Mikrolinsenarrays einem der Abbildungskanäle (K₁-K₅) als das Abbildungselement zugeordnet ist.
Anzeigevorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, bei der die optische Wirkung von zumindest zwei Abbildungselementen (11₁-11₅) unterschiedlich ist.
Anzeigevorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, bei der die optische Wirkung, die in den Abbildungskanälen (K₁-K₅) durch die Abbildungsoptik (10) und die gegebenenfalls enthaltenen Optikmodule (15₁-15₅) bereitgestellt ist, für zumindest zwei Abbildungskanäle (K₁-K₅) verschieden ist.
Anzeigevorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, bei der die Optikmodule (15₁-15₅) so ausgebildet sind, dass die Größe der Strahlengangfaltung in zumindest zwei Abbildungskanälen (K₁-K₅) verschieden ist.
Anzeigevorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, bei der in zumindest einem Abbildungskanal (K₁-K₅) zwischen der Abbildungsoptik (10) und dem Betrachtungsbereich (13) ein optisches Faltungselement (16) angeordnet ist, das eine Strahlengangfaltung hin zum Betrachtungsbereich (13) bewirkt.
Anzeigevorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, bei der zwischen zwei Abbildungskanälen (K₁-K₅) eine Abschattungsblende (18) zur Streulichtunterdrückung im Bereich zwischen der Bildgebereinheit (8) und der Abbildungsoptik (10) angeordnet ist.
Anzeigevorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, bei der die Bildgebereinheit (8) einen einzelnen Bildgeber mit den mehreren Abschnitten (12), die jeweils nur einen örtlichen Teilbereich des abzubildenden Bildes erzeugen, aufweist.
Anzeigevorrichtung nach Anspruch 11, bei der der Bildgeber gekrümmt ist.
Anzeigevorrichtung mit mehreren ein abzubildendes Bild erzeugenden Bildgebern (8₁, 8₂, 8₃), die mehrere Abschnitte aufweisen, die jeweils nur einen örtlichen Teilbereich des abzubildenden Bildes erzeugen, und einer den Bildgebern (8₁-8₃) nachgeordneten Abbildungsoptik (10), die jeden Abschnitt über einen separaten Abbildungskanal (K₁, K₂, K₃), in dem jeweils ein Abbildungselement (11₁, 11₂, 11₃) der Abbildungsoptik (10) angeordnet ist, in einen Betrachtungsbereich (13) als virtuelles Teilbild so abbildet, dass die virtuellen Teilbilder zusammen ein virtuelles Bild des abzubildenden Bildes bilden, das ein Benutzer wahrnehmen kann, und wobei in jedem Abbildungskanal (K₁-K₅) zwischen der Bildgebereinheit (8) und der Abbildungsoptik (10) jeweils ein Optikmodul (15₁, 15₂, 15₃, 15₄, 15₅) angeordnet ist, das die optische Wirkung einer Linse mit negativer Brechkraft aufweist.