HEAD UP DISPLAY MIT BILDUBERLAGERUNG HEAD UP DISPLAY WITH IMAGE OVERLAY
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bilderzeugungsvorrichtung für eine augmentierte Darstellung (also eine Überlagerung eines erzeugten Bildes mit der wahrnehmbaren Umgebung für einen Benutzer).The present invention relates to an image generation device for an augmented representation (that is, a superimposition of a generated image with the perceptible environment for a user).
Bei Bilderzeugungsvorrichtungen für eine augmentierte Darstellung muß das erzeugte Bild für einen Benutzer in Überlagerung mit der wahrnehmbaren Umgebung gebracht werden. Solche Bilderzeugungsvorrichtungen sind beispielsweise HMD-Vorrichtungen (Head Mounted Dislplay- Vorrichtung). Für die notwendige Überlagerung wird das von der H D-Vorrichtung erzeugte Bild häufig über Reflexion an Glasplatten oder Strahlteilerwürfel in das Blickfeld des Benutzers eingespiegelt. Dazu ist eine Teilverspiegelung notwendig, durch die jedoch nachteilig das zu transmittierende Licht aus der Umgebung abgeschwächt wird.In the case of image generation devices for an augmented representation, the generated image has to be brought into overlay for a user with the perceptible environment. Such image generation devices are, for example, HMD devices (Head Mounted Display Device). For the necessary overlay, the image generated by the H D device is often reflected into the user's field of vision by reflection on glass plates or beam splitter cubes. Partial mirroring is necessary for this, but this disadvantageously weakens the light to be transmitted from the surroundings.
Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, eine Bilderzeugungsvorrichtung für eine augmentierte Darstellung bereitzustellen, bei der das Licht aus der Umgebung nur so gering wie möglich abgeschwächt wird.Proceeding from this, it is an object of the invention to provide an image generation device for an augmented display in which the light from the surroundings is attenuated only as little as possible.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Bilderzeugungsvorrichtung gelöst, die eine Bilderzeugungseinheit zur Erzeugung eines Bildes und eine Abbildungsoptik umfaßt, die das Bild so abbildet, daß es von einem Benutzer wahrnehmbar ist, wobei die Abbildungsoptik eine einem Auge des Benutzers vorgeordnete diffraktive Optikeinheit mit einem Transmissionsgitter enthält, das das Licht zur Bilderzeugung, das von der Bilderzeugungseinheit kommt, transmittiert und dabei aufgrund von Beugung zum Auge hin umgelenkt, wobei die diffraktive Optikeinheit zusätzlich Umgebungslicht transmittiert, so daß eine augmentierte Darstellung möglich ist.According to the invention, the object is achieved by an image generation device which comprises an image generation unit for generating an image and an imaging optics which images the image in such a way that it can be perceived by a user, the imaging optics containing a diffractive optics unit with a transmission grating upstream of the user's eye , which transmits the light for image generation that comes from the image generation unit and is deflected due to diffraction towards the eye, the diffractive optical unit additionally transmitting ambient light, so that an augmented display is possible.
Durch den Einsatz des Transmissionsgitters zur Strahlumlenkung ist ein sehr großer Umlenkwinkel bei sehr kleinen Bauteilabmessungen in Richtung des umgelenkten Lichts möglich. Dadurch kann eine sehr kompakte Bilderzeugungsvorrichtung zur Verfügung gestellt
werden. Wenn die Bilderzeugungsvorrichtung z.B. brillenartige oder helmartige als HMD- Vorrichtung ausgestaltet ist, kann die Bilderzeugungseinheit seitlich oder oberhalb des Kopfs des Betrachters angeordnet werden, da selbst bei einem Einfallswinkel von bis zu 80° auf das Transmissionsgitter (also nahezu senkrecht zur Blickrichtung des Betrachters) die gewünschte Umlenkung zum Auge des Betrachters hin realisierbar ist. Ein weiterer Vorteil dieses großen Einfallswinkels bzw. der flachen Einstrahlung besteht darin, daß eine außerordentlich hohe Bildvergrößerung verzerrungsfrei realisiert werden kann.By using the transmission grating for beam deflection, a very large deflection angle with very small component dimensions in the direction of the deflected light is possible. This can provide a very compact imaging device become. If the image-forming device is designed, for example, as a pair of glasses or a helmet, as an HMD device, the image-forming unit can be arranged to the side or above the head of the viewer, since even at an angle of incidence of up to 80 ° onto the transmission grille (i.e. almost perpendicular to the viewer's viewing direction) desired redirection towards the eye of the beholder can be realized. Another advantage of this large angle of incidence or the flat radiation is that an extraordinarily high image magnification can be realized without distortion.
Die Verwendung eines Transmissionsgitters als Umlenkeinheit führt zu einer Bilderzeugungsvorrichtung mit verbesserten optischen Eigenschaften, da mit Transmissionsgittern in der Regel höhere Beugungseffizienzen als mit Reflexionsgittern unter der Bedingung der augmentierten Darstellung (da z.B. bei Reflexionsgittern notwendige Teilverspiegelungen entfallen können) erreicht werden können und die Absorption des Gesamtsystems geringer ausfällt.The use of a transmission grating as a deflection unit leads to an image-forming device with improved optical properties, since transmission grids as a rule have higher diffraction efficiencies than with reflection gratings under the condition of the augmented display (since, for example, reflection mirrors can dispense with necessary partial reflections) and the absorption of the overall system is lower.
Das Transmissionsgitter kann insbesondere so ausgebildet sein, daß eine nicht nullte Beugungsordnung (insbesondere die erste oder zweite Beugungsordnung) zur Strahlumlenkung des Lichts zur Bilderzeugung und die nullte Beugungsordnung für die Transmission des Umgebungslichts eingesetzt ist. Dies führt zu dem Vorteil, daß die Beugungseffizienz der nicht nullten Ordnung für das Licht zur Bilderzeugung optimiert werden kann, während die nullte Beugungsordnung für die Transmission des Umgebungslichts, das im wesentlichen senkrecht auf das Transmissionsgitter einfällt, optimiert werden kann. Solche optimierten Gitter können durch mittels Computer realisierbarer Oplimierungsverfahren berechnet und dann beispielsweise holographisch oder mittels anderer, aus der Halbleiterfertigung bekannter ikrostrukturierungsverfahren hergestellt werden.The transmission grating can in particular be designed such that a non-zero diffraction order (in particular the first or second diffraction order) is used for beam deflection of the light for image generation and the zero diffraction order for the transmission of the ambient light. This leads to the advantage that the non-zero order diffraction efficiency can be optimized for the imaging light, while the zero order diffraction can be optimized for the transmission of the ambient light that is incident substantially perpendicular to the transmission grating. Such optimized grids can be calculated by means of computer-implementable optimization processes and then can be produced, for example, holographically or by means of other microstructuring processes known from semiconductor production.
Insbesondere kann der Einfallswinkel des auf das Transmissionsgitter (bzw. das diffraktive optische Element) gerichteten Lichts zur Bilderzeugung größer als 45° sein, bevorzugt größer als 70°. Es wurde eine Vorrichtung mit einem Einfallswinkel von 80° realisiert. Jedoch ist es durchaus möglich, noch größere Einfallswinkel mit optimierten Gittern zu erreichen. Durch diese großen Einfallswinkel kann das Licht zur Bilderzeugung nahezu senkrecht zur Blickrichtung des Betrachters auf das diffraktive optische Element treffen, wodurch die Bilderzeugungsvorrichtung insgesamt sehr kompakt ausgebildet werden kann. Gleichzeitig ermöglichen Gitter (hier insbesondere das Transmissionsgitter) mit hohen Beugungswinkeln (entsprechend hohen Ortsfrequenzen) kaum das Entstehen von Störspektren, die durch andere Lichtquellen im Blickfeld der Beobachtung entstehen können.
Das Transmissionsgitter kann insbesondere als Liniengitter ausgebildet sein. Ein solches Liniengitter läßt sich heutzutage leicht mit der erforderlichen Genauigkeit herstellen, so daß die erfindungsgemäße Bilderzeugungsvorrichtung leicht realisierbar ist.In particular, the angle of incidence of the light directed onto the transmission grating (or the diffractive optical element) for image generation can be greater than 45 °, preferably greater than 70 °. A device with an angle of incidence of 80 ° was realized. However, it is entirely possible to achieve even larger angles of incidence with optimized grids. Due to this large angle of incidence, the light for image generation can strike the diffractive optical element almost perpendicular to the viewing direction of the viewer, as a result of which the image generation device can be made very compact overall. At the same time, gratings (here in particular the transmission grating) with high diffraction angles (correspondingly high spatial frequencies) hardly allow the occurrence of interference spectra that can arise from other light sources in the field of view of the observation. The transmission grating can in particular be designed as a line grating. Such a line grating can now be easily manufactured with the required accuracy, so that the image forming device according to the invention can be easily implemented.
Insbesondere kann das Liniengitter nur zur Strahlumlenkung dienen. In diesem Fall wird die fokussierende (abbildende) Wirkung der Abbildungsoptik durch weitere refraktive oder diffraktive Elemente realisiert. Durch die Trennung der Umlenkwirkung einerseits und der fokussierenden Wirkung andererseits läßt sich die diffraktive Optikeinheit besonders einfach für den konkreten Anwendungsfall optimieren.In particular, the line grating can only be used for beam deflection. In this case, the focusing (imaging) effect of the imaging optics is realized by further refractive or diffractive elements. By separating the deflection effect on the one hand and the focusing effect on the other hand, the diffractive optical unit can be optimized particularly easily for the specific application.
Natürlich ist es auch möglich, daß das Liniengitter zur Strahlumlenkung und gleichzeitig als abbildendes (fokussierendes) Element dient. Damit wird eine äußerst kompakte Abbildungsoptik realisierbar, wodurch die Bilderzeugungsvorrichtung insgesamt klein und leicht ausgebildet werden kann.Of course, it is also possible for the line grating to serve for beam deflection and at the same time as an imaging (focusing) element. This makes it possible to implement extremely compact imaging optics, as a result of which the imaging device as a whole can be made small and light.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn für die abbildende Wirkung des Transmissionsgitters seine Gitterkonstante (bzw. die Furchenbreite) variiert ist. Damit läßt sich äußerst exakt die gewünschte abbildende Wirkung einstellen.It is particularly advantageous if its lattice constant (or the furrow width) is varied for the imaging effect of the transmission grating. This allows the desired imaging effect to be set extremely precisely.
Das Liniengitter kann auf oder in einer ebenen Materialgrenzfläche ausgebildet sein. Dies erleichtert die Herstellung, da ebene Flächen äußerst gut in der Herstellung beherrscht werden und auf ebenen Flächen ein Gitter mit hoher Genauigkeit ausgebildet werden kann. Um bei dieser Ausführungsform, wenn dies gewünscht ist, die Wirkung von gekrümmten Materialgrenzflächen bereitzustellen, kann das Liniengitter entsprechend ausgebildet werden. Insbesondere die Gitterkonstante (bzw. Furchenbreite) wird entsprechend variiert, so daß das derart gebildete Optikelement so wirkt, als ob es eine gekrümmte Materialgrenzfläche aufweisen würde.The line grid can be formed on or in a flat material interface. This simplifies production, since flat surfaces are extremely well mastered in production and a grid can be formed with high accuracy on flat surfaces. In order to provide the effect of curved material interfaces in this embodiment, if desired, the line grid can be designed accordingly. In particular, the lattice constant (or furrow width) is varied accordingly, so that the optical element formed in this way acts as if it had a curved material interface.
Es ist ferner auch möglich, das Liniengitter auf oder in einer gekrümmten, insbesondere einer sphärisch gekrümmten Materialgrenzfläche auszubilden. Diese Materialgrenzfläche kann beispielsweise eine Grenzfläche eines refraktiven Elements der Abbildungsoptik sein. Damit wird eine kompakte und wenige Elemente aufweisende Abbildungsoptik realisierbar, wodurch Gewichtseinsparungen verwirklicht werden können. Bei der Ausbildung in oder auf einer sphärisch gekrümmten Grenzfläche besteht der Vorteil, daß sphärisch gekrümmte Grenzflächen mit äußerst hoher Genauigkeit gefertigt werden können. Die gewünschte oder erforderliche asphärische Wirkung kann dann mittels des gebildeten Gitters verwirklicht werden (somit dient in diesem Fall das Gitter zur Strahlumlenkung und zur Abbildung). Damit wird ein leicht zu fertigendes Optikelement mit ausgezeichneten Abbildungseigenschaften bereitgestellt.
Ferner kann der Teil der Abbildungsoptik, der das Umgebungslicht transmittiert, eine refraktive Wirkung zur Sehfehlerkorrektur für den Benutzer aufweisen. Dann ist somit gleich eine Brille zur Korrektur von Fehlsichtigkeit in der erfindungsgemäßen Bilderzeugungsvorrichtung integriert.It is also possible to form the line grid on or in a curved, in particular a spherically curved material interface. This material interface can be, for example, an interface of a refractive element of the imaging optics. This makes it possible to implement a compact imaging optic with few elements, which can result in weight savings. When forming in or on a spherically curved interface, there is the advantage that spherically curved interfaces can be manufactured with extremely high accuracy. The desired or required aspherical effect can then be achieved by means of the grating formed (in this case the grating thus serves for beam deflection and for imaging). This provides an easy-to-manufacture optical element with excellent imaging properties. Furthermore, the part of the imaging optics which transmits the ambient light can have a refractive effect for the correction of visual errors for the user. Then glasses for correcting ametropia are immediately integrated in the image forming device according to the invention.
Die Bilderzeugungseinheit kann eine selbstleuchtende Anzeige, wie beispielsweise eine LED- Anzeige, oder eine nicht-selbstleuchtende Anzeige (z.B. eine transmissive oder reflexive LCD- Anzeige) sein. Insbesondere kann die Bilderzeugungseinheit einen räumlichen Lichtmodulator aufweisen, wie z.B. eine Kippspiegelmatrix oder ein LCD-Modul oder ein LCoS-Modul, das entsprechend angesteuert wird, wobei auch noch, soweit notwendig, eine separate Lichtquelle vorgesehen ist.The imaging unit can be a self-illuminating display, such as an LED display, or a non-self-illuminating display (e.g. a transmissive or reflective LCD display). In particular, the image generation unit can have a spatial light modulator, such as e.g. a tilting mirror matrix or an LCD module or an LCoS module which is controlled accordingly, a separate light source also being provided, if necessary.
Bei der erfindungsgemäßen Bilderzeugungsvorrichtung kann die Abbildungsoptik eine Teiloptik aufweisen, die so ausgebildet ist, daß das Licht zur Bilderzeugung als paralleles Strahlenbündel auf das Transmissionsgitter trifft. Dies erleichtert die Auslegung des Transmissionsgitters deutlich.In the imaging device according to the invention, the imaging optics can have partial optics that are designed such that the light for imaging generates a parallel beam that strikes the transmission grating. This significantly simplifies the design of the transmission grating.
Die Teiloptik, die zwischen der Bilderzeugungseinheit und der diffraktiven Optikeinheit angeordnet ist und Licht zur Bilderzeugung von der Bilderzeugungseinheit auf die diffraktive Optikeinheit umlenkt, kann insbesondere ein Spiegel, ein Prisma oder auch ein diffraktives optisches Element aufweisen.The partial optics, which are arranged between the imaging unit and the diffractive optics unit and deflect light for imaging from the imaging unit to the diffractive optics unit, can in particular have a mirror, a prism or a diffractive optical element.
Wenn die Abbildungsoptik eine zweite diffraktive Optikeinheit aufweist, ist es besonders bevorzugt, die beiden diffraktiven Optikeinheiten so auszubilden, daß sich ihre Dispersionsfehler kompensieren. In diesem Fall kann selbst ein polychromatisches Bild, das mittels der Bilderzeugungseinheit erzeugt ist, ohne merklich wahrnehmbare Farbfehler dem Benutzer dargeboten werden. In diesem Fall kann auch mit den beiden diffraktiven Optikeinheiten eine zweimalige Strahlumlenkung von jeweils nahezu 90° realisiert werden.If the imaging optics have a second diffractive optical unit, it is particularly preferred to design the two diffractive optical units in such a way that their dispersion errors are compensated for. In this case, even a polychromatic image that is generated by means of the image generation unit can be presented to the user without noticeably perceptible color errors. In this case, the two diffractive optical units can also be used to achieve two beam deflections of almost 90 ° each.
Unter der Kompensierung der Dispersionsfehler der beiden diffraktiven Optikeinheiten wird hier verstanden, daß nach der Umlenkung dispersionsbedingte Abbildungsfehler möglichst vollständig beseitigt sind, zumindest jedoch geringer sind als im Fall des Einsatzes von nur eine diffraktiven Optikeinheit.Compensation for the dispersion errors of the two diffractive optical units is understood here to mean that after the deflection, imaging-related imaging errors are eliminated as completely as possible, but are at least less than when only one diffractive optical unit is used.
Die Abbildungsoptik erzeugt für den Betrachter bevorzugt ein virtuelles (insbesondere auch noch vergrößertes) Bild, das dieser dann wahrnimmt. Die Bilderzeugungsvorrichtung kann für ein oder für beide Augen Bilder erzeugen, wobei die Bilder für beide Augen insbesondere für einen dreidimensionalen Bildeindruck dargestellt werden.
Natürlich kann die Bilderzeugungsvorrichtung noch weitere Elemente, insbesondere wenn diese zum Betrieb notwendig sind, aufweisen. So kann beispielsweise ein Computer vorgesehen sein, der die Bilddaten der darzustellenden Bilder enthält und diese zur Bilderzeugungseinheit (z.B. drahtlos) überträgt oder der die Bilderzeugungseinheit gleich entsprechend ansteuert.The imaging optics preferably produce a virtual (in particular also enlarged) image for the viewer, which he then perceives. The image generation device can generate images for one or both eyes, the images being displayed for both eyes in particular for a three-dimensional image impression. Of course, the image generation device can also have further elements, in particular if these are necessary for operation. For example, a computer can be provided which contains the image data of the images to be displayed and transmits them to the image generation unit (for example wirelessly) or which controls the image generation unit accordingly.
Die Bilderzeugungseinheit kann z.B. eine Intensitätssteuerung aufweisen, mit der die Anzeigehelligkeit (bevorzugt laufend) der Umgebungshelligkeit angepaßt wird. Dazu kann die Intensitätssteuerung einen Sensor zum Erfassung der Umgebungshelligkeit aufweisen, der (bevorzugt laufend) ein Signal abgibt, das ausgewertet wird, wobei in Abhängigkeit des Auswertungsergebnisses die Anzeigehelligkeit eingestellt bzw. geändert wird.The imaging unit can e.g. have an intensity control with which the display brightness (preferably continuously) is adapted to the ambient brightness. For this purpose, the intensity control can have a sensor for detecting the ambient brightness, which (preferably continuously) emits a signal that is evaluated, the display brightness being set or changed as a function of the evaluation result.
Es ist besonders bevorzugt, die Bilderzeugungsvorrichtung als HMD-Vorrichtung (die vom Benutzer am Kopf zu tragen ist) auszubilden. Damit wird eine HMD-Vorrichtung für eine augmentierte Darstellung bereitgestellt, bei der das erzeugte Bild mittels der diffraktiven Optikeinheit transmissiv in das Blickfeld des die HMD-Vorrichtung tragenden Benutzers eingeblendet werden kann.It is particularly preferred to design the image forming device as an HMD device (which the user must wear on the head). This provides an HMD device for an augmented display, in which the generated image can be transmitted transmissively into the field of view of the user wearing the HMD device by means of the diffractive optical unit.
Natürlich ist es auch möglich, die Bilderzeugungsvorrichtung so auszubilden, daß die diffraktive Optikeinheit an der Außen- oder Innenseite einer Fahrzeugscheibe ausgebildet ist, so daß für den Fahrzeugführer eine augmentierte Darstellung mit der Umgebung stattfindet. Die Bilderzeugungseinheit kann im Fahrzeuginnenraum oder außerhalb des Fahrzeugs vorgesehen sein. Das gleiche gilt für zumindest Teile der Abbildungsoptik. Bei dieser Ausführungsform können dem Fahrzeugführer wichtige Informationen oder Daten in sein Blickfeld eingeblendet werden.Of course, it is also possible to design the image forming device in such a way that the diffractive optical unit is formed on the outside or inside of a vehicle window, so that an augmented representation of the surroundings takes place for the vehicle driver. The image generation unit can be provided in the vehicle interior or outside the vehicle. The same applies to at least parts of the imaging optics. In this embodiment, the vehicle driver can see important information or data in his field of vision.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen im Prinzip noch beispielshalber näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail below in principle on the basis of the drawings. Show it:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Bilderzeugungsvorrichtung;Figure 1 is a schematic representation of the image forming device according to the invention.
Fig. 2 eine vergrößerte Querschnittsdarstellung eines Ausschnitts des Gitters von Fig. 1 zur Erläuterung des Gitterprofils, undFig. 2 is an enlarged cross-sectional view of a section of the grid of Fig. 1 to explain the grid profile, and
Fig. 3 ein alternatives Gitterprofil in einer gleichen Darstellung wie in Fig. 2.
In Fig. 1 ist schematisch der optische Aufbau einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bilderzeugungsvorrichtung gezeigt, wobei in diesem Fall die Bilderzeugungsvorrichtung als HMD-Vorrichtung ausgebildet ist.FIG. 3 shows an alternative grid profile in the same representation as in FIG. 2. 1 schematically shows the optical structure of an embodiment of the image-forming device according to the invention, in which case the image-forming device is designed as an HMD device.
Die HMD-Vorrichtung umfaßt eine Bilderzeugungseinheit 1 zum Erzeugen monochromatischer Bilder, der eine Abbildungsoptik 2 nachgeordnet ist, die dazu dient, das mittels der Bilderzeugungseinheit 1 erzeugte Bild auf die gewünschte virtuelle Bildweite (hier beispielsweise unendlich) in das Auge A des die HMD-Vorrichtung tragenden Betrachters abzubilden.The HMD device comprises an image generation unit 1 for generating monochromatic images, which is followed by imaging optics 2 which serve to image the image generated by the image generation unit 1 to the desired virtual image width (here, for example, infinite) into the eye A of the HMD device the viewer.
Die Abbildungsoptik 2 umfaßt eine Linse 3 (die hier stellvertretend für ein oder mehrere refraktive Optikelemente dargestellt ist), einen Umlenkspiegel 4 sowie eine dem Auge A vorgeschaltete diffraktive Optikeinheit 5, die im wesentlichen als planparallele Platte aus einem transmissiven Material ausgebildet ist, auf dessen dem Auge A abgewandten Seite ein Liniengitter 6 ausgebildet ist. Die einzelnen Gitterfurchen des Liniengitters 6 verlaufen senkrecht zur Zeichenebene und weisen jeweils eine konstante Furchenbreite auf. Das Gitter 6 ist so ausgebildet, daß es für das Licht der Bilderzeugungseinheit 1 seine größte Beugungseffizienz für die erste Ordnung in Transmission aufweist. Der Strahlverlauf dieser ersten Beugungsordnung ist in der schematischen Darstellung in Fig. 1 mit durchgezogenen Linien eingezeichnet. Das gebeugte Licht anderer Beugungsordnungen wird so gebeugt, daß es nicht in das Auge A des Benutzers gelangt. In der Fig. 1 ist das Licht der nullten Beugungsordnung durch die Pfeil P1 und das Licht der zweiten Beugungsordnung durch den Pfeil P2 dargestellt. Insbesondere kann zwischen der diffraktiven Optikeinheil 5 und dem Auge A, wenn dies gewünscht ist, noch eine oder mehrere Blenden angeordnet sein, die sicherstellen, daß Licht unerwünschter Beugungsordnungen nicht in das Auge A gelangt.The imaging optics 2 comprise a lens 3 (which is shown here as representative of one or more refractive optical elements), a deflecting mirror 4 and a diffractive optical unit 5 connected upstream of the eye A, which is essentially designed as a plane-parallel plate made of a transmissive material, on the one of which A line grid 6 is formed on the side facing away from the eye A. The individual grid furrows of the line grid 6 run perpendicular to the plane of the drawing and each have a constant furrow width. The grating 6 is designed such that it has its greatest diffraction efficiency for the light of the image forming unit 1 for the first order in transmission. The beam path of this first order of diffraction is drawn in by the solid lines in the schematic illustration in FIG. 1. The diffracted light of other diffraction orders is diffracted in such a way that it does not get into the user's eye A. In Fig. 1, the light of the zeroth diffraction order is represented by the arrow P1 and the light of the second diffraction order by the arrow P2. In particular, one or more diaphragms can be arranged between the diffractive optical unit 5 and the eye A, if this is desired, which ensure that light of undesired diffraction orders does not get into the eye A.
Ferner ist die diffraktive Optikeinheit 6 noch dahingehend optimiert, daß die Beugungseffizienz für die nullte Beugungsordnung des im wesentlichen senkrecht einfallenden Umgebungslichtes (Pfeil P3) möglichst hoch ist, so daß der Benutzer eine Überlagerung des durch die Bilderzeugungseinheit 1 erzeugten Bildes mit der Umgebung wahrnehmen kann. Zur Optimierung der Beugungseffizienzen wird die Profilform des Liniengitters entsprechend gewählt, insbesondere können beispielsweise geblazte Profilformen eingesetzt werden. Ein Beispiel einer solchen geblazten Profilform ist in Fig. 2 dargestellt. Es sind jedoch auch andere Profilformen möglich, ein Beispiel ist in Fig. 3 gezeigt.Furthermore, the diffractive optics unit 6 is optimized so that the diffraction efficiency for the zeroth diffraction order of the essentially perpendicular ambient light (arrow P3) is as high as possible, so that the user can perceive an overlay of the image generated by the image generation unit 1 with the surroundings. To optimize the diffraction efficiencies, the profile shape of the line grating is selected accordingly, in particular, for example, blazed profile shapes can be used. An example of such a blazed profile shape is shown in FIG. 2. However, other profile shapes are also possible, an example is shown in FIG. 3.
In dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Furchenbreite des Liniengitters 6 konstant. Man kann die Furchenbreite jedoch auch variieren (insbesondere senkrecht zur Längsrichtung der Furchen), wodurch eine fokussierende Wirkung (abbildende Wirkung) des
Gitters erreicht wird, die dazu benutzt werden kann, die Umlenkoptik 3 noch kompakter und leichter auszubilden.In the exemplary embodiment described here, the groove width of the line grid 6 is constant. However, the furrow width can also be varied (in particular perpendicular to the longitudinal direction of the furrows), as a result of which a focussing effect (imaging effect) of the Grating is achieved, which can be used to make the deflecting optics 3 even more compact and lighter.
Anstelle des Umlenkspiegels 4 kann ein Umlenkprisma, ein sonstiges Umlenkelement (z.B. ein reflexives Umlenkelement) oder auch ein weiteres Liniengitter vorgesehen werden. Wenn ein weiteres Liniengitter vorgesehen ist, werden die beiden Liniengitter 4 und 6 bevorzugt so ausgebildet, daß sich ihre Dispersionsfehler kompensieren. Man kann dann eine Bilderzeugungseinheit 1 einsetzen, mit der polychromatische Bilder erzeugt werden. Aufgrund der Kompensation der Dispersionsfehler können die polychromatischen Bilder ohne für den Betrachter wahrnehmbare Farbfehler dargestellt werden.
Instead of the deflecting mirror 4, a deflecting prism, another deflecting element (e.g. a reflective deflecting element) or a further line grating can be provided. If a further line grating is provided, the two line grids 4 and 6 are preferably designed so that their dispersion errors are compensated for. An image generation unit 1 can then be used to generate polychromatic images. Due to the compensation of the dispersion errors, the polychromatic images can be displayed without color errors perceptible to the viewer.