DE102020206451A1 - Optical arrangement of data glasses - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Optische Anordnung (1) einer Datenbrille (10), umfassend ein optisches Element (2) mit einem ersten Hologramm (21) und einem zweiten Hologramm (22), und eine Laservorrichtung (3), welche eingerichtet ist, sichtbares Licht und infrarotes Licht auf das optische Element (2) zu strahlen, wobei das erste Hologramm (21) eingerichtet ist, das sichtbare Licht umzulenken, zur Projektion auf eine Netzhaut (101) eines Auges (100) eines Benutzers, und wobei das zweite Hologramm (22) eingerichtet ist, das infrarote Licht umzulenken, zum Bestrahlen einer Augen-Außenseite (102) des Auges (100) des Benutzers.The invention relates to an optical arrangement (1) of data glasses (10), comprising an optical element (2) with a first hologram (21) and a second hologram (22), and a laser device (3) which is set up to produce visible light and to radiate infrared light onto the optical element (2), wherein the first hologram (21) is set up to deflect the visible light for projection onto a retina (101) of an eye (100) of a user, and wherein the second hologram ( 22) is set up to deflect the infrared light in order to irradiate the outside of the eye (102) of the eye (100) of the user.
Description
Stand der TechnikState of the art
Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Anordnung einer Datenbrille sowie eine Datenbrille.The present invention relates to an optical arrangement of data glasses and data glasses.
Bekannt ist die Verwendung von Okulografie (auch: Blickverfolgung, engl.: eye tracking) bei Datenbrillen, welche zur Bildprojektion, beispielsweise auf eine Netzhaut des Benutzers, vorgesehen sind. Die Okulografie dient dabei beispielsweise zur Anpassung einer Steuerung einer Projektionseinheit der Datenbrille, bei der Darstellung kontextsensitiver Informationen.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die erfindungsgemäße optische Anordnung einer Datenbrille mit den Merkmalen des Anspruchs 1 zeichnet sich demgegenüber durch eine geringe Systemkomplexität und einen geringen erforderlichen Bauraum aus. Dies wird erreicht durch eine optische Anordnung, umfassend ein optisches Element mit einem ersten Hologramm und mit einem zweiten Hologramm, und eine Laservorrichtung, welche eingerichtet ist, sichtbares Licht und infrarotes Licht auf das optische Element zu strahlen. Das erste Hologramm ist dabei eingerichtet, das sichtbare Licht umzulenken, um eine Projektion auf einer Netzhaut eines Auges eines Benutzers zu erzielen. Das zweite Hologramm ist eingerichtet, das infrarote Licht umzulenken, um eine Augen-Außenseite des Auges des Benutzers mit dem infraroten Licht zu bestrahlen.In contrast, the optical arrangement of data glasses according to the invention with the features of claim 1 is characterized by a low system complexity and a small amount of space required. This is achieved by an optical arrangement comprising an optical element with a first hologram and with a second hologram, and a laser device which is set up to radiate visible light and infrared light onto the optical element. The first hologram is set up to deflect the visible light in order to achieve a projection on a retina of a user's eye. The second hologram is set up to deflect the infrared light in order to irradiate the outside of the eye of the user with the infrared light.
Das erste Hologramm ist somit vorgesehen, um das für eine Bilddarstellung auf der Netzhaut, also für eine sogenannte Retina-Projektion, vorgesehene sichtbare Licht direkt auf die Netzhaut des Auges des Benutzers zu richten. Vorzugsweise trägt das sichtbare Licht dabei Bildinformationen, welche auf die Netzhaut projiziert werden. Insbesondere wird das sichtbare Licht dabei von dem ersten Hologramm so umgelenkt, und insbesondere gebündelt, dass der umgelenkte Lichtstrahl vollständig oder im Wesentlichen vollständig durch eine Pupille des Auges hindurchtreten kann.The first hologram is thus provided in order to direct the visible light provided for an image display on the retina, that is to say for a so-called retina projection, directly onto the retina of the user's eye. The visible light preferably carries image information which is projected onto the retina. In particular, the visible light is deflected, and in particular bundled, by the first hologram in such a way that the deflected light beam can pass completely or essentially completely through a pupil of the eye.
Das zweite Hologramm ist ferner vorgesehen, um das für eine Blickverfolgung (engl.: eye-Tracking) vorgesehene infrarote Licht auf die Augen-Außenseite zu richten. Vorzugsweise wird das infrarote Licht dabei von dem zweiten Hologramm so umgelenkt, dass der umgelenkte Lichtstrahl im Wesentlichen die gesamte Augen-Außenseite erfasst. Besonders vorteilhaft, ist es, wenn der umgelenkte Lichtstrahl an infrarotem Licht die gesamte Augenhöhle inklusive Augenlider und Tränenkarunkel bestrahlt.The second hologram is also provided in order to direct the infrared light provided for eye tracking onto the outside of the eye. The infrared light is preferably deflected by the second hologram in such a way that the deflected light beam essentially covers the entire outside of the eye. It is particularly advantageous if the deflected light beam irradiates the entire eye socket, including the eyelids and caruncle, of infrared light.
Mit anderen Worten umfasst die optische Anordnung für die beiden Funktionen Retina-Projektion und Blickverfolgung eine gemeinsame Laservorrichtung, welche das für die beiden Funktionen erforderliche Licht aussendet, also sowohl das sichtbare Licht, als auch das infrarote Licht. Die entsprechende Umlenkung von sichtbarem und infrarotem Licht erfolgt dabei durch die beiden Hologramme des optischen Elements. Insbesondere bilden die Hologramme dabei jeweils unterschiedliche, holographische Gitterstrukturen im optischen Element, welche jeweils eine Umlenkung des entsprechenden Lichts bewirken. Vorzugsweise sind die beiden Hologramme dabei jeweils für das andere Licht teilweise oder vollständig transparent. Vorzugsweise ist somit das erste Hologramm teilweise oder vollständig transparent für das infrarote Licht und das zweite Hologramm ist teilweise oder vollständig transparent für das sichtbare Licht.In other words, the optical arrangement for the two functions of retina projection and gaze tracking comprises a common laser device which emits the light required for the two functions, that is, both the visible light and the infrared light. The corresponding deflection of visible and infrared light takes place through the two holograms of the optical element. In particular, the holograms each form different, holographic grating structures in the optical element, which each cause a deflection of the corresponding light. Preferably, the two holograms are each partially or completely transparent to the other light. The first hologram is thus preferably partially or completely transparent to the infrared light and the second hologram is partially or completely transparent to the visible light.
Die Hologramme ermöglichen dabei auf besonders einfache und auch kostengünstige Art und Weise die für die jeweilige Funktion optimale Umlenkung des Lichts, wobei die auf die Hologramme einfallenden Lichtstrahlen von einer einzigen, gemeinsamen Lichtquelle ausgesendet werden. Dadurch lässt sich besonders vorteilhaft eine geringe Systemkomplexität und wenig Bauraum für die erforderlichen Komponenten des optischen Systems erzielen. Vor allem ermöglicht dies ein besonders großes freies Blickfeld des Benutzers, welches insbesondere nicht durch eine Vielzahl an Bauteilen eingeschränkt wird.The holograms make it possible in a particularly simple and also inexpensive manner to deflect the light optimally for the respective function, the light beams incident on the holograms being emitted from a single, common light source. As a result, a low system complexity and little installation space for the required components of the optical system can be achieved in a particularly advantageous manner. Above all, this enables the user to have a particularly large unobstructed field of vision which, in particular, is not restricted by a large number of components.
Die Laservorrichtung kann vorzugsweise mehrere Laser-Emitter zur Erzeugung des sichtbaren Licht und des infraroten Lichts aufweisen. Beispielsweise kann der Laser-Emitter für das sichtbare Licht wiederum mehrere einzelne Laser-Emitter, vorzugsweise jeweils für rotes, grünes und blaues Licht, also sogenannte RGB-Laser-Emitter, aufweisen. Besonders bevorzugt ist der infrarote Laseremitter ein Kanten- oder Oberflächenemittierender Halbleiterlaser. Vorzugsweise ist der infrarote Laseremitter eingerichtet, infrarotes Licht in einem Wellenlängenbereich von 780-1000 nm, besonders bevorzugt von 830-940 nm, auszusenden.The laser device can preferably have a plurality of laser emitters for generating the visible light and the infrared light. For example, the laser emitter for the visible light can in turn have a plurality of individual laser emitters, preferably each for red, green and blue light, that is to say so-called RGB laser emitters. The infrared laser emitter is particularly preferably an edge-emitting or surface-emitting semiconductor laser. The infrared laser emitter is preferably set up to emit infrared light in a wavelength range from 780-1000 nm, particularly preferably from 830-940 nm.
Die Unteransprüche haben bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.The subclaims contain preferred developments of the invention.
Bevorzugt weist das optische Element einen einlagigen holographischen Film auf, in welchem das erste Hologramm und das zweite Hologramm ausgebildet ist. Das heißt, das erste Hologramm und das zweite Hologramm sind gemeinsam in einer einzigen Schicht einbelichtet. Vorzugsweise weist der holographische Film ein Photopolymer auf. Beispielsweise kann das optische Element auch zusätzlich zum holographischen Film eine Trägerfolie, auf welcher das Photopolymer gehalten ist, aufweisen. Dadurch kann eine besonders kostengünstige Herstellung des optischen Elements mit wenig Material erfolgen.The optical element preferably has a single-layer holographic film in which the first hologram and the second hologram are formed. That is, the first hologram and the second hologram are exposed together in a single layer. Preferably the holographic film comprises a photopolymer. For example In addition to the holographic film, the optical element can also have a carrier film on which the photopolymer is held. As a result, the optical element can be manufactured in a particularly cost-effective manner with little material.
Besonders bevorzugt weist das optische Element einen ersten holographischen Film, in welchem das erste Hologramm ausgebildet ist, sowie einen zweiten holographischen Film, in welchem das zweite Hologramm ausgebildet ist, auf. Somit ist das optische Element insbesondere doppellagig ausgebildet und weist zwei holographische Filme auf, welche vorzugsweise miteinander verbunden sind. Bevorzugt weisen die beiden holographischen Filme jeweils ein Photopolymer auf, in welchem das entsprechende Hologramm ausgebildet ist. Vorzugsweise sind die beiden holographischen Filme dabei mittels einer Klebeschicht miteinander verbunden, sodass insbesondere zwischen den beiden holographischen Filmen die Klebeschicht angeordnet ist. Die Klebeschicht kann vorzugsweise das gleiche Material wie das Photopolymer aufweisen. Alternativ können die beiden holographischen Filme unmittelbar aneinander angrenzend angeordnet sein. Durch die Materialeigenschaften des Photopolymers können die beiden holographischen Filme dabei bei der Erzeugung der Hologramme so aneinandergefügt werden, dass die holographischen Filme untereinander eine adhäsive Wirkung eingehen, und somit von selbst aneinander kleben. Durch ein doppellagiges optisches Element mit jeweils einem Hologramm pro Schicht kann bei einfacher und kostengünstiger Herstellung eine besonders hohe Präzision des optischen Elements erreicht werden. Insbesondere kann jedes der Hologramme durch die separate Fertigbarkeit der beiden Hologramme mit optimalen optischen Eigenschaften erzeugt werden, ohne dass beispielsweise eine Beeinflussung durch das jeweils andere Hologramm erfolgt. Dadurch kann eine besonders hohe optische Präzision des optischen Elements erreicht werden.The optical element particularly preferably has a first holographic film in which the first hologram is formed, and a second holographic film in which the second hologram is formed. The optical element is thus designed in particular with two layers and has two holographic films, which are preferably connected to one another. The two holographic films preferably each have a photopolymer in which the corresponding hologram is formed. The two holographic films are preferably connected to one another by means of an adhesive layer, so that the adhesive layer is arranged in particular between the two holographic films. The adhesive layer can preferably have the same material as the photopolymer. Alternatively, the two holographic films can be arranged directly adjacent to one another. Due to the material properties of the photopolymer, the two holographic films can be joined to one another during the generation of the holograms in such a way that the holographic films have an adhesive effect on one another and thus stick to one another by themselves. A double-layer optical element, each with one hologram per layer, enables a particularly high precision of the optical element to be achieved with simple and inexpensive manufacture. In particular, due to the fact that the two holograms can be manufactured separately, each of the holograms can be generated with optimal optical properties without, for example, being influenced by the other hologram in each case. A particularly high optical precision of the optical element can thereby be achieved.
Vorzugsweise ist das zweite Hologramm eingerichtet, um das Infrarotlicht in Form von parallelen und/oder divergierenden und/oder konvergierenden Lichtstrahlen auf die Augen-Außenseite zu richten. Dabei sei angemerkt, dass das gesamte Lichtstrahlenbündel konvergent und/oder divergent und/oder parallel zum Auge laufen soll. Beispielsweise kann die Divergenz der im Bündel enthaltenen Einzelstrahlen dabei unabhängig von der Divergenz des Strahlenbündels sein. Als divergierende Lichtstrahlen werden dabei Lichtstrahlen angesehen, welche sich ausgehend von dem optischen Element und in Richtung der Augen-Außenseite hin propagierend aufweiten. In diesem Fall weist das zweite Hologramm bevorzugt eine negative Brechkraft auf, beispielsweise so, dass ein Brennpunkt der umgelenkten Lichtstrahlen befindet sich auf einer dem Auge gegenüberliegenden Seite des optischen Elements. Als konvergierende Lichtstrahlen werden Lichtstrahlen angesehen, welche vom optischen Element zur Augen-Außenseite hin gebündelt werden. In diesem Fall weist das zweite Hologramm vorzugsweise eine positive Brechkraft auf, beispielsweise so, dass ein Brennpunkt der umgelenkten infraroten Lichtstrahlen sich auf derjenigen Seite des optischen Elements befindet, auf welcher auch das Auge liegt. Um parallele Lichtstrahlen auf das Auge zu richten, kann das zweite Hologramm beispielsweise eine Brechkraft von Null, also eine unendliche Brennweite, aufweisen. Je nach Einsatzzweck, insbesondere je nach Augenabstand, kann somit das zweite Hologramm entsprechend optimal angepasst sein, um die Augen-Außenseite möglichst vollständig mit dem infraroten Licht zu bestrahlen. Vorzugsweise kann das zweite Hologramm dabei unterschiedliche Brechkräfte, also insbesondere astigmatische Eigenschaften, aufweisen.The second hologram is preferably set up to direct the infrared light in the form of parallel and / or diverging and / or converging light beams onto the outside of the eye. It should be noted that the entire light beam should run convergent and / or divergent and / or parallel to the eye. For example, the divergence of the individual rays contained in the bundle can be independent of the divergence of the bundle of rays. Diverging light rays are considered to be light rays which, proceeding from the optical element and expand in a propagating manner in the direction of the outside of the eye. In this case, the second hologram preferably has a negative refractive power, for example such that a focal point of the deflected light rays is located on a side of the optical element opposite the eye. Light rays which are bundled by the optical element towards the outside of the eye are regarded as converging light rays. In this case, the second hologram preferably has a positive refractive power, for example such that a focal point of the deflected infrared light rays is located on that side of the optical element on which the eye is also located. In order to direct parallel light beams onto the eye, the second hologram can, for example, have a refractive power of zero, that is to say an infinite focal length. Depending on the intended use, in particular depending on the interpupillary distance, the second hologram can thus be optimally adapted in order to irradiate the outside of the eye as completely as possible with the infrared light. The second hologram can preferably have different refractive powers, that is to say in particular astigmatic properties.
Weiter bevorzugt umfasst die optische Anordnung ferner eine Umlenkvorrichtung, welche eingerichtet ist, das von der Laservorrichtung ausgesendete sichtbare Licht sowie auch das infrarote Licht auf das optische Element umzulenken. Vorzugsweise ist die Umlenkvorrichtung dabei ein Spiegel. Indem das von der Laservorrichtung ausgesendete sichtbare und infrarote Licht mittels der Umlenkvorrichtung auf das optische Element, also auf die beiden Hologramme, gerichtet wird, kann eine besonders flexible und platzsparende Anordnung der Komponenten der optischen Anordnung ermöglicht werden.The optical arrangement further preferably further comprises a deflection device which is set up to deflect the visible light emitted by the laser device and also the infrared light onto the optical element. The deflecting device is preferably a mirror. By directing the visible and infrared light emitted by the laser device onto the optical element, that is to say onto the two holograms, by means of the deflecting device, a particularly flexible and space-saving arrangement of the components of the optical arrangement can be made possible.
Bevorzugt weist die Umlenkvorrichtung einen Mikrospiegelaktor auf, welcher eingerichtet ist, das sichtbare Licht sowie das infrarote Licht über das optische Element, also insbesondere über die beiden Hologramme, zu scannen. Vorzugsweise ist der Mikrospiegelaktor dabei eingerichtet, das sichtbare Licht und das infrarote Licht entlang von zumindest zwei Achsen, welche vorzugsweise jeweils in einer Ebene des optischen Elements, und insbesondere senkrecht zueinander, liegen, über das optische Element zu scannen. Beispielsweise kann der Mikrospiegelaktor ein MEMS-aktuierter Mikrospiegel sein. Vorzugsweise kann der Mikrospiegelaktor in mindestens einer Achse resonant betrieben werden. Vorteilhafterweise kann diese resonant betriebene Achse des Mikrospiegelaktors mit Frequenzen von 10 kHz bis 60 kHz schwingen. Weiterhin vorzugsweise kann der Mikrospiegelaktor in einer Achse bei einer niedrigeren Frequenz als der Resonanzfrequenz betrieben werden. Vorteilhafterweise kann diese nicht resonant betriebene Achse des Mikrospiegelaktors mit Frequenzen von 60 Hz bis 300 Hz schwingen. Der Mikrospiegelaktor bietet dabei eine besonders einfache und kostengünstige Möglichkeit, um mittels einer einfachen Laservorrichtung besonders präzise Lichtsignale zu erzeugen und auf das optische Element zu richten.The deflecting device preferably has a micromirror actuator which is set up to scan the visible light and the infrared light via the optical element, that is to say in particular via the two holograms. The micromirror actuator is preferably set up to scan the visible light and the infrared light over the optical element along at least two axes, which preferably each lie in a plane of the optical element, and in particular perpendicular to one another. For example, the micromirror actuator can be a MEMS-actuated micromirror. The micromirror actuator can preferably be operated resonantly in at least one axis. Advantageously, this resonantly operated axis of the micromirror actuator can oscillate at frequencies of 10 kHz to 60 kHz. Furthermore, the micromirror actuator can preferably be operated in one axis at a frequency lower than the resonance frequency. This axis of the micromirror actuator, which is operated in a non-resonant manner, can advantageously oscillate at frequencies of 60 Hz to 300 Hz. The micromirror actuator offers a particularly simple and inexpensive way of generating particularly precise light signals by means of a simple laser device and directing them onto the optical element.
Besonders bevorzugt weist zumindest eines der beiden Hologramme, vorzugsweise das zweite Hologramm, lokal unterschiedliche Brechkräfte auf. Das entsprechende Hologramm ist dabei so ausgebildet, dass die lokal unterschiedlichen Brechkräfte in Abhängigkeit einer lokalen Strahlgeschwindigkeit der über das optische Element gescannten Lichtstrahlen ausgebildet sind. Als lokale Strahlgeschwindigkeit wird dabei eine Geschwindigkeit des mittels des Mikrospiegelaktor über das optische Element gescannten Lichtstrahls in einer Ebene des optischen Elements angesehen, das heißt, eine Geschwindigkeit, mit welcher sich der Lichtstrahl entlang einer der Achsen fortbewegt. Da der gescannte Lichtstrahl insbesondere zeilenweise resonant über das optische Element gescannt wird, also sich in hoher Frequenz in der Ebene des optischen Elements hin und her bewegt, variiert die lokale Strahlgeschwindigkeit in einem Erstreckungsbereich des optischen Elements deutlich. Insbesondere ist die lokale Strahlgeschwindigkeit am Rand eines Scanbereichs signifikant kleiner als in einem Zentrum des Scanbereichs, wodurch sich beispielsweise eine geringere Dichte an Abtastpunkten im Zentrum des Scanbereichs und eine übermäßig hohe Dichte an Abtastpunkten im Randbereich ergeben kann. Durch Anpassung der lokalen Brechkräfte des Hologramms, insbesondere des zweiten Hologramms, auf diese lokal unterschiedlichen Strahlgeschwindigkeiten, kann eine Verteilung der am Auge resultierenden Abtastpunkte beim Scannen der Lichtstrahlen über das optische Element angepasst werden, insbesondere so, dass die Abtastpunkte besonders gleichmäßig, beispielsweise über die Augen-Außenseite, verteilt werden. Alternativ können die Abtastpunkte auch in einem Zentrum der Augen-Außenseite erhöht werden, um in diesem Bereich eine besonders hohe optische Auflösung bei der Blickverfolgung zu haben. Beispielsweise kann das Hologramm dort eine Brechkraft von Null, also eine unendliche Brennweite, aufweisen, also so, dass die umgelenkten Lichtstrahlen parallel sind, wo die lokale Geschwindigkeit des über das optische Element gescannten Laserstrahls seiner mittleren Geschwindigkeit entspricht. Somit bietet die Anpassung der lokal unterschiedlichen Brechkräfte insbesondere beim zweiten Hologramm den Vorteil einer optimierten Auflösung und damit einer besonders hohen Genauigkeit bei der Blickverfolgung.Particularly preferably, at least one of the two holograms, preferably the second hologram, has locally different refractive powers. The corresponding hologram is designed in such a way that the locally different refractive powers are designed as a function of a local beam speed of the light beams scanned via the optical element. A speed of the light beam scanned by means of the micromirror actuator over the optical element in a plane of the optical element, that is to say a speed at which the light beam moves along one of the axes, is regarded as the local beam speed. Since the scanned light beam is particularly scanned line-by-line resonantly across the optical element, that is to say moves back and forth at high frequency in the plane of the optical element, the local beam speed varies significantly in an area of extent of the optical element. In particular, the local beam velocity at the edge of a scan area is significantly lower than in a center of the scan area, which can result, for example, in a lower density of scan points in the center of the scan area and an excessively high density of scan points in the edge area. By adapting the local refractive powers of the hologram, in particular the second hologram, to these locally different beam speeds, a distribution of the scanning points resulting on the eye when scanning the light rays via the optical element can be adapted, in particular so that the scanning points are particularly uniform, for example across the Eyes outside, to be distributed. Alternatively, the scanning points can also be increased in a center of the outside of the eye in order to have a particularly high optical resolution in this area when tracking the eyes. For example, the hologram can have a refractive power of zero, that is, an infinite focal length, so that the deflected light beams are parallel, where the local speed of the laser beam scanned via the optical element corresponds to its mean speed. Thus, the adaptation of the locally different refractive powers, particularly in the case of the second hologram, offers the advantage of optimized resolution and thus a particularly high level of accuracy in gaze tracking.
Vorzugsweise weist das zumindest eine Hologramm, bevorzugt das zweite Hologramm, in einem Randbereich einer Erstreckungsfläche, über welche sich das Hologramm erstreckt, eine kleinere Brechkraft als in einem zentralen Bereich der Erstreckungsfläche auf. Das heißt, im zentralen Bereich weist das Hologramm eine größere Brechkraft als im Randbereich, welcher den zentralen Bereich umgibt, auf. Beispielsweise kann dabei im zentralen Bereich eine hohe positive Brechkraft vorliegen, wobei vorzugsweise im Randbereich eine kleinere positive Brechkraft, oder eine Brechkraft von Null, oder eine negative Brechkraft vorliegen kann. Vorzugsweise liegt dabei ein kontinuierlicher Übergang der Brechkraft vor. Alternativ können für eine besonders einfache Herstellung auch zwei Bereiche des Hologramms mit unterschiedlicher Brechkraft vorgesehen sein. Durch eine lokale Brechkraft, welche am Rand kleiner als im Zentrum ist, kann auf besonders einfache und effektive Art und Weise ein Ausgleich der unterschiedlichen Abtastraten, welche durch das Scannen mittels des Mikrospiegelaktor auftreten können, ermöglicht werden.The at least one hologram, preferably the second hologram, preferably has a smaller refractive power in an edge region of an extension surface over which the hologram extends than in a central region of the extension surface. This means that the hologram has a greater refractive power in the central area than in the edge area which surrounds the central area. For example, a high positive refractive power can be present in the central area, with a smaller positive refractive power, or a refractive power of zero, or a negative refractive power preferably being present in the edge region. There is preferably a continuous transition in the refractive power. Alternatively, two areas of the hologram with different refractive powers can also be provided for particularly simple production. A local refractive power, which is smaller at the edge than in the center, makes it possible in a particularly simple and effective manner to compensate for the different sampling rates which can occur as a result of scanning by means of the micromirror actuator.
Weiter bevorzugt ist das zweite Hologramm so ausgebildet, dass in einem Randbereich eines Scanbereichs auf das zweite Hologramm auftreffende infrarote Lichtstrahlen auf ein Augenzentrum der Augen-Außenseite des Auges gerichtet sind. Als „Augenzentrum der Augen-Außenseite“ wird dabei ein Zentrum des sichtbaren Bereichs der Augenoberfläche angesehen. Zentral im Scanbereich auftreffende infrarote Lichtstrahlen sind dabei auf einen das Augenzentrum umgebenden Augenrandbereich der Augen-Außenseite des Auges gerichtet. Als Scanbereich wird dabei ein Bereich in der Ebene des optischen Elements angesehen, innerhalb welchem das infrarote Licht mittels des Mikrospiegelaktors über das optische Element gescannt wird. Vorzugsweise beträgt eine Fläche des Randbereichs dabei mindestens 30 %, vorzugsweise maximal 60 %, einer Gesamtfläche des Scanbereichs. Mit anderen Worten ist das zweite Hologramm so ausgebildet, dass die umgelenkten infraroten Lichtstrahlen, also die vom zweiten Hologramm zum Auge propagierenden Lichtstrahlen, sich überschneiden. Vorzugsweises überschneiden sich die umgelenkten Lichtstrahlen dabei so, dass vom Randbereich des Scanbereichs ausgehende Lichtstrahlen auf das Augenzentrum gerichtet sind, und dass die vom Zentrum des Scanbereichs ausgehenden Lichtstrahlen auf den Augenrandbereich gerichtet sind. Dadurch kann besonders einfach die lokal unterschiedliche Dichte der Abtastpunkte im Scanbereich ausgenutzt werden, um an den gewünschten Orten, also im Augenzentrum eine hohe Auflösung zu erhalten, wodurch eine besonders hohe Genauigkeit bei der Blickverfolgung erreicht werden kann.The second hologram is further preferably designed in such a way that infrared light rays impinging on the second hologram in an edge region of a scan region are directed to an eye center on the outside of the eye. A center of the visible area of the surface of the eye is regarded as the “center of the eye on the outside of the eye”. Infrared light rays impinging in the center of the scan area are directed onto an area of the edge of the eye on the outside of the eye that surrounds the center of the eye. An area in the plane of the optical element within which the infrared light is scanned via the optical element by means of the micromirror actuator is regarded as the scanning area. Preferably, an area of the edge area is at least 30%, preferably a maximum of 60%, of a total area of the scan area. In other words, the second hologram is designed in such a way that the deflected infrared light beams, that is to say the light beams propagating from the second hologram to the eye, overlap. The deflected light beams preferably overlap in such a way that light beams emanating from the edge area of the scan area are directed onto the center of the eye and that the light beams emanating from the center of the scan area are directed onto the eye edge area. As a result, the locally different density of the scanning points in the scan area can be used particularly easily in order to obtain a high resolution at the desired locations, that is to say in the center of the eye, as a result of which a particularly high level of accuracy can be achieved when tracking the gaze.
Besonders bevorzugt umfasst die optische Anordnung ferner einen Detektor, welcher insbesondere eingerichtet ist, von der Augen-Außenseite zurück gestreutes infrarotes Licht zu erfassen. Vorzugsweise umfasst der Detektor eine Auswerteeinrichtung, mittels welcher ein von dem Detektor basierend auf der Erfassung des zurückgestreuten infraroten Lichts erzeugtes Signal ausgewertet werden kann.The optical arrangement particularly preferably further comprises a detector which is set up in particular to detect infrared light scattered back from the outside of the eye. The detector preferably comprises an evaluation device by means of which a signal generated by the detector based on the detection of the backscattered infrared light can be evaluated.
Bevorzugt umfasst der Detektor eine Photodiode, mittels welcher das von der Augen-Außenseite zurückgestreute infrarote Licht erfasst werden kann. Eine Photodiode bietet dabei eine besonders einfache und kostengünstige Möglichkeit zur Erfassung des zurückgestreuten infraroten Lichts, um eine Blickrichtung bestimmen zu können.The detector preferably comprises a photodiode, by means of which the infrared light scattered back from the outside of the eye is detected can. A photodiode offers a particularly simple and inexpensive way of detecting the backscattered infrared light in order to be able to determine a viewing direction.
Vorteilhafterweise umfasst der Detektor zwei Photodioden, welche vorzugsweise nebeneinander angeordnet sind, mit jeweils einem Laserlinienfilter. Die beiden Laserlinienfilter der Photodioden weisen dabei vorzugsweise um 5 nm bis 20 nm unterschiedliche Transmissions-Wellenlängen auf. Das heißt, die beiden Laserlinienfilter sind vorzugsweise um 5 nm bis 20 nm, besonders bevorzugt 10 nm, voneinander separiert. Insbesondere ist einer der beiden Laserlinienfilter dabei genau auf die Wellenlänge des von der Laservorrichtung ausgesendeten infraroten Lichts angepasst, also weist eine mit der Wellenlänge des ausgesendeten infraroten Lichts übereinstimmende Transmission-Wellenlänge auf. Der andere Laserlinienfilter ist dabei vorzugsweise um einige Nanometer in der Wellenlänge verschoben, sodass beispielsweise mittels eines im Detektor berechneten Differenzsignals der beiden Photodioden ein Störsignal ermittelt und daraus eine störkompensierte Eingangsgröße für die Blickverfolgung genutzt werden kann.The detector advantageously comprises two photodiodes, which are preferably arranged next to one another, each with a laser line filter. The two laser line filters of the photodiodes preferably have transmission wavelengths that are 5 nm to 20 nm different. This means that the two laser line filters are preferably separated from one another by 5 nm to 20 nm, particularly preferably 10 nm. In particular, one of the two laser line filters is precisely matched to the wavelength of the infrared light emitted by the laser device, that is to say has a transmission wavelength that corresponds to the wavelength of the emitted infrared light. The other laser line filter is preferably shifted in wavelength by a few nanometers so that, for example, an interference signal can be determined by means of a differential signal of the two photodiodes calculated in the detector and an interference-compensated input variable can be used for gaze tracking.
Vorzugsweise weist der Detektor eine Filtervorrichtung auf, zur Filterung des auf den Detektor einfallenden Lichts. Die Filtervorrichtung können dabei vielfältig ausgebildet sein, beispielsweise kann diese auch in einer Signalverarbeitung des durch den Detektor erzeugten Signals integriert sein. Insbesondere kann dadurch eine Auswertung des vom zweiten Hologramm zurückgestreuten und vom Detektor erfassten infraroten Lichts optimiert werden für eine besonders präzise Blickverfolgung.The detector preferably has a filter device for filtering the light incident on the detector. The filter device can be designed in many ways, for example it can also be integrated in a signal processing of the signal generated by the detector. In particular, an evaluation of the infrared light scattered back from the second hologram and detected by the detector can thereby be optimized for particularly precise eye tracking.
Vorteilhafterweise umfasst die Filtervorrichtung einen Langpassfilter und/oder einen Bandpassfilter und/oder einen Laserlinienfilter, welcher ausschließlich zur Transmission von infrarotem Licht, insbesondere mit einer Wellenlänge, welche der Wellenlänge des infraroten Lichts, welches von der Laservorrichtung ausgesendet wird, entspricht, ausgebildet ist. Vorzugsweise ist der Langpassfilter und/oder Laserlinienfilter dabei zwischen dem optischen Element und dem Detektor, beispielsweise einer Photodiode des Detektors, angeordnet. Dadurch kann hardwareseitig bereits eine besonders präzise Filterung des vom Detektor zu erfassenden infraroten Lichts vorgenommen werden.The filter device advantageously comprises a long-pass filter and / or a band-pass filter and / or a laser line filter which is designed exclusively for the transmission of infrared light, in particular with a wavelength which corresponds to the wavelength of the infrared light which is emitted by the laser device. The long-pass filter and / or laser line filter is preferably arranged between the optical element and the detector, for example a photodiode of the detector. As a result, particularly precise filtering of the infrared light to be detected by the detector can already be carried out on the hardware side.
Weiterhin führt die Erfindung zu einer Datenbrille, welche die oben beschriebene optische Anordnung umfasst. Das optische Element der optischen Anordnung ist dabei vorzugsweise in ein Brillenglas der Datenbrille eingebettet. Beispielsweise kann das optische Element mit den beiden Hologrammen an einer Seite des Brillenglases befestigt sein, insbesondere mittels einer Klebeverbindung, wodurch eine besonders einfache Herstellung der Datenbrille möglich ist. Alternativ kann das optische Element beispielsweise bei einer Herstellung des Brillenglases in das Brillenglas eingegossen werden, sodass das optische Element nach der Herstellung vollständig vom Brillenglas umgeben ist. Die Laservorrichtung kann beispielsweise in einen Bügel der Datenbrille integriert sein. Ferner kann beispielsweise ein Mikrospiegelaktor in den Bügel der Datenbrille integriert sein. Dadurch ergibt sich eine besonders einfache und kompakte Konstruktion der Datenquelle, welche sich durch wenige und kompakte Komponenten auszeichnet und damit einen hohen Trage- und Bedienkomfort für den Benutzer bieten kann.Furthermore, the invention leads to data glasses which comprise the optical arrangement described above. The optical element of the optical arrangement is preferably embedded in a spectacle lens of the data glasses. For example, the optical element with the two holograms can be attached to one side of the spectacle lens, in particular by means of an adhesive connection, which enables the data glasses to be manufactured in a particularly simple manner. Alternatively, the optical element can, for example, be cast into the spectacle lens when the spectacle lens is manufactured, so that the optical element is completely surrounded by the spectacle lens after manufacture. The laser device can, for example, be integrated into a temple of the data glasses. Furthermore, for example, a micromirror actuator can be integrated into the temple of the data glasses. This results in a particularly simple and compact construction of the data source, which is characterized by few and compact components and can thus offer a high level of comfort for the user to carry and operate.
FigurenlisteFigure list
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Figuren beschrieben. In den Figuren sind funktional gleiche Bauteile jeweils mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Dabei zeigt:
-
1 eine vereinfachte schematische Ansicht einer Datenbrille mit einer optischen Anordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, -
2 die optische Anordnung der1 im Detail, -
3 eine Detailansicht einer optischen Anordnung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und -
4 eine Detailansicht eines optischen Elements einer optischen Anordnung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
-
1 a simplified schematic view of data glasses with an optical arrangement according to a first embodiment of the invention, -
2 the optical arrangement of the1 in detail, -
3 a detailed view of an optical arrangement according to a second embodiment of the invention, and -
4th a detailed view of an optical element of an optical arrangement according to a third embodiment of the invention.
Bevorzugte Ausführungsformen der ErfindungPreferred embodiments of the invention
Die Datenbrille
Die optische Anordnung
Zudem umfasst die optische Anordnung
Die Laservorrichtung
Weiterhin umfasst die optische Anordnung
Das optische Element
Die beiden Hologramme
Eine Brechkraft des ersten Hologramms
Vorteil der beiden Hologramme
Weiterhin bieten die beiden Hologramme
Eine besonders günstige Weiterbildung zeigt die
Im zweiten Ausführungsbeispiel weist das zweite Hologramm
Die
Das optische Element
Im gezeigten dritten Ausführungsbeispiel ist der zweite holographische Film
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- US 7637615 B2 [0002]US 7637615 B2 [0002]
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