DE102010041344B4

DE102010041344B4 - Anzeigevorrichtung mit augengesteuerter Eingabeschnittstelle

Info

Publication number: DE102010041344B4
Application number: DE102010041344.5A
Authority: DE
Inventors: Karsten Lindig
Original assignee: Tooz Technologies GmbH
Current assignee: Tooz Technologies GmbH
Priority date: 2010-09-24
Filing date: 2010-09-24
Publication date: 2020-10-29
Anticipated expiration: 2030-09-25
Also published as: DE102010041344A1

Abstract

Anzeigevorrichtung mit einer auf den Kopf eines Benutzers aufsetzbaren Haltevorrichtung (2),einem an der Haltevorrichtung (2) befestigten Bildgeber (5) zur Erzeugung eines Bildes,einer Steuereinheit (9) zur Steuerung des Bildgebers (5)und einem an der Haltevorrichtung (2) befestigten Multifunktionsglas (3, 4), das einen ersten Einkoppelbereich (12) und einen ersten Auskoppelbereich (13) aufweist, wobei das erzeugte Bild über den ersten Einkoppelbereich (12) in das Multifunktionsglas (3) eingekoppelt, im Multifunktionsglas (3) bis zum ersten Auskoppelbereich (13) geführt und über den ersten Auskoppelbereich (13) so ausgekoppelt wird, dass der Benutzer im auf dem Kopf aufgesetzten Zustand der Haltevorrichtung (2) das ausgekoppelte Bild wahrnehmen kann,dadurch gekennzeichnet, dassdie Anzeigevorrichtung (1) einen Detektor (8) und das Multifunktionsglas (3) einen Rückkanal (17) aufweist, über den die Pupille des Auges des Benutzers im auf dem Kopf aufgesetzten Zustand der Haltevorrichtung (2) auf den Detektor (8) zur Detektion der Pupillenposition abgebildet wird,wobei der Detektor (8) mit der Steuereinheit (9) verbunden ist, die in Abhängigkeit der detektierten Position der Pupille die Bilderzeugung so steuert, dass der Inhalt des zu erzeugenden Bildes geändert wird, wodurch eine augengesteuerte Eingabeschnittstelle bereitgestellt ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anzeigevorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Eine solche Anzeigevorrichtung kann beispielsweise dazu genutzt werden, um ein Bild eines mit der Anzeigevorrichtung verbindbaren Gerätes darzustellen. Bei dem Gerät kann es sich zum Beispiel um einen Computer, ein Navigationsgerät, einen Organizer, ein Smartphone, etc. handeln. Die Bedienung ist jedoch nur am Gerät selbst möglich, was umständlich ist.
Ferner kann die Anzeigevorrichtung dazu genutzt werden, einen Ausschnitt aus einem darzustellenden Dokument mittels des Bildgebers als Bild zu erzeugen, das der Benutzer dann wahrnehmen kann. In diesem Fall ist es schwierig, den Ausschnitt in einfacher Art und Weise im Dokument zu bewegen oder zu positionieren.
Die DE 699 23 480 T2 beschreibt eine Anzeigevorrichtung mit Sichtverfolgung. Die DE 10 2008 033 767 A1 beschreibt ebenso wie die DE 10 2007 004 444 A1 ein Multifunktionsglas. Die DE 10 2004 005 154 A1 beschreibt ein Anzeigesystem für ein Fahrzeug. Die DE 10 2008 042 397 A1 beschreibt ein Navigationssystem mit kontaktanaloger Anzeige und die DE 197 36 880 C1 beschreibt eine elektronische Brille.
Ausgehend hiervon ist es daher Aufgabe der Erfindung, die Anzeigevorrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass sie eine vereinfachte Eingabemöglichkeit bereitstellt.
Die Erfindung ist im Anspruch 1 definiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Somit kann bei der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung eine Eingabe über die Blickrichtung des Benutzers durchgeführt werden, da die Pupillenposition und somit die Blickrichtung detektiert werden kann. Gleichzeitig kann die Anzeigevorrichtung äußerst kompakt ausgebildet werden, da der Rückkanal ebenfalls im Multifunktionsglas ausgebildet ist, so dass der Rückkanal platzsparend vorgesehen werden kann.
Bevorzugt ist bei der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung der erste Auskoppelbereich als Einkoppelbereich des Rückkanals und der erste Einkoppelbereich als Auskoppelbereich des Rückkanals ausgebildet. In diesem Fall kann der gleiche geometrische Weg im Multifunktionsglas für die Führung des mittels dem Bildgeber erzeugten Bildes einerseits und des Lichtes zur Abbildung der Pupille andererseits eingesetzt werden. Damit wird eine äußerst platzsparende Ausbildung bereitgestellt, die zu einer kompakten und kleinen Anzeigevorrichtung führt.
Die Anzeigevorrichtung kann insbesondere in Art einer Brille ausgebildet sein. In diesem Fall ist die Haltevorrichtung als Brillengestell ausgestaltet. Insbesondere kann ein herkömmliches Brillenglas als Multifunktionsglas ausgebildet werden. Dazu muss im Wesentlichen nur der erste Einkoppelbereich und der erste Auskoppelbereich im Brillenglas ausgebildet werden.
Ferner kann die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung so ausgebildet sein, dass der Benutzer - im auf dem Kopf aufgesetzten Zustand der Haltevorrichtung - das ausgekoppelte Bild als virtuelles Bild und/oder in Überlagerung mit der Umgebung wahrnehmen kann.
Bevorzugt sind der erste Einkoppelbereich und der erste Auskoppelbereich an der - im auf dem Kopf aufgesetzten Zustand der Haltevorrichtung - dem Auge des Benutzers abgewandten Vorderseite des Multifunktionsglases ausgebildet. Insbesondere sind der erste Einkoppelbereich und der erste Auskoppelbereich jeweils als reflektive Bereiche ausgestaltet.
Bei der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung kann die Steuereinheit dazu eingerichtet sein, im ausgekoppelten Bild zumindest einen Eingabebereich darzustellen und die detektierte Pupillenposition als Auswahl des Eingabebereiches zu bewerten, wenn der Benutzer den Eingabebereich betrachtet. Bei dem Eingabebereich kann es sich um einen Menüpunkt einer Menüstruktur oder auch um einen sonstigen Auswahlbereich oder zu aktivierenden Eingabe- oder Auswahlpunkt handeln. Mit dem erzeugten Bild können beispielsweise mehrere Menüpunkte dargeboten werden, von denen der Benutzer dann durch Betrachten des gewünschten Menüpunktes diesen auswählen kann.
Die Steuereinheit kann bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung insbesondere dazu eingerichtet sein, als Reaktion auf die bewertete Auswahl die Bilderzeugung eines geänderten Bildes anzusteuern. Bei dem geänderten Bild kann es sich dann beispielsweise um ein Untermenü zu dem ausgewählten Menüpunkt handeln.
Somit wird erfindungsgemäß eine augengesteuerte Eingabeschnittstelle bereitgestellt. Insbesondere kann die Anzeigevorrichtung als Informationsbrille ausgebildet sein.
Ferner kann die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung ein Sensormodul aufweisen, das bevorzugt an der Haltevorrichtung befestigt ist und mit dem die Drehung der Haltevorrichtung um zumindest eine Achse detektierbar ist, wobei das Sensormodul ein entsprechendes Sensorsignal an die Steuereinheit abgibt und die Steuereinheit das Sensorsignal zur Bilderzeugung nur dann berücksichtigt, wenn gleichzeitig eine vorbestimmte Pupillenposition detektiert wird.
Somit kann über die Pupillendetektion die Berücksichtigung der detektierten Drehung um die zumindest eine Achse bei der Bilderzeugung aktiviert und deaktiviert werden.
Die Steuereinrichtung kann dazu eingerichtet sein, um mit dem erzeugten Bild einen Ausschnitt aus einem Dokument darzustellen, wobei die Lage des Ausschnitts im Dokument in Abhängigkeit des Sensorsignals bestimmt ist. Dabei wird das Sensorsignal bevorzugt nur dann berücksichtigt, wenn gleichzeitig eine vorbestimmte Pupillenposition detektiert wird.
Bei der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung kann der erste Einkoppelbereich als Fresnel-Struktur ausgebildet sein. Ferner kann der erste Auskoppelbereich als Fresnel-Struktur ausgebildet sein.
Zumindest eine der beiden Fresnel-Strukturen kann eine abbildende Eigenschaft aufweisen. Die abbildende Eigenschaft kann zum Beispiel dazu benutzt werden, eventuell bei der Führung des Bildes im Multifunktionsglas auftretende Bildfehler zu korrigieren.
Die Fresnel-Struktur kann insbesondere an der Materialgrenzfläche des Multifunktionsglases ausgebildet sein, wobei die Materialgrenzfläche insbesondere eine gekrümmte Materialgrenzfläche ist. Damit wird eine hohe Designfreiheit für das Multifunktionsglas bereitgestellt, die kaum oder gar nicht durch die notwendige optische Funktion des Einkoppel- oder Auskoppelbereiches beschränkt wird, da die optische Funktion des Einkoppel- bzw. Auskoppelbereich mittels der Fresnel-Struktur verwirklicht wird.
Die Fresnel-Struktur kann transmissiv oder reflektiv ausgebildet sein. Wenn sie transmissiv ausgebildet ist, ist sie bevorzugt auf der dem Auge des Benutzers zugewandter Materialgrenzfläche des Multifunktionsglases gebildet, wenn die Haltevorrichtung auf dem Kopf des Benutzers aufgesetzt ist. Wenn die Fresnel-Struktur reflektiv ist, ist sie bevorzugt an der im auf dem Kopf aufgesetzten Zustand der Haltevorrichtung dem Auge des Benutzers abgewandten Vorderseite des Multifunktionsglases ausgebildet.
Die Fresnel-Struktur kann mehrere Fresnel-Segmente aufweisen, wobei die optisch wirksamen Facetten der Fresnel-Segmente optisch eine gedachte optische Wirkfläche nachahmen. Die optische Wirkfläche ist insbesondere gekrümmt. Ferner kann sie keine Spiegelsymmetrie, keine Rotationssymmetrie und/oder keine Translationssymmetrie aufweisen.
Ferner kann die Fresnel-Struktur eine Strahlengangfaltung bewirken.
Die Führung des Bildes im Multifunktionsglas vom ersten Einkoppelbereich zum ersten Auskoppelbereich erfolgt bevorzugt durch innere Totalreflexion an Vorder- und Rückseite des Muitifunktionsglases.
Die maximale Höhe jeder Facette ist bei der Fresnel-Struktur bevorzugt gleich groß. Sie liegt beispielsweise im Bereich von 5 bis 500 µm, insbesondere im Bereich von 0,01 bis 0,1 mm. Besonders bevorzugt ist ein Bereich von 200 bis 300 µm sowie ein Bereich von 0,05 bis 0,3 mm.
Die Facettenform kann eine Nährung, insbesondere eine lineare Nährung der Form des entsprechenden Flächenabschnitts der gedachten Wirkfläche sein. Insbesondere können die Facetten im Schnitt konkav, konvex oder linear sein.
Die Fresnel-Segmente können direkt benachbart sein, wie dies bei einer „klassischen“ Fresnel-Struktur ist. Es ist jedoch möglich, dass die Fresnel-Segmente voneinander beabstandet sind, wobei zwischen ihnen dann bevorzugt der normale Verlauf der Materialgrenzfläche vorliegt.
Bei der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung kann das Multifunktionsglas zumindest einen dritten Auskoppelbereich aufweisen, der relativ zum ersten Auskoppelbereich versetzt ist, wobei die Einkoppelrichtung und/oder der Einkoppelort des erzeugten Bildes einstellbar ist und in Abhängigkeit davon das erzeugte Bild vom ersten Auskoppelbereich oder vom dritten Auskoppelbereich als das virtuelle Bild ausgekoppelt wird.
Somit kann erfindungsgemäß nur über eine Einstellung der Einkoppelrichtung und/oder des Einkoppelortes des erzeugten Bildes eine Anpassung an verschiedene Nase-Auge-Abstände durchgeführt werden. Eine Änderung des Multifunktionsglases selbst ist nicht mehr notwendig.
Bei der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung kann das erzeugte Bild entweder nur vom ersten Auskoppelbereich oder nur vom dritten Auskoppelbereich ausgekoppelt werden.
Der dritte Auskoppelbereich kann den ersten Auskoppelbereich teilweise überlappen. Es ist jedoch auch möglich, dass der dritte Auskoppelbereich nicht den ersten Auskoppelbereich überlappt.
Ferner können mehrere dritte Auskoppelbereiche vorgesehen sein, um eine feinere Anpassung der Anzeigevorrichtung an den vorliegenden Nase-Auge-Abstand durchzuführen.
Bei der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung kann der Bildgeber zur Einstellung der Einkoppelrichtung um eine Achse kippbar sein. Ferner kann der Bildgeber zur Einstellung des Einkoppelortes entlang einer Achse verschiebbar sein. Jedoch trifft das eingekoppelte Bild stets auf den ersten Einkoppelbereich, der die gewünschte Einkopplung bzw. Umlenkung durchführt.
Ferner kann die Anzeigevorrichtung eine Fixiereinheit aufweisen, die die eingestellte Verkippung bzw. Drehstellung und/oder die eingestellte Verschiebung und somit die eingestellte Stellung des Bildgebers fixiert. Die Fixiereinheit kann so ausgebildet sein, dass die Fixierung mittels Form-, Reib- und/oder Stoffschluss bewirkt ist. Die Fixiereinheit kann, sofern gewünscht, auch zur Fixierung der Stellung des Detektors dienen, sofern dessen Stellung ebenfalls einstellbar ist und in Anpassung an die gewählte Stellung des Bildgebers entsprechend gewählt ist.
Die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung kann ein zweites Multifunktionsglas, das an der Haltevorrichtung befestigt ist, sowie einen zweiten Bildgeber aufweisen. Das zweite Multifunktionsglas ist bevorzugt in gleicher bzw. entsprechender Weise ausgebildet. Insbesondere kann es spiegelsymmetrisch zum ersten Multifunktionsglas ausgebildet sein. Somit können beiden Augen des Benutzers Bilder dargeboten werden. Dies kann beispielsweise zu einer dreidimensionalen Bilddarstellung genutzt sein. Das zweite Multifunktionsglas, kann, muss aber nicht, einen Rückkanal aufweisen. Ferner kann, falls das zweite Multifunktionsglas einen Rückkanal aufweist, auch ein zweiter Detektor vorgesehen sein, wobei dann die Pupille des zweiten Auges auf den zweiten Detektor über den Rückkanal abgebildet werden kann. Auch die Pupillenposition des zweiten Auges kann von der Steuereinheit genutzt werden, um in Abhängigkeit von dieser Pupillenposition die Bilderzeugung zu steuern.
Ferner weist die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung bevorzugt eine Schnittstelle auf, um ein Gerät mit der Anzeigevorrichtung zu verbinden. Dabei handelt es sich insbesondere um eine Datenschnittstelle. Bei dem Gerät kann es sich beispielsweise um einen Computer, ein Smartphone, ein Navigationsgerät, etc. handeln. In diesem Fall wird eine kombinierte Anzeigevorrichtung bereitgestellt, die die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung sowie das mit ihr verbundene Gerät umfasst.
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 perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung;
2 eine vergrößerte Detailansicht der Anzeigevorrichtung von 1 ;
3 eine Draufsicht auf den Aufnahmesensor der Anzeigevorrichtung von 1;
4 eine Darstellung zur Erläuterung des mittels der Anzeigevorrichtung dargestellte Bildes;
5 eine weitere Draufsicht des Aufnahmesensors der Anzeigevorrichtung von 1;
6 ein Blockdiagramm zur Erläuterung des Aufbaus und der Funktionsweise der Anzeigevorrichtung von 1;
7 eine perspektivische Ansicht eines Teils der ersten Fresnel-Struktur des Multifunktionsglases der Anzeigevorrichtung von 1;
8 den Verlauf der optischen Wirkfläche, der mit der ersten Fresnel-Struktur gemäß 7 nachgebildet ist;
9 eine Draufsicht der ersten Fresnel-Struktur gemäß 7;
10 einen xz-Schnitt der Wirkfläche 108;
11 eine vergrößerte Darstellung des Details CC von 10;
12-15 verschiedene Profilformen der Fresnel-Struktur 12 der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung;
16 eine Darstellung einer optischen Wirkfläche, die auf einer gekrümmten Grundfläche optisch gleichwirkend als Fresnel-Struktur umgesetzt wird;
17-18 Schnittansichten der ersten Fresnel-Struktur an der gekrümmten Vorderseite des Multifunktionsglases ;
19 eine Schnittansicht einer kompletten Facette 105 der Fresnel-Struktur 12 des Multifunktionsglases 3 von 1 ;
20 eine Abwandlung der Facette 105 von 19;
21 eine weitere Abwandlung der Facette 105 von 19;
22 eine Schnittansicht einer weiteren Ausbildung der ersten Fresnel-Struktur;
23 eine Schnittansicht der Ausbildung der Fresnel-Struktur als nicht zusammenhängende Fresnel-Struktur;
24 eine Schnittansicht der zweiten Fresnel-Struktur 13;
25 eine schematische Draufsicht auf die zweite Fresnel-Struktur 13;
26 eine schematische Ansicht zur Erläuterung der Dokumentennavigation mit der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung;
27 einen Signalflussplan für die Dokumentennavigation;
28 einen weiteren Signalflussplan für die Dokumentennavigation, und
29 eine vergrößerte Detailansicht einer Abwandlung der Anzeigevorrichtung von 1.

Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform umfasst die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung 1 eine auf den Kopf eines Benutzers aufsetzbare Haltevorrichtung 2, die z. B. in Art einer herkömmlichen Brille ausgebildet sein kann, sowie ein erstes und zweites Multifunktionsglas 3, 4, die an der Haltevorrichtung 2 befestigt sind. Die äußere Form der Multifunktionsgläser 3, 4 kann die üblicher Brillengläser entsprechen.
Wie am besten aus der vergrößerten Detailansicht in 2 ersichtlich ist, umfasst die Anzeigevorrichtung 1 ferner einen Bildgeber 5, einen Strahlteiler 6, eine Abbildungsoptik 7, einen Aufnahmesensor 8, der zum Beispiel als CCD- oder CMOS-Sensor ausgebildet sein kann, sowie eine Steuereinheit 9. Die Elemente 5 bis 9 sind in 1 lediglich schematisch als Block mit dem Bezugszeichen 10 eingezeichnet.
Wie wiederum aus 2 ersichtlich ist, weist das Multifunktionsglas 3 auf seiner Vorderseite 11 eine erste Fresnel-Struktur 12 sowie seitlich davon beabstandet eine zweite Fresnel-Struktur 13 auf. Die beiden Fresnel-Strukturen 12 und 13 dienen zum Ein- und Auskoppeln des vom Bildgeber 5 kommenden Lichtes.
Der Bildgeber 5 wird im Betrieb der Anzeigevorrichtung 1 von der Steuereinheit 9 angesteuert, um ein gewünschtes Bild zu erzeugen. Das Licht vom Bildgeber 5 läuft durch den Strahlteiler 6, tritt über die Rückseite 14 des Multifunktionsglases 3 in dieses ein und wird mittels der ersten Fresnel-Struktur 12 so umgelenkt, dass es im Multifunktionsglas 3 aufgrund von interner Totalreflexion an Vorder- und Rückseite 11, 14 bis zur zweiten Fresnel-Struktur 13 läuft. Die zweite Fresnel-Struktur 13 lenkt das Licht in Richtung des Auges A des Benutzers, so dass dieser das durch den Bildgeber 5 erzeugte Bild als virtuelles Bild 15, wie schematisch in 2 gezeigt ist, wahrnehmen kann.
Somit wird das Multifunktionsglas 3 als Vorwärtskanal 16 für die Darstellung eines virtuellen Bildes für den Benutzer genutzt, wobei die erste Fresnel-Struktur 12 als Einkoppelbereich bezeichnet werden kann, da sie das Licht des Bildgebers 5 so umlenkt, dass es im Multifunktionsglas 3 mittels innerer Totalreflexion an Vorder- und Rückseite 11, 14 bis zur zweiten Fresnel-Struktur 13 geführt wird. Die zweite Fresnel-Struktur 13 kann als Auskoppelbereich bezeichnet werden, da sie das Licht so umlenkt, dass es auf das Auge A des Benutzers trifft.
Ferner wird der Vorwärtskanal 16 als Rückkanal 17 genutzt, um das Auge A und insbesondere die Pupille des Auges A des Benutzers auf den Aufnahmesensor 8 abzubilden. Dazu wird vom Auge A kommendes Licht, das über die Rückseite 14 in das Multifunktionsglas 3 eintritt und auf die zweite Fresnel-Struktur 13 trifft, so umgelenkt, dass es mittels Totalreflexion an Vorder- und Rückseite 11, 14 bis zur ersten Fresnel-Struktur 12 geführt wird. An der ersten Fresnel-Struktur 12 findet eine Umlenkung in Richtung zum Strahlteiler 6 statt, so dass das Licht durch die Rückseite 14 des Multifunktionsglases 3 austritt und vom Stahlteiler 6 über die Abbildungsoptik 7 läuft und dann auf den Aufnahmesensor 8 trifft. Somit wird das Auge A bzw. die Pupille des Auges A auf den Aufnahmesensor 8 abgebildet.
Der Aufnahmesensor 8 kann, wie in der schematischen Draufsicht in 3 gezeigt ist, beispielsweise in Zeilenrichtung vier Aufnahmezellen 18 und in Spaltenrichtung fünf Aufnahmezellen 18 aufweisen, um die Position der Pupille 19, die in 3 zusammen mit der Iris 20 schematisch eingezeichnet ist, zu detektieren.
Da sowohl der Aufnahmesensor 8 als auch der Bildgeber 5 mit der Steuereinheit 9 verbunden sind, kann die detektierte Pupillenposition dazu genutzt werden, dass die Bilderzeugung mittels des Bildgebers 5 in Abhängigkeit der detektierten Positionen der Pupille 19 gesteuert wird.
Dies kann beispielsweise dazu genutzt werden, dass ein Benutzers nur mittels seines Auges einen von mehreren Menüpunkten auswählt. So kann das mittels des Bildgebers 5 dargestellte Bild 15 mehrere Menüpunkte 21, 22, 23 enthalten, wie schematisch in 4 gezeigt ist. Im Bereich 24 kann zum Beispiel ein Hinweistext dargestellt werden. Der Hinweistext kann dann zum Beispiel lauten: „Bitte wählen Sie:“.
Wie 4 ferner zu entnehmen ist, wird dem Benutzer das dargestellte Bild 15 in Überlagerung mit der Umgebung U dargeboten.
Bei den einzelnen im Bild 15 dargestellten Menüpunkten kann es sich um verschiedene Funktionen handeln, die die Anzeigevorrichtung 1 und/oder ein mit ihr verbundenes Gerät 25, das in 1 schematisch dargestellt ist, bereitstellt. So kann der Menüpunkt 21 für eine Navigationsfunktion stehen. Den Menüpunkt 22 kann für eine Biofeedback-Funktion stehen und der Menüpunkt 23 kann für einen Organizer stehen.
Der Benutzer betrachtet den einen der Menüpunkte 21 bis 23, den er auswählen möchte. Aufgrund der Abbildung der Pupille des Auges A auf den Aufnahmesensor 8 kann die Steuereinheit 9 ermitteln, welchen der Menüpunkt 21 bis 23 der Benutzer betrachtet. In 5 ist die von der Steuereinheit 9 durchzuführende Überlagerung des dargestellten Bildes mit der aufgenommenen Pupille 19 grafisch dargestellt. Dieser Darstellung kann entnommen werden, dass der Benutzer den Menüpunkt 22 betrachtet, so dass dieser ausgewählt wird.
In 6 ist ein Blockdiagramm zur Erläuterung des Aufbaus und der Funktionsweise der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung 1 sowie des mit ihr verbundenen Gerätes 25 schematisch dargestellt ist. Block B beschreibt dabei im wesentlichen den Aufbau der Anzeigevorrichtung 1. Block C zeigt die Bildverarbeitung zur Ermittlung der Pupillenposition und Block D beschreibt das Gerät 25, das mit der Anzeigevorrichtung 1 verbunden ist.
Bei der Darstellung in 6 wird ein Informationsfluss zwischen den einzelnen Elementen und Blöcken durch gestrichelte Pfeile und tatsächlich Verbindungen (wie z. B. Schnittstellen) durch Pfeile mit durchgehender Linie dargestellt.
Wie der Darstellung in 6 entnommen werden kann, erzeugt der Bildgeber 5 unter Steuerung der Steuereinheit 9 das gewünschte Bild, das mittels dem Strahlteiler 6 und dem Multifunktionsglas 3 dem Benutzer dargeboten wird. Andererseits dient das Multifunktionsglas 3 zusammen mit dem Strahlteiler 6 und der Abbildungsoptik 7 dazu, die Pupille auf den Aufnahmesensor 8 abzubilden (bei der schematischen Darstellung gemäß 6 endet und beginnt die optische Abbildung stets am Multifunktionsglas 3).
Wie im Block C dargestellt ist, wird das Bild der Pupille auf dem Aufnahmesensor 9 zunächst einer Vorverarbeitung (Schritt C1) unterzogen und danach die Position der Pupille (Schritt C2) ermittelt. Im Schritt C3 wird dann eine Korrelation oder Überlagerung mit dem dargestellten Menüpunkten durchgeführt, so dass der ausgewählte Menüpunkt ermittelt werden kann. Dies wird an das weitere Gerät 25, das zum Beispiel ein Smartphone sein kann, übergeben. Die Schritte C1-C3 werden bevorzugt von der Steuereinheit 9 durchgeführt, die über eine Geräteschnittstelle D1 mit dem Gerät 25 verbunden ist.
Der ausgewählte Menüpunkt wird dem Gerät 25 mitgeteilt (Schritt D2), das diese Information für den weiteren Ablauf der durch das Gerät 25 bereitgestellten Funktionalität verwendet, was im Schritt D3 erfolgt und eine Änderung des darzustellenden Bildes nach sich zieht (beispielsweise werden Untermenüpunkte zu dem ausgewählten Menüpunkt dargestellt).
Die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung 1 stellt somit ein augengesteuertes Eingabe-Interface bereit. Die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung 1 kann daher als Informationsbrille mit einem augengesteuerten Eingabe-Interface ausgebildet werden.
Aufgrund des bereitgestellten augengesteuerten Eingabe-Interfaces kann eine Menüauswahl im virtuellen Bild mittels der Augenbewegung erfolgen. Damit kann z. B. die derzeit notwendige Bedienung direkt am Gerät 25 wegfallen. Bei dem Gerät 25 kann es sich insbesondere um ein Smartphone, um ein Navigationsgerät und/oder einen Biocomputer handeln.
Da bei der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung 1 der Vorwärtskanal 16 auch gleich als Rückkanal 17 genutzt wird, kann die Anzeigevorrichtung 1 äußerst kompakt ausgebildet werden, da derselbe geometrische Weg im Multifunktionsglas 3 für den Vorwärtskanal 16 und den Rückkanal 17 genutzt wird. Die gesamte Abbildungsstrecke vom Bildgeber 5 zur Augenpupille ist dabei so ausgebildet, dass das Bildfeld (Bildgeber 5) in die Augenpupille (Pupillenebene) abgebildet und transformiert wird. Die Abbildungsstrecke für die Abbildung der Augenpupille auf den Bildsensor 8 ist als Feld-zu-Feld-Abbildung ausgebildet, bei der das eine Bildfeld der Aufnahmesensor 8 ist und das andere Bildfeld die Augenpupille. Dazu ist die Abbildungsoptik 7 bevorzugt so ausgebildet, dass sie kurzbrennweitig ist und die Augenpupille mit der Iris als Feld auf den Aufnahmesensor 8 abbildet. Dabei ist hier die Eye-Box (das Feld, das auf den Aufnahmesensor 8 abgebildet wird) so groß, dass selbst bei einer normalen Augenbewegung stets die Pupille und ein Teil der Iris abgebildet wird. Beispielsweise kann die Eye-Box 6 x 6mm groß sein.
Der Aufnahmesensor 8 weist in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel 20 Aufnahmezellen 18 auf. Er kann jedoch auch mehr oder weniger Aufnahmezellen enthalten. So kann er beispielsweise als Mehrquadrantensensor mit 4 x 4 Aufnahmezellen ähnlich zu den Computermaussensoren ausgebildet sein oder ein niedrigauflösender CCD- oder CMOS-Sensor sein.
Die Abbildungsoptik 7 der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung kann als Linse ausgebildet sein, wobei die Linse bevorzugt eine sphärisch gekrümmte Seite aufweisen kann. Natürlich ist auch eine asphärische Krümmung oder eine beliebige Krümmung (Freiformlinse) möglich.
Der Vorwärts- und Rückkanal 16, 17 können insbesondere so ausgebildet sein, dass kein Strahlteiler 6 notwendig ist. In diesem Fall unterscheiden sich der Einfallswinkel der von dem Bildgeber 5 kommenden Lichtstrahlen und der Ausfallswinkel der über den Rückkanal 17 von der Pupille kommenden Lichtstrahlen an der Rückseite 14 des Multifunktionsglases 3 so, dass die Strahlen im Bereich des Bildgebers 5 und des Aufnahmesensors 8 lateral so weit beabstandet sind, dass der Bildgeber 5 und der Aufnahmesensor 8 nebeneinander angeordnet sein können, wie dies schematisch in 2 dargestellt ist. Man kann in diesem Fall auf die Abbildungsoptik 7 verzichten.
Nachfolgend wird ein Beispiel der Ausbildung der ersten Fresnel-Struktur 12 beschrieben. In 7 ist eine vergrößerte Darstellung der Vorderseite 11 im Bereich der ersten Fresnel-Struktur 12 gezeigt. Die erste Fresnel-Struktur 12 weist auf der Vorderseite 11 mehrere Fresnel-Segmente 104 auf.
Jedes Fresnel-Segment 104 weist eine optisch wirksame Facette 105 auf, die hier verspiegelt sind. Um die in 7 gezeigte Stufenform zu erzielen, umfasst in der Regel jedes Fresnel-Segment 105 noch eine Flanke 106.
Die gemeinsame optische Wirkung der Facetten 105 entspricht einer gedachten optischen Wirkfläche 108, wie sie in 8 gezeigt ist, wobei die optische Wirkfläche 108 hier gekrümmt ist. Sie kann ferner, muss aber nicht, keine Spiegel- oder Rotationssymmetrie aufweisen. Wie aus dem Vergleich der 7 und 8 leicht ersichtlich ist, ist die Darstellung in 8 um 90° um die z-Achse gegenüber der Darstellung in 7 gedreht. Die gedachte optische Wirkfläche 108 kann wie folgt als erste Fresnel-Struktur 12 gemäß 7 umgesetzt werden.
Die Wirkfläche 108 wird in z-Richtung in Abschnitte gleicher Höhe Δh geteilt. Dadurch ergeben sich Schnittlinien 109, die auch als Höhenlinien bezeichnet werden können und die jeweils einen Flächenabschnitt 110 der Wirkfläche 108 begrenzen. Die Flächenabschnitte 110 werden in z-Richtung alle so zueinander verschoben, dass jeweils die untere Schnittlinie (die mit dem geringeren z-Wert) und somit der untere Rand der Facette 105 auf gleicher Höhe (in z-Richtung) liegen. Von der jeweiligen oberen Schnittlinie der Flächenabschnitte 110 und somit dem oberen Rand der Facette 105 wird dann die senkrechte Flanke 106 bis zur unteren Schnittlinie des direkt benachbarten Flächenabschnittes 110 geführt, um zu der gestuften Ausbildung der Fresnel-Struktur 12 gemäß 7 zu gelangen. In der Draufsicht in 9 der ersten Fresnel-Struktur 12 von 7 sind die oberen Ränder zu sehen.
Die durchzuführenden Schritte, um von der gedachten optischen Wirkfläche 108, die gekrümmt ist und beispielsweise keine Spiegel- oder Rotationssymmetrie aufweist, zu der gewünschten ersten Fresnel-Struktur 12 zu gelangen, werden nachfolgend in Verbindung mit 10 im Detail erläutert, in der ein xz-Schnitt der Wirkfläche 108 gezeigt ist, die verschieden ist zur Wirkfläche 108 von 8, aber gekrümmt ist und keine Spiegel- oder Rotationssymmetrie aufweist. Die Aufteilung in Flächenabschnitte 110 (in der Schnittdarstellung von 10 sind diese Flächenabschnitte natürlich Linienabschnitte) gleicher Höhe ist durch die gestrichelten Schnittlinien in 10 dargestellt.
In der vergrößerten Darstellung des Details CC in 11 ist ersichtlich, dass der gezeigte Flächenabschnitt 110 aufgrund des vorgegebenen Abstandes Δh eindeutig definiert und dann auf die Höhe zo abgesenkt wird, wie durch den Pfeil P101 schematisch dargestellt ist. Ferner wird noch auf der linken Seite des Flächenelementes 110 die Flanke 106 hinzugefügt, die sich senkrecht zur Höhe zo erstreckt. Auf der Höhe zo liegt somit eine ebene Grundfläche 111, auf der die erste Fresnel-Struktur 12 ausgebildet ist. Die Grundfläche 111 kann jedoch auch gekrümmt sein.
Für die erste Fresnel-Struktur 12 lässt sich somit die nachfolgende Formel 1 aufstellen, wobei z_F die Fresnel-Struktur 12, z_Grundfläche die Flächenform der Grundfläche 111 (hier eine Ebene), auf der die Fresnel-Struktur 12 aufgebracht ist, und z_Facette die Fresnel-Facetten 105 relativ zur Grundfläche beschreibt: $z_{F} = Z_{G r u n d f l ä c h e} + z_{F a c e t t e}$
Die Fläche z_Facette der Facetten, die auch als „gefresnelte“ Freiformfläche bezeichnet werden kann, berechnet sich nach der folgenden Formel 2 $z_{F a c e t t e} = modulo (z_{Wirkfläche}, Δ h)$
wobei die Wirkfläche 108 durch die nachfolgende Flächenformel z_Wirkfläche beschrieben ist $z_{W i r k f l ä c h e} (x, y) = K 1 + K 2 + b_{10} x + b_{01} y + b_{11} x y + b_{21} x^{2} y + b_{12} x y^{2} + \sum_{\begin{array}{l} i = 2 \\ j = 2 \end{array}}^{\begin{array}{l} N \\ M \end{array}} b_{i j} x^{i} y^{i}$
bei der K1 den konischen Term in x-Richtung und K2 den konischen Term in y-Richtung, wie nachfolgend angegeben ist, bezeichnen $K 1 = \frac{C_{x} x^{2}}{1 + \sqrt{1 - (1 + k_{x}) c^{2} x^{2}}}$
$K 2 = \frac{C_{y} y^{2}}{1 + \sqrt{1 - (1 + k_{y}) c^{2} y^{2}}}$
Durch die Anwendung der Modulo-Funktion auf die Wirkfläche 108 wird die Wirkfläche 108 in z-Richtung in Abständen mit gleicher Höhe Δh geteilt. Somit ist die maximale Höhe der Facetten 105 jeweils Δh. Die verwendete Modulo-Funktion ist nachfolgend angegeben $modulo (a, m) = a - ⌊ \frac{a}{m} ⌋ \cdot m$
wobei die Gaußklammer $⌊ \frac{a}{m} ⌋$
die größte ganze Zahl bezeichnet, die kleiner oder gleich der Zahl in der Gaußklammer ist, also das Ergebnis der Division a/m ohne den Rest der Division.
Damit ergibt sich für die Facettenflächen die nachfolgende Formel $z_{F a c e t t e} = modulo (z_{Wirkfläche}, h) = z_{Wirkfläche} - ⌊ \frac{z_{Wirkfläche}}{Δ h} ⌋ \cdot Δ h$
Gemäß dem oben beschriebenen Vorgehen kann basierend auf einer gewünschten optischen Wirkfläche 108, die entsprechende Fresnel-Struktur 12 abgeleitet werden, die die entsprechende optische Wirkung bereitstellt. Aufgrund der Stufenform kann zwar mit der Fresnel-Struktur 12 nicht dieselbe optische Wirkung erreicht werden, die eine Grenzfläche hätte, die gemäß der Freiformfläche 108 ausgebildet ist, jedoch wird eine vergleichbare optische Wirkung erreicht.
Wie der Darstellung in 10 und 11 zu entnehmen ist, weisen die Facetten 105 die durch die Freiformfläche 108 im Höhenbereich Δh vorgegebenen Krümmungen auf. Um die Herstellung der Fresnel-Struktur 12 zu vereinfachen, ist es möglich, den Verlauf der einzelnen Facetten 105 an die entsprechende Flächenform der Freiformflächen anzunähern. Im einfachsten Falle kann der Verlauf linearisiert werden, wie in der Schnittansicht von 12 schematisch dargestellt ist. Es ist jedoch auch möglich, die Facetten mit einer konvexen Krümmung (13) oder einer konkaven Krümmung (14) zu versehen. Auch eine Näherung durch einen anderen Krümmungsverlauf ist möglich, wie dies beispielsweise in 15 angedeutet ist.
In 16 ist ein Beispiel gezeigt, bei der die mittels der Fresnel-Struktur 12 nachzustellende optische Wirkfläche 108 gegenüber der sphärisch gekrümmten Vorderseite 11 stark gekippt ist.
Auch in diesem Fall ist es keine Problem, die Wirkfläche 108 als Fresnel-Struktur 12 auf der Vorderseite 11 auszubilden, ohne dass die makroskopische Form der Vorderseite 11 verändert werden muss. Die Höhe Δh kann hier wie auch bei allen anderen Ausführungsformen im Bereich von 5 - 500 µm, insbesondere im Bereich von 0,01 - 0,1 mm und besonders bevorzugt im Bereich von 0,05 bis 0,3 mm liegen. Ferner muss die Höhe Δh nicht konstant sein, sondern kann hier wie auch bei allen anderen Ausführungsformen variieren. So kann z.B. Δh mit zunehmendem z-Wert selbst zu- oder abnehmen.
In 17 ist eine Schnittansicht der Fresnel-Struktur 12 an der gekrümmten Vorderseite 11 gezeigt, bei der die Facetten 105 jeweils linear ausgebildet sind. Die einzelnen Flanken 106 sind zueinander parallel ausgerichtet, wobei der ursprüngliche Verlauf der Vorderseite 11 noch schematisch eingezeichnet ist. Bei dieser Ausführungsform wurde in Abwandlung von Formel 1 die Facettenfunktion z_Facette von der Grundflächenfunktion z_Grundfläche abgezogen, so dass die Fresnel-Struktur 12 wie folgt beschreibbar ist: $z_{F} = z_{G r u n d f l ä c h e} - z_{F a c e t t e}$
Diese Art der Berechnung von z_F ist natürlich auch bei allen bereits beschriebenen Ausführungsformen sowie bei allen noch nachfolgenden Ausführungsformen möglich.
In 18 ist eine Abwandlung des Profils von 17 gezeigt, das sich im Wesentlichen darin unterscheidet, dass die Flanken 106 im Schnitt nicht mehr zueinander parallel orientiert sind, sondern radial zum nicht gezeigten Mittelpunkt der Vorderseite 11.
In 19 ist eine Schnittansicht einer kompletten Facette 105 der Fresnel-Struktur 12 gezeigt. Wie aus der Darstellung ersichtlich ist, weist die Facette 105 eine Verspiegelung V auf, damit die gewünschte Strahlenumlenkung der Lichtstrahlen des Bildgebers 5 stattfindet.
In 20 ist eine Abwandlung gezeigt, bei der freie Bereiche, der aufgrund der Neigung der Facette 105 relativ zur Vorderseite 11 des Multifunktionsglases 3 gebildet ist, mit Material 134 bis zur Vorderseite 11 aufgefüllt ist. Die Auffüllung ist bevorzugt so durchgeführt, dass eine glatte, durchgehende Vorderseite 11 gebildet ist. Als Material 134 kann insbesondere das gleiche Material wie für das Multifunktionsglas 3 selbst verwendet werden.
Es ist jedoch auch möglich, die Fresnel-Struktur 12 so auszulegen, dass die Umlenkung der Lichtstrahlen des Bildgebers 5 durch innere Totalreflexion erfolgt, so dass eine Verspiegelung nicht mehr notwendig ist, wie in 21 angedeutet ist.
In 22 ist eine Schnittansicht einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Fresnel-Struktur 12 gezeigt. Bei dieser Fresnel-Struktur 12 erstrecken sich die Flanken 106 nicht wie bei den meisten bisher beschriebenen Ausführungsformen senkrecht (also hier in z-Richtung), sondern sind ebenfalls etwas geneigt. Dies vereinfacht die Fertigung der Fresnel-Struktur 12. Jedoch ist es bevorzugt, wenn der Neigungswinkel der Flanken 106 möglichst klein ist, so dass sie quasi senkrecht verlaufen.
Alle bisher beschriebenen Fresnel-Strukturen 12 waren zusammenhängende Fresnel-Strukturen. Darunter wird hier verstanden, dass die einzelnen Fresnel-Facetten 105 stets durch die Flanken 106 miteinander verbunden sind. Es ist jedoch auch möglich, die Fresnel-Facetten 105 voneinander beabstandet vorzusehen und zwischen den einzelnen Fresnel-Facetten 105 Abschnitte 123 einzufügen, die beispielsweise Abschnitte 123 der Vorderseite 11 sein können. Dies kann einfach dadurch realisiert werden, dass von der ermittelten Fresnel-Fläche z_F Bereiche bzw. Abschnitte durch den Verlauf der Grundfläche z_Grundfläche in diesen Abschnitten ersetzt werden. Ein Profil einer solchen Fresnel-Struktur 12 ist in 23 schematisch angedeutet.
Wenn man die Fresnel-Facetten 105 verspiegelt, kann auf diese Art beispielsweise die zweite Fresnel-Strukturen 13 bereitgestellt werden, wie in der vergrößerten Schnittansicht in 24 dargestellt ist. Mit der zweiten Fresnel-Struktur 13 kann das vom Bildgeber 5 kommende Strahlenbündel BS mit einem zweiten Strahlenbündel US zu einem gemeinsamen Strahlenbündel GS überlagert werden. Wie der Darstellung in 24 entnommen werden kann, sind die Fresnel-Facetten 105 gegenüber der Normalen der Vorderseite 11 so gekippt, dass der Teil des ersten Strahlenbündels BS (auch als Bildstrahlenbündel BS bezeichnet), der auf die jeweilige Fresnel-Facette 105 trifft, nach rechts als Bildteilstrahl BS' umgelenkt wird. Der restliche Teil des Bildstrahlenbündels BS, der nicht auf die Fresnel-Facetten 105 trifft, wird an der Vorderseite 11 so reflektiert und/oder transmittiert, dass er nicht Teil des gemeinsamen Strahlenbündels GS wird.
Der Teil des Umgebungsstrahlenbündels US, der (in 24 von links) auf die Rückseite der Fresnel-Facetten 105 trifft, wird von den Fresnel-Facetten 105 so abgeschattet, dass er nicht Teil des gemeinsamen Strahlenbündels GS wird. Daher ist dieser Teil des Umgebungsstrahlenbündels US schraffiert eingezeichnet. Der restliche Teil des Umgebungsstrahlenbündels US tritt als Umgebungsteilstrahlen US' durch die transmissiven Bereiche 123 zwischen den Fresnel-Facetten 105 hindurch.
Die nicht zusammenhängende Fresnel-Struktur 13 gemäß 24 bewirkt somit eine Überlagerung des durch die transmissiven Bereiche 123 hindurchtretenden Teils US' des Umgebungsstrahlenbündels US mit dem an den Fresnel-Facetten 105 reflektierten Teil BS' des Bildstrahlenbündels BS zu einem gemeinsamen Strahlenbündel GS.
Bevorzugt kann die zweite Fresnel-Struktur 13 mehrere voneinander beabstandete Fresnel-Abschnitte 140 aufweisen, die gemäß 24 oder auch in gleicher Weise wie die erste Fresnel-Struktur 12 ausgebildet sind. Die Fresnel-Abschnitte 140 können, wie in der schematischen Draufsicht in 25 auf den beispielsweise rechteckigen Überlagerungsbereich 129 gezeigt ist, beliebig verteilt sein. In den Bereichen dazwischen bleibt das Multifunktionsglas 3 erhalten, so dass diese Bereiche normale Lichtdurchtrittsbereiche darstellen.
Um eine regelmäßige Anordnung bzw. Struktur der Fresnel-Abschnitte 140 zu verhindern, können diese z. B. wie folgt angeordnet werden. Es werden kreisförmige Bereiche festgelegt, deren Durchmesser wie folgt bestimmt werden kann $D = \sqrt{(100 - T) / 100 / π} \cdot 2 \cdot A P X / N$
Wobei T die geforderte Transmission für das Umgebungslicht in Prozent, N die Anzahl der Kreise in x-Richtung und APX die Aperturbreite in x-Richtung ist. Die Kreise werden zunächst in einem festen Raster mit Rasterabstand APX/N in x und y äquidistant angeordnet. Danach werden die Kreismittelpunktslagen leicht modifiziert, indem die Richtung und Länge der Mittelpunktverschiebung ausgewürfelt werden. Die Länge wird hier so gewählt, dass kein Überlappungseffekt zwischen benachbarten Kreisen auftritt.
Als Statistikfunktionen für Länge und Winkel können folgende Formeln angewendet werden.
Statistische Verschiebungslänge: $r = (A P X / N / 2 - D / 2) \cdot r a n d f$
Statistische Verschiebungsrichtung : $w = 360 \cdot r a n d f$
Wobei randf einen Zufallswert zwischen 0 und 1 liefert. Die modifizierte Position der Kreise 140 ergibt sich dann gemäß den nachfolgenden Formeln: $x = (i / N) \cdot A P X + r \cdot cos (w)$
$y = (j / N) \cdot A P X + r \cdot sin (w)$
$M = r o u n d (A P Y / A P X)$
Wobei die Funktion round das Argument (APY/APX) auf ganze Zahlen rundet.
Natürlich kann auch jede andere Art der Verteilung der Fresnel-Abschnitte 140 gewählt werden, wobei bevorzugt eine nicht regelmäßige Anordnung gewählt wird.
Ferner kann die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung ein Sensormodul 26 aufweisen, das schematisch in 1 dargestellt ist. Hier ist das Sensormodul 26 im linken Brillenbügel angeordnet.
Das Sensormodul 26 ist so ausgebildet, dass es eine Kopfdrehung (Drehung um die x-Achse) und eine Kopfneigung (Drehung um die y-Achse) detektiert und entsprechende Detektionssignale an die Steuereinheit 9 abgibt. Zur Detektion dieser Bewegungen können sogenannte MEMS-Sensoren (MEMS= Micro-Electro-Mechanical-System) und insbesondere Neigungs- und Beschleunigungssensoren eingesetzt werden.
Das Sensormodul 26 kann genutzt werden, um die Bilderzeugung in Abhängigkeit von der Pupillenposition sowie der Kopfdrehung und/oder Kopfneigung zu steuern. Damit kann zum Beispiel eine intelligente Dokumentennavigation verwirklicht werden. Wenn zum Beispiel, wie in 26 schematisch dargestellt ist, das darzustellende Dokument 27 größer ist als das Bildfeld 28, das der Benutzer wahrnehmen kann, kann folgende Steuerung realisiert werden.
Wenn der Benutzer in eine vorbestimmte Richtung blickt, was durch die Abbildung der Pupille auf den Aufnahmesensor 8 detektiert werden kann, wird die Dokumentennavigation aktiviert. Das bedeutet, dass dann mittels durchgeführter Drehungen und Neigungen mit dem Kopf, die mittels dem Sensormodul 26 detektiert werden, das Bildfeld 28 über das darzustellende Dokument 27 verschoben wird, wie durch die Pfeile 29 und 30 in 26 angedeutet ist. So kann zum Beispiel ein Kopfdrehen nach rechts dazu führen, dass sich auch das Bildfeld nach rechts verschiebt und den dort vorhandenen Inhalt des darzustellenden Dokumentes dem Benutzer vergrößert darbietet, wie in 26 durch die dargestellten Buchstabenkombinationen und die Pfeile 29 und 30 angedeutet ist. In gleicher Weise führt ein Kopfnicken zu einem Verschieben nach oben oder unten relativ zum darzustellenden Dokument, wie durch die Pfeile 30 angedeutet ist.
Ein Signalflussplan dieser Ausführungsform ist in 27 dargestellt. So enthält die Anzeigevorrichtung 1 einen Block 31, der für das Pupillentracking bzw. für die Auswertung der Pupillenposition zuständig ist, und ein positives Signal ausgibt, wenn der Benutzer in die vorbestimmte Richtung blickt (beispielsweise in die rechte obere Ecke). Der Block 31 repräsentiert den Rückkanal 17 des Multifunktionsglases 3 sowie Strahlteiler 6, Abbildungsoptik 7 und Aufnahmesensor 8, die zur Pupillenabbildung verwendet werden, sowie die Steuereinheit 9, die die notwendige Auswertung durchführt und ggf. das positive Signal ausgibt.
Ferner enthält die Anzeigevorrichtung 1 das Sensormodul 26, mit dem die Drehung um die x-Achse (Winkel γ sowie Änderung des Winkels γ und somit Δγ) sowie die Drehung um die γ-Achse (Winkel φ sowie Änderung des Winkels φ und somit Δφ) gemessen und ausgegeben werden. Diese Signale Δγ und Δφ werden über ein ODER-Glied 32 einem UND-Glied 33 zugeführt, das dann (wenn das Pupillentracking 31 die vorbestimmte Blickrichtung detektiert und das positive Signal ausgibt) ein Trigger-Signal (Pfeil 34) an eine Dokumentenkontrolleinheit 35 des Gerätes 25 anlegt. Der Dokumentenkontrolleinheit 35 werden ferner von dem Sensormodul 26 noch die Drehwinkel γ und φ um die x- und y-Achse zugeführt. Die Dokumentenkontrolleinheit 35 erzeugt daraus die notwendige Verschiebung des darzustellenden Bildausschnittes in x- und y-Richtung und legt dies an ein grafisches Benutzerschnittstellenmodul 36 an. Das Modul 36 erzeugt die entsprechenden Daten und legt diese an die Steuereinheit 9 an, die daraufhin den Bildgeber 5 ansteuert, so dass der gewünschte (verschobene) Bildausschnitt 28 dem Benutzer dargeboten wird.
Wenn kein positives Signal am UND-Glied 33 anliegt, da der Benutzer nicht in die vorbestimmte Richtung blickt, führt eine Kopfdrehung und ein Neigen des Kopfes natürlich zu keiner Verschiebung des Bildausschnitts.
Wenn man mehr Funktionalität in die Anzeigevorrichtung 1 selbst integrieren möchte, kann man den Signalfluss so ändern, dass die Dokumentenkontrolle 35 in der Informationsbrille 1 enthalten ist, wie der Darstellung in 28 zu entnehmen ist. Damit kann die Anzahl der notwendigen Übertragungskanäle zwischen Anzeigevorrichtung 1 und Gerät 25 reduziert werden.
Diese Ausführungsform eignet sich insbesondere für Personen mit einem eingeschränkten Bildfeld. Diese Personen können dann in der beschriebenen Art und Weise Dokumente, Bilder oder sonstige grafische Darstellungen abschnittsweise betrachten, wobei die Personen selbst die Bewegung des Abschnittes innerhalb des dargestellten Bildes in der beschriebenen Art und Weise mittels der Pupillensteuerung und der Kopfdrehung und Kopfneigung durchführen können.
Insbesondere kann bei dieser Ausführungsform die zweite Fresnel-Struktur 13 so positioniert sein, dass sie außerhalb der normalen Sichtrichtung liegt. Dann muss der Benutzer aktiv zu der zweiten Fresnel-Struktur 13 blicken, um die intelligente Dokumentennavigation nutzen zu können.
In dieser Art und Weise kann eine Informationsbrille bereitgestellt werden, die der Benutzer im alltäglichen Gebrauch einsetzen kann. Insbesondere kann die Informationsbrille eine herkömmliche Brille zur Fehlsichtigkeitskorrektur sein, die zusätzlich noch die beschriebene virtuelle Informationseinspiegelung (Darstellung des Bildes 15 bzw. 28) ermöglicht.
Bei den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen wurde lediglich das erste Multifunktionsglas 3 sowie die zugeordnete Optik und Ansteuerung im Detail beschrieben. Natürlich kann das zweite Multifunktionsglas 4 in gleicher oder ähnlicher Weise ausgebildet sein. Es ist damit auch eine dreidimensionale Darstellung möglich. Ferner ist es möglich, nur eines der beiden Gläser 3, 4 als Multifunktionsglas auszubilden und das andere nicht.
In 29 ist eine vergrößerte Detailansicht einer Abwandlung der Anzeigevorrichtung 1 von 1 dargestellt, wobei gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind und zu deren Beschreibung auf die obigen Ausführungen verwiesen wird. Zusätzlich umfasst die Anzeigevorrichtung 1 von 29 zwei weitere zweite Fresnel-Strukturen 60, 61 auf, die lateral versetzt zur zweiten Fresnel-Struktur 13 angeordnet sind. Wie in 29 gezeigt ist, sind die zweite Fresnel-Struktur 60 rechts neben der zweiten Fresnel-Struktur 13 und die zweite Fresnel-Struktur 61 links neben der zweiten Fresnel-Struktur 13 angeordnet. Die weiteren zweiten Fresnel-Strukturen 60, 61 sind zur Anpassung an den individuellen Nase-Auge-Abstand des Benutzers vorgesehen, wobei es von dem Einfallswinkel des vom Bildgeber 5 auf die erste Fresnel-Struktur 12 treffenden Lichtes abhängt, welche der drei zweiten Fresnel-Strukturen 13, 60 und 61 die Lichtauskopplung bewirkt.
Zur Anpassung der Anzeigevorrichtung 1 an den Benutzer wird somit eine geeignete Drehstellung des Bildgebers 5 gewählt, so dass dann für den vorliegenden Nase-Auge-Abstand die optimale laterale Lage (in z-Richtung) des dargestellten virtuellen Bildes 15 vorliegt.
Eventuell muss auch die Drehstellung des Aufnahmesensors 8 angepasst werden, da die entsprechende zweite Fresnel-Struktur 13, 60, 61 als zweiter Einkoppelbereich für den Rückkanal 17 genutzt wird.
Der Vorwärtskanal 16 kann zusammen mit dem ersten Einkoppelbereich 12 sowie den Auskoppelbereichen 13, 60 und 61 auch so ausgebildet sein, dass in Abhängigkeit des Einkoppelortes (z.B. in z-Richtung) innerhalb des ersten Einkoppelbereiches 12 eine Auskopplung aus einem der Auskoppelbereiche 13, 60 und 61 erfolgt. In diesem Fall ist der Bildgeber 5 beispielsweise so vorgesehen, dass er in z-Richtung verschiebbar ist. Gleiches gilt dann, sofern notwendig, für den Aufnahmesensor 8.
Ferner kann eine Fixiereinheit vorgesehen sein, die die eingestellte Stellung (Drehstellung und/oder laterale Stellung) des Bildgebers 5 und eventuell des Aufnahmesensors 8 fixiert.
Die zweiten Fresnel-Strukturen 60 und 61 können in gleicher oder ähnlicher Weise wie die zweite Fresnel-Struktur 13 ausgebildet sein.

Claims

Anzeigevorrichtung mit einer auf den Kopf eines Benutzers aufsetzbaren Haltevorrichtung (2), einem an der Haltevorrichtung (2) befestigten Bildgeber (5) zur Erzeugung eines Bildes, einer Steuereinheit (9) zur Steuerung des Bildgebers (5) und einem an der Haltevorrichtung (2) befestigten Multifunktionsglas (3, 4), das einen ersten Einkoppelbereich (12) und einen ersten Auskoppelbereich (13) aufweist, wobei das erzeugte Bild über den ersten Einkoppelbereich (12) in das Multifunktionsglas (3) eingekoppelt, im Multifunktionsglas (3) bis zum ersten Auskoppelbereich (13) geführt und über den ersten Auskoppelbereich (13) so ausgekoppelt wird, dass der Benutzer im auf dem Kopf aufgesetzten Zustand der Haltevorrichtung (2) das ausgekoppelte Bild wahrnehmen kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigevorrichtung (1) einen Detektor (8) und das Multifunktionsglas (3) einen Rückkanal (17) aufweist, über den die Pupille des Auges des Benutzers im auf dem Kopf aufgesetzten Zustand der Haltevorrichtung (2) auf den Detektor (8) zur Detektion der Pupillenposition abgebildet wird, wobei der Detektor (8) mit der Steuereinheit (9) verbunden ist, die in Abhängigkeit der detektierten Position der Pupille die Bilderzeugung so steuert, dass der Inhalt des zu erzeugenden Bildes geändert wird, wodurch eine augengesteuerte Eingabeschnittstelle bereitgestellt ist.
Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Auskoppelbereich (13) als Einkoppelbereich des Rückkanals (17) und der erste Einkoppelbereich (12) als Auskoppelbereich des Rückkanals (17) ausgebildet sind.
Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Einkoppelbereich (12) und der erste Auskoppelbereich (13) an der - im auf dem Kopf aufgesetzten Zustand der Haltevorrichtung (2) - dem Auge des Benutzers abgewandten Vorderseite (11) des Multifunktionsglases (3) ausgebildet sind.
Anzeigevorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (9) dazu eingerichtet ist, im ausgekoppelten Bild zumindest einen Eingabebereich (21, 22, 23) darzustellen und die detektierte Pupillenposition als Auswahl des Eingabebereiches (21, 22, 23) zu bewerten, wenn der Benutzer den Eingabebereich betrachtet.
Anzeigevorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (9) dazu eingerichtet ist, als Reaktion auf die bewertete Auswahl die Bilderzeugung eines geänderten Bildes zu steuern.
Anzeigevorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Sensormodul, mit dem die Drehung der Haltevorrichtung (2) um zumindest eine Achse detektierbar ist und das ein entsprechendes Sensorsignal an die Steuereinheit (9) abgibt, wobei die Steuereinheit das Sensorsignal zur Bilderzeugung nur dann berücksichtigt, wenn gleichzeitig eine vorbestimmte Pupillenposition detektiert wird.
Anzeigevorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (9) dazu eingerichtet ist, um mit dem erzeugten Bild einen Ausschnitt aus einem Dokument darzustellen, wobei die Lage des Ausschnitts im Dokument in Abhängigkeit des Sensorsignals bestimmt ist.
Anzeigevorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Einkoppelbereich als Fresnel-Struktur ausgebildet ist.
Anzeigevorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Fresnel-Struktur eine abbildende Eigenschaft aufweist und eine Strahlungsfaltung bewirkt.
Anzeigevorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Auskoppelbereich als Fresnel-Struktur, insbesondere als nicht zusammenhängende Fresnel-Struktur, ausgebildet ist.