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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anzeigevorrichtung mit einer auf den Kopf eines Benutzers aufsetzbaren Haltevorrichtung, einem mechanisch mit der Haltevorrichtung verbundenen Bildmodul, das einen Bildschirm, auf dem ein Bild erzeugt wird, aufweist, und einer mechanisch mit der Haltevorrichtung verbundenen ersten Abbildungsoptik, die das auf dem Bildschirm erzeugte Bild als virtuelles Bild so abbildet, dass es der Benutzer im auf dem Kopf aufgesetzten Zustand der Haltevorrichtung wahrnehmen kann. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Steuern einer solchen Anzeigevorrichtung.
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Solche Anzeigevorrichtungen können insbesondere so ausgebildet sein, dass der Benutzer nur noch die durch die Anzeigevorrichtung erzeugten Bilder und nicht mehr die Umgebung wahrnehmen kann. Solche Anzeigevorrichtungen werden auch als HMD-Vorrichtung (Head Mounted Display)-Vorrichtung oder auch als VR-Brille (Virtuelle-Realität-Brille) bezeichnet. Da der Benutzer nur noch die durch die Anzeigevorrichtung erzeugten Bilder und nicht mehr die Umgebung wahrnehmen kann, taucht er quasi in eine virtuelle Realität ein, was einen starken Eindruck hinterlässt.
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Bei solchen Anzeigevorrichtungen ist es möglich, eine tragbare Bilderzeugungsvorrichtung mit einem Bildschirm, wie z. B. einem Mobiltelefon, als Bildquelle einzusetzen, wobei eine Abbildungsoptik vorgesehen ist, die auf dem Bildschirm erzeugte Bilder so abbilden kann, dass sie der Benutzer im auf dem Kopf aufgesetzten Zustand der Anzeigevorrichtung als virtuelle Bilder wahrnehmen kann.
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Wenn als Bildquelle ein Mobiltelefon mit einem berührungssensitiven Bildschirm als primäre Eingabeschnittstelle in der Anzeigevorrichtung verwendet wird, besteht die Schwierigkeit, dass diese primäre Eingabeschnittstelle im auf den Kopf aufgesetzten Zustand der Haltevorrichtung nicht mehr zugänglich ist.
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Eine übliche Benutzerschnittstelle bei solchen Mobiltelefonen ist noch eine Audio-Schnittstelle, über die mittels Sprachsteuerung das Mobiltelefon gesteuert werden kann. Hierbei besteht jedoch der Nachteil, dass die Audio-Schnittstelle nicht leise und diskret bedient werden kann. Auch dürfen nicht zu viele andere Audio-Quellen vorhanden sein, um eine ausreichend fehlerfreie Benutzung über die Audio-Schnittstelle zu gewährleisten.
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Ausgehend hiervon ist es daher Aufgabe der Erfindung, eine Anzeigevorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, die sicher und diskret benutzt werden kann.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einer Anzeigevorrichtung mit einer auf den Kopf eines Benutzers aufsetzbaren Haltevorrichtung, einem mechanisch mit der Haltevorrichtung verbundenen Bildmodul, das einen Bildschirm, auf dem ein Bild erzeugt wird, aufweist, und einer mechanisch mit der Haltevorrichtung verbundenen ersten Abbildungsoptik, die das auf dem Bildschirm erzeugte Bild als virtuelles Bild so abbildet, dass es der Benutzer im auf dem Kopf aufgesetzten Zustand der Haltevorrichtung wahrnehmen kann, dadurch gelöst, dass das Bildmodul ferner eine Steuereinheit zur Ansteuerung des Bildschirms und eine Sensoreinheit zum Erfassen einer Bewegung des Bildmoduls aufweist, wobei die Sensoreinheit der Steuereinheit Signale zuführt, die aus den Signalen ein durchgeführtes Antippen der Haltevorrichtung erkennt und in Abhängigkeit des erkannten Antippens eine Änderung des auf dem Bildschirm erzeugten Bildes und/oder die Steuerung einer auf dem Bildmodul ausgeführten Anwendung, die Inhalte bereitstellt, die im auf dem Bildschirm erzeugten Bild enthalten sind, bewirkt.
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Ein solches Antippen oder Anstoßen der Haltevorrichtung kann diskret und auch in lauterer Umgebung durchgeführt werden, ohne dass dadurch die Eingabe verfälscht wird. Somit kann eine diskrete und sichere Steuerung der Anzeigevorrichtung erfolgen.
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Bei der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung kann somit über ein Tippen, Stoßen oder Klopfen gegen die Haltevorrichtung eine Eingabe durchgeführt werden. Erfindungsgemäß wird die Haltevorrichtung an sich als Eingabeschnittstelle genutzt, die auf eine Berührung der Haltevorrichtung (insbesondere ein Tippen, Stoßen oder Klopfen gegen die Haltevorrichtung) sensitiv ist, wobei dazu die Haltevorrichtung nicht speziell angepaßt werden muß. Die Haltevorrichtung kann so wie sie ist als Eingabeschnittstelle genutzt werden, da die Messung der durchgeführten Interaktion (das Tippen, Stoßen, Klopfen, etc.) mit der Haltevorrichtung mittels der Sensoreinheit und die Auswertung der Meßsignale mittels der Steuereinheit erfolgt, die beide Teil des Bildmoduls sind.
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Bei der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung kann die Steuereinheit aus den zugeführten Signalen die Position des durchgeführten Antippens an der Haltevorrichtung, die Stärke des durchgeführten Antippens der Haltevorrichtung, den zeitlichen Abstand von zumindest zwei aufeinanderfolgenden Antipp-Ereignissen erkennen und/oder die Richtung erkennen, in der beim Antippen gegen die Haltevorrichtung gestoßen oder geklopft wurde, und in Abhängigkeit der erkannten Position, der erkannten Stärke des Antippens, des erkannten zeitlichen Abstandes und/oder der erkannten Richtung eine Änderung des auf dem Bildschirm erzeugten Bildes und/oder die Steuerung der Anwendung bewirken.
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Man kann auch sagen, dass die Steuereinheit aus den Signalen ein räumliches und/oder zeitliches Muster von einem oder mehreren Antipp-Ereignissen erkennen und in Abhängigkeit davon eine Änderung des auf dem Bildschirm erzeugten Bildes und/oder die Steuerung der Anwendung bewirken kann. Das räumliche und/oder zeitliche Muster wird somit in einem Steuerungsbefehl umgesetzt.
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Insbesondere kann bei der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung auf der linken und auf der rechten Seite des Bildschirms ein auswählbarer Menüpunkt im Bild dargestellt werden, der durch Antippen der zugeordneten linken oder rechten Seite der Haltevorrichtung auswählbar ist. Es ist auch möglich, dass die Anzeigevorrichtung zumindest in einer Ecke des erzeugten Bildes einen auswählbaren Menüpunkt darstellt, der durch Antippen der Haltevorrichtung im Bereich dieser Ecke auswählbar ist.
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Insbesondere kann die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung als HMD-Vorrichtung und/oder als VR-Brille ausgebildet sein.
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Des weiteren kann bei der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung das Bildmodul auswechselbar mit der Haltevorrichtung verbunden sein.
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Insbesondere kann die Haltevorrichtung ein Vorderteil aufweisen, in dem das Bildmodul und die erste Abbildungsoptik angeordnet sind, wobei im auf dem Kopf aufgesetzten Zustand der Haltevorrichtung das Vorderteil bevorzugt so vor den Augen des Benutzers positioniert ist, dass der Benutzer nur das virtuelle Bild und nicht die Umgebung wahrnehmen kann. Insbesondere kann das Vorderteil lichtdicht auf dem Gesicht in einem die Augen umgebenden Bereich anliegen.
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Ferner kann bei der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung der Bildschirm des Bildmoduls im auf dem Kopf aufgesetzten Zustand der Haltevorrichtung im wesentlichen senkrecht zur Geradeausblickrichtung sein. Hierunter wird insbesondere verstanden, dass der Winkel zwischen der Geradeausblickrichtung und dem Bildschirm 90° oder nahezu 90° (beispielsweise mit einer maximalen Abweichung ≤ 10° in beide Richtungen und somit der Winkel Werte von 80° bis 100° aufweisen kann oder bevorzugt mit einer maximalen Abweichung ≤ 5° in beide Richtungen und somit der Winkel Werte von 85° bis 95° aufweisen kann) beträgt.
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Die erste Abbildungsoptik kann zumindest ein optisches Element umfassen. Bei dem optischen Element kann es sich beispielsweise um eine Linse, eine Fresnellinse, ein Linsenarray und/oder ein diffraktives optisches Element (DOE) handeln. Beispielsweise kann die erste Abbildungsoptik eine Linse umfassen, wobei die Linse eine optisch wirksame Fläche aufweist. Auf der Linse kann eine diffraktive Struktur angeordnet sein.
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Die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung kann neben der ersten Abbildungsoptik eine zweite Abbildungsoptik aufweisen, die in gleicher Weise ausgebildet sein kann wie die erste Abbildungsoptik. Die zweite Abbildungsoptik ist insbesondere dafür ausgebildet, ein auf dem Bildschirm erzeugtes zweites Bild als virtuelles Bild bereitzustellen, wenn der Benutzer die Haltevorrichtung auf dem Kopf trägt. Insbesondere kann die erste Abbildungsoptik das virtuelle Bild für ein erstes Auge und die zweite Abbildungsoptik das virtuelle Bild für das zweite Auge bereitstellen. In diesem Fall wird eine binokulare Anzeigevorrichtung bereitgestellt. Die erste und/oder zweite Abbildungsoptik kann als Lupenoptik ausgebildet sein.
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Die Sensoreinheit kann einen Trägheitssensor, wie z.B. ein Gyroskop, einen Neigungssensor, einen Beschleunigungssensor und/oder einen sonstigen Sensor aufweisen.
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Die mechanische Verbindung des Bildmoduls mit der Haltevorrichtung ist bevorzugt spielfrei.
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Es wird ferner ein Verfahren zum Steuern einer Anzeigevorrichtung mit einer auf den Kopf eines Benutzers aufsetzbaren Haltevorrichtung, einem mechanisch mit der Haltevorrichtung verbundenen Bildmodul, das einen Bildschirm, auf dem ein Bild erzeugt wird, aufweist, und einer mechanisch mit der Haltevorrichtung verbundenen ersten Abbildungsoptik, die das auf dem Bildschirm erzeugte Bild als virtuelles Bild so abbildet, dass es der Benutzer im auf dem Kopf aufgesetzten Zustand der Haltevorrichtung wahrnehmen kann, bereitgestellt, wobei mittels des Bildmoduls ein durchgeführtes Antippen der Haltevorrichtung erkannt und in Abhängigkeit des erkannten Antippens eine Änderung des auf dem Bildschirm erzeugten Bildes und/oder die Steuerung einer auf dem Bildmodul ausgeführten Anwendung, die Inhalte bereitstellt, die im auf dem Bildschirm erzeugten Bild enthalten sind, bewirkt wird.
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Bei dem Verfahren kann das Bildmodul eine Steuereinheit zur Ansteuerung des Bildschirms und eine Sensoreinheit zum Erfassen einer Bewegung des Bildmoduls aufweisen, wobei die Sensoreinheit der Steuereinheit Signale zuführt, anhand derer das durchgeführten Antippen erkannt werden kann.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann die in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung beschriebenen Verfahrensschritte verwirklichen.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die auf dem Bildmodul ausgeführte Anwendung den Bildschirm so ansteuern, dass basierend auf zugeführten Bilddaten eines ersten Bildes das erste Bild sowohl in einem ersten Abschnitt des Bildschirms als auch in einem vom ersten Abschnitt getrennten zweiten Abschnitt des Bildschirms erzeugt wird.
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Da erfindungsgemäß die Anwendung direkt auf dem Bildmodul ausgeführt wird, kann in vorteilhafter Weise schnell die gewünschte Bilderzeugung durchgeführt werden. Des weiteren können Bilddaten, die auf dem Bildmodul gespeichert oder von diesem erzeugt werden sind, zur Darstellung genutzt werden.
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Beim Bildmodul kann es sich um ein tragbares Gerät mit einer Steuereinheit zum Ausführen von Programmanweisungen und zum Ansteuern des Bildschirms handeln. Eine solche Bilderzeugungsvorrichtung ist z. B. ein Mobiltelefon, wie z. B. ein Smartphone.
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Erfindungsgemäß wird somit die Eigenschaft des tragbaren Bildmoduls, Programmanweisungen ausführen zu können, genutzt, um die Anwendung auf dem Bildmodul mit den entsprechenden Anweisungen auszuführen, die die Bildschirmansteuerung und bevorzugt die Aufteilung des Bildschirms in zwei Abschnitte mit der Darstellung des gleichen Bildes in beiden Abschnitten durchführt.
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Die Anwendung kann den Bildschirm so ansteuern, dass die beiden Abschnitte voneinander beabstandet sind und der Bereich zwischen den beiden Abschnitten dunkel geschaltet ist.
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Ferner kann die Anwendung das erste Bild im ersten und zweiten Abschnitt so erzeugen, dass bei Betrachtung der beiden Bilder kein Stereoeffekt vorliegt. Natürlich können die Bilder auch so erzeugt werden, dass ein Stereoeffekt vorliegt.
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Die Bilddaten können in der Weise zugeführt werden, dass die Anwendung auf im Bildmodul (nachfolgend auch Bilderzeugungsvorrichtung genannt) gespeicherte Bilddaten zugreift und/oder dass die Bilddaten auf die Bilderzeugungsvorrichtung gestreamt werden und/oder dass die Bilddaten auf der Bilderzeugungsvorrichtung erzeugt werden. Insbesondere kann die Anwendung Bilddaten anderer Anwendungen auf der Bilderzeugungsvorrichtung erfindungsgemäß darstellen.
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Ferner ist es möglich, dass das erste Bild in zumindest in einem der Abschnitte vorverzerrt erzeugt und dadurch ein Abbildungsfehler der Abbildungsoptik zumindest teilweise kompensiert wird.
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Wenn die tragbare Bilderzeugungsvorrichtung z. B. als Mobiltelefon ausgebildet ist, kann die Anwendung auch als App bezeichnet werden.
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Bei den zugefügten Bilddaten kann es sich insbesondere um Bilddaten einer Aufnahme der Umgebung eines die Anzeigevorrichtung auf dem Kopf tragenden Benutzers und/oder um sonstige Bilddaten handeln. Es ist somit beispielsweise möglich, dem Benutzer die Umgebung als erstes Bild darzustellen. Zusätzlich kann die Umgebung mit weiteren Bildinformationen in Überlagerung gezeigt werden, so dass dem Benutzer mehr als die Umgebung angezeigt wird. Dabei kann es sich beispielsweise um Hinweise handeln, die kontextsensitiv erzeugt und im erzeugten Bild dargestellt werden.
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Insbesondere kann dem Benutzer ein Livebild der Umgebung angezeigt werden. Dazu ist bevorzugt noch eine Kamera vorgesehen, die die Umgebung aufnimmt. Die Kamera kann eine separate Kamera sein, die bevorzugt an der Anzeigevorrichtung (z.B. an der Haltevorrichtung) befestigt ist. Insbesondere ist es möglich, eine an der Bilderzeugungsvorrichtung vorhandene Kamera zu nutzen. Bei Smartphones ist in der Regel eine Kamera vorgesehen, die auf der Rückseite (der dem Bildschirm abgewandten Seite) vorgesehen ist, so dass diese Kamera für die Aufnahme der Umgebung genutzt werden kann.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Anwendung das erste Bild im ersten und zweiten Abschnitt so erzeugen, dass ein Bildinhalt des ersten Bildes im ersten und zweiten Abschnitt entweder mit einem ersten Abstand oder mit einem davon verschiedenen zweiten Abstand erzeugt wird. Damit ist es möglich, die Bilderzeugung an unterschiedliche Augenpupillenabstände von Benutzern anzupassen.
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Insbesondere kann die Anwendung eine Schnittstelle aufweisen, über die der Abstand eingegeben werden kann, wobei dann das erste Bild im ersten und zweiten Abschnitt in Abhängigkeit des eingegebenen Abstandes so erzeugt wird, dass der eingegebene Abstand auf dem Bildschirm zwischen dem Bildinhalt des Bildes vorliegt. Die Schnittstelle kann insbesondere die erfindungsgemäße Eingabeschnittstelle der Haltevorrichtung sein, die durch Antippen, Klopfen bzw. Stoßen bedient werden kann. Insbesondere ist eine kontinuierliche Abstandsänderung mittels der Anwendung möglich.
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Zur Einstellung des Abstandes kann es notwendig sein, das erste Bild zu beschneiden. Somit wird dann nicht das komplette erste Bild in den beiden Abschnitten dargestellt, sondern nur ein beschnittenes erstes Bild.
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Eventuell nicht durch das erste Bild ausgefüllte Bereiche des Bildschirms können schwarz dargestellt werden.
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Bei der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung kann eine Kamera vorgesehen sein, die die Umgebung aufnimmt und als Bilddaten der Bilderzeugungsvorrichtung zuführt. Insbesondere kann die Kamera Teil des Bildmoduls sein.
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Somit ist es möglich, mit der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung dem Benutzer die Umgebung darzustellen. Insbesondere kann dies als Livebild erfolgen.
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Ferner kann bei der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung die Anwendung das erste Bild, das eine Aufnahme der Umgebung ist, in Überlagerung mit zumindest einem weiteren Bildelement auf den beiden Abschnitten des Bildschirms erzeugen. Bei dem zumindest einem weiteren Bildelement kann es sich z. B. um einen Hinweis oder auch eine sonstige kontextsensitive Information handeln.
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Natürlich ist es auch möglich, dass die aufgenommene Umgebung noch einer Bilddatenverarbeitung unterzogen wird, bevor sie dargestellt wird. Dabei kann es sich um eine Helligkeitsanpassung, eine Farbanpassung, eine Falschfarbendarstellung, etc. handeln.
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Die beschriebene Darstellung der Umgebung in Überlagerung mit einer weiteren Bildinformation wird häufig auch als Augmented Reality-Darstellung bezeichnet.
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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.
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Nachfolgend wird die Erfindung beispielsweise anhand der beigefügten Zeichnungen, die auch erfindungswesentliche Merkmale offenbaren, noch näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische perspektivische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung 1;
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2 eine schematische Draufsicht der Ausführungsform von 1;
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3 eine schematische Draufsicht der in der Anzeigevorrichtung 1 angeordneten Bilderzeugungsvorrichtung;
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4 eine Draufsicht der Bilderzeugungsvorrichtung gemäß 3 zur Erläuterung der Aufteilung des Bildschirms in zwei Abschnitte und der Darstellung der gleichen Bilder auf beiden Abschnitten;
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5 eine Schnittdarstellung durch die erste Abbildungsoptik 6 gemäß 2;
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6 eine Darstellung zur Erläuterung des bereitgestellten Sichtfeldes S, und
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7–9 Darstellungen der Bilderzeugungsvorrichtung gemäß 4 zur Erläuterung der Anpassung der Darstellung der Bilder in den beiden Abschnitten an den Augenpupillenabstand des Benutzers.
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In 1 ist eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung 1 schematisch in einer perspektivischen Darstellung gezeigt. Die Anzeigevorrichtung 1 umfasst ein im wesentlichen kastenförmig ausgebildetes Vorderteil 2 mit einer offenen Seite 3. Alle anderen Seiten des Vorderteils sind zumindest im Wesentlichen geschlossen. Die Kontur der offenen Seite 3 ist so ausgebildet, dass sie an den Kopf eines Benutzers so anlegbar ist, dass der Benutzer die Anzeigevorrichtung 1 brillenartig auf dem Kopf tragen kann. Dazu weist die Kontur einerseits eine Nasenauflage 4 auf und ist an den beiden seitlichen Enden des Vorderteils 2 ein Halteband 5 befestigt ist. Das Halteband 5 ist beim Tragen der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung 1 um den Kopf des Benutzers geführt, so dass der gewünschte Anpressdruck vorliegt, um die Anzeigevorrichtung 1 ergonomisch und bevorzugt lichtdicht auf dem Kopf tragen zu können. Das Halteband 5 kann z. B. als ein elastisches Band und/oder als Band mit einstellbarer Länge ausgebildet sein. Das Vorderteil 2 bildet zusammen mit dem Halteband 5 eine auf den Kopf des Benutzers aufsetzbare Haltevorrichtung.
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Die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung 1 umfasst eine erste Abbildungsoptik 6 für ein linkes Auge LA des Benutzers und eine zweite Abbildungsoptik 7 für ein rechtes Auge RA des Benutzers, die jeweils ein in einer Bildebene E erzeugtes Bild so vergrößert abbilden, dass es der Benutzer als virtuelles Bild wahrnehmen kann. Dies ist am besten in 2 ersichtlich, das eine schematische Draufsicht der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung 1 zeigt, wobei zur besseren Darstellung in 2 das Vorderteil 2 als oben offen gezeigt ist, was jedoch nicht tatsächlich der Fall ist.
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Das Vorderteil 2 ist bis auf die Seite 3 im Wesentlichen geschlossen ausgebildet. In einer bevorzugten Ausführungsform sind diese Seiten vollständig geschlossen, was eine Abschottung von Licht von außen bewirkt. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform sind in diesen Seiten Lüftungsschlitze und/oder Lüftungslöcher eingebracht, welche besonders bevorzugt so gestaltet sind, dass das durch sie von außen hindurchtretende Licht minimiert ist.
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Da das Vorderteil 2 bis auf die Seite 3 im Wesentlichen geschlossen ausgebildet ist, kann der Benutzer, wenn er die Anzeigevorrichtung 1 bestimmungsgemäß auf dem Kopf trägt, nur die in der Bildebene E erzeugten Bilder und nicht mehr die Umgebung wahrnehmen.
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Zur Bilderzeugung kann die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung ein tragbares Gerät 8 mit einem Bildschirm 9 aufweisen, das in der Anzeigevorrichtung 1 so angeordnet ist, dass der Bildschirm 9 des tragbaren Gerätes 8 in der Bildebene E liegt. In 2 ist zur Vereinfachung der Darstellung lediglich der Bildschirm 9 schematisch eingezeichnet und in 1 ist zur Vereinfachung der Darstellung nur die Bildebene E und nicht das Gerät 8 dargestellt.
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In 3 ist beispielhaft ein solches tragbares Gerät 8 dargestellt, das einen Bildschirm 9, eine Steuereinheit 10 sowie eine Sensoreinheit 11 zur Erfassung einer Bewegung des Gerätes 8 aufweist. Weitere zum Betrieb des Gerätes 8 notwendige Elemente sind nicht gezeigt. Die Steuereinheit 10 und die Sensoreinheit 11 sind gestrichelt dargestellt, da sie im Gerät 8 verbaut und von außen normalerweise nicht sichtbar sind.
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Die Steuereinheit 10 kann Programmanweisungen ausführen und dient zur Ansteuerung des Bildschirms 9.
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Die Sensoreinheit 11 kann einen Trägheitssensor, wie z.B. ein 1-achsiges, 2-achsiges oder 3-achsiges Gyroskop, einen Neigungssensor, einen Beschleunigungssensor und/oder einen sonstigen Sensor aufweisen, mit dem eine Detektion einer Bewegung des Gerätes 8 möglich ist. Die Sensoreinheit 11 erzeugt entsprechende Messsignale, die an die Steuereinheit 10 (bevorzugt laufend) übertragen werden, wie mit der gestrichelten Verbindungslinie 12 in 3 schematisch dargestellt ist.
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Das tragbare Gerät 8 kann beispielsweise ein Mobiltelefon (z. B. ein sogenanntes Smartphone) oder eine sonstige Vorrichtung mit einem entsprechenden Bildschirm (wie z. B. der sogenannte iPod touch der Firma Apple Inc., Kalifornien, USA) sein und ist bevorzugt auswechselbar im Vorderteil 2 angeordnet.
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Wie aus der Darstellung in 2 ersichtlich ist, bildet jede der beiden Abbildungsoptiken 6, 7 nur einen Teilbereich des Bildschirms 9 ab. Damit ein die Anzeigevorrichtung 1 auf dem Kopf tragender Benutzer ein darzustellendes Objekt mit beiden Augen wahrnehmen kann, muss dieses somit in den beiden Teilbereichen des Bildschirms 9, die durch die beiden Abbildungsoptiken 6 und 7 abgebildet werden, erzeugt werden.
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Dazu ist eine Anwendung bzw. ein Programm auf dem tragbaren Gerät 8 vorgesehen, das durch die Steuereinheit 10 ausgeführt wird und den Bildschirm 9 so ansteuert, dass basierend auf zugeführten Bilddaten für das darzustellende Objekt bzw. für ein darzustellendes erstes Bild das Objekt bzw. das erste Bild 13 mit schematisch dargestellten Bildelementen 13 1, 13 2 und 13 3 sowohl auf einem ersten Abschnitt 14 des Bildschirms 9 als auch auf einem vom ersten Abschnitt 14 getrennten zweiten Abschnitt 15 des Bildschirms erzeugt, wie in 4 gezeigt ist.
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Da die Anwendung auf dem Gerät 8 selber ausgeführt wird, können in vorteilhafter Weise auf dem Gerät 8 gespeicherte Bilddaten oder dem Gerät 8 zugeführte Bilddaten (z. B. gestreamte Bilddaten, bevorzugt über eine geeignete drahtlose Verbindung) benutzt werden, um die Darstellung der Bilder in den beiden Abschnitten 14 und 15 zu erzeugen. Insbesondere können aus anderen auf dem Gerät 8 laufenden Anwendungen stammende Bilddaten durch die erfindungsgemäße Anwendung so aufbereitet werden, dass stets in beiden Abschnitten 14 und 15 das gleiche Bild dargestellt wird. Dem die Anzeigevorrichtung 1 auf dem Kopf tragenden Benutzer können somit Bilder und Filme so dargeboten werden, dass er sie mit beiden Augen vergrößert als virtuelle Bilder wahrnehmen kann. Der Benutzer kann somit z. B. Videos von youtube oder sonstigen Videoplattformen, Videos, die auf dem Gerät gespeichert sind, oder sonstige Videos oder Bilder in der gewünschten Art und Weise vergrößert wahrnehmen. Auch ist es möglich, Bilder von auf dem Gerät installierten Spielen oder sonstigen Anwendungen vergrößert darzustellen.
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Die beiden Abschnitte 14 und 15 können so gewählt sein, dass sie direkt aneinander grenzen. Alternativ ist es möglich, dass sie voneinander beabstandet sind. Der Abstandsbereich kann insbesondere als dunkel geschalteter Bereich dargestellt bzw. angesteuert werden.
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Die Anwendung kann die Bilder 13 so in den beiden Abschnitten 14, 15 darstellen, dass für den Benutzer kein Stereoeffekt vorliegt. Es ist jedoch auch möglich, einen Stereoeffekt zu erzeugen.
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Bei dem tragbaren Gerät 8 ist der Bildschirm 9 bevorzugt berührungssensitiv und bildet die primäre Eingabeschnittstelle. Diese primäre Eingabeschnittstelle ist beim bestimmungsgemäßen Gebrauch der Anzeigevorrichtung 1 für den Benutzer nicht mehr zugänglich, da dann das Gerät in das Vorderteil 2 eingesetzt ist. Daher ist die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung 1 so ausgebildet, dass ein Antippen des Vorderteils 2 mittels der Sensoreinheit 11 gemessen und mittels der Steuereinheit 10 ausgewertet wird, die daraufhin den Bildschirm 9 so ansteuern kann, dass das erste Bild 11 geändert wird. Ein Antippen des Vorderteils 2 kann mittels des Gerätes 8 gut detektiert werden, da das Gerät 8 im in das Vorderteil 2 eingesetzten Zustand mechanisch mit dem Vorderteil 2 verbunden ist (bevorzugt spielfrei), damit es während der bestimmungsgemäßen Benutzung der Anzeigevorrichtung 1 die vorgegebene Position relativ zu den Abbildungsoptiken 6 und 7 beibehält. Somit überträgt sich ein Antippen des Vorderteils 2 direkt auf das Gerät 8, was dann mittels der Sensoreinheit 11 gemessen werden kann. Dies führt zu einer Änderung der von der Sensoreinheit 11 erzeugten Messsignale, die zur Steuereinheit 10 übertragen werden, so dass die Steuereinheit 10 in Abhängigkeit der Änderung der Messsignale ein durchgeführtes Antippen erkennen kann.
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Die einfachste Eingabe ist somit ein einzelnes Antippen, was beispielsweise dem Anklicken einer Schaltfläche mit einer Maus bei einem herkömmlichen Computer entspricht.
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Die Steuereinheit 10 kann somit insbesondere so ausgebildet sein, dass sie ein Antippen erkennt. Auch kann die Anzahl von mehreren Antippvorgängen und/oder deren zeitlicher Abstand als Eingabesignale ausgewertet werden. Des weiteren ist es möglich, die Position, an der das Vorderteil 2 angetippt wird, als weitere Information für die so bereitgestellte Eingabeschnittstelle ausgewertet wird. So kann beispielsweise die Anwendung, die gerade auf dem Gerät 8 ausgeführt wird und deren Bild 11 dargestellt wird, einzelne Menüpunkte oder Funktionen zur Auswahl in den vier Ecken des Bildes anbieten, wie durch die Viertelkreise M1, M2, M3 und M4 in 4 angedeutet ist. Ein Antippen des Vorderteils 2 in dem linken oberen Bereich 16 (1) führt dann zur Auswahl des Menüpunkts M1. Ein Antippen in dem rechten oberen Bereich 17 des Vorderteils 2 (1) führt dann zur Auswahl des Menüpunkts M2. In gleicher Weise führt ein Antippen im linken unteren Bereich des Vorderteils 2 zur Auswahl des Menüpunkts M3 und ein Antippen im rechten unteren Bereich des Vorderteils 2 zur Auswahl des Menüpunkts M4.
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Das Antippen des Vorderteils 2 aus unterschiedlichen Richtungen bewirkt insbesondere bei Verwendung eines „mehrachsigen“ Sensors ein in jeder Achse charakteristisches Signal, so dass durch Analyse der Signale in den einzelnen Achsen auf den Ort und/oder die Richtung des Antippens rückgeschlossen werden kann.
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Trägt beispielsweise ein aufrechtstehender Nutzer mit erhobenem Kopf das Gerät, so bewirkt beispielsweise ein Antippen der linken Seite ein beispielsweise positives Signal im Horizontalsensor, während ein Antippen der rechten Seite ein dann beispielsweises negatives Signal im Horizontalsensor bewirkt. Dagegen zeigt der Vertikalsensor kein Signal.
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Ein Antippen der rechten oberen Ecke in Richtung links unten bewirkt beispielsweise ein negatives Signal im Horizontalsensor und ein beispielsweises negatives Signal im Vertikalsensor. Ein Antippen der rechten unteren Ecke in Richtung links oben bewirkt dann ein beispielsweise negatives Signal im Horizontalsensor aber ein beispielsweise positives Signal im Vertikalsensor. Und so weiter. Auf diese Art und Weise lässt sich die Richtung des Antippens bestimmen. Da die Form des Vorderteils 2 bekannt ist und ein Antippen praktisch nur von außen möglich ist, ist damit auch (zumindest ungefähr) klar, welche Stelle des Vorderteils 2 angetippt wurde.
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Auch ist es möglich, die bestimmte Richtung des Antippens, also die Richtung, in der beim Antippen gegen das Vorderteil 2 gestoßen wurde, als Eingabekriterium zu nutzen. Ein Anstoßen in einer ersten Richtung R1 von rechts oben nach links unten (1) kann z.B. als Auswahl des Menüpunktes M2 ausgelegt und verarbeitet werden. Dabei kann z.B. die Position des Antippens unberücksichtigt bleiben, so dass auch ein Antippen in der selben Richtung an einer anderen Stelle des Vorderteils 2, wie durch den Pfeil R1’ in 1 gezeigt ist, zur Auswahl des Menüpunktes M2 führen wurde. Alternativ kann natürlich die Position des Antippens zusätzlich berücksichtigt werden. Ferner kann z.B. die Richtung des Antippens zusammen mit der Stärke des Antippens und somit der Antippimpuls bzw. der durch das Antippen bzw. Anstoßen erzeugte Impuls berücksichtigt werden.
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Um eine klare Zuordnung von beispielsweise Menüpunkten oder anderen Funktionalitäten zu erreichen, ist es besonders vorteilhaft – anders als in üblichen Applikationen/Programmen – die Menüpunkte in die Ecken der Bildschirmanzeige zu verlegen, da hier eine klare Zuordnung der Signale zu den entsprechenden Richtungen bzw. angetippten Stellen besonders einfach ist.
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Durch das Antippen oder Anstoßen des Vorderteils 2, was leicht mit einem Finger oder mehreren Fingern erfolgen kann, kann somit die durch das Gerät 8 bereitgestellte Anzeige bzw. die bereitgestellten Bilder 13 beeinflusst werden.
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Die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung stellt somit eine einfach zu bedienende und gut funktionierende Eingabeschnittstelle bereit, mit der das Gerät 8 bedient werden kann.
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Die beiden Abbildungsoptiken 6, 7 können gleich oder unterschiedlich ausgebildet sein. Bei der hier beschriebenen Ausführungsform sind sie gleich ausgebildet, so dass nachfolgend lediglich die erste Abbildungsoptik 6 im Detail beschrieben wird.
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Die erste Abbildungsoptik 6 umfasst eine erste Linse 18 mit negativer Brechkraft und eine zweite Linse 19 mit positiver Brechkraft, wobei beide Linsen 18, 19 voneinander beabstandet sind (5).
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Die erste Linse 18 ist als Konvex-Konkav-Linse ausgebildet und weist eine erste und eine zweite Grenzfläche 20, 21 auf, wobei die konkave Seite 20 dem Bildschirm 9 bzw. der Bildebene E zugewandt ist. Die zweite Linse 19 ist als Konvex-Konvex-Linse ausgebildet und weist eine erste und eine zweite Grenzfläche 22, 23 auf. Alle vier Grenzflächen 20 bis 23 sind als asphärische Flächen ausgebildet. Insbesondere können sie als rotationssymmetrische Asphären ausgebildet sein, die bezüglich der optischen Achse OA rotationssymmetrisch sind. Die optische Achse OA steht senkrecht auf der Bildebene E.
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Die vier Grenzflächen können durch die folgende Flächengleichung beschrieben werden, wobei r die radiale Höhe auf der Fläche ist.
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Die Asphärenkonstanten für die Flächen sind in nachfolgenden Tabellen 1 und 2 angegeben. Tabelle 1
Fläche | c | k | A | B |
23 | 0.03033007 | –1.60209948 | –4.30003E-05 | 6.46580E-08 |
22 | –0.12496804 | –3.35679383 | –8.06124E-05 | 2.67804E-07 |
21 | 0.04115641 | –43.59420143 | –8.60171E-05 | 5.94804E-07 |
20 | 0.16131129 | –3.81629776 | 5.94271E-06 | 1.79555E-07 |
Tabelle 2
Fläche | C | D | E | F |
23 | 0 | 0 | 0 | 0 |
22 | –6.80472E-10 | 8.06005E-13 | 0 | 0 |
21 | –2.59066E-09 | 6.83841E-12 | –9.37934E-15 | 4.79164E-18 |
20 | –1.58643E-09 | 5.55020E-12 | –9.00686E-15 | 5.57075E-18 |
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Die Abstände entlang der optischen Achse OA sind in der nachfolgenden Tabelle 3 angegeben. Tabelle 3
Fläche-Fläche | Abstand [mm] |
24-23 | 18,0 |
23-22 | 19,92 |
22-19 | 0,40 |
21-20 | 4,15 |
20-E | 18,05 |
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Die erste Linse 18 ist aus Polycarbonat mit einer Brechzahl n1 von 1,585 und einer Abbe-Zahl ν1 von 30,0 gebildet. Die zweite Linse 19 ist aus PMMA mit einer zweiten Brechzahl n2 von 1,492 und einer zweiten Abbe-Zahl ν2 von 57,2 gebildet. Die Brechzahlen und Abbe-Zahlen sind hier für die Wellenlänge von 589 nm angegeben.
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Da die beiden Linsen 18 und 19 voneinander beabstandet und nicht als Kittglied ausgebildet sind, können alle vier Grenzflächen 20–23 genutzt werden, um die gewünschte Abbildung zu erzielen. Damit ist es möglich, das Bild 13 als virtuelles Bild abzubilden, wobei die Austrittspupille 24 (bzw. Eyebox 24) der ersten Abbildungsoptik 6 einen Durchmesser von 8 mm aufweist. Die Austrittspupille 24 ist von der Bildebene E und somit vom Bildschirm 9 um einen Abstand d von 60,52 mm beabstandet. Der erste und zweite Abschnitt 14, 15 weisen jeweils ein Seitenverhältnis von 4:3 auf, wobei die Diagonale 62,5 mm beträgt. Somit liegt ein äußerst kompakter Aufbau vor, der hervorragende optische Abbildungseigenschaften bereitstellt.
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So wird das virtuelle Bild dem Benutzer mit einem Sichtfeld S mit α1 = 60° in y-Richtung und α2 = 45° in x-Richtung (6) bereitgestellt, so dass das Sichtfeld S in der Diagonalen 75° beträgt.
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Da der Abstand zwischen der Austrittspupille 24 und der Fläche 23 18 mm beträgt, kann ein Brillenträger die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung 1 bestimmungsgemäß zusammen mit seiner Brille auf dem Kopf tragen.
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Bei der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung sind die beiden Abbildungsoptiken 6 und 7 für das linke und rechte Auge LA, RA des Benutzers um 61 mm voneinander beabstandet. Dies entspricht etwa dem mittleren Augenpupillenabstand der Weltbevölkerung. Nachdem die beiden Abbildungsoptiken 6, 7 jeweils eine runde Austrittspupille 24 mit einem Durchmesser von 8 mm aufweisen, können Benutzer mit Augenpupillenabständen im Bereich von 55 mm bis 69 mm die virtuellen Abbildungen der Bilder 13 auf dem Bildschirm 9 ohne Beschneidung des Bildfeldes wahrnehmen. Für ein ermüdungsfreies Betrachten der dargestellten Bilder ist es vorteilhaft, dass die beiden Bilder 13 so auf dem Bildschirm 9 so erzeugt werden, dass der Abstand der Bildelemente 13 1–13 3 an den individuellen Augenpupillenabstand des jeweiligen Benutzers angepasst ist, insbesondere kann der Abstand der Bildelemente 13 1–13 3 dem individuellen Augenpupillenabstand entsprechen oder diesem nahezu entsprechen. Dies gilt insbesondere für Benutzer mit einem Augenpupillenabstand der kleiner ist als der Abstand der beiden Abbildungsoptiken 6, 7, da diese sonst quasi etwas nach außen schielen müssen, was ergonomisch wesentlich ungünstiger ist und weniger toleriert wird, als ein Schielen nach innen, was Benutzer mit einem Augenpupillenabstand eventuell machen, der größer ist als der Abstand der beiden Abbildungsoptiken 6, 7.
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Daher kann die Anwendung eine Funktion aufweisen, mit der der Abstand der Bilder 13 und insbesondere der Bildelemente 13 1–13 3 änderbar ist.
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In 7 ist das tragbare Gerät 8 in gleicher Weise wie in 4 dargestellt, wobei der Abstand D der Bildelemente 13 1–13 3 dargestellt ist. Es wird angenommen, dass der Abstand D 61 mm beträgt bzw. für diesen Abstand der beiden Abbildungsoptiken 6 und 7 angepasst ist. Ein Benutzer mit einem Augenpupillenabstand von 61 mm kann somit bei aufgesetzter Anzeigevorrichtung 1 ermüdungsfrei geradeaus blicken und dabei die Bilder 13 gut wahrnehmen.
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Wenn nun ein Benutzer mit einem kleinere Augenpupillenabstand die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung 1 nutzen will, ist es möglich, den Abstand D zu verringern. Dies ist schematisch in 8 gezeigt. Dazu wird das Bild 13 z.B. von der linken Seite etwas beschnitten, so dass das Bildelement 13 3 nicht mehr komplett im Bild enthalten ist, wie in 8 dargestellt ist. Dies führt jedoch dazu, dass der Abstand D der Bildelemente 13 1–13 3 kleiner ist als bei dem in 7 gezeigten Zustand. Nachdem bei dem Zustand gemäß 8 die Ausdehnung der Bilder 13 in waagrechter Richtung geringer ist, bleiben links und rechts zwei streifenförmige Bereiche des Bildschirms 9 ungenutzt. Diese sind in 8 schraffiert dargestellt und können z.B. dunkel geschaltet sein (es wird schwarz dargestellt).
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Für den Fall, dass der Abstand der Augenpupillen des Benutzers größer ist als der Abstand der Abbildungsoptiken 6, 7 können die Bilder 13 so dargestellt werden, dass der Abstand der Bildelemente 13 1–13 3 größer ist als in dem Zustand von 7. Dieser Zustand für den größeren Abstand der Augenpupillen ist in 9 gezeigt. Die beiden Bilder 13 können mit einem Abstand voneinander dargestellt werden, so dass im mittleren Bereich des Bildschirms 9 ein nicht genutzter streifenförmiger Bereich vorliegt, der in 9 schraffiert dargestellt ist und der wiederum dunkel geschaltet sein kann.
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Die beschriebene Eingabeschnittstelle mit dem Antippen des Vorderteils 2 kann dazu genutzt werden, Eingaben bezüglich des Abstandes D der Bildelemente 13 1–13 3 der Anwendung zu übergeben. In Abhängigkeit davon steuert die Anwendung dann die Bilderzeugung gemäß der in Verbindung mit 7–9 beschriebenen Zustände. Auch ist es möglich, in der Anwendung einen gewünschten Augenpupillenabstand zu hinterlegen, der dann verwendet wird. Dies kann über die beschriebene Eingabeschnittstelle mit dem Antippen des Vorderteils 2 durchgeführt werden.