DE102019201238A1

DE102019201238A1 - Anzeigeeinheit

Info

Publication number: DE102019201238A1
Application number: DE102019201238.8A
Authority: DE
Inventors: Gael Pilard
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-01-31
Filing date: 2019-01-31
Publication date: 2020-08-06

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anzeigeeinheit (75), welche wenigstens eine erste optische Komponente (60) aufweist, die dazu ausgebildet ist, Licht eines ersten Wellenlängenbereichs (40a) auf eine Netzhaut (20) eines Betrachters derart zu leiten, dass wenigstens ein virtuelles Objekt auf der Netzhaut (20) abgebildet wird. Außerdem weist die Anzeigeeinheit (75) wenigstens eine zweite optische Komponente (70) auf, die dazu ausgebildet ist, Licht aus dem sichtbaren Wellenlängenbereich (25) auf die Netzhaut (20) des Betrachters derart durchzulassen, dass wenigstens ein reales Objekt (35) aus einem Umfeld des Betrachters auf der Netzhaut (20) abgebildet wird. Die Anzeigeeinheit (75) weist außerdem eine photochromatische Komponente (80) auf, die dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit einer relativen Position des wenigstens einen, auf der Netzhaut abgebildeten virtuellen Objekts zu dem wenigstens einen, auf der Netzhaut abgebildeten realen Objekt (35) das aus dem sichtbaren Wellenlängenbereich auftreffende Licht (25) zumindest teilweise zu absorbieren. Außerdem betrifft die Erfindung ein optisches System (1) mit der Anzeigeeinheit (75) und ein Verfahren zur zumindest teilweise Überlagerung wenigstens eines virtuellen und eines realen Objekts (35) auf einer Netzhaut (20) eines Betrachters mittels des optischen Systems (1).

Description

Stand der Technik
Die Anmeldung betrifft eine Anzeigeeinheit, ein optisches System mit der Anzeigeeinheit und ein Verfahren zur zumindest teilweise Überlagerung wenigstens eines virtuellen und eines realen Objekts auf einer Netzhaut eines Betrachters mittels des optischen Systems.
Das Dokument WO 2017/027139 A1 beschreibt ein Display mit einer Fokusebene im Unendlichen, das Teil eines Head-Mounted-Displays ist. Das Display weist einen Wellenleiter auf, mit dem ein computergeneriertes Bild zu einem Auge eines Betrachters geleitet werden kann. Des Weiteren umfasst das Display weitere optische Komponenten wie Linsen. In einer Ausführungsform umfasst das Display eine Schicht mit variabler Durchsichtigkeit, welche pixelweise angesteuert werden kann. Mit dieser variablen durchlässigen Schicht kann Licht realer Objekte ausgeblendet werden, so dass ein virtuelles Objekt ein reales Objekt verdecken kann. Aus diesem Dokument ist jedoch nicht bekannt, wie genau die dazu verwendete Schicht mit variabler Durchlässigkeit beschaffen ist.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anzeigeeinheit zu entwickeln, welche eine Überlagerung von virtuellen und realen Objekten auf der Netzhaut eines Betrachters ermöglicht.
Offenbarung der Erfindung
Zur Lösung der Aufgabe wird eine Anzeigeeinheit nach Anspruch 1 und ein optisches System nach Anspruch 8 vorgeschlagen. Das optische System umfasst hierbei die Anzeigeeinheit. Außerdem wird ein Verfahren gemäß Anspruch 12 zur zumindest teilweise Überlagerung wenigstens eines virtuellen und eines realen Objekts auf einer Netzhaut eines Betrachters mittels des optischen System vorgeschlagen.
Die Anzeigeeinheit weist hierzu wenigstens eine erste optische Komponente auf, welche dazu ausgebildet ist, Licht eines ersten Wellenlängenbereichs auf eine Netzhaut eines Betrachters so zu leiten, dass wenigstens ein virtuelles Objekt auf der Netzhaut abgebildet wird. Für die Leitung des Licht kann die wenigstens eine optische Komponente beispielsweise als ein holographisches, optisches Element und/oder als beugendes, optisches Element ausgebildet sein. Eine solche Anzeigeeinheit wird auch als virtuelle Netzhautanzeige oder virtual retinal display bezeichnet. Zusätzlich weist die Anzeigeeinheit wenigstens eine zweite optische Komponente auf, welche dazu ausgebildet ist, Licht aus dem sichtbaren Wellenlängenbereich, wie beispielsweise Umgebungslicht, auf die Netzhaut des Betrachters so durchzulassen, dass wenigstens ein reales Objekt aus einem Umfeld des Betrachters auf der Netzhaut abgebildet wird. Mit anderen Worten lässt die zweite optische Komponente das Licht so passieren, dass der Betrachter reale Objekte aus seiner Umgebung sieht, welcher er auch ohne Anzeigeeinheit auf seiner Netzhaut sehen würde. Zusätzlich weist die Anzeigeeinheit wenigstens eine photochromatische Komponente auf, die dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit einer relativen Position des wenigstens einen, auf der Netzhaut abgebildeten virtuellen Objekts zu dem wenigstens einen, auf der Netzhaut abgebildeten realen Objekt das aus dem sichtbaren Wellenlängenbereich auftreffende Licht zumindest teilweise zu absorbieren. Durch die photochromatische Komponente ist es also möglich, Umgebungslicht in bestimmten Bereichen, pixelweise auszublenden und somit auch zumindest Teile von Umgebungsobjekten für den Betrachter in dessen Sichtfeld auszublenden. Der photochromatische Effekt beruht hierbei beispielsweise auf einer Änderung der Elektronenkonfiguration der photochromatischen Komponente bei Erregung durch Lichtstrahlen einer bestimmten Wellenlänge. Andere Mechanismen basieren beispielsweise auf dem intramolekularen Transfer von Protonen (Anile, Benzylpyridine, Acinitroverbindungen, Salicylate, Triazole, Oxazole, Metalldithizonate und Perimidinspirohexadienone) oder größeren Gruppen z. B. Acetylgruppen bei polycyclischen Chinonen. Als photochromatische Materialien können beispielsweise Diarylethene, Polyurethane, Azobenzole, Stilbene, Chinone oder Silberchlorid verwendet werden.
Vorzugsweise ist die photochromatische Komponente dazu ausgebildet, in Abhängigkeit der relativen Position des wenigstens einen, auf der Netzhaut abgebildeten virtuellen Objekts zu dem wenigstens einen, auf der Netzhaut abgebildeten realen Objekts, das wenigstens eine auf der Netzhaut abgebildete reale Objekt durch das virtuelle Objekt zumindest teilweise zu überdecken. Mit der relativen Position des wenigstens einen, auf der Netzhaut abgebildeten virtuellen Objekts zu dem wenigstens einen, auf der Netzhaut abgebildeten realen Objekt ist entsprechend die relative Position im Sichtfeld des Betrachters gemeint. Überlappen sich das wenigstens eine virtuelle Objekt und das wenigstens eine reale Objekt hierbei bereichsweise, kann die photochromatische Komponente das aus dem sichtbaren Wellenlängenbereich auftreffende Licht so absorbieren, dass das virtuelle Objekt das reale Objekt im Sichtfeld des Betrachters überdeckt.
Bevorzugt ist die photochromatische Komponente in Betrachtungsrichtung hinter der ersten optischen Komponente angeordnet. Alternativ ist die photochromatische Komponente in Betrachtungsrichtung vor der ersten optischen Komponente angeordnet. In dieser Reihenfolge ist es wichtig, dass die photochromatische Komponente nicht auch das Licht des ersten Wellenlängenbereichs absorbiert, sondern für dieses Licht durchlässig ist. In diesem Zusammenhang kann beispielsweise das Licht des ersten Wellenlängenbereichs monochromatisches Licht, wie beispielsweise Licht im roten Wellenlängenbereich, darstellen. Dieses monochromatische Licht ist dann für die photochromatische Komponente durchlässig und wird durch die erste optische Komponente auf die Netzhaut es Betrachters derart geleitet, dass wenigstens ein virtuelles Objekt durch das rote Licht auf der Netzhaut abgebildet wird.
Vorzugsweise ist die zweite optische Komponente als Brillenglas, und die photochromatische Komponente als Schicht auf dem Brillenglas ausgebildet ist. Die photochromatische Komponente kann hiezu beispielsweise durch spin coating eines Polymers aufgebracht werden. Weiterhin kann auf dem Brillenglas beispielsweise eine Haftschicht angeordnet sein, an dem die photochromatische Komponente haftet. Auch kann die photochromatische zum Beispiel zwischen das Brillenglas und ein weiteres Glas geklemmt werden.
Bevorzugt ist die photochromatische Schicht thermisch aktivierbar. Mit der Aktivierung ist in diesem Zusammenhang der Wechsel in den Zustand der photochromatischen Komponente gemeint, bei der die photochromatische Komponente das aus dem sichtbaren Wellenlängenbereich auftreffende Licht zumindest teilweise absorbiert. Dieser Zustand lässt sich bei einer photochromatischen Komponente auch thermisch steuern. Wird die photochromatische Komponente beispielsweise über einen bestimmten Temperaturschwellwert erwärmt, ändert sich dessen chemischer Zustand und die photochromatische Komponente beginnt, das aus dem sichtbaren Wellenlängenbereich auftreffende Licht zumindest teilweise zu absorbieren. Der Zustand lässt sich wiederum ändern und die photochromatische Schicht somit deaktivieren, indem die photochromatische Schicht wieder unter den Temperaturschwellwert abgekühlt wird. Alternativ hierzu ist die photochromatische Schicht vorzugsweise abhängig von einer vorbestimmten Wellenlänge des auf die photochromatische Schicht auftreffenden Lichts aktivierbar. Auch in diesem Zusammenhang ist mit der Aktivierung der photochromatischen Komponente der Wechsel in den Zustand der photochromatischen Komponente gemeint, bei der die photochromatische Komponente das aus dem sichtbaren Wellenlängenbereich auftreffende Licht zumindest teilweise absorbiert. Dieser Zustand lässt sich bei einer photochromatischen Komponente auch durch das auf die photochromatische Komponente auftreffende Licht steuern. Trifft Licht einer bestimmten Wellenlänge auf zumindest Bereiche der photochromatischen Komponente auf, so ändert sich deren chemischer Zustand und die photochromatische Komponente beginnt, das aus dem sichtbaren Wellenlängenbereich auftreffende Licht zumindest teilweise zu absorbieren. Der Zustand lässt sich wiederum umkehren und die photochromatische Schicht somit deaktivieren, indem das Licht aus dem vorbestimmten Wellenbereich nicht mehr auf die photochromatische Schicht auftrifft. Bevorzugt handelt es sich bei dem Licht aus dem vorbestimmten Wellenbereich um UV-Licht. UV-Licht ist vom Menschen nicht sichtbar und stört den Betrachter somit auch nicht.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein optisches System, welches die zuvor beschriebene Anzeigeeinheit umfasst. In diesem Zusammenhang ist die zweite optische Komponente der Anzeigeeinheit dazu ausgebildet, Licht aus dem sichtbaren Wellenlängenbereich auf die Netzhaut des Betrachters derart durchzulassen, dass der Betrachter wenigstens ein reales Objekt aus einem Umfeld des Betrachters erkennt. Auch hierbei lässt die zweite optische Komponente also das Licht so passieren, dass der Betrachter reale Objekte aus seiner Umgebung sieht, welcher er auch ohne Anzeigeeinheit auf seiner Netzhaut sehen würde. Zusätzlich umfasst das optische System hierbei eine Scannervorrichtung, welche dazu ausgebildet ist, virtuelle Objektinformationen auf die erste optische Komponente der Anzeigeeinheit zu übertragen. Bei der Scannervorrichtung handelt es sich beispielsweise um eine Laserscannervorrichtung, insbesondere eine Mikrolaserscannervorrichtung. Die erste optische Komponente ist in diesem Zusammenhang dazu ausgebildet, die virtuellen Objektinformationen auf eine Netzhaut eines Betrachters derart zu leiten, dass der Betrachter abhängig von den virtuellen Objektinformationen wenigstens ein virtuelles Objekt erkennt. Zusätzlich weist das optische System eine Umfelderfassungseinheit auf, welche dazu ausgebildet ist, das wenigstens eine reale Objekt aus dem Umfeld des Betrachters zusätzlich zu erfassen. Bei der Umfelderfassungseinheit kann es sich beispielsweise um einen Ultraschallsensor und/oder eine Kamera handeln. Zusätzlich weist das optisches System eine Recheneinheit auf, welche dazu dient, in Abhängigkeit der virtuellen Objektinformationen wenigstens ein virtuelles Objekt zu ermitteln und eine auf der Netzhaut abgebildete, relative Position des virtuellen Objekts zu dem realen Objekt zu ermitteln. Außerdem weist das optische System eine Aktivierungseinheit auf, welche zur Aktivierung oder Deaktivierung einer photochromatischen Komponente der Anzeigeeinheit dient. In diesem Zusammenhang ist die Recheneinheit dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit der ermittelten, relativen Position des virtuellen Objekts zu dem realen Objekt auf der Netzhaut, die Aktivierungseinheit derart anzusteuern, dass die photochromatische Komponente der Anzeigeeinheit das aus dem sichtbaren Wellenlängenbereich auftreffende Licht zumindest teilweise absorbiert. Bevorzugt ist das optisches System als Brille ausgebildet, welche der Betrachter aufsetzen kann. Die Brille kann in diesem Zusammenhang als smartglasses ausgebildet sein.
Vorzugsweise ist die Aktivierungseinheit als Lasereinheit ausgebildet, welche zur Aktivierung der photochromatischen Komponente Licht von einer vorbestimmten Wellenlänge auf die photochromatische Schicht aussendet. Bevorzugt sendet der Laser UV-Licht aus.
Vorzugsweise ist die Recheneinheit dazu ausgebildet, zunächst die Aktivierungseinheit zur Aktivierung oder Deaktivierung der photochromatischen Komponente der Anzeigeeinheit anzusteuern und erst darauf folgend, mit einer vorbestimmten Zeitverzögerung, die Scanvorrichtung zur Übertragung der virtuellen Objektinformationen auf die erste optische Komponente der Anzeigeeinheit anzusteuern. Somit kann auf den Zeitraum reagiert werden, welche die photochromatische Komponente benötigt, um den Zustand zu wechseln und das aus dem sichtbaren Wellenlängenbereich auftreffende Licht zumindest teilweise zu absorbieren. Die Zeitverzögerung kann in diesem Zusammenhang beispielsweise dem Zeitraum entsprechen, welche die photochromatische Komponente für den Zustandswechsel benötigt. Dies ermöglicht eine synchrone Darstellung des zumindest bereichsweise aus dem Sichtbereich des Betrachters ausgeblendeten realen Objekts und der Projektion des virtuellen Objekts auf die Netzhaut des Betrachters.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur zumindest teilweise Überlagerung wenigstens eines virtuellen und eines realen Objekts auf einer Netzhaut eines Betrachters mittels des zuvor beschriebenen optischen Systems. Insbesondere geht es hierbei um die zumindest bereichsweise Verdeckung eines realen Objekts durch ein virtuelles Objekt auf der Netzhaut des Betrachters. Bei dem Verfahren wird zunächst wenigstens ein reales Objekts aus einem Umfeld des Betrachters mittels einer Umfelderfassungseinheit erfasst. Dies kann beispielsweise geschehen, indem die Umfelderfassungseinheit Objektinformationen, wie beispielsweise Abstandswerte zu dem Objekt, erfasst. In einem weiteren Verfahrensschritt werden virtuelle Objektinformationen mittels einer Recheneinheit erfasst. Die virtuellen Objektinformationen können hierzu beispielsweise auf einer Speichereinheit als Bildinformationen hinterlegt sein und der Recheneinheit übertragen werden. In einem weiteren Verfahrensschritt ermittelt die Recheneinheit abhängig von den erfassten, virtuellen Objektinformationen wenigstens ein virtuelles Objekt. Daraufhin ermittelt die Recheneinheit eine auf der Netzhaut abgebildete Position des wenigstens eines virtuellen Objekts relativ zu einer Position des wenigstens einen realen Objekts auf der Netzhaut. Hierbei geht es entsprechend darum festzustellen, wie sich das virtuelle Objekt und das reale Objekt im Sichtfeld des Betrachters relativ zueinander befinden werden. Insbesondere geht es hierbei darum festzustellen, ob das virtuelle Objekt und das reale Objekt sich seitlich zueinander befinden oder ob sich das virtuelle Objekt und das reale Objekt hintereinander befinden werden und sich somit zumindest teilweise überlappen. In einem folgenden Verfahrensschritt wird in Abhängigkeit der ermittelten, relativen Position eine Aktivierungseinheit des optischen Systems mittels der Recheneinheit so angesteuert, dass eine photochromatische Komponente einer Anzeigeeinheit des optischen Systems, aus dem sichtbaren Wellenlängenbereich aus der Umgebung auf die Anzeigeeinheit auftreffendes Licht, insbesondere Umgebungslicht, zumindest teilweise absorbiert. In einem folgenden Verfahrensschritt wird eine Scanvorrichtung des optisches Systems zur Übertragung der virtuellen Objektinformationen auf eine erste optische Komponente der Anzeigeeinheit mittels der Recheneinheit angesteuert. In einem folgenden Verfahrensschritt werden das virtuelle und das reale Objekt auf einer Netzhaut eines Betrachters zumindest teilweise überlagert. Insbesondere wird hierbei das reale Objekt durch das virtuelle Objekt auf der Netzhaut des Betrachters zumindest teilweise verdeckt.
Vorzugsweise wird zunächst die Aktivierungseinheit des optischen Systems mittels der Recheneinheit angesteuert und erst darauf folgend mit einer vorbestimmten Zeitverzögerung, die Scanvorrichtung zur Übertragung der virtuellen Objektinformationen auf die erste optische Komponente der Anzeigeeinheit mittels der Recheneinheit angesteuert.
Figurenliste

1 zeigt eine Ausführungsform des optischen Systems mit der Anzeigeeinheit.
2a zeigt beispielhaft ein virtuelles und ein reales Objekt zur Darstellung mittels des optischen Systems aus 1.
2b zeigt die teilweise Überlagerung des virtuellen und des realen Objekts.
3 zeigt den Verlauf der Lichtabsorption einer photochromatischen Schicht bei verschiedenen Wellenlängen.
4 zeigt den Verlauf einer Laserleistung zur Aktivierung und anschließenden Deaktivierung der photochromatischen Schicht.
5 zeigt einen Verfahrensablauf zur zumindest teilweise Überlagerung wenigstens eines virtuellen und eines realen Objekts auf einer Netzhaut eines Betrachters mittels eines optischen System.

Ausführungsbeispiele der Erfindung
1 zeigt schematisch eine Ausführungsform eines optischen Systems 1, welches in dieser Ausführungsform als Brille, insbesondere smartglasses, ausgebildet ist. Das optische System 1 umfasst hierbei eine Anzeigeeinheit 75. Die Anzeigeeinheit 75 wiederum umfasst wenigstens eine erste optische Komponente 60, welche dazu ausgebildet ist, Licht eines ersten Wellenlängenbereichs 40a auf eine Netzhaut 20 eines Betrachters derart zu leiten, dass wenigstens ein virtuelles Objekt auf der Netzhaut 20 abgebildet wird. An der ersten optischen Komponente 60 werden in diesem Fall die Lichtstrahlen des ersten Wellenlängenbereichs 40a reflektiert und dann als reflektierte Lichtstrahlen 40b auf die Netzhaut 20 projiziert. Zusätzlich weist die Anzeigeeinheit 75 eine zweite optische Komponente 70 auf, welche dazu ausgebildet ist, Licht aus dem sichtbaren Wellenlängenbereich 25 auf die Netzhaut 20 des Betrachters derart durchzulassen, dass wenigstens ein reales Objekt 35 aus einem Umfeld des Betrachters auf der Netzhaut 20 abgebildet wird. In diesem Fall handelt es sich bei dem Licht aus dem sichtbaren Wellenlängenbereich 25 um Umgebungslicht und die zweite optische Komponente 70 ist als Brillenglas ausgebildet. Außerdem weist die Anzeigeeinheit 75 wenigstens eine photochromatische Komponente 80 auf, die dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit einer relativen Position des wenigstens einen, auf der Netzhaut 20 abgebildeten virtuellen Objekts zu dem wenigstens einen, auf der Netzhaut abgebildeten realen Objekt 35 das aus dem sichtbaren Wellenlängenbereich auftreffende Licht 25 zumindest teilweise zu absorbieren. In dieser Ausführungsform ist die photochromatische Komponente 80 in Betrachtungsrichtung 5 hinter der ersten optischen Komponente 60 angeordnet und als Schicht auf dem Brillenglas 70 ausgebildet. Die photochromatische Komponente 80 kann jedoch auch in Betrachtungsrichtung 5 vor der ersten optischen Komponente 60 angeordnet sein. Die photochromatische Komponente 80 kann insbesondere dazu ausgebildet sein, in Abhängigkeit der relativen Position des wenigstens einen, auf der Netzhaut 20 abgebildeten virtuellen Objekts zu dem wenigstens einen, auf der Netzhaut 20 abgebildeten realen Objekts 35, das wenigstens eine auf der Netzhaut 20 abgebildete reale Objekt 35 durch das virtuelle Objekt zumindest teilweise zu überdecken.
Außerdem weist das optische System 1 eine Scannervorrichtung 90 auf, die dazu ausgebildet ist, die virtuelle Objektinformationen in Form des Lichts des ersten Wellenlängenbereichs 40a auf die erste optische Komponente 60 der Anzeigeeinheit 75 zu übertragen.
Zudem weist das optische System 1 eine Umfelderfassungseinheit 90 auf, die dazu ausgebildet ist, das wenigstens eine reale Objekt 35 aus dem Umfeld des Betrachters zusätzlich zu erfassen. Die Umfelderfassungseinheit 90 kann beispielsweise als Abstandssensor oder Kamera ausgebildet sein.
Zusätzlich weist das optische System 1 eine Recheneinheit 110 auf, welche dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit der virtuellen Objektinformationen wenigstens ein virtuelles Objekt zu ermitteln und eine auf der Netzhaut 20 abgebildete, relative Position des virtuellen Objekts zu dem realen Objekt 20 zu ermitteln. Eine Aktivierungseinheit 100 des optischen Systems 1 dient zur Aktivierung oder Deaktivierung der photochromatischen Komponente 80 der Anzeigeeinheit 75. In dieser Ausführungsform ist die Aktivierungseinheit 100 als Lasereinheit 100 ausgebildet, welche hierbei in die Scannervorrichtung 90 integriert ist. Die Recheneinheit 110 ist in diesem Zusammenhang dazu ausgebildet, in Abhängigkeit der ermittelten, relativen Position des virtuellen Objekts zu dem realen Objekt 35 auf der Netzhaut 20, die Lasereinheit als Aktivierungseinheit 100 derart anzusteuern, dass die photochromatische Komponente 80 der Anzeigeeinheit 75 das aus dem sichtbaren Wellenlängenbereich auftreffende Licht 25 zumindest teilweise absorbiert.
In dieser Ausführungsform sendet die Lasereinheit als Aktivierungseinheit 100 zur Aktivierung der photochromatischen Komponente 80 Licht einer vorbestimmten Wellenlänge 50 auf die photochromatische Komponente 80. Bei dem Licht der vorbestimmten Wellenlänge 50 kann es sich beispielsweise um UV-Licht handeln.
Die Recheneinheit 110 ist insbesondere dazu ausgebildet, zunächst die Lasereinheit als Aktivierungseinheit 100 zur Aktivierung der photochromatischen Komponente anzusteuern und erst folgend, mit einer vorbestimmten Zeitverzögerung, die Scanvorrichtung 90 zur Übertragung der virtuellen Objektinformationen auf die erste optische Komponente 60 der Anzeigeeinheit 75 anzusteuern.
2a zeigt beispielhaft zwei Objekte in Form eines Baums 140a und eines Zylinders 130, welche ein Betrachter mittels der Brille aus 1 erkennen kann. Bei dem Baum 140 handelt es sich in dieser Ausführungsform um ein reales Objekt, welches der Betrachter in seinem Umfeld erkennen kann und zudem mittels der Umfelderfassungseinheit 90 detektiert werden kann. Bei dem Zylinder 130 handelt es sich in diesem Fall um ein virtuelles Objekt, welches durch Bildinformationen erzeugt wird und dem Betrachter als virtuelles Objekt auf die Netzhaut projiziert wird. In dieser Ausführungsform sind das virtuelle Objekt 130 und das reale Objekt 140, wie auf 2b gezeigt, derart auf der Netzhaut zueinander positioniert, dass sie sich in einem Teilbereich überlappen. Um nun das reale Objekt 140 in diesem überlappenden Teilbereich durch das virtuelle Objekt 130, wie auf 2b gezeigt, zu überdecken, wird die Aktivierungseinheit 100 von der Recheneinheit 110 derart angesteuert, dass die photochromatische Komponente 80 der Anzeigeeinheit 100 das aus dem sichtbaren Wellenlängenbereich auftreffende Licht zumindest teilweise absorbiert. Das auftreffende Licht wird hierbei nur in dem Bereich absorbiert, welcher dem überlappenden Teilbereich auf der Netzhaut des Betrachters entspricht.
3 zeigt beispielhaft die Absorbanz einer photochromatischen Komponente bei zwei unterschiedlichen Zuständen in Abhängigkeit von Wellenlängen. Auf der Achse 200 ist hierbei die Absorbanz einer photochromatischen Komponente dargestellt, wobei der Skalenabschnitt 250 ein Maximum der Absorbanz darstellt. Auf der Achse 210 sind in diesem Fall Wellenlängen von Licht aufgetragen, wobei der Bereich, welcher sich innerhalb des Skalenabschnitts 230 und 240 befindet, der für einen Menschen sichtbaren Wellenlängenbereich darstellt. Die Linie 220a stellt den Verlauf der Absorbanz der photochromatischen Komponente in Abhängigkeit der Wellenlängen in einem deaktivierten Zustand dar. Hierbei ist zu erkennen, dass die photochromatische Komponente im für den Menschen nicht sichtbaren Wellenlängenbereich unterhalb des Skalenabschnitts 230 und oberhalb des Skalenabschnitts 240 eine hohe Absorbanz aufweist, im für den Menschen sichtbaren Wellenlängenbereich 235 jedoch keine Absorbanz aufweist. Je höher hierbei die Absorbanz ist, desto stärker wird das Licht in dem entsprechenden Wellenlängenbereich abgeschwächt. Dieser hiermit beschriebene, deaktivierte Zustand der photochromatischen Komponente wird entsprechend nur dann verwendet, wenn reale Objekte nicht aus dem Sichtbereich des Betrachters ausgeblendet werden sollen. Demgegenüber stellt die Linie 220b stellt den Verlauf der Absorbanz der photochromatischen Komponente in Abhängigkeit der Wellenlängen des auftreffenden Lichts in einem aktivierten Zustand dar. Hierbei ist zu erkennen, dass die photochromatische Komponente im für den Menschen nicht sichtbaren Wellenlängenbereich unterhalb des Skalenabschnitts 230 und oberhalb des Skalenabschnitts 240 eine vergleichsweise geringe Absorbanz aufweist, im für den Menschen sichtbaren Wellenlängenbereich 235 jedoch eine vergleichsweise hohe Absorbanz aufweist. Dieser hiermit beschriebene, aktivierte Zustand der photochromatischen Komponente wird entsprechend nur dann verwendet, wenn reale Objekte aus dem Sichtbereich des Betrachters ausgeblendet werden sollen. Zwischen dem aktivierten Zustand und dem deaktiverten Zustand der photochromatischen Komponente lässt sich beispielsweise mittels der in 1 dargestellten Aktivierungseinheit hin und her wechseln.
4 zeigt beispielhaft Laserpulse 310a, 310b zur Deaktivierung und Laserpulse 320a und 320b zur Aktivierung einer photochromatischen Komponente. Auf der Achse 300 ist in dieser Ausführungsform die Laserleistung und auf der Achse 310 die Zeit aufgetragen. In diesem Fall werden die beiden Laserpulse 310a und 310b mit im Vergleich zu den Laserpulsen 320a und 320b großer Leistung ausgesendet, um die photochromatische Komponente zu aktivieren, welche daraufhin aus dem sichtbaren Wellenlängenbereich auftreffendes Licht zumindest teilweise absorbiert. Die zeitlich folgenden Laserpulse 310a und 310b mit vergleichsweise geringer Laserleistung werden in diesem Fall dazu verwendet, die photochromatische Komponente zu deaktivieren, um für das aus dem sichtbaren Wellenlängenbereich auftreffende Licht wieder zumindest teilweise durchlässig zu sein.
5 zeigt eine Ausführungsform eines Verfahrens zur zumindest teilweise Überlagerung wenigstens eines virtuellen und eines realen Objekts auf einer Netzhaut eines Betrachters mittels eines optischen Systems.
Hierbei wird in einem ersten Verfahrensschritt 410 wenigstens ein reales Objekt aus einem Umfeld des Betrachters mittels einer Umfelderfassungseinheit erfasst. In einem Verfahrensschritt 420 werden virtuelle Objektinformationen mittels einer Recheneinheit erfasst. In einem folgenden Verfahrensschritt 420 wird wenigstens ein virtuelles Objekt durch die erfassten, virtuellen Objektinformationen mittels der Recheneinheit ermittelt. Darauf folgend wird in einem Verfahrensschritt 430 eine auf der Netzhaut abgebildete relative Position des wenigstens eines virtuellen Objekts zu dem wenigstens einen realen Objekt ermittelt. Daraufhin wird in Verfahrensschritt 440 geprüft, ob sich das zumindest eine virtuelle Objekt und das zumindest eine reale Objekt im Sichtbereich des Betrachters zumindest teilweise überlappen. Wird hierbei festgestellt, dass es zu keiner Überlappung kommt und somit alle Objekte vollständig für den Betrachter auf der Netzhaut dargestellt werden können, wird das Verfahren beendet oder alternativ von vorne gestartet. Wird jedoch festgestellt, dass es zu einer zumindest teilweisen Überlappung des realen und des virtuellen Objekts kommt, so wird in Verfahrensschritt 450 eine Aktivierungseinheit des optischen Systems mittels der Recheneinheit derart angesteuert, dass eine photochromatische Komponente einer Anzeigeeinheit des optischen Systems aus dem sichtbaren Wellenlängenbereich auf die Anzeigeeinheit auftreffendes Licht zumindest teilweise absorbiert. Daraufhin wird in einem Verfahrensschritt 460 eine Scanvorrichtung des optisches Systems zur Übertragung der virtuellen Objektinformationen auf eine erste optische Komponente der Anzeigeeinheit mittels der Recheneinheit angesteuert. In einem darauf folgenden Verfahrensschritt 470 wird das reale Objekt durch das virtuelle Objekt zumindest teilweise im Sichtbereich des Betrachters verdeckt. Daraufhin wird das Verfahren beendet.
Optional folgt die Ansteuerung der Scanvorrichtung in Verfahrensschritt 470 erst mit einer vorbestimmten Zeitverzögerung auf die Ansteuerung der Aktivierungseinheit in Verfahrensschritt 460.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2017/027139 A1 [0002]

Claims

Anzeigeeinheit (75), aufweisend - wenigstens eine erste optische Komponente (60), dazu ausgebildet, Licht eines ersten Wellenlängenbereichs (40a) auf eine Netzhaut (20) eines Betrachters derart zu leiten, dass wenigstens ein virtuelles Objekt (130) auf der Netzhaut (20) abgebildet wird, und - wenigstens eine zweite optische Komponente (70), dazu ausgebildet, Licht aus dem sichtbaren Wellenlängenbereich (25), insbesondere Umgebungslicht, auf die Netzhaut (20) des Betrachters derart durchzulassen, dass wenigstens ein reales Objekt (35, 140) aus einem Umfeld des Betrachters auf der Netzhaut (20) abgebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigeeinheit (75) wenigstens eine photochromatische Komponente (80) aufweist, die dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit einer relativen Position des wenigstens einen, auf der Netzhaut (20) abgebildeten virtuellen Objekts (130) zu dem wenigstens einen, auf der Netzhaut (20) abgebildeten realen Objekt (35, 140) das aus dem sichtbaren Wellenlängenbereich (25) auftreffende Licht zumindest teilweise zu absorbieren.
Anzeigeeinheit (75) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die photochromatische Komponente (80) dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit der relativen Position des wenigstens einen, auf der Netzhaut (20) abgebildeten virtuellen Objekts (130) zu dem wenigstens einen, auf der Netzhaut (20) abgebildeten realen Objekts (35, 140), das wenigstens eine auf der Netzhaut (20) abgebildete reale Objekt (35, 140) durch das virtuelle Objekt (130) zumindest teilweise zu überdecken.
Anzeigeeinheit (75) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die photochromatische Komponente (80) in Betrachtungsrichtung (5) vor oder hinter der ersten optischen Komponente (60) angeordnet ist.
Anzeigeeinheit (75) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite optische Komponente (70) als Brillenglas, und die photochromatische Komponente (80) als Schicht auf dem Brillenglas ausgebildet ist.
Anzeigeeinheit (75) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die photochromatische Schicht (80) thermisch aktivierbar ist.
Anzeigeeinheit (75) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die photochromatische Schicht (80) abhängig von einer vorbestimmten Wellenlänge des auf die photochromatische Schicht (80) auftreffenden Lichts (50) aktivierbar ist.
Anzeigeeinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die photochromatische Schicht (80) durch UV-Licht aktivierbar ist.
Optisches System (1), umfassend - eine Anzeigeeinheit (75) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei wenigstens eine zweite optische Komponente (70) der Anzeigeeinheit (75) dazu ausgebildet ist, Licht aus dem sichtbaren Wellenlängenbereich (25), insbesondere Umgebungslicht, auf die Netzhaut (20) des Betrachters derart durchzulassen, dass der Betrachter wenigstens ein reales Objekt (35, 140) aus einem Umfeld des Betrachters erkennt, und - eine Scannervorrichtung (90), insbesondere eine Laserscannervorrichtung, dazu ausgebildet, virtuelle Objektinformationen auf eine erste optische Komponente (60) der Anzeigeeinheit (75) zu übertragen, wobei die erste optische Komponente (60) dazu ausgebildet ist, die virtuellen Objektinfomationen auf eine Netzhaut (20) des Betrachters derart zu leiten, dass der Betrachter abhängig von den virtuellen Objektinformationen wenigstens ein virtuelles Objekt (130) erkennt, und - eine Umfelderfassungseinheit (90), dazu ausgebildet, das wenigstens eine reale Objekt (35, 140) aus dem Umfeld des Betrachters zusätzlich zu erfassen, und - eine Recheneinheit (110), dazu ausgebildet, in Abhängigkeit der virtuellen Objektinformationen wenigstens ein virtuelles Objekt (130) zu ermitteln und eine auf der Netzhaut (20) abgebildete, relative Position des virtuellen Objekts (130) zu dem realen Objekt (35, 140) zu ermitteln, und - eine Aktivierungseinheit (100), zur Aktivierung oder Deaktivierung einer photochromatischen Komponente (80) der Anzeigeeinheit (75), wobei die Recheneinheit (110) dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit der ermittelten, relativen Position des virtuellen Objekts (130) zu dem realen Objekt (35, 140) auf der Netzhaut (20), die Aktivierungseinheit (100) derart anzusteuern, dass die photochromatische Komponente (80) der Anzeigeeinheit (75) das aus dem sichtbaren Wellenlängenbereich (25) auftreffende Licht zumindest teilweise absorbiert.
Optisches System (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivierungseinheit (100) als Lasereinheit ausgebildet ist, wobei die Lasereinheit zur Aktivierung der photochromatischen Komponente (80) Licht von einer vorbestimmten Wellenlänge (50) auf die photochromatische Schicht (80) aussendet.
Optisches System (1) nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das optisches System (1) als Brille, insbesondere als smartglasses, ausgebildet ist.
Optisches System (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (110) dazu ausgebildet ist, die Aktivierungseinheit (100) zur Aktivierung oder Deaktivierung der photochromatischen Komponente (80) der Anzeigeeinheit (75) und folgend mit einer vorbestimmten Zeitverzögerung, die Scanvorrichtung (90) zur Übertragung der virtuellen Objektinformationen auf die erste optische Komponente (60) der Anzeigeeinheit (75) anzusteuern.
Verfahren zur zumindest teilweise Überlagerung wenigstens eines virtuellen (130) und eines realen Objekts (35, 140) auf einer Netzhaut (20) eines Betrachters mittels eines optischen System (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte aufweist, - Erfassen (400) wenigstens einen realen Objekts (35, 140) aus einem Umfeld des Betrachters mittels einer Umfelderfassungseinheit (90), - Erfassen (410) von virtuellen Objektinformationen mittels einer Recheneinheit (110), und - Ermitteln (420) wenigstens eines virtuellen Objekts (130) abhängig von den erfassten, virtuellen Objektinformationen mittels der Recheneinheit (110), und - Ermitteln (430) einer auf der Netzhaut (20) abgebildeten relativen Position des wenigstens eines virtuellen Objekts (130) zu dem wenigstens einen realen Objekt (35, 140), und - Ansteuern (440) einer Aktivierungseinheit (100) des optischen Systems (1) mittels der Recheneinheit (110) in Abhängigkeit der ermittelten, relativen Position des wenigstens einen virtuellen Objekts (130) zu dem wenigstens einen realen Objekt (35, 140) auf der Netzhaut (20) derart, dass eine photochromatische Komponente (80) einer Anzeigeeinheit (75) des optischen Systems (1) aus dem sichtbaren Wellenlängenbereich auf die Anzeigeeinheit (75) auftreffendes Licht (25), insbesondere Umgebungslicht, zumindest teilweise absorbiert, und - Ansteuern (460) einer Scanvorrichtung (90) des optisches Systems (1) zur Übertragung der virtuellen Objektinformationen auf eine erste optische Komponente (60) der Anzeigeeinheit (75) mittels der Recheneinheit (110), und - Zumindest teilweise Überlagerung (470) des virtuellen (130) und des realen Objekts (35, 140) auf der Netzhaut (20) des Betrachters.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass in einer vorbestimmten Zeitverzögerung auf die Ansteuerung (440) der Aktivierungseinheit (110) des optischen Systems (1) folgend die Scanvorrichtung (110) zur Übertragung der virtuellen Objektinformationen auf die erste optische Komponente (60) der Anzeigeeinheit (75) mittels der Recheneinheit (110) angesteuert (460) wird.