DE102019201766A1 - Projection device for data glasses, method for displaying image information by means of a projection device and control device - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Projektionsvorrichtung (1002) für eine Datenbrille (1000). Die Projektionsvorrichtung (1002) umfasst eine Bilderzeugungseinheit (1004) zum Erzeugen zumindest eines eine Bildinformation repräsentierenden ersten Lichtstrahls (1010) und/oder eines die Bildinformation repräsentierenden weiteren ersten Lichtstrahls (1011) und zumindest ein Umlenkelement (1008), das ausgebildet ist, um den ersten Lichtstrahl (1010) in Form eines eine erste Bildinformation repräsentierenden zweiten Lichtstrahls (1012) und/oder den weiteren ersten Lichtstrahl (1011) in Form eines eine zweite Bildinformation repräsentierenden dritten Lichtstrahls (1013) in einen ersten Sichtbereich (1014) und/oder in einen zweiten Sichtbereich (1018) eines Auges (405) umzulenken, wobei sich der zweite Lichtstrahl (1012) und der dritte Lichtstrahl (1013) hinsichtlich einer Strahldivergenz unterscheiden und wobei der zweite Sichtbereich (1018)und der erste Sichtbereich (1018) zumindest überlappen.The invention relates to a projection device (1002) for data glasses (1000). The projection device (1002) comprises an image generation unit (1004) for generating at least one first light beam (1010) representing image information and / or a further first light beam (1011) representing the image information and at least one deflecting element (1008) which is designed around the first light beam (1010) in the form of a second light beam (1012) representing a first image information and / or the further first light beam (1011) in the form of a third light beam (1013) representing a second image information into a first viewing area (1014) and / or in deflecting a second viewing area (1018) of an eye (405), the second light beam (1012) and the third light beam (1013) differing in terms of beam divergence and wherein the second viewing area (1018) and the first viewing area (1018) at least overlap.
Description
Stand der TechnikState of the art
Der Ansatz geht aus von einer Vorrichtung oder einem Verfahren nach Gattung der unabhängigen Ansprüche. Gegenstand des vorliegenden Ansatzes ist auch ein Computerprogramm.The approach is based on a device or a method according to the preamble of the independent claims. The subject of the present approach is also a computer program.
Es sind Datenbrillen zum Einblenden von Informationen in ein Sichtfeld eines Nutzers bekannt.There are known data glasses for displaying information in a field of vision of a user.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz eine Projektionsvorrichtung für eine Datenbrille, ein Verfahren zum Darstellen von Bildinformationen mittels einer Projektionsvorrichtung, weiterhin ein Steuergerät, das dieses Verfahren verwendet, sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogramm gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.Against this background, with the approach presented here, a projection device for data glasses, a method for displaying image information by means of a projection device, furthermore a control device using this method and finally a corresponding computer program according to the main claims are presented. The measures listed in the dependent claims make advantageous developments and improvements of the device specified in the independent claim possible.
Die mit dem vorgestellten Ansatz erreichbaren Vorteile bestehen darin, dass ein ressourcensparender, einfacher Systemaufbau einer Projektionsvorrichtung für eine Datenbrille mit nur sehr wenigen Komponenten ermöglicht ist. So sind beispielsweise eine deutlich vereinfachte holografische Funktion, ein geringerer Aufwand in der Bilddatenverarbeitung sowie stark reduzierte Toleranzanforderungen ermöglicht.The advantages that can be achieved with the approach presented are that a resource-saving, simple system structure of a projection device for data glasses with only very few components is made possible. For example, a significantly simplified holographic function, less effort in image data processing and greatly reduced tolerance requirements are made possible.
Es wird eine Projektionsvorrichtung für eine Datenbrille vorgestellt, wobei die Projektionsvorrichtung folgende Merkmale aufweist:
- eine Bilderzeugungseinheit zum Erzeugen zumindest eines eine Bildinformation repräsentierenden ersten Lichtstrahls und zusätzlich oder alternativ eines die Bildinformation repräsentierenden weiteren ersten Lichtstrahls; und
- zumindest ein Umlenkelement, das ausgebildet ist, um den ersten Lichtstrahl in Form eines eine erste Bildinformation repräsentierenden zweiten Lichtstrahls und zusätzlich oder alternativ den weiteren ersten Lichtstrahl in Form eines eine zweite Bildinformation repräsentierenden dritten Lichtstrahls in einen ersten Sichtbereich und zusätzlich oder alternativ in einen zweiten Sichtbereich eines Auges umzulenken, wobei sich der zweite Lichtstrahl und der dritte Lichtstrahl hinsichtlich einer Strahldivergenz unterscheiden und wobei der zweite Sichtbereich und der erste Sichtbereich zumindest überlappen.
- an image generation unit for generating at least one first light beam representing image information and additionally or alternatively a further first light beam representing the image information; and
- At least one deflection element which is designed to divert the first light beam in the form of a second light beam representing first image information and additionally or alternatively the further first light beam in the form of a third light beam representing second image information into a first viewing area and additionally or alternatively into a second viewing area of an eye, wherein the second light beam and the third light beam differ in terms of beam divergence and wherein the second viewing area and the first viewing area at least overlap.
Die unterschiedlichen Strahldivergenzen des zweiten Lichtstrahls und des dritten Lichtstrahls ermöglichen vorteilhafterweise unterschiedlich wahrnehmbare Bildschärfen der Bildinformation für das Auge. Beispielsweise kann der zweite Lichtstrahl eine Strahldivergenz zur Wahrnehmung einer höheren Bildschärfe aufweisen, als der dritte Lichtstrahl. Im Folgenden wird die von dem zweiten Lichtstrahl übermittelte Bildinformation als erste Bildinformation bezeichnet und die von dem dritten Lichtstrahl übermittelte Bildinformation als zweite Bildinformation bezeichnet. Die erste Bildinformation und die zweite Bildinformation können sich lediglich hinsichtlich einer wahrnehmbaren Bildschärfe voneinander unterscheiden. Die unterschiedlichen Strahldivergenzen können durch unterschiedliche Umlenkabschnitte mit unterschiedlichen Umlenkeffizienzen des Umlenkelements erzeugt werden. So kann die Umlenkeffizienz zur Erzeugung des dritten Lichtstrahls für die unscharfe Projektion niedriger sein, als die Umlenkeffizienz zur Erzeugung des zweiten Lichtstrahls für die scharfe Projektion.The different beam divergences of the second light beam and the third light beam advantageously enable differently perceptible image sharpness of the image information for the eye. For example, the second light beam can have a beam divergence for the perception of a higher image sharpness than the third light beam. In the following, the image information transmitted by the second light beam is referred to as first image information and the image information transmitted by the third light beam is referred to as second image information. The first image information and the second image information can differ from one another only with regard to a perceptible image sharpness. The different beam divergences can be generated by different deflection sections with different deflection efficiencies of the deflection element. Thus, the deflection efficiency for generating the third light beam for the unsharp projection can be lower than the deflection efficiency for generating the second light beam for the sharp projection.
Anders ausgedrückt ist das Umlenkelement ausgebildet, um die erste Bildinformation unter Verwendung des zweiten Lichtstrahls innerhalb des ersten Sichtbereichs und des zweiten Sichtbereichs des Auges darzustellen und die zweite Bildinformation unter Verwendung des dritten Lichtstrahls innerhalb des ersten Sichtbereichs und des zweiten Sichtbereichs des Auges darzustellen, wobei das in den ersten Sichtbereich des Auges abgelenkte Licht und das in den zweiten Sichtbereich des Auges abgelenkte Licht sich hinsichtlich ihrer Strahldivergenz und damit hinsichtlich der wahrnehmbaren Bildschärfe unterscheiden und wobei der zweite Sichtbereich und der erste Sichtbereich zumindest überlappen.In other words, the deflecting element is designed to display the first image information using the second light beam within the first visual range and the second visual range of the eye and to display the second image information using the third light beam within the first visual range and the second visual range of the eye, the The light deflected into the first visual area of the eye and the light deflected into the second visual area of the eye differ in terms of their beam divergence and thus in terms of the perceptible image sharpness, and the second visual area and the first visual area at least overlap.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Bilderzeugungseinheit ausgeprägt sein, um den ersten Lichtstrahl und den weiteren ersten Lichtstrahl zu erzeugen, wobei sich der erste Lichtstrahl und der weitere erste Lichtstrahl hinsichtlich einer Wellenlänge voneinander unterscheiden können.According to one embodiment, the image generation unit can be designed to generate the first light beam and the further first light beam, wherein the first light beam and the further first light beam can differ from one another with regard to a wavelength.
Gemäß dieser Ausführungsform umfasst die Projektionsvorrichtung zumindest ein Umlenkelement, das ausgebildet ist, um den ersten Lichtstrahl in Form des zweiten Lichtstrahls und den weiteren ersten Lichtstrahl in Form des dritten Lichtstrahls in den ersten Sichtbereich und auch in den zweiten Sichtbereich des Auges umzulenken, wobei sich der zweite Lichtstrahl und der dritte Lichtstrahl hinsichtlich einer Strahldivergenz unterscheiden und wobei der zweite Sichtbereich und der erste Sichtbereich zumindest überlappen.According to this embodiment, the projection device comprises at least one deflection element which is designed to deflect the first light beam in the form of the second light beam and the further first light beam in the form of the third light beam into the first field of view and also into the second field of view of the eye, the differentiate the second light beam and the third light beam with regard to beam divergence and wherein the second field of view and the first field of view at least overlap.
Die Aufgabe der verschiedenen Wellenlängen ist es hier, für das Umlenkelement unterscheidbar zu sein. Sinn und Zweck ist es, dass das Umlenkelement die beiden ersten Lichtstrahlen (beide können nicht divergent sein) unterscheiden kann und dann den einen in den zweiten Lichtstrahl umlenkt und den anderen in den dritten Lichtstrahl umlenkt, wobei sich der zweite und der dritte Lichtstrahl dann in ihrer Divergenz unterscheiden.The task of the different wavelengths is here to be distinguishable for the deflecting element. The whole point is that that Deflection element can distinguish the two first light beams (both can not be divergent) and then deflects one into the second light beam and deflects the other into the third light beam, the second and third light beams then differing in their divergence.
Unter einer Datenbrille kann eine Brille zum Darstellen visueller Informationen in einem Sichtfeld eines Trägers der Datenbrille verstanden werden. Unter einer visuellen Information kann beispielsweise ein Bildpunkt oder ein Bildinhalt verstanden werden. Je nach Ausführungsform kann die erste oder die zweite Bildinformation ein monochromes oder farbiges Bild repräsentieren. Die beiden Bildinformationen können beispielsweise ein und denselben Bildinhalt in unterschiedlichen virtuellen Bildentfernungen und damit unterschiedlich wahrgenommen Bildschärfen repräsentieren. So kann es sich etwa bei der ersten Bildinformation um ein als scharf wahrgenommenes Bild und bei der zweiten Bildinformation um ein als unscharf wahrgenommenes Bild handeln. Bei den Lichtstrahlen kann es sich beispielsweise jeweils um einen Laserstrahl (monochrome Bilddarstellung) oder um jeweils mehrere näherungsweise überlagerte Laserstrahlen (mehrfarbige Bilddarstellung) handeln. Unter der Bildschärfe ist keine physikalische Eigenschaft des Lichtstrahls, sondern eine Folge des Abstands zwischen dem Auge des Betrachters und der Entfernung des virtuellen Bildes zu verstehen. Hierbei stellt etwa der zweite Lichtstrahl ein virtuelles Bild in großer Entfernung dar, während der dritte Lichtstrahl ein Bild auf der Ebene eines Brillenglases darstellen kann. Dieses zweite Bild kann aufgrund der kurzen Distanz zum Auge nicht scharf abgebildet werden.Data glasses can be understood to mean glasses for displaying visual information in a field of view of a wearer of the data glasses. Visual information can be understood to mean, for example, an image point or image content. Depending on the embodiment, the first or the second image information can represent a monochrome or color image. The two pieces of image information can represent, for example, one and the same image content at different virtual image distances and thus image sharpnesses perceived differently. For example, the first image information can be an image that is perceived as being sharp and the second image information can be an image that is perceived as being blurred. The light beams can each be, for example, a laser beam (monochrome image display) or a plurality of approximately superimposed laser beams (multicolored image display). The image sharpness is not to be understood as a physical property of the light beam, but rather a consequence of the distance between the viewer's eye and the distance of the virtual image. Here, for example, the second light beam represents a virtual image at a great distance, while the third light beam can represent an image on the plane of a spectacle lens. This second image cannot be shown in focus due to the short distance to the eye.
Unter einem Umlenkelement kann ein Element zum Umlenken des ersten Lichtstrahls und zusätzlich oder alternativ weiteren ersten Lichtstrahls verstanden werden. Insbesondere kann es sich bei dem Umlenkelement um ein Hologramm, ein holografisch optisches Element oder einen ggf. teildurchlässigen Spiegel handeln. Denkbar sind beispielsweise auch andere Wirkprinzipien. So kann das Umlenkelement etwa auch als optisches Phasenarray, elektro- oder magnetooptischer Umlenker oder als Arrays solcher Umlenker realisiert sein. Das Umlenkelement kann beispielsweise in ein Brillenglas der Datenbrille integriert sein. Je nach Ausführungsform kann das Umlenkelement zumindest einen ersten Umlenkabschnitt zum Umlenken des ersten Lichtstrahls in Form des zweiten Lichtstrahls in den ersten Sichtbereich und einen zweiten Umlenkabschnitt zum Umlenken des weiteren ersten Lichtstrahls in Form des dritten Lichtstrahls in den zweiten Sichtbereich umfassen. Bei den Umlenkabschnitten kann es sich beispielsweise um Hologramm- oder Spiegelschichten handeln. Unter einem Sichtbereich kann ein beim Tragen der Datenbrille von einem Auge des Trägers wahrnehmbarer Bereich verstanden werden. Der erste und der zweite Sichtbereich können sich zumindest überlappen oder deckungsgleich angeordnet sein. Insbesondere kann es sich etwa bei dem ersten Sichtbereich um einen zentralen Sichtbereich des Auges und bei dem zweiten Sichtbereich um einen peripheren Sichtbereich des Auges handeln.A deflecting element can be understood to mean an element for deflecting the first light beam and additionally or alternatively a further first light beam. In particular, the deflecting element can be a hologram, a holographic optical element or an optionally partially transparent mirror. Other operating principles are also conceivable, for example. For example, the deflecting element can also be implemented as an optical phase array, electro- or magneto-optical deflector or as an array of such deflectors. The deflecting element can be integrated into a spectacle lens of the data glasses, for example. Depending on the embodiment, the deflecting element can comprise at least a first deflecting section for deflecting the first light beam in the form of the second light beam into the first viewing area and a second deflecting section for deflecting the further first light beam in the form of the third light beam into the second viewing area. The deflecting sections can be, for example, hologram or mirror layers. A viewing area can be understood to mean an area that can be perceived by one eye of the wearer when the data glasses are worn. The first and the second viewing area can at least overlap or be arranged congruently. In particular, the first viewing area can be a central viewing area of the eye and the second viewing area can be a peripheral viewing area of the eye.
Jeder Lichtstrahl kann den gesamten Sichtbereich abdecken. Hierbei können sowohl die unscharf wahrgenommene Bildinformation des dritten Lichtstrahls als auch die als scharf wahrgenommene Bildinformation des zweiten Lichtstrahls abhängig von der Blickrichtung des Nutzers selektiv abschaltbar oder dimmbar sein, zum Beispiel zum Energiesparen.Each light beam can cover the entire field of vision. Both the image information of the third light beam that is perceived as blurred and the image information of the second light beam that is perceived as being sharp can be selectively switched off or dimmed depending on the viewing direction of the user, for example to save energy.
Bei dem ersten Lichtstrahl kann es sich beispielsweise auch um ein Strahlenbündel aus einer Mehrzahl erster Lichtstrahlen handeln. Ebenso kann es sich bei dem weiteren ersten Lichtstrahl um ein Strahlenbündel aus einer Mehrzahl weiterer erster Lichtstrahlen handeln. Ebenso kann es sich bei dem zweiten Lichtstrahl um ein Strahlenbündel aus einer Mehrzahl zweiter Lichtstrahlen handeln. Ebenso kann es sich bei dem dritten Lichtstrahl um ein Strahlenbündel aus einer Mehrzahl dritter Lichtstrahlen handeln.The first light beam can also be, for example, a beam composed of a plurality of first light beams. The further first light beam can also be a beam composed of a plurality of further first light beams. The second light beam can also be a beam composed of a plurality of second light beams. The third light beam can also be a beam composed of a plurality of third light beams.
Der hier vorgestellte Ansatz beruht auf der Erkenntnis, dass eine Datenbrille mithilfe eines geeigneten Umlenkelements, insbesondere beispielsweise eines holografischen optischen Elements, unterschiedlich scharfe Bilder in mehrere zumindest überlappende oder deckungsgleich angeordnete Sichtbereiche eines Auges eines Betrachters projizieren kann. Beispielsweise kann hierbei durch Ausnutzung der Physiologie des menschlichen Auges erreicht werden, dass scharfe Bildinhalte und auch unscharfe Bildinhalte gleichzeitig, beispielsweise übereinandergelagert, dargestellt werden können.The approach presented here is based on the knowledge that data glasses can use a suitable deflection element, in particular for example a holographic optical element, to project images of different sharpness into several at least overlapping or congruently arranged viewing areas of a viewer's eye. For example, by utilizing the physiology of the human eye, it can be achieved that sharp image content and also fuzzy image content can be displayed at the same time, for example superimposed.
Dies ermöglicht einen ressourcensparenden Systemaufbau mit einer möglichst geringen Anzahl an Komponenten. So kann beispielsweise eine Anzahl erforderlicher Lichtquellen bei monochromer Bilddarstellung auf ein bis zwei Lichtquellen und bei vollfarbiger Bilddarstellung (RGB) auf drei bis sechs Lichtquellen reduziert werden. Bei zwei Grundfarben und den daraus resultierenden Mischfarben können beispielsweise auch zwei bis vier Lichtquellen ausreichend sein. Somit kann auch eine Anzahl erforderlicher Reflexionsschichten wie etwa Hologrammschichten in entsprechender Weise reduziert werden. Zugleich ermöglicht der hier vorgestellte Ansatz die Realisierung einer Datenbrille mit großem Sichtfeld, auch „field of view“ genannt, und großer effektiver Eyebox. Somit kann die Funktionalität der Datenbrille verbessert werden.This enables a resource-saving system structure with the smallest possible number of components. For example, a number of required light sources can be reduced to one or two light sources in the case of monochrome image display and to three to six light sources in the case of full-color image display (RGB). With two basic colors and the resulting mixed colors, for example two to four light sources can also be sufficient. Thus, a number of required reflection layers, such as hologram layers, can be reduced in a corresponding manner. At the same time, the approach presented here enables the implementation of data glasses with a large field of view, also known as the "field of view", and a large, effective eyebox. The functionality of the smart glasses can thus be improved.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Umlenkelement ausgebildet sein, um aus dem ersten Lichtstrahl den zweiten Lichtstrahl durch Umlenken derart zu erzeugen, dass die erste Bildinformation eine höhere wahrgenommene Bildschärfe als die zweite Bildinformation aufweist. Das Umlenkelement kann ausgebildet sein, um die erste Bildinformation innerhalb eines zentralen Sichtbereichs des Auges als des ersten Sichtbereichs und, zusätzlich oder alternativ, die zweite Bildinformation innerhalb eines peripheren Sichtbereichs des Auges als des zweiten Sichtbereichs darzustellen. Zusätzlich kann das Umlenkelement ausgebildet sein, um die erste Bildinformation innerhalb des peripheren Sichtbereichs des Auges als des zweiten Sichtbereichs und, zusätzlich oder alternativ, die zweite Bildinformation innerhalb des zentralen Sichtbereichs des Auges als des ersten Sichtbereichs darzustellen. Hierbei kann die erste Bildinformation ein Bild mit einer höheren Bildschärfe aufweisen. Die unterschiedliche Bildschärfe kann insbesondere durch die virtuelle Bildentfernung zustande kommen. So kann mit einer entsprechend starken Kontaktlinse für extreme Weitsichtigkeit auch die zweite Bildinformation scharf wahrnehmbar sein. Unter einem zentralen Sichtbereich kann ein Bereich verstanden werden, in dem das Auge Bilder mit hoher Sehschärfe, d. h. foveal, wahrnimmt. Unter einem peripheren Sichtbereich kann ein Bereich verstanden werden, in dem das Auge Bilder mit reduzierter Sehschärfe, d. h. peripher, wahrnimmt. Beispielsweise kann der zentrale Sichtbereich zumindest teilweise von dem peripheren Sichtbereich umgeben sein. Dadurch wird ermöglicht, dass Bildinformationen mit hoher Bildschärfe in allen von dem Auge wahrnehmbaren Bereichen dargestellt werden, also in jenen, in denen das Auge tatsächlich scharf sehen kann und auch in jenen, in denen es unscharf sehen kann. Dadurch kann die Effizienz der Projektionsvorrichtung erhöht werden. Somit können die Herstellungskosten der Projektionsvorrichtung reduziert werden. According to one embodiment, the deflection element can be designed to generate the second light beam from the first light beam by deflecting it in such a way that the first image information has a higher perceived image sharpness than the second image information. The deflecting element can be designed to display the first image information within a central visual area of the eye as the first visual area and, additionally or alternatively, to display the second image information within a peripheral visual area of the eye as the second visual area. In addition, the deflecting element can be designed to display the first image information within the peripheral visual area of the eye as the second visual area and, additionally or alternatively, the second image information within the central visual area of the eye as the first visual area. Here, the first image information can have an image with a higher image sharpness. The different image sharpness can arise in particular through the virtual image distance. With a correspondingly strong contact lens for extreme farsightedness, the second image information can also be sharply perceptible. A central viewing area can be understood as an area in which the eye perceives images with high visual acuity, ie foveally. A peripheral viewing area can be understood to mean an area in which the eye perceives images with reduced visual acuity, ie peripherally. For example, the central viewing area can be at least partially surrounded by the peripheral viewing area. This enables image information to be displayed with high image sharpness in all areas that can be perceived by the eye, that is to say in those in which the eye can actually see clearly and also in those in which it can see blurred. This can increase the efficiency of the projection device. Thus, the manufacturing cost of the projection apparatus can be reduced.
Das Umlenkelement kann ausgebildet sein, um die erste Bildinformation innerhalb des ersten Sichtbereichs und zusätzlich oder alternativ innerhalb des zweiten Sichtbereichs und zusätzlich oder alternativ die zweite Bildinformation innerhalb des zweiten Sichtbereichs und zusätzlich oder alternativ innerhalb des ersten Sichtbereichs umzulenken oder darzustellen, wobei der zweite Sichtbereich und der erste Sichtbereich deckungsgleich angeordnet sein können. Dies ermöglicht eine gleichzeitige Darstellung eines scharfen Bildinhalts und auch unscharfen Bildinhalts in beispielsweise einem gesamten Sichtfeld des Auges. Ein aufwendiges Nachführen von bestimmten Bildinhalten für bestimmte Sichtbereiche des Auges kann somit vorteilhafterweise entfallen.The deflecting element can be designed to deflect or display the first image information within the first viewing area and additionally or alternatively within the second viewing area and additionally or alternatively the second image information within the second viewing area and additionally or alternatively within the first viewing area, the second viewing area and the first viewing area can be arranged congruently. This enables a simultaneous display of a sharp image content and also a fuzzy image content in, for example, an entire field of view of the eye. Expensive tracking of specific image contents for specific visual areas of the eye can thus advantageously be dispensed with.
Das Umlenkelement kann ausgebildet sein, um den ersten Lichtstrahl in Form des die erste Bildinformation repräsentierenden zweiten Lichtstrahls und zusätzlich oder alternativ zumindest den weiteren ersten Lichtstrahl in Form des die zweite Bildinformation repräsentierenden dritten Lichtstrahls an einen hinter einer Pupille des Auges angeordneten Punkt umzulenken.The deflecting element can be designed to deflect the first light beam in the form of the second light beam representing the first image information and additionally or alternatively at least the further first light beam in the form of the third light beam representing the second image information to a point located behind a pupil of the eye.
Es ist weiterhin von Vorteil, wenn das Umlenkelement ausgebildet ist, um zumindest einen von der Bilderzeugungseinrichtung erzeugten zusätzlichen ersten Lichtstrahl in Form eines die erste Bildinformation repräsentierenden weiteren zweiten Lichtstrahls an den Punkt umzulenken. Dies ermöglicht ein insgesamt größeres Sichtfeld gegenüber einer Umlenkung des ersten Lichtstrahls und zusätzlich oder alternativ des weiteren ersten Lichtstrahls beispielsweise auf einen in oder auf der Pupille angeordneten Punkt. Es können unter Verwendung des Umlenkelements auch alle zweiten Lichtstrahlen auf den Punkt hinter der Pupille umgelenkt werden.It is also advantageous if the deflecting element is designed to deflect at least one additional first light beam generated by the image generation device in the form of a further second light beam representing the first image information to the point. This enables an overall larger field of view compared to a deflection of the first light beam and additionally or alternatively of the further first light beam, for example to a point arranged in or on the pupil. Using the deflecting element, all second light beams can also be deflected onto the point behind the pupil.
Das Umlenkelement kann beispielsweise dazu ausgebildet sein, um den ersten Lichtstrahl in Form des zweiten Lichtstrahls und zusätzlich oder alternativ den weiteren ersten Lichtstrahl in Form des die zweite Bildinformation repräsentierenden dritten Lichtstrahls und zusätzlich oder alternativ den zusätzlichen ersten Lichtstrahl in Form des weiteren zweiten Lichtstrahls an den Punkt umzulenken, der einen Drehpunkt des Auges repräsentiert. Somit ist eine besonders große Winkelweite für ein besonders großes Sichtfeld des Auges ermöglicht. Der erste Bildinhalt ist somit vorteilhafterweise auch bei größeren Drehbewegungen des Auges, beispielsweise innerhalb eines Winkelbereichs von 60°, noch sichtbar.The deflecting element can for example be designed to send the first light beam in the form of the second light beam and additionally or alternatively the further first light beam in the form of the third light beam representing the second image information and additionally or alternatively the additional first light beam in the form of the further second light beam Redirect point that represents a pivot point of the eye. This enables a particularly large angular width for a particularly large field of view of the eye. The first image content is thus advantageously still visible even in the case of larger rotational movements of the eye, for example within an angular range of 60 °.
Von Vorteil ist auch, wenn das Umlenkelement zumindest eine Hologrammschicht zum Umlenken des ersten Lichtstrahls umfasst, insbesondere wobei das Umlenkelement zumindest eine weitere Hologrammschicht zum Umlenken des die Bildinformation repräsentierenden weiteren ersten Lichtstrahls umfassen kann, wobei die weitere Hologrammschicht in einer anderen Lage als die Hologrammschicht angeordnet sein kann. Unter einer Hologrammschicht kann ein als Schicht realisiertes holografisches optisches Element verstanden werden. Als eine andere Lage kann eine andere Ebene verstanden werden, beispielsweise können die Hologrammschicht und die weitere Hologrammschicht hintereinander angeordnet sein, beispielsweise bündig, überlappend oder versetzt. Durch diese Ausführungsform kann das Umlenkelement einfach und kostengünstig realisiert werden. Hierbei können durch Hologrammschichten in verschiedenen Ebenen besonders viele Umlenkoptionen für Lichtstrahlen abgedeckt werden.It is also advantageous if the deflecting element comprises at least one hologram layer for deflecting the first light beam, in particular wherein the deflecting element can comprise at least one further hologram layer for deflecting the further first light beam representing the image information, the further hologram layer being arranged in a different position than the hologram layer can be. A hologram layer can be understood as a holographic optical element implemented as a layer. Another layer can be understood as another layer, for example the hologram layer and the further hologram layer can be arranged one behind the other, for example flush, overlapping or offset. With this embodiment, the deflecting element can be implemented simply and inexpensively. A particularly large number of deflection options for light rays can be covered by hologram layers in different planes.
Die Projektionsvorrichtung kann gemäß einer weiteren Ausführungsform ein Brillenglas aufweisen. Hierbei kann das Umlenkelement als Teil des Brillenglases realisiert sein, insbesondere kann das Umlenkelement in das Brillenglas eingegossen und zusätzlich oder alternativ einlaminiert und zusätzlich oder alternativ auf das Brillenglas aufgebracht und zusätzlich oder alternativ einbelichtet sein. Unter einem Brillenglas kann beispielsweise eine Scheibe oder eine Linse aus Glas oder Kunststoff verstanden werden. Je nach Ausführungsform kann das Brillenglas ausgeformt sein, um Brechungsfehler des Auges zu korrigieren. Diese Ausführungsform ermöglicht eine besonders einfache, unauffällige und kostengünstige Integration des Umlenkelements.According to a further embodiment, the projection device can have a spectacle lens. Here, the deflecting element can be part of the Spectacle lenses can be realized, in particular the deflecting element can be cast into the spectacle lens and additionally or alternatively laminated and additionally or alternatively applied to the spectacle lens and additionally or alternatively exposed. A spectacle lens can be understood to mean, for example, a pane or a lens made of glass or plastic. Depending on the embodiment, the spectacle lens can be shaped in order to correct refractive errors of the eye. This embodiment enables a particularly simple, inconspicuous and inexpensive integration of the deflecting element.
Hierbei kann sich das Umlenkelement über zumindest einen Hauptanteil einer Oberfläche des Brillenglases erstrecken. Dadurch wird eine möglichst großflächige Abdeckung eines Sichtfelds des Auges durch das Umlenkelement ermöglicht.Here, the deflecting element can extend over at least a major portion of a surface of the spectacle lens. This enables a field of vision of the eye to be covered over the largest possible area by the deflecting element.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Projektionsvorrichtung eine Augenpositionsermittlungseinheit zum Ermitteln einer Augenposition des Auges aufweisen. Die Bilderzeugungseinheit kann ausgebildet sein, um den ersten Lichtstrahl und/oder den weiteren ersten Lichtstrahl in Abhängigkeit von der Augenposition zu erzeugen und zusätzlich oder alternativ kann das Umlenkelement ausgebildet sein, um den zweiten Lichtstrahl und zusätzlich oder alternativ den dritten Lichtstrahl in Abhängigkeit von der Augenposition umzulenken. Die Augenpositionsermittlungseinheit kann beispielsweise eine Kamera zum Erfassen der Augenposition umfassen. Durch diese Ausführungsform kann eine augenpositionsabhängige und somit energiesparende Darstellung der ersten oder zweiten Bildinformation erreicht werden. Beispielsweise kann die erste Bildinformation in Abhängigkeit von der Augenposition unter Verwendung des zweiten Lichtstrahls in dem ersten Sichtbereich intensiver dargestellt werden, und zusätzlich oder alternativ die zweite Bildinformation in Abhängigkeit von der Augenposition unter Verwendung des dritten Lichtstrahls in dem ersten Sichtbereich weniger intensiv oder gar nicht dargestellt werden. Somit ist eine intensivere Wahrnehmung einer scharfen Bildinformation in dem zentralen Sichtbereich des Auges ermöglicht.According to a further embodiment, the projection device can have an eye position determination unit for determining an eye position of the eye. The image generation unit can be designed to generate the first light beam and / or the further first light beam as a function of the eye position and additionally or alternatively the deflecting element can be designed to generate the second light beam and additionally or alternatively the third light beam as a function of the eye position redirect. The eye position determination unit can comprise, for example, a camera for detecting the eye position. With this embodiment, an eye position-dependent and therefore energy-saving display of the first or second image information can be achieved. For example, the first image information can be displayed more intensely as a function of the eye position using the second light beam in the first viewing area, and additionally or alternatively the second image information as a function of the eye position using the third light beam in the first viewing area can be displayed less intensively or not at all become. This enables more intensive perception of sharp image information in the central field of vision of the eye.
Die Augenpositionsermittlungseinheit kann zusätzlich oder alternativ dazu ausgebildet sein, um die Augenposition unter Verwendung eines Infrarotlichts zu ermitteln.The eye position determination unit can additionally or alternatively be designed to determine the eye position using infrared light.
Des Weiteren kann die Bilderzeugungseinheit ausgebildet sein, um den ersten Lichtstrahl und, zusätzlich oder alternativ, den weiteren ersten Lichtstrahl derart zu erzeugen, dass die erste Bildinformation und, zusätzlich oder alternativ, die zweite Bildinformation ein zumindest zweifarbiges, insbesondere mehrfarbiges, Bild repräsentiert. Dadurch kann die Darstellungsqualität der Projektionsvorrichtung verbessert werden.Furthermore, the image generation unit can be designed to generate the first light beam and, additionally or alternatively, the further first light beam in such a way that the first image information and, additionally or alternatively, the second image information represent an at least two-colored, in particular multicolored, image. This can improve the display quality of the projection device.
Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner ein Verfahren zum Darstellen von Bildinformationen mittels einer Projektionsvorrichtung gemäß einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
- Erzeugen zumindest des ersten Lichtstrahls und zusätzlich oder alternativ des weiteren ersten Lichtstrahls; und
- Umlenken des ersten Lichtstrahls in Form des die erste Bildinformation repräsentierenden zweiten Lichtstrahls und zusätzlich oder alternativ des weiteren ersten Lichtstrahls in Form des die zweite Bildinformation repräsentierenden dritten Lichtstrahls in den ersten Sichtbereich und zusätzlich oder alternativ den zweiten Sichtbereich des Auges, wobei der erste Lichtstrahl und zusätzlich oder alternativ der weitere erste Lichtstrahl derart umgelenkt wird, dass sich der zweite Lichtstrahl und der dritte Lichtstrahl hinsichtlich einer Strahldivergenz unterscheiden und wobei der zweite Sichtbereich und der erste Sichtbereich zumindest überlappen.
- Generating at least the first light beam and additionally or alternatively the further first light beam; and
- Deflecting the first light beam in the form of the second light beam representing the first image information and additionally or alternatively the further first light beam in the form of the third light beam representing the second image information into the first viewing area and additionally or alternatively the second viewing area of the eye, the first light beam and additionally or alternatively the further first light beam is deflected in such a way that the second light beam and the third light beam differ in terms of beam divergence and wherein the second field of view and the first field of view at least overlap.
Im Schritt des Umlenkens kann der zweite Lichtstrahl derart umgelenkt werden, um die erste Bildinformation innerhalb des ersten Sichtbereichs und des zweiten Sichtbereichs darzustellen, und zusätzlich oder alternativ der dritte Lichtstrahl derart umgelenkt werden, um die zweite Bildinformation innerhalb des zweiten Sichtbereichs und des ersten Sichtbereichs darzustellen.In the deflecting step, the second light beam can be deflected in such a way as to display the first image information within the first viewing area and the second viewing area, and additionally or alternatively the third light beam can be deflected in such a way as to display the second image information within the second viewing area and the first viewing area .
Vor dem Schritt des Umlenkens kann das Verfahren einen Schritt des Ablenkens aufweisen, in dem zumindest der erste Lichtstrahl und zusätzlich oder alternativ der weitere erste Lichtstrahl abgelenkt wird. So kann der beispielsweise von einer fest installierten Lichterzeugungseinheit erzeugte erste Lichtstrahl und zusätzlich oder alternativ weitere erste Lichtstrahl im Schritt des Ablenkens von einem beispielsweise beweglichen Mikrospiegel auf ein Umlenkelement abgelenkt werden, bevor er/sie dann von dem beispielsweise unbeweglichen Umlenkelement in die Sichtfelder umgelenkt wird/werden.Before the deflecting step, the method can have a deflecting step in which at least the first light beam and additionally or alternatively the further first light beam are deflected. For example, the first light beam generated by a permanently installed light generating unit and additionally or alternatively further first light beam can be deflected in the step of deflection from a, for example, movable micromirror onto a deflection element, before it is then deflected into the fields of view by the, for example, immovable deflection element / become.
Dieses Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware, beispielsweise in einem Steuergerät, implementiert sein.This method can be implemented, for example, in software or hardware or in a mixed form of software and hardware, for example in a control device.
Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner ein Steuergerät, das ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form eines Steuergeräts kann die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.The approach presented here also creates a control device which is designed to carry out, control or implement the steps of a variant of a method presented here in corresponding devices. Also by this embodiment of the invention in the form of a Control device, the task underlying the invention can be solved quickly and efficiently.
Hierzu kann das Steuergerät zumindest eine Recheneinheit zum Verarbeiten von Signalen oder Daten, zumindest eine Speichereinheit zum Speichern von Signalen oder Daten, zumindest eine Schnittstelle zu einem Sensor oder einem Aktor zum Einlesen von Sensorsignalen von dem Sensor oder zum Ausgeben von Steuersignalen an den Aktor und/oder zumindest eine Kommunikationsschnittstelle zum Einlesen oder Ausgeben von Daten aufweisen, die in ein Kommunikationsprotokoll eingebettet sind. Die Recheneinheit kann beispielsweise ein Signalprozessor, ein Mikrocontroller oder dergleichen sein, wobei die Speichereinheit ein Flash-Speicher, ein EPROM oder eine magnetische Speichereinheit sein kann. Die Kommunikationsschnittstelle kann ausgebildet sein, um Daten drahtlos und/oder leitungsgebunden einzulesen oder auszugeben, wobei eine Kommunikationsschnittstelle, die leitungsgebundene Daten einlesen oder ausgeben kann, diese Daten beispielsweise elektrisch oder optisch aus einer entsprechenden Datenübertragungsleitung einlesen oder in eine entsprechende Datenübertragungsleitung ausgeben kann.For this purpose, the control device can have at least one processing unit for processing signals or data, at least one memory unit for storing signals or data, at least one interface to a sensor or an actuator for reading in sensor signals from the sensor or for outputting control signals to the actuator and / or have at least one communication interface for reading in or outputting data that is embedded in a communication protocol. The computing unit can be, for example, a signal processor, a microcontroller or the like, wherein the memory unit can be a flash memory, an EPROM or a magnetic storage unit. The communication interface can be designed to read in or output data wirelessly and / or wired, a communication interface that can read in or output wired data, for example, can read this data electrically or optically from a corresponding data transmission line or output it into a corresponding data transmission line.
Unter einem Steuergerät kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Das Steuergerät kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen des Steuergeräts beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.In the present case, a control device can be understood to mean an electrical device that processes sensor signals and outputs control and / or data signals as a function thereof. The control device can have an interface which can be designed in terms of hardware and / or software. In the case of a hardware design, the interfaces can, for example, be part of a so-called system ASIC, which contains a wide variety of functions of the control device. However, it is also possible that the interfaces are separate, integrated circuits or at least partially consist of discrete components. In the case of a software design, the interfaces can be software modules that are present, for example, on a microcontroller alongside other software modules.
Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.A computer program product or computer program with program code, which can be stored on a machine-readable carrier or storage medium such as a semiconductor memory, a hard disk or an optical memory, and for performing, implementing and / or controlling the steps of the method according to one of the embodiments described above is also advantageous is used, especially when the program product or program is executed on a computer or device.
Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
-
1 eine schematische Darstellung eines Funktionsprinzips eines Near-to-eye-Displays einer Datenbrille; -
2 eine schematische Darstellung eines Funktionsprinzips eines Near-to-eye-Displays einer Datenbrille; -
3 ein Diagramm zur Darstellung einer Sehschärfe als Funktion eines Winkels an einer optischen Achse; -
4 eine schematische Darstellung eines Funktionsprinzips eines Retinal-Scan-Displays einer Datenbrille; -
5 eine schematische Darstellung eines Funktionsprinzips eines Retinal-Scan-Displays einer Datenbrille; -
6 eine schematische Darstellung einer Datenbrille mit einer Projektionsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel; -
7 eine schematische Darstellung einer Projektionsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel; -
8 eine schematische Darstellung einer Projektionsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel; -
9 eine schematische Darstellung einer Projektionsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel; -
10 eine schematische Darstellung einer Projektionsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel; -
11 eine schematische Darstellung einer Projektionsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel; -
12 eine schematische Darstellung einer Projektionsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel; -
13 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Darstellen von Bildinformationen mittels einer Projektionsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel; und -
14 eine schematische Darstellung eines Steuergeräts gemäß einem Ausführungsbeispiel.
-
1 a schematic representation of a functional principle of a near-to-eye display of data glasses; -
2 a schematic representation of a functional principle of a near-to-eye display of data glasses; -
3 a diagram showing visual acuity as a function of an angle on an optical axis; -
4th a schematic representation of a functional principle of a retinal scan display of data glasses; -
5 a schematic representation of a functional principle of a retinal scan display of data glasses; -
6 a schematic representation of data glasses with a projection device according to an embodiment; -
7th a schematic representation of a projection device according to an embodiment; -
8th a schematic representation of a projection device according to an embodiment; -
9 a schematic representation of a projection device according to an embodiment; -
10 a schematic representation of a projection device according to an embodiment; -
11 a schematic representation of a projection device according to an embodiment; -
12th a schematic representation of a projection device according to an embodiment; -
13th a flowchart of a method for displaying image information by means of a projection device according to an embodiment; and -
14th a schematic representation of a control device according to an embodiment.
In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele des vorliegenden Ansatzes werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.In the following description of advantageous exemplary embodiments of the present approach, the same or similar reference numerals are used for the elements shown in the various figures and having a similar effect, a repeated description of these elements being dispensed with.
Datenbrillen blenden dem Nutzer Bildinformationen in dessen Sichtfeld ein. Generell kann zwischen Datenbrillen für virtuelle Realität, englisch virtual reality, und Datenbrillen für erweiterte Realität, englisch augmented reality oder kurz AR, unterschieden werden. Bei Datenbrillen für virtuelle Realität kann eine reale Umwelt ausgeblendet und durch eine virtuelle Welt ersetzt werden. Bei Datenbrillen für erweiterte Realität können virtuelle Bildinhalte der realen Umwelt überlagert werden. AR-Brillen können daher beispielsweise transparent oder teiltransparent ausgeführt sein. Mögliche Anwendungsbereiche von AR-Brillen sind beispielsweise Sportbrillen zum Anzeigen von Geschwindigkeit, Navigationsdaten, Trittfrequenz oder Pulsschlag, Sicherheitsbrillen für Werkstätten, Brillen oder Helme im Kontext von Fahrerassistenz- oder Navigationssystemen, Sicherheitsbrillen zum Anzeigen von Anweisungen, Bedienungsanleitungen oder Kabelverlegungen wie auch Brillen für Heimanwendungen, etwa zum Anzeigen eines virtuellen Bedienfelds oder eines Koch rezepts.Data glasses show the user image information in his field of vision. In general, a distinction can be made between data glasses for virtual reality, English virtual reality, and data glasses for augmented reality, or AR for short. With data glasses for virtual reality, a real environment can be hidden and replaced by a virtual world. With data glasses for augmented reality, virtual image content can be superimposed on the real environment. AR glasses can therefore, for example, be made transparent or partially transparent. Possible areas of application for AR glasses are, for example, sports glasses for displaying speed, navigation data, cadence or pulse rate, safety glasses for workshops, glasses or helmets in the context of driver assistance or navigation systems, safety glasses for displaying instructions, operating instructions or cable routing as well as glasses for home use. For example, to display a virtual control panel or a recipe.
AR-Brillen können beispielsweise als NTE-Display oder als Retinal-scan-Display, kurz RSD, realisiert sein. Bei NTE-Displays wird ein reales Bild sehr nahe am Auge des Betrachters erzeugt, etwa mittels eines Mikrodisplays, und über eine Optik, etwa eine Lupe, betrachtet.
Bei Retinal-Scan-Displays wird das Bild direkt auf die Netzhaut geschrieben. Außerhalb des Auges existiert das Bild daher zu keinem Zeitpunkt.With retinal scan displays, the image is written directly onto the retina. The image therefore never exists outside the eye.
Damit das Bild vom Auge wahrgenommen werden kann, ist es erforderlich, dass die Austrittspupille des Systems mit der Eintrittspupille des Auges räumlich überlappt.So that the image can be perceived by the eye, it is necessary for the exit pupil of the system to spatially overlap with the entrance pupil of the eye.
Gezeigt ist eine mögliche technische Realisierung einer AR-Brille mit dem sogenannten Retinal-Scan-Display
Ein Grundproblem bei kleinbauenden RSDs
Zusammengefasst lenkt ein holografisch optisches Element
Die Apertur des Mikrospiegels
Die Projektionsvorrichtung
Die Bilderzeugungseinheit
Es folgt eine Beschreibung weiterer optionaler Ausführungsbeispiele der Projektionsvorrichtung
- Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird der erste Lichtstrahl
1010 derart durchdas Umlenkelement 1008 umgelenkt, dass die durch den zweitenLichtstrahl 1012 repräsentierte erste Bildinformation eine höhere wahrnehmbare Bildschärfe aufweist als die durch den drittenLichtstrahl 1013 repräsentierte zweite Bildinformation, sodass die Bildinformation mit der größeren Bildschärfe in zumindest demjenigen der beiden Sichtbereiche1014 ,1018 angezeigt wird, in dem das Auge1016 tatsächlich scharf sehen kann und/oder inbeiden Sichtbereichen 1014 ,1018 angezeigt wird. Entsprechend wird die Bildinformation mit der geringeren Bildschärfe in zumindest demjenigen der beiden Sichtbereiche1014 ,1018 angezeigt, in dem das Auge1016 unscharf scharf sieht und/oder inbeiden Sichtbereichen 1014 ,1018 angezeigt.
- According to one embodiment, the first light beam
1010 such by the deflectingelement 1008 that deflected by the second beam of light1012 the first image information represents a higher perceptible one Has image sharpness than that by thethird light beam 1013 represents second image information, so that the image information with the greater image sharpness in at least that of the twoviewing areas 1014 ,1018 appears in which the eye1016 can actually see clearly and / or in both fields ofview 1014 ,1018 is shown. The image information with the lower image sharpness is correspondingly in at least that of the twoviewing areas 1014 ,1018 displayed in which the eye1016 looks out of focus and / or in both fields ofview 1014 ,1018 displayed.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Bilderzeugungseinheit
Gemäß dem in
Je nach Ausführungsbeispiel kann die Bilderzeugungseinheit
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist das Umlenkelement
Das Umlenkelement
Lediglich beispielhaft werden der erste Lichtstrahl
Lediglich beispielhaft umfasst das Umlenkelement
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der hier vorgestellten Projektionsvorrichtung
- Anders als in
4 und5 realisiert die hier vorgestellte Projektionsvorrichtung1002 ein RSD, beidem der Mikrospiegel 425 nicht auf diePupille 430 , sondern auf den Drehpunkt im Augeninneren abgebildet wird. Auf diese Weise ist nicht mehr das volle Sichtfeld, hier beispielhaft 60°, scharf wahrnehmbar, sondern nur ein Ausschnitt davon, hier beispielhaft 16,7°. Die Größe des sichtbaren Ausschnitts ist dafür allerdings weitgehend unabhängig vonAugenbewegungen des Auges 405 . Als Resultatkann das Auge 405 das volle Sichtfeld bis zum Rand betrachten.Die Projektionsvorrichtung 1002 kann daher auch als eine AR-Datenbrille mit großem Sichtfeld bezeichnet werden. Im zentralen Sichtfeld wirddem Auge 405 für jeden Blickwinkel eine scharfe Bildinformation angeboten. Zusätzlich wird mittels des dritten Lichtstrahls1013 , hier in Form eines zweiten Lasers, verschiedene aber ähnliche Wellenlänge, der verbleibende Bereich des Sichtfeldes abgedeckt. Dazu wird mittels einer weiteren holografischen Funktion der weitere erste Lichtstrahl1011 , oder zweite Laser, divergent inRichtung des Auges 405 umgelenkt. Dadurch wird erreicht, dass dieLaserstrahlen am Auge 405 ausreichend groß sind und diePupille 430 in jeder Augenstellung innerhalb des beleuchteten Bereichs liegt. Diese mit divergentem Licht geschriebene Bildinformation wird vomAuge 405 als unscharf wahrgenommen. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel liegt die Fovea im Zentrum des FOV. Unter Verwendung des kollimierten Lichts ist das FOV fürdas Auge 405 teilweise sichtbar, hier 16,7°. Unter Verwendung des divergenten Lichts ist das FOV fürdas Auge 405 komplett sichtbar, hier 60°.
- Unlike in
4th and5 realizes the projection device presented here1002 an RSD in which themicromirror 425 not on thepupil 430 , but is mapped to the pivot point inside the eye. In this way, the full field of view, here 60 ° as an example, can no longer be perceived sharply, but only a section of it, here 16.7 ° as an example. The size of the visible section is largely independent ofeye movements 405 . As a result, the eye can405 view the full field of vision up to the edge. Theprojection device 1002 can therefore also be referred to as AR data glasses with a large field of view. The central field of vision is theeye 405 sharp image information is offered for every viewing angle. In addition, thethird light beam 1013 , here in the form of a second laser, different but similar wavelength, the remaining area of the field of view is covered. For this purpose, the further first light beam is generated by means of a further holographic function1011 , or second laser, divergent towards theeye 405 diverted. This ensures that the laser beams reach theeye 405 are sufficiently large and thepupil 430 is within the illuminated area in every eye position. This image information written with divergent light is perceived by theeye 405 perceived as blurred. According to this exemplary embodiment, the fovea lies in the center of the FOV. Using the collimated light, the FOV is for theeye 405 partially visible, here 16.7 °. Using the divergent light, the FOV is for theeye 405 completely visible, here 60 °.
Gegenüber einer möglichen sogenannten „Exit pupil expansion“, also einer Vergrößerung der Austrittpupille durch den Einsatz von Strahlaufweitungsoptiken wie Mikrolinsenarrays, erfordert die hier vorgestellte Projektionsvorrichtung
Aktuelle Konzepte für AR-Datenbrillen weisen im Allgemeinen einen Zielkonflikt zwischen erreichbarem Sichtfeld (field of view, FOV) und einer Größe der Eyebox auf der einen Seite und der Baugröße bzw. der Komplexität des Systems, vor allem die Anzahl der benötigten Laserquellen und holografischen Funktionen, auf der anderen Seite auf. Die hier vorgestellte Projektionsvorrichtung
Im Vergleich zu anderen denkbaren Realisierungsmöglichkeiten ermöglicht die hier vorgestellte Projektionsvorrichtung
Ein Kern des hier vorgestellten Ansatzes ist somit eine Aufteilung des Sichtfeldes in zwei Bereiche, den zentralen Sichtbereich, kurz ZSB, mit hoher Sehschärfe und den peripheren Sichtbereich, kurz PSB, mit niedriger Sehschärfe. Auf diese Weise wird die Bilddarstellung der Physiologie des menschlichen Auges angepasst.A core of the approach presented here is a division of the field of vision into two areas, the central field of vision, or ZSB for short, with high visual acuity and the peripheral field of vision, or PSB for short, with low visual acuity. In this way, the image display is adapted to the physiology of the human eye.
Der zentrale Sichtbereich: Die Ortsauflösung des menschlichen Auges
Der periphere Sichtbereich: Außerhalb der Fovea centralis nehmen Orts- und Farbauflösung des Auges rapide ab (siehe
Um den ZSB zu adressieren, wird unter Verwendung der Projektionsvorrichtung
Stünde dem Auge
Die dazu erforderliche Augenpositionsverfolgung erfolgt beispielsweise direkt über einen bereits verbauten Laserscanner als Augenpositionsermittlungseinheit. Hierzu wird gemäß einem Ausführungsbeispiel zumindest eine der bereits verbauten Lichtquellen im sichtbaren Wellenlängenbereich oder auch eine weitere Lichtquelle im unsichtbaren Wellenlängenbereich, etwa im Infrarotbereich, verwendet. Eine Rückmessung erfolgt beispielsweise über einen optischen Sendepfad, d. h. etwa über einen Mikrospiegel oder über einen an anderer Stelle im System verbauten geeigneten Detektor. Zusätzlich oder alternativ umfasst die Augenpositionsermittlungseinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel eine Kamera zum Erfassen der Augenpositionen.The eye position tracking required for this takes place, for example, directly via an already installed laser scanner as the eye position determination unit. For this purpose, according to one embodiment, at least one of the already installed light sources in the visible wavelength range or also a further light source in the invisible wavelength range, for example in the infrared range, is used. A back measurement takes place, for example, via an optical transmission path, i. H. for example using a micromirror or a suitable detector installed elsewhere in the system. Additionally or alternatively, the eye position determination unit according to an exemplary embodiment comprises a camera for detecting the eye positions.
Die Ermittlung der Blickrichtung, d. h. der Augenposition, kann auch über eine Messung des Augenhintergrundes erfolgen. Hierzu kann zum Beispiel ausgenutzt werden, dass der Augenhintergrund zwecks Bilderzeugung mit einem Laserstrahl abgerastert wird. Wenn nun ein optischer Rückkanal vorgesehen wird, dann kann ein Bild des Augenhintergrundes und der darin verlaufenden Blutgefäße erzeugt werden. Aus Verschiebungen dieses Bildes, wie sie bei Augenbewegungen auftreten, kann beispielsweise in ähnlicher Weise wie bei einer optischen Computermaus auf die Augenbewegung zurückgeschlossen werden.The determination of the viewing direction, d. H. the eye position can also be done by measuring the fundus. For this purpose, use can be made, for example, of the fact that the fundus of the eye is scanned with a laser beam for the purpose of image generation. If an optical return channel is now provided, an image of the fundus and the blood vessels running therein can be generated. From displacements of this image, as they occur with eye movements, conclusions can be drawn about the eye movement, for example, in a manner similar to that of an optical computer mouse.
Um eine Überlagerung von scharfer und unscharfer Darstellung im zentralen Sichtbereich des Auges zu vermeiden, ist es vorteilhaft, wenn die große Eyebox mit der unscharfen zweiten Bildinformation im ZSB des Auges dunkelgetastet wird. Da der ZSB sich abhängig von der Augenstellung verschiebt, ist es notwendig, auch den dunkelgetasteten Bereich entsprechend zu verschieben. Hierzu wird die Projektionsvorrichtung
Die divergente, große Eyebox wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel also für den vollen Sichtbereich, gemäß diesem Ausführungsbeispiel unter Ausnahme des zentralen ersten Sichtbereichs
Die beschriebene Projektionsvorrichtung
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird vorteilhafterweise der dritte Lichtstrahl in Form zumindest eines divergenten Laserstrahls im zentralen ersten Sichtbereich
Um die Anzahl der benötigten Laserquellen zu halbieren, ist es denkbar, dass beide optischen Funktionen, also die scharfe und die unscharfe Projektion gemäß einem Ausführungsbeispiel über den gleichen Laser adressiert werden. Um Kontrastverluste zu minimieren, wäre eine Umlenkeffizienz des HOEs für die unscharfe Projektion in einem solchen Fall deutlich niedriger ausgelegt als die Effizienz für die scharfe Projektion. Statt einer Ausblendung des ZSB würde der PSB heller dargestellt werden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Bilderzeugungseinheit entsprechend dazu ausgebildet, um den weiteren ersten Lichtstrahl in Abhängigkeit von der Augenposition beispielsweise im ZSB abzuschalten und/oder den ersten Lichtstrahl in Abhängigkeit von der Augenposition beispielsweise im ZSB intensiver oder heller zu erzeugen und/oder den weiteren ersten Lichtstrahl in Abhängigkeit von der Augenposition beispielsweise im PSB intensiver oder heller zu erzeugen.In order to halve the number of laser sources required, it is conceivable that both optical functions, that is to say the sharp and the unsharp projection, are addressed via the same laser according to an exemplary embodiment. In order to minimize loss of contrast, a deflection efficiency of the HOE for the unsharp projection would be designed to be significantly lower in such a case than the efficiency for the sharp projection. Instead of fading out the ZSB, the PSB would be displayed brighter. According to one exemplary embodiment, the image generation unit is designed accordingly to switch off the further first light beam depending on the eye position, for example in the assembly and / or to generate the first light beam more intensely or brighter depending on the eye position, for example in the assembly, and / or the further first light beam depending on the eye position, for example in the PSB to be produced more intensely or brighter.
Da mittels der Projektionsvorrichtung
Das Verfahren
Im Schritt
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird im Schritt
Vor dem Schritt
Die hier vorgestellten Verfahrensschritte können wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.The method steps presented here can be repeated and carried out in a sequence other than that described.
Je nach Ausführungsbeispiel ist das Steuergerät
Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.If an exemplary embodiment comprises an “and / or” link between a first feature and a second feature, this is to be read in such a way that the exemplary embodiment according to one embodiment has both the first feature and the second feature and, according to a further embodiment, either only the has the first feature or only the second feature.
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