DE102020201114A1 - Datenbrille und Verfahren zu ihrem Betrieb - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Datenbrille. Diese weist mehrere Lichtquellen (221a-d) und mindestens einen Lichtpfad (225) auf, welcher eingerichtet ist, um Lichtstrahlen (310a-d) der Lichtquellen (221a-d) zu einem gemeinsamen Lichtstrahl (300) zu vereinigen. Mehrere adaptive optische Elemente (223a-d) zur anpassenden Veränderung mindestens eines Strahlparameters sind jeweils in einem Strahlengang zwischen einer Lichtquelle (221a-d) und dem Lichtpfad (225) angeordnet. Weiterhin weist die Datenbrille mindestens ein Brillenglas auf, das als optisches Element veränderlicher Brechkraft ausgeführt ist. In einem Verfahren zum Betreiben der Datenbrille wird mindestens ein Strahlparameter des gemeinsamen Lichtstrahls (300) sowohl in Abhängigkeit einer Blickrichtung eines Nutzers als auch in Abhängigkeit eines Auftreffpunktes des gemeinsamen Lichtstrahls (300) auf einem Umlenkelement (120) geändert.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Datenbrille. Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben der Datenbrille. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Computerprogramm, das jeden Schritt des Verfahrens ausführt, sowie ein maschinenlesbares Speichermedium, welches das Computerprogramm speichert. Schließlich betrifft die Erfindung ein elektronisches Steuergerät, welches eingerichtet ist, um das Verfahren auszuführen.
  • Stand der Technik
  • Datenbrillen sind beispielswiese in Form von Heimet Mounted Displays beziehungsweise Head Mounted Displays (HMD) oder Head Worn Displays (HWD) im Einsatz. Diese können für Anwendungen im Bereich der Augmented Reality (AR) und der Virtual Reality (VR) eingesetzt werden. Ein Ansatz um anspruchsvolle Bildgebung mit einer möglichst platzsparenden Bauform zu realisieren besteht in einem laserbasierten Retina-Scanner (retina scanner device; RSD). Im Gegensatz zu den meisten anderen Konzepten wird hierbei keine abbildende Optik verwendet, die ein Bild einer Displayfläche über ein abbildendes System in das Blickfeld des Nutzers einblendet. Stattdessen wird mittels mindestens einer, bei polychromatischen Systemen auch mittels mehrerer, Laserquellen ein Strahl erzeugt, der über einen MEMS-Spiegel (micro electro mechanical system) gelenkt und mittels Auslenkung des Spiegels über die Netzhaut gescannt werden kann. Durch die Latenzzeit im menschlichen visuellen System kann somit durch gezielte Ansteuerung von Spiegel und Laserquelle der Eindruck eines flächigen Bildes oder von überlagerten Bildinhalten erzeugt werden. Der Vorteil dieses Systemkonzepts besteht in der geringen Anzahl an optischen Komponenten, die zudem nur geringen Bauraum beanspruchen. Eine Möglichkeit zur Realisierung eines vollfarbigen RSDs besteht darin, Licht mehrerer Farben, beispielsweise rot, grün und blau, zu einem gemeinsamen Lichtstrahl zu überlagern der dann auf dem MEMS-Spiegel fällt. Dabei ist das Schalten der einzelnen Lichtquellen mit der Bewegung des Spiegels synchronisiert.
  • Eine Möglichkeit das Auge bei jeder Blickrichtung zu bedienen besteht darin mehrere Eyeboxen zu schaffen. Das kann beispielsweise durch die Verwendung wellenlängenspezifischer auf einem Brillenglas aufgebrachter Umlenkelemente erreicht werden. Dazu müssen pro wahrzunehmender Farbe, beispielsweise rot, grün und blau, so viele unterschiedliche Wellenlängen eingesetzt werden, wie Eyeboxen geschaffen werden sollen. Hierbei sollten die Wellenlängen für eine Farbe so ähnlich sein, dass sie visuell nicht zu unterscheiden sind.
  • Die WO 2019/011616A1 beschreibt eine Datenbrille mit einer Projektionsvorrichtung. Diese nutzt den unscharfen Sehbereich im Gesichtsfeld des menschlichen Auges aus, indem da wo das Auge nicht hochaufgelöst sehen kann, auch kein hoch aufgelöstes Bild zur Verfügung gestellt wird. Strahlparameter des gemeinsamen Lichtstrahls werden hierzu synchronisiert mit der Bewegung des MEMS-Spiegels abhängig von der Blickrichtung oder mit der Position der Pupille adaptiv verändert. Hierzu ist vorgesehen, dass der gemeinsame Lichtstrahl durch ein adaptives optisches Element geleitet wird.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die Datenbrille weist mehrere Lichtquellen, mindestens einen Lichtpfad, mehrere adaptive optische Elemente und mindestens ein Brillenglas auf. Dabei kann unter einer Datenbrille ein HMD, ein HWD, eine Videobrille, ein Helmdisplay oder ein VR-Helm verstanden werden.
  • Bei den Lichtquellen handelt es sich um lichtemitierende Elemente, wie insbesondere Leuchtdioden (LED) einschließlich organischer Leuchtdioden und Laserdioden.
  • Der mindestens eine Lichtpfad ist eingerichtet, um Lichtstrahlen der Lichtquellen zu einem gemeinsamen Lichtstrahl zu vereinigen. Unter einem Lichtstrahl kann dabei in der paraxialen Näherung ein Gauß-Strahl verstanden werden. Der gemeinsame Lichtstrahl kann zum Erzeugen einer Mehrzahl von Bildpunkten auf der Netzhaut eines Nutzers der Datenbrille dienen. Zum Vereinigen der Lichtstrahlen ist es bevorzugt, dass diffraktiven Einkoppelelemente oder dichroitischen Spiegel in dem Lichtpfad angeordnet sind.
  • Die mehreren adaptiven optischen Elemente dienen zur anpassenden Veränderung mindestens eines Strahlparameters. Sie sind jeweils in einem Strahlengang zwischen einer Lichtquelle und dem Lichtpfad angeordnet. Eine Datenbrille kann beispielsweise mit einem holografisch realisierten Umlenkelement im Brillenglas ausgeführt sein. Dies führt zu einem komplexen optischen Gesamtsystem. Treten in diesem System Verformungen oder Brechkraftänderungen auf, dann kann damit je nach Lage des Umlenkelements im Brillenglas eine mehr oder weniger gravierende Veränderung der Strahlparameter des auf die Netzhaut zu lenkenden gemeinsamen Lichtstrahls einhergehen. Die wahrgenommene Bildqualität der Datenbrille insbesondere, wenn sie als RSD ausgeführt ist, ist allerdings wesentlich davon abhängig, mit welcher Spotgröße der gemeinsame Lichtstrahl auf die Netzhaut des Nutzers trifft. Ein System mit zu großen Spots wird keine hohe wahrgenommene Auflösung erreichen können. Deshalb sollte die Datenbrille präzise darauf ausgelegt sein, dass die Strahlparameter des gemeinsamen Lichtstrahls zu dem System passen. Treten nun Systemveränderungen auf, etwa die Verformung von Grenzflächen, die das Licht passieren muss, oder eine Brechungsindexänderung entlang des Lichtpfades oder sogar die Verformung des Umlenkelements selbst, so wird dieses empfindliche System gestört. Die Anordnung der mehreren adaptiven optischen Elemente im Strahlengang zwischen einer Lichtquelle und dem Lichtpfad ermöglicht es, Veränderungen im Brillenglas Rechnung zu tragen und deren Effekt zu kompensieren. Da Veränderungen im Brillenglas zu wellenlängenabhängigen Effekten führen können, ist eine Kompensation der einzelnen Lichtstrahlen der Lichtquellen und nicht erst eine Kompensation des gemeinsamen Lichtstrahls erforderlich. Dies kann in der Datenbrille dadurch erreichet werden, dass die adaptiven optischen Elemente Strahlparameter der Lichtstrahlen ändern bevor diese zu einem gemeinsamen Lichtstrahl vereinigt werden.
  • Das mindestens eine Brillenglas ist als optisches Element veränderlicher Brechkraft ausgeführt. Diese Veränderung kann beispielsweise durch das Anlegen elektrischer Spannung gesteuert werden. Insbesondere ist das Brillenglas als Flüssiglinse oder Flüssigkristalllinse ausgeführt. Es muss sich nicht um eine sphärische Linse handeln, sondern das Brillenglas kann auch eine kompliziertere Form und entsprechende Möglichkeiten zur Beeinflussung von Strahlparametern und damit einer Wellenfront aufweisen.
  • Brillengläser, die heutzutage in vielen Fällen nicht aus tatsächlichem Glas, sondern aus Kunststoff bestehen, können als optische Gesamtsysteme betrachtet werden. Auch rein sphärische Einstärkengläser habe zwei gekrümmte Seiten nämlich die dem Auge zugewandte und die dem Auge abgewandte Seite. Die Kombination aus beiden Krümmungen mit dem jeweiligen Übergang zur Luft und dem Brechungsindex des Materials ergibt die Brechkraft des Gesamtsystems. Dazu kommen in heutigen Brillengläsern üblicherweise mehrere optisch aktive Schichten beispielsweise zur Entspiegelung oder zum Schutz des Auges vor blauem Licht. Die Form der Grenzfläche der Gläser wird komplizierter, wenn nicht nur paraxiale Strahlen berücksichtigt werden und wenn beispielsweise Astigmatismen korrigiert werden sollen oder wenn Mehrstärkenbrillen oder Gleitsichtbrillen realisiert werden sollen. Chromatische Fehler, also Effekte, die dadurch hervorgerufen werden, dass Licht unterschiedlicher Wellenlänge unterschiedlich vom Brillenglas beeinflusst wird, treten dabei auch bei relativ einfachen Einstärkenbrillen nennenswerter Stärke in Erscheinung.
  • Bei Datenbrillen deren Brillengläser eine unveränderliche Brechkraft aufweisen ist die Wahl der Strahlparameter hinsichtlich einer möglichst kleinen Spotgröße auf der Netzhaut immer auch ein Kompromiss. Neben der Herausforderung möglichst unterschiedliche Augen, auch unterschiedlich fehlsichtige Augen und gegebenenfalls auch ein Auge mit und ohne korrigierende Kontaktlinse, mit einem System bedienen zu können ist immer auch der Akkommodationszustand des Auges zu berücksichtigen. Die Spotgröße auf der Netzhaut hängt nämlich auch von der Brechkraft der Augenlinse ab. Wenn sich die Brechkraft des Brillenglases der Datenbrille mit veränderlicher Brechkraft ändert - unabhängig davon, ob diese Änderung vom Nutzer gewählt wird oder beispielsweise von der Datenbrille aktiv aufgrund der Daten eines infrarotlichtbasierten Eyetracking-Systems erfolgt - lässt dies ein Rückschluss auf den Akkommodationszustand des Auges zu. Diese Information kann genutzt werden, um statt einem Kompromiss, der für alle Zustände zu einer akzeptablen Spotgröße auf der Netzhaut führt, mittels der adaptiven optischen Elemente möglichst ideal an einzelne Zustände angepasste Strahlparameter zu wählen.
  • Vorzugsweise ist in jeder Gruppe von Lichtquellen, die eingerichtet sind, um ihre Lichtstrahlen zu einem gemeinsamen Lichtstrahl zu vereinigen, jede Lichtquelle eingerichtet, um Licht einer anderen Wellenlänge zu emittieren, als die jeweils anderen Lichtquellen der Gruppe. Hierzu handelt es sich bei den Lichtquellen insbesondere um monochromatische Lichtquellen. Mithilfe der adaptiven optischen Elemente ist dann eine individuelle Anpassung der Strahlparameter für jede Wellenlänge möglich.
  • Besonders bevorzugt umfasst jede Gruppe drei Lichtquellen, die Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich emittieren und mindestens eine Lichtquelle, die Licht im infraroten Wellenlängenbereich emittiert. Dabei können die drei Lichtquellen beispielsweise einen RGB-Farbraum bilden. Ein RGB-Farbraum ist ein adaptiver Farbraum der Farbwahrnehmungen durch das adaptive Mischen der drei Grundfarben rot, grün und blau nachbildet. Diese Wellenlängen sind geeignet, bei einem Nutzer einen Eindruck einer adaptiven Farbmischung zu erzeugen, sodass ein kompletter Farbraum aufgespannt werden kann. Die infrarote Lichtquelle kann als Eyetracking-System verwendet werden mithilfe dessen eine Änderung der Brechkraft des Brillenglases gesteuert wird.
  • Direkt nach jeder Lichtquelle ist vorzugsweise jeweils ein Kollimationselement zum Kollimieren des Lichtstrahls, welcher von der jeweiligen Lichtquelle ausgesandt wird, angeordnet.
  • Um sicherzustellen, dass die Strahlparameter jeder Lichtquelle individuell angepasst werden können ist es bevorzugt, dass in jedem Strahlengang zwischen einer Lichtquelle und dem Lichtpfad jeweils mindestens ein adaptives optisches Element angeordnet ist. Vorzugsweise weist dabei jede Lichtquelle genau ein adaptives optisches Element auf. Grundsätzlich ist es aber auch möglich die Lichtquellen jeweils mit mehreren adaptiven optischen Elementen im Strahlengang zwischen der jeweiligen Lichtquelle und dem Lichtpfad zu versehen.
  • Weiterhin kann vorgesehen sein, dass mindestens ein weiteres adaptives optisches Element in dem Lichtpfad angeordnet ist. Dies ermöglicht es neben der Anpassung der individuellen Strahlparameter der einzelnen Lichtstrahlen zusätzlich auch Strahlparameter des gemeinsamen Lichtstrahls zu verändern.
  • Die adaptiven optischen Elemente sind vorzugsweise schaltbar ausgeführt. Es kann insbesondere ein elektronisches Steuergerät vorgesehen sein, welche die adaptiven optische Elemente steuert oder regelt. Hierbei kann das optische System aktiv an unterschiedliche Systemkonfigurationen oder auch an unterschiedliche Nutzer angepasst werden.
  • Die adaptiven optischen Elemente sind vorzugsweise ausgewählt aus einer Linse mit veränderlichen Brechungseigenschaften, insbesondere einer Linse mit veränderlicher Brennweite, einer Flüssiglinse mit veränderlicher Brennweite, einem Teleskop mit veränderlicher Brennweite, einem Teleskop mit veränderlichen Linsenabständen, einem Spiegel mit veränderlichen Reflektionseigenschaften, einem Spiegel mit verformbarer Oberfläche, einem Flüssigkristallspiegel, einer Flüssigkristallanzeige (spatial light modulator; SLM / liquid crystal on silicon; LCoS) oder einem auf Flüssigkristall-Technologie basierenden SLM in Reflektion.
  • Das Teleskop kann insbesondere eine galiläische oder keplersche Anordnung aufweisen.
  • Ein Teleskop mit veränderlicher Brennweite kann insbesondere durch ein gewöhnliches Teleskop realisiert werden, bei dem der Abstand der Linsen zueinander variiert werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann eine Brennweite einer oder mehrerer Linsen verändert werden. Zusätzlich kann die Form der Linse in asymmetrischer Weise veränderlich sein, beispielweise um Astigmatismen auszugleichen oder herbeizuführen.
  • Der Spiegel mit verformbarer Oberfläche ändert beispielsweise durch Anlegen einer elektrischen Spannung seine Oberflächenform. Dadurch ändern sich die optischen Eigenschaften des Spiegels insbesondere die Brennweite. Es ist jedoch auch eine Strahlformung möglich, das heißt eine Veränderung des Strahlprofils.
  • Als adaptives optisches Element kann auch eine Flüssiglinse mit segmentierten Elektroden benutzt werden. Dies hat den Vorteil, dass Astigmatismen erzeugt bzw. ausgeglichen werden können. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass die Brennweite der Flüssiglinse veränderbar ist, d.h. dass eine Änderung des Strahlparameters gesteuert oder geregelt werden kann.
  • Mit einem adaptiven optischen Element sind auch nicht rotationssymmetrische Änderungen möglich, sodass auch Strahlformen und Astigmatismen beeinflusst werden können. Dies kann beispielsweise durch eine Flüssiglinse mit segmentierten Elektroden für astigmatische Linsenprofile realisiert sein.
  • Um durch Umlenken und/oder Fokussieren des gemeinsamen Lichtstrahls auf eine Augenlinse eines Nutzers der Datenbrille ein Bild auf eine Netzhaut des Nutzers zu projizieren, weist das Brillenglas vorzugsweise ein Umlenkelement auf. Das Umlenkelement kann beispielsweise ein holografisches Element oder ein Freiformspiegel sein.
  • Unter einem holografischen Element kann insbesondere ein holografisch optisches Bauelement (HOE) verstanden werden, dass beispielsweise die Funktion einer Linse, eines Spiegels oder eines Prismas erfüllen kann. Je nach Ausführungsform kann das holografische Element für bestimmte Farben und Einfallswinkel selektiv sein. Insbesondere kann das holografische Element optische Funktionen erfüllen, die mit einfachen Punktlichtquellen in das holografische Element einbelichtet werden können. Falls das holografische Element transparent ist, können Bildinformationen mit der Umwelt überlagert werden.
  • Mittels eines an dem Brillenglas angeordneten holografischen Elements kann ein Lichtstrahl derart auf eine Netzhaut des Nutzers der Datenbrille gelenkt werden, dass der Nutzer ein scharfes virtuelles Bild wahrnimmt. Beispielsweise kann das Bild durch Scannen eines Laserstrahls über einen Mikrospiegel und das holografische Element direkt auf die Netzhaut geschrieben werden.
  • Ferner weist die Datenbrille insbesondere mindestens ein Reflexionselement zum Reflektieren des gemeinsamen Lichtstrahls auf das Umlenkelement auf. Das Reflexionselement kann beispielsweise ein Spiegel, insbesondere ein Mikrospiegel oder ein Array aus Mikrospiegeln, oder ein Hologramm sein. Mittels des Reflexionselements kann ein Strahlengang des gemeinsamen Lichtstrahls an gegebene Raumverhältnisse angepasst werden. Wenn das Reflexionselement als Mikrospiegel realisiert ist, kann der Mikrospiegel insbesondere beweglich ausgeformt sein, etwa eine um zumindest eine Achse neigbare Spiegelfläche aufweisen. Ein solches Reflexionselement bietet den Vorteil einer besonders kompakten Bauform. Es ist ferner vorteilhaft, wenn das Reflexionselement ausgebildet ist, um einen Einfallswinkel und, zusätzlich oder alternativ, einen Auftreffpunkt des gemeinsamen Lichtstrahls auf dem Umlenkelement zu ändern. Dadurch kann das Umlenkelement flächig, insbesondere etwa in Zeilen und Spalten, mit dem Lichtstrahl überstrichen werden.
  • In einer Ausführungsform der Datenbrille ist das mindestens eine Reflexionselement ausgebildet und eingerichtet, den gemeinsamen Lichtstrahl so zu reflektieren, dass der Lichtstrahl auf einen beliebigen Punkt eines Teilbereichs des Umlenkelements auftrifft. Ferner ist das mindestens eine Reflexionselement ausgebildet und eingerichtet, den gemeinsamen Lichtstrahl so zu reflektieren, dass der Lichtstrahl über einen Teilbereich des Umlenkelements gescannt wird. Dadurch wird vorteilhafterweise erreicht, dass der Lichtstrahl jeden Punkt der funktionalen Region erreichen kann. Bevorzugt ist das mindestens eine Reflexionselement ausgebildet und eingerichtet, den gemeinsamen Lichtstrahl über den oben genannten Teilbereich zu scannen.
  • Das Reflexionselement kann vorzugsweise ein Spiegel mit verformbarer Oberfläche sein. Dies hat den Vorteil, dass das Reflexionselement nicht nur den Lichtstrahl umlenken kann, sondern auch Strahlparameter verändern kann. Hierdurch kann es die Funktion des weiteren adaptiven optischen Elements in dem Lichtpfad übernehmen.
  • Es ist bevorzugt, dass pro Lichtpfad nur ein Reflexionselement verwendet wird. Dies hat den Vorteil, dass ein einfacher Aufbau verwendet werden kann und die Datenbrille eine leichte Bauweise aufweist.
  • In dem Verfahren zum Betreiben der Datenbrille wird mindestens ein Strahlparameter mindestens eines Lichtstrahls sowohl in Abhängigkeit einer Blickrichtung des Nutzers als auch in Abhängigkeit eines Auftreffpunktes des gemeinsamen Lichtstrahls auf dem Umlenkelement geändert. Diese Änderung kann durch die adaptiven optischen Elemente erfolgen.
  • Um die adaptiven optischen Elemente der Datenbrille anzupassen, je nachdem, wohin ihr Nutzer schaut oder worauf er zu akkommodieren versucht, wird vorzugsweise ermittelt, wie die adaptiven optischen Elemente hierfür einzustellen sind. Dies kann beispielsweise manuell gesteuert oder automatisch adaptiv erfolgen. Diese Information kann in einem elektronischen Steuergerät der Datenbrille verwendet werden, um Strahlparameter entsprechend anzupassen, sodass zur Gewinnung dieser Information nicht erst wieder der Zustand des Brillenglases analysiert werden muss. Grundsätzlich kann aber auch aus einer Änderung der Brechkraft des Brillenglases auf einen Akkommodationszustand eines Auges des Nutzers geschlossen werden. Der mindestens eine Strahlparameter wird dann zusätzlich in Abhängigkeit von dem Akkommodationszustand geändert, sodass eine besonders geringe Spotgröße auf der Netzhaut des Nutzers erreicht werden kann.
  • Das Computerprogramm ist eingerichtet jeden Schritt des Verfahrens durchzuführen, insbesondere wenn es auf einem Rechengerät oder auf einem elektronischen Steuergerät abläuft. Es ermöglicht die Implementierung unterschiedlicher Ausführungsformen des Verfahrens auf einem elektronischen Steuergerät, ohne hieran bauliche Veränderungen vornehmen zu müssen. Hierzu ist es auf dem maschinenlesbaren Speichermedium gespeichert. Durch Aufspielen des Computerprogramms auf ein elektronisches Steuergerät einer Datenbrille wird das elektronische Steuergerät erhalten, welches eingerichtet ist, um eine Datenbrille mittels des Verfahrens zu betreiben.
  • Figurenliste
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
    • 1 zeigt eine isometrische Darstellung einer Datenbrille gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
    • 2 zeigt in einer schematischen Darstellung wie ein Lichtstrahl auf die Netzhaut eines Benutzers der Datenbrille gelenkt wird.
    • 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Projektionsvorrichtung einer Datenbrille gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung
  • Eine Datenbrille 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in 1 dargestellt. Sie weist Brillengläser auf, wobei ein Brillenglas 110 mit einem Umlenkelement 120 in Form eines holografischen Elements ausgestattet ist. Eine Projektionsvorrichtung 200 ist eingerichtet um Licht auf das Umlenkelement 120 zu projizieren. Hierzu weist diese in einem Gehäuse 210 eine Scanner-Optik 220 auf, die Licht durch ein Austrittsfenster 230 auf das Umlenkelement 120 projiziert. Ein elektronisches Steuergerät 240 steuert die Scanner-Optik 220.
  • Wie in 2 dargestellt ist, ist das Gehäuse 210 an einem Brillengestell 130 und einem Brillenbügel 140 der Datenbrille 110 angeordnet. Ein aus dem Austrittsfenster 230 austretender gemeinsamer Lichtstrahl 300 mehrerer Lichtquellen, wird von dem Umlenkelement 120 so umgelenkt, dass er durch eine Linse 410 eines Auges 400 des Nutzers der Datenbrille 100 auf dessen Netzhaut 420 gelenkt wird. Die Projektionsvorrichtung 200 ist zum einen als Retina-Scanning-Device ausgeführt und weist weiterhin ein Eyetracking-System auf. Mithilfe des Eyetracking-Systems wird der Akkommodationszustand des Auges 400 bestimmt und die Brechkraft des Brillenglases 110 wird an den Akkommodationszustand angepasst. Hierzu weist das Brillenglas 110 eine veränderliche Brechkraft auf und ist durch das Brillengestell 130 ebenfalls mit dem elektronischen Steuergerät 240 verbunden.
  • 3 zeigt den optischen Pfad der Scanner-Optik 220 von seinen Lichtquellen bis zum Austrittsfenster 230. Dieser weist vier monochromatische Lichtquellen 221a-221d auf. Die erste Lichtquelle 221a emittiert rotes Licht. Die zweite Lichtquelle 221b emittiert grünes Licht. Die dritte Lichtquelle 221c emittiert blaues Licht. Diese drei Lichtquellen 221a bis 221c dienen der Erzeugung von Bildpunkten in einem RGB-Farbraum auf der Netzhaut 420 des Auges 400. Die vierte Lichtquelle 221d emittiert infrarotes Licht. Sie wird in dem Eyetracking-System verwendet. Die Lichtstrahlen 310a bis 310d der Lichtquellen 221a bis 221d fallen jeweils auf ein Kollimationselement 222a bis 222d bevor sie jeweils in ein adaptives optisches Element 223a bis 223d weitergeleitet werden. Die adaptiven optischen Elemente 223a bis 223d werden von dem elektronischen Steuergerät 240 so angesteuert, dass Veränderungen im Brillenglas 110 wellenlängenspezifisch kompensiert werden. Danach fällt jeder Lichtstrahl auf einen jeweiligen dichromatischen Spiegel 224a bis 224d, wodurch die Lichtstrahlen 310a bis 310d zu einem gemeinsamen Lichtstrahl 300 vereinigt werden. Die dichromatischen Spiegel 224a bis 224d sind in einem Lichtpfad 225 angeordnet, entlang dem der gemeinsame Lichtstrahl 300 geleitet wird. Dort passiert in ein weiteres adaptives optisches Element 226, das ebenfalls vom elektronischen Steuergerät 240 gesteuert wird und mittels dessen Strahlparameter des gemeinsamen Lichtstrahls in Abhängigkeit einer Blickrichtung des Nutzers als auch in Abhängigkeit des Auftreffpunkts des gemeinsamen Lichtstrahls auf dem Umlenkelement geändert werden. Der gemeinsame Lichtstrahl 300 wird dann durch ein Umlenkprisma 227 zweimal umgelenkt, sodass er danach eine umgekehrte Ausbreitungsrichtung aufweist. Danach trifft er auf ein Reflektionselement 228, das ihn durch das Austrittsfenster 230 auf das Umlenkelement 120 reflektiert.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 2019/011616 A1 [0004]

Claims (12)

  1. Datenbrille (100), aufweisend - mehrere Lichtquellen (221a-d), - mindestens einen Lichtpfad (225), welcher eingerichtet ist, um Lichtstrahlen (310a-d) der Lichtquellen (221a-d) zu einem gemeinsamen Lichtstrahl (300) zu vereinigen, - mehrere adaptive optische Elemente (223a-d) zur anpassenden Veränderung mindestens eines Strahlparameters, welche jeweils in einem Strahlengang zwischen einer Lichtquelle (221a-d) und dem Lichtpfad (225) angeordnet sind, und - mindestens ein Brillenglas (110), das als optisches Element veränderlicher Brechkraft ausgeführt ist.
  2. Datenbrille (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in jeder Gruppe von Lichtquellen (221a-d), die eingerichtet sind, um ihre Lichtstrahlen (310a-d) zu einem gemeinsamen Lichtstrahl (300) zu vereinigen, jede Lichtquelle (221a-d) eingerichtet ist, um Licht einer anderen Wellenlänge zu emittieren, als die jeweils anderen Lichtquellen (221a-d) der Gruppe.
  3. Datenbrille (100) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede Gruppe drei Lichtquellen (221a-c) umfasst, die Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich emittieren und mindestens eine Lichtquelle (221d) umfasst, die Licht im infraroten Wellenlängenbereich emittiert.
  4. Datenbrille (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem Strahlengang zwischen einer Lichtquelle (221a-d) und dem Lichtpfad (225) jeweils mindestens ein adaptives optisches Element (223a-d) angeordnet ist.
  5. Datenbrille (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein weiteres adaptives optisches Element (226) in dem Lichtpfad (225) angeordnet ist.
  6. Datenbrille (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das adaptive optische Element (223a-d, 225) eine Linse mit veränderlichen Brechungseigenschaften, eine Flüssiglinse mit veränderlicher Brennweite, ein Teleskop mit veränderlicher Brennweite, ein Teleskop mit veränderlichen Linsenabständen, einen Spiegel mit veränderlichen Reflexionseigenschaften, einen Spiegel mit verformbarer Oberfläche, einen Flüssigkristall-Spiegel, eine Flüssigkristallanzeige oder einen auf Flüssigkristalltechnologie basierender SLM in Reflektion aufweist.
  7. Datenbrille (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Brillenglas (110) ein Umlenkelement (120) zum Projizieren eines Bilds auf eine Netzhaut (420) eines Nutzers der Datenbrille (100) durch Umlenken und/oder Fokussieren des gemeinsamen Lichtstrahls (300) auf eine Augenlinse (410) eines Nutzers aufweist.
  8. Verfahren zum Betreiben der Datenbrille (100) gemäß Anspruch 7, worin mindestens ein Strahlparameter mindestens eines Lichtstrahls (310a-d) sowohl in Abhängigkeit einer Blickrichtung des Nutzers als auch in Abhängigkeit eines Auftreffpunktes des gemeinsamen Lichtstrahls (300) auf dem Umlenkelement (120) geändert wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Strahlparameter zusätzlich in Abhängigkeit von einem Akkomodationszustand eines Auges (400) des Nutzers geändert wird.
  10. Computerprogramm, welches eingerichtet ist, jeden Schritt des Verfahrens nach Anspruch 8 oder 9 durchzuführen.
  11. Maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem ein Computerprogramm nach Anspruch 10 gespeichert ist.
  12. Elektronisches Steuergerät (240), welches eingerichtet ist, um mittels eines Verfahrens nach Anspruch 8 oder 9 eine Datenbrille (100) nach Anspruch 7 zu betreiben.
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