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Stand der Technik
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Die Erfindung geht von einer Vorrichtung oder einem Verfahren nach Gattung der unabhängigen Ansprüche aus.
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Eine Datenbrille kann einem Nutzer Bildinformationen in dessen Sichtfeld einblenden. Generell lässt sich zwischen Datenbrillen für virtuelle Realität (Virtual Reality, VR) und solchen für erweiterte Realität (Augmented Reality, AR) unterscheiden. Während bei VR-Brillen die reale Umwelt ausgeblendet und durch eine virtuelle Welt ersetzt werden kann, können bei AR-Brillen virtuelle Bildinhalte der realen Umwelt überlagert werden. AR-Brillen können daher typischerweise transparent oder teiltransparent ausgeführt sein. AR-Brillen können als NTE-Display (NTE = near to eye) oder als RSD (Retinal Scan Display) ausgelegt sein. Bei NTE-Displays kann ein reales Bild nahe am Auge des Betrachters erzeugt, z. B. mittels eines Mikrodisplays, und dann über eine Optik (Lupe) betrachtet werden. Das Sichtfeld bzw. Field-Of-View (FOV) eines solchen Systems kann insbesondere durch eine Größe der Einkoppel- und Auskoppeloptiken begrenzt sein. Das virtuelle Bild scheint sich für das Auge in einer gewissen Entfernung zu befinden und wird insbesondere dann scharf gesehen, wenn das Auge auf diese Entfernung scharf stellt bzw. akkommodiert. Bei RSDs kann das Bild direkt auf die Netzhaut bzw. Retina geschrieben werden. Außerhalb des Auges existiert das Bild daher zu keinem Zeitpunkt. Bei kleinbauenden RSDs kann beispielsweise ein Laserstrahl mittels eines Mikrospiegels über ein Brillenglas gescannt und von einer holografischen Beschichtung auf dem Brillenglas in das Auge des Betrachters gelenkt werden. Eine solche holografische Beschichtung, ein sogenanntes holografisch optisches Element (HOE), kann derart ausgelegt sein, dass es nur die Laserwellenlängen ablenkt und ansonsten für das menschliche Auge transparent wirkt.
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Die
DE 10 2008 009 095 A1 -Display-System, bei dem ein erstes Bild durch eine Scheibe sichtbar ist, in die ein von einem Bildgeber auf einer Streuscheibe erzeugtes Zwischenbild mittels einer Abbildungslinse in den Rand der Scheibe einkoppelbar, innerhalb der Scheibe übertragbar und aus einer optischen Fläche der Scheibe auskoppelbar ist, wobei zwischen der Streuscheibe und der Abbildungslinse eine Korrekturlinse angeordnet ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz eine Datenbrille zur virtuellen Netzhautanzeige und ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Datenbrille gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
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Gemäß Ausführungsformen können insbesondere umschaltbare Austrittspupillen bzw. Eyeboxen für eine holografische Datenbrille bereitgestellt werden, um auch für eine kompakte Datenbrille mit entsprechend kompakter Austrittspupille eine Anpassbarkeit an unterschiedliche Nutzer mit verschiedenen Augenpositionen oder Augenabständen zu ermöglichen. Dazu können beispielsweise mehrere, insbesondere holografische, Umlenker in einem Brillenglas integriert werden oder kann anders ausgedrückt eine optische Umlenkfunktion im Brillenglas räumlich unterteilt werden. Insbesondere durch eine laterale Verschiebung der Projektion kann die Datenbrille schnell und einfach angepasst an einen jeweiligen Kunden werden, da auf eine individuelle Fertigung des Brillenglases verzichtet werden kann. Die Projektion kann beispielsweise durch eine mechatronische Einrichtung entsprechend auf die möglichen Positionen der Umlenker angepasst werden und so können die Austrittspupillen umgeschaltet werden.
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Vorteilhafterweise kann somit insbesondere erreicht werden, dass Nutzer mit unterschiedlichen Augenpositionen oder Augenabständen ein und dieselbe Datenbrille nutzen können, wobei ein anzuzeigendes Bild unter Berücksichtigung nutzerspezifischer Augenpositionen oder Augenabstände bzw. Gesichtsgeometrie zuverlässig und genau auf die Netzhaut projiziert werden kann. Somit kann auch ein Aufwand im Hinblick auf Datenbrillen zu Demonstrationszwecken minimiert werden, da eine nutzerspezifische Anpassung der Datenbrillen stark vereinfacht werden kann.
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Es wird eine Datenbrille zur virtuellen Netzhautanzeige vorgestellt, wobei die Datenbrille folgende Merkmale aufweist:
- zumindest ein Brillenglas mit einer Mehrzahl von Umlenkabschnitten, wobei jeder Umlenkabschnitt zumindest eine Interferenzstruktur zum wellenlängenselektiven Beugen oder Reflektieren von Licht aufweist, wobei die Umlenkabschnitte entlang einer Haupterstreckungsebene des Brillenglases lateral zueinander versetzt angeordnet sind; und
- zumindest eine Projektionseinrichtung, die ausgebildet ist, um das Licht auf zumindest einen abhängig von einer Nutzercharakteristik ausgewählten Umlenkabschnitt der Mehrzahl von Umlenkabschnitten des Brillenglases zu projizieren, wobei die Nutzercharakteristik einen Augenabstand oder eine Augenposition eines Nutzers der Datenbrille repräsentiert.
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Die Datenbrille kann als eine Datenbrille für erweiterte Realität (Augmented Reality, AR) ausgeführt sein. Auch kann die Datenbrille als ein sogenanntes RSD (Retinal Scan Display) ausgeführt sein. Jeder Umlenkabschnitt kann ausgebildet sein, um Licht von der zumindest einen Projektionseinrichtung abzulenken oder umzulenken, insbesondere in Richtung zu einer Netzhaut eines Nutzers der Datenbrille. Die Umlenkabschnitte können als holografisch wirksame Flächen bzw. Objekte und zusätzlich oder alternativ als halbtransparente Beugungselemente für Licht von der Projektionseinrichtung der Datenbrille fungieren. Die zumindest eine Interferenzstruktur kann als ein wellenlängenselektives Volumenhologramm und zusätzlich oder alternativ als ein wellenlängenselektives Oberflächenhologramm ausgeführt sein, beispielsweise als ein RGB-Hologramm. Die Hologramme können sowohl in Reflexions- als auch in Transmissionsgeometrie ausgeführt sein. Unter wellenlängenselektiv kann verstanden werden, dass jeder Umlenkabschnitt ausgebildet ist, um mittels der Interferenzen Struktur lediglich zumindest eine Wellenlänge mindestens eines Spektralbereichs des Lichts von der Projektionseinrichtung zu beugen oder zu reflektieren. Die Mehrzahl von Umlenkabschnitten kann in einer auf dem zumindest einen Brillenglas angeordneten Schicht oder in dem zumindest einen Brillenglas ausgeformt sein. Das Licht kann Laserlicht sein. Die Projektionseinrichtung kann zumindest eine Lichtquelle und zumindest ein optisches Element aufweisen, wie beispielsweise einen bewegbaren Spiegel. Der Augenabstand oder die Augenposition kann einstellbar, nutzerspezifisch vordefinierbar oder mittels zumindest einer Sensoreinrichtung der Datenbrille ermittelt sein.
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Gemäß einer Ausführungsform können die Umlenkabschnitte entlang einer Geraden lateral zueinander versetzt angeordnet sein. Die Gerade kann insbesondere parallel zu einer Verbindungslinie zwischen zwei Bügeln eines Rahmens der Datenbrille sein. Zusätzlich oder alternativ können die Umlenkabschnitte mit einem Abstand zwischen jeweils benachbarten Umlenkabschnitten angeordnet sein. Dabei kann der Abstand für jeden Umlenkabschnitt gleich sein oder es können unterschiedliche Abstände zwischen unterschiedlichen Umlenkabschnitten vorgesehen sein. Zusätzlich oder alternativ können die Umlenkabschnitte flächenfüllend angeordnet sein. Zusätzlich oder alternativ können die Umlenkabschnitte teilweise überlappend angeordnet sein und unterschiedlich wellenlängenselektiv ausgeführt sein. Bei teilweise überlappend angeordneten Umlenkabschnitten können die Umlenkabschnitte ausgebildet sein, um Licht zu beugen oder zu reflektieren, das von der Projektionseinrichtung mit unterschiedlichen Wellenlängenbereichen bzw. mit Wellenlängen in unterschiedlichen Spektralbereichen für unterschiedliche Umlenkabschnitte projiziert wird. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass ein optimaler Ausgleich zwischen einer hohen Platzausnutzung durch möglichst geringen Abstand zwischen Umlenkabschnitten und einer hohen Toleranz gegenüber einem Übersprechen zwischen verschiedenen Umlenkabschnitten realisiert werden kann. Durch eine Verwendung mehrerer Laserwellenlängen kann ein Überlapp der Umlenkabschnitte ermöglicht werden, um die Toleranz zu erhöhen und/oder das Sichtfeld (FOV) zu erhöhen und/oder eine Packungsdichte der Austrittpupillen zu erhöhen.
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Auch können die Umlenkabschnitte ausgeformt sind, um lateral zueinander versetzt angeordnete Austrittspupillen zu erzeugen. Zusätzlich oder alternativ können durch die Umlenkabschnitte erzeugte Austrittspupillen vordefinierte geometrische Positionsbeziehungen untereinander aufweisen, die den geometrischen Positionsbeziehungen der Umlenkabschnitte untereinander entsprechen oder von denselben abweichen. So kann ein vorteilhafter Kompromiss zwischen dem Sichtfeld pro Austritt Pupille und der Anzahl möglicher Augenpositionen gefunden werden.
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Ferner kann jeder der Umlenkabschnitte ausgeformt sein, um das Licht in eine vordefinierte Abstrahlrichtung zu beugen oder zu reflektieren. Insbesondere können hierbei die Abstrahlrichtungen aller Umlenkabschnitte zueinander parallel sein oder sich in einem Schnittpunkt schneiden, der einem Drehpunkt eines Auges eines Nutzers der Datenbrille entspricht. Unter Abstrahlrichtung kann der Winkel verstanden werden, unter dem der Mittenstrahl im Sichtfeld einer Austrittspupille sich ausbreitet. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass im Hinblick auf Austrittspupillen eine mögliche laterale Verschiebung des Auges aufgrund unterschiedlicher Augenpositionen oder Augenabstände verschiedener Nutzer maximiert werden kann oder ein möglicher zulässiger Rotationsbereich des Auges maximiert werden kann.
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Zudem kann die Projektionseinrichtung ausgebildet sein, um eine Brennweite, einen Abtastbereich des Lichts auf dem Brillenglas und zusätzlich oder alternativ einen durch das Licht repräsentierten Bildinhalt einzustellen, um das Licht auf den zumindest einen ausgewählten Umlenkabschnitt zu projizieren. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass die von der Projektionseinrichtung kommenden Projektionsinhalte einfach, exakt und zuverlässig an die holografische Funktion und an den Nutzer angepasst werden können, wobei eine holografisch optische Funktion im Brillenglas fest definiert bleiben kann und im Betrieb nicht verändert zu werden braucht.
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Gemäß einer Ausführungsform kann die Projektionseinrichtung zumindest einen Aktor zum Bewegen zumindest eines optischen Elements der Projektionseinrichtung aufweisen, um das Licht auf den zumindest einen ausgewählten Umlenkabschnitt zu projizieren. Bei dem zumindest einen optischen Element kann es sich um einen bewegbaren Spiegel, zumindest ein optisches Brechungselement und/oder ein anderes optisches Element handeln. Der zumindest eine Aktor kann als eine mechatronische Einrichtung bzw. ein mechatronisches System, als ein mikroelektromechanisches System (MEMS) oder dergleichen ausgeführt sein. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass eine sichere und genaue Anpassung der Datenbrille an verschiedene Nutzer mit jeweils unterschiedlicher Gesichtsgeometrie ermöglicht werden kann.
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Auch kann die Datenbrille eine Erkennungseinrichtung zum Erkennen einer Pupillenposition zumindest eines Auges des Nutzers aufweisen. Hierbei kann die Erkennungseinrichtung ausgebildet sein, um unter Verwendung der Pupillenposition den Augenabstand und zusätzlich oder alternativ die Augenposition zu ermitteln. Hierbei können Augenabstand und zusätzlich oder alternativ Augenposition unter Verwendung der Pupillenposition relativ zu mindestens einer Referenzmarke der Datenbrille ermittelt werden. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass automatisch die richtige Austrittpupille gewählt werden kann und gegebenenfalls auftretende Doppelbilder wegen gleichzeitigem Beleuchten der Augenpupille mit mehreren Austrittspupillen vermieden werden können.
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Ferner kann die Datenbrille eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer Umgebungshelligkeit und zum Bereitstellen einer Helligkeitsinformation aufweisen. Hierbei kann die Nutzercharakteristik eine unter Verwendung der Helligkeitsinformation ermittelte Pupillengröße zumindest eines Auges des Nutzers repräsentieren. Durch Kenntnis der Pupillengröße kann eine Genauigkeit und Zuverlässigkeit der virtuellen Netzhautanzeige weiter verbessert werden, wobei eine Auswahl des zumindest einen Umlenkabschnitts optimiert werden kann.
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Zudem kann die Datenbrille eine Auswahleinrichtung aufweisen, die ausgebildet ist, um den zumindest einen ausgewählten Umlenkabschnitt abhängig von der Nutzercharakteristik auszuwählen und die Projektionseinrichtung entsprechend anzusteuern. Dabei kann die Nutzercharakteristik die Augenposition oder den Augenabstand und zusätzlich oder alternativ die Pupillengröße repräsentieren. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass zumindest ein solcher Umlenkabschnitt ausgewählt werden kann, der zumindest eine optimal zu der Pupillenlage des Nutzers passende Austrittspupille bewirkt.
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Optional kann die Datenbrille auch eine Kalibrierungseinrichtung aufweisen, die ausgebildet ist, um die Projektionseinrichtung zu kalibrieren. So kann eine automatische Justage der Projektion auf den strukturierten holografischen Umlenker ermöglicht werden.
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Es wird ferner ein Verfahren zum Betreiben einer Ausführungsform der vorstehend genannten Datenbrille vorgestellt, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
- Einlesen der Nutzercharakteristik von einer Schnittstelle zu einer Datenübertragungseinrichtung und/oder zu mindestens einer Sensoreinrichtung der Datenbrille;
- Auswählen des zumindest einen Umlenkabschnitts abhängig von der Nutzercharakteristik; und
- Ansteuern der Projektionseinrichtung, um das Licht auf den zumindest einen ausgewählten Umlenkabschnitt zu projizieren.
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Dieses Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein. Das Steuergerät kann eine Einleseeinrichtung, eine Auswahleinrichtung und eine Ansteuereinrichtung aufweisen. Die Datenbrille kann das Steuergerät umfassen. Die mindestens eine Sensoreinrichtung kann eine Erkennungseinrichtung zum Erkennen einer Pupillenposition zumindest eines Auges des Nutzers und zusätzlich oder alternativ eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer Umgebungshelligkeit aufweisen.
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Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung einer Datenbrille gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 2 eine schematische Darstellung einer Datenbrille gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 3 eine schematische Darstellung von Umlenkabschnitten und Austrittspupillen einer Datenbrille gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 4 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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Bevor nachfolgend Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung eingehender erläutert werden, soll zunächst kurz auf Hintergründe und Grundlagen von Ausführungsbeispielen eingegangen werden.
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Als ein Kriterium für eine erfolgreiche Durchdringung des Massenmarktes von AR-Brillen für Endverbraucher kann insbesondere eine Alltagstauglichkeit solcher Datenbrillen sowie ein Zusatznutzen durch Applikationen gesehen werden. Ersteres kann beispielsweise durch Tragekomfortkriterien bestimmt sein, die von klassischen Brillen bekannt sind, wie beispielsweise Transparenz, Gewicht, etc. Hierfür kann die RSD-Technologie als besonders geeignet angesehen werden. Eine Herausforderung insbesondere bei kleinbauenden RSDs ist insbesondere eine Größe der sogenannten Eyebox, d. h. der Austrittspupille des optischen Systems. Damit ein Bild vom Auge wahrgenommen werden kann, sollte diese Austrittspupille mit der Eintrittspupille des Auges räumlich überlappen. Bei einem kleinbauenden optischen System, z. B. mit einem Mikrospiegel mit kleinem Durchmesser, kann ein Durchmesser des zur Bilddarstellung verwendeten Laserstrahls begrenzt sein. Damit ist zwar bei einer einzigen Augenstellung ein großes Bild darstellbar, aber bei Augenbewegungen, z. B. um dieses große Bild vollständig zu betrachten, besteht die Möglichkeit, dass die Pupille des Auges die Austrittspupille des Systems verlässt und das Bild verschwindet. Ein derartiges herkömmliches optisches System kann für eine optimale Lage der Austrittspupille einen Fitting-Prozess analog zur Einpassung von korrektiven Brillengläsern an den jeweiligen Benutzer erfordern. Hierbei wird der Augenabstand (IPD: Inter-Pupillary Distance) und die Gesichtsgeometrie vermessen, um das Hologramm kundenspezifisch im Brillenglas zu positionieren. Möchte ein Kunde ein Datenbrillensystem testen, gelingt dies herkömmlicherweise insbesondere dann, wenn das Muster einigermaßen zur Gesichtsgeometrie passt und somit die Austrittspupillen das Auge des Nutzers trifft. Gemäß Ausführungsbeispielen kann abhängig von der Gesichtsgeometrie jedoch eine für das Auge des Nutzers passende Austrittpupille genutzt werden und so können die Systemvorteile einer AR-Brille gegenüber anderen Technologien für den Nutzer unter Berücksichtigung von dessen Gesichtsgeometrie erlebbar gemacht werden.
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Somit können beispielsweise auch für Nutzer bzw. Kunden, die eine Datenbrille testen wollen, verfügbare Verkaufsmuster passend zur ihrer Augen- und Gesichtsgeometrie angeboten werden. Somit können gemäß Ausführungsbeispielen insbesondere ein Tragekomfort und eine Erfahrung gegenüber herkömmlichen Brillen verbessert werden und kann eine Optimierung wie bei einer speziell für einen jeweiligen Benutzer angepassten Datenbrille erreicht werden. Um eine reale Testerfahrung zu erleben, kann hierbei die Datenbrille mittels einer unkomplizierten Einstellungsmöglichkeit angepasst werden. Somit kann auf eine herkömmliche Vorgehensweise verzichtet werden, bei der Brillengläser nach aufwändiger 3D-Vermessung der Gesichtsgeometrie individuell angepasst werden, insbesondere im Hinblick auf eine Lage eines Hologramms in einem kundenspezifischen Brillenglas. Gemäß Ausführungsbeispielen können mit einem Brillenglas die Bedürfnisse bzw. Anforderungen mehrerer Kunden abgedeckt werden und kann somit ein vorausgehender Vermessungsprozess entfallen und eine individuelle Anpassung von Brillengläsern für Datenbrille vermieden werden.
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In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung 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.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Datenbrille 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Bei der Datenbrille 100 handelt es sich um eine Datenbrille 100 zur virtuellen Netzhautanzeige bzw. um ein sogenanntes RSD (Retinal Scan Display). Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Datenbrille 100 lediglich beispielhaft als eine Datenbrille für erweiterte Realität (Augmented Reality, AR) ausgeführt. Die hier gezeigte Ausführung der Datenbrille 100 mit der Anordnung von Komponenten bzw. Merkmalen ist dabei als ein Beispiel aus mehreren möglichen Beispielen zu verstehen.
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Dabei zeigt 1 die Datenbrille 100 in einem durch einen Nutzer am Auge getragenen Zustand. Hierbei ist die Datenbrille 100 in der Darstellung von 1 in einer schematischen Draufsicht auf einen Teilabschnitt der Datenbrille 100 gezeigt, wobei ein Auge des Nutzers als eine schematische Schnittdarstellung gezeigt ist.
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Die Datenbrille 100 umfasst zumindest ein Brillenglas 105 mit einer Mehrzahl von Umlenkabschnitten 125. Jeder Umlenkabschnitt 125 umfasst zumindest eine Interferenzstruktur zum wellenlängenselektiven Beugen oder Reflektieren von Licht 111. Die Umlenkabschnitte 125 sind entlang einer Haupterstreckungsebene des Brillenglases 105 lateral zueinander versetzt angeordnet. Die Datenbrille 100 umfasst ferner zumindest eine Projektionseinrichtung 130, die ausgebildet ist, um das Licht 111 auf zumindest einen abhängig von einer Nutzercharakteristik ausgewählten Umlenkabschnitt 125 der Mehrzahl von Umlenkabschnitten 125 des Brillenglases 105 zu projizieren. Die Nutzercharakteristik repräsentiert dabei einen Augenabstand oder eine Augenposition eines Nutzers der Datenbrille 100.
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Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Datenbrille 100 eine Umlenkschicht 120, die an einer dem Auge zugewandten Seite auf dem Brillenglas 105 aufgebracht ist und in der die Umlenkabschnitte 125 ausgeformt bzw. angeordnet sind. Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel können die Umlenkschicht 120 und die Umlenkabschnitte 125 auch direkt in dem Brillenglas 105 ausgeführt bzw. ausgeformt sein. Ferner umfasst gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel die Projektionseinrichtung 130 der Datenbrille 100 beispielhaft lediglich eine Lichtquelle 110 und einen bewegbaren Spiegel bzw. Mikrospiegel 115. Die Lichtquelle 110 kann zusätzlich auch zumindest ein optisches Element aufweisen, wie beispielsweise eine optische Brechungseinrichtung.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Projektionseinrichtung 130 ausgebildet, um eine Brennweite, einen Abtastbereich des Lichts 111 auf dem Brillenglas 105 und somit der Umlenkschicht 120 und/oder einen durch das Licht 111 repräsentierten Bildinhalt einzustellen, um das Licht 111 auf den zumindest einen ausgewählten Umlenkabschnitt 125 zu projizieren.
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Anders ausgedrückt umfasst die Datenbrille 100 zumindest eine Lichtquelle 110, hier in Gestalt eines Lasermoduls, einen Mikrospiegel 115, insbesondere einen 2D-Mikrospiegel, und Umlenkabschnitte 125 zum Umlenken von Licht 111. Das Licht 111 von der Lichtquelle 110 wird mittels des Mikrospiegels 115 zu dem Brillenglas 105 und somit zu den Umlenkabschnitten 125 gelenkt. Ferner ist in der Darstellung von 1 von der Datenbrille 100 auch ein Rahmen 102 gezeigt.
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Die Umlenkschicht 120 weist eine Mehrzahl von Umlenkabschnitten 125 auf. Die zumindest eine Lichtquelle 110 ist ausgebildet, um Licht 111 über den Mikrospiegel 115 auf die Umlenkschicht 120, genauer gesagt auf die Umlenkabschnitte 125 der Umlenkschicht 120 auf dem Brillenglas 105 zu projizieren. Die Umlenkabschnitte 125 sind ausgebildet, um das Licht 111 von der zumindest einen Lichtquelle 110 zu dem Auge des Nutzers hin umzulenken.
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Auch wenn es in 1 nicht explizit gezeigt ist, so kann die Datenbrille 100 beispielsweise zwei Brillengläser 105 und zwei Projektionseinrichtungen 130 umfasst. Hierbei kann jedem Brillenglas 105 eine eigene Projektionseinrichtung 130 zugeordnet sein.
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2 zeigt eine schematische Darstellung einer Datenbrille 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die in 2 dargestellte Datenbrille 100 entspricht oder ähnelt der Datenbrille aus 1. Genauer gesagt entspricht die Datenbrille 100, welche in 2 gezeigt ist, der Datenbrille aus 1 mit Ausnahme dessen, dass die Umlenkabschnitte 125 lediglich beispielhaft direkt in dem Brillenglas 105 angeordnet sind bzw. die Umlenkschicht weggelassen ist und dass zusätzliche oder optionale Elemente der Datenbrille 100 gezeigt sind, wobei das Auge, der Rahmen, das Licht sowie die Lichtquelle und der Spiegel der Projektionseinrichtung 130 in der Darstellung von 2 weggelassen sind. Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind auch bei der in 2 gezeigten Datenbrille 100 die Umlenkabschnitte 125 in einer Umlenkschicht angeordnet, wie der Umlenkschicht aus 1.
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Insbesondere zeigt 2, dass die Datenbrille 100 aus 1 oder eine ähnliche Datenbrille zusätzliche oder optionale Elemente aufweisen kann. Die zusätzlichen oder optionalen Elemente umfassen einen Aktor 235, eine Auswahleinrichtung 240, eine Erkennungseinrichtung 250 und/oder eine Erfassungseinrichtung 260.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst die Datenbrille 100 den Aktor 235. Beispielsweise ist der Aktor 235 als ein Teil der Projektionseinrichtung 130 ausgeführt. Der Aktor 235 ist ausgebildet, um zumindest ein optisches Element der Projektionseinrichtung 130 zu bewegen, beispielsweise die Lichtquelle, den Spiegel und/oder ein anderes optisches Element, um das Licht auf den zumindest einen ausgewählten Umlenkabschnitt 125 zu projizieren. Zusätzlich oder alternativ dazu umfasst die Datenbrille 100 gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel die Auswahleinrichtung 240. Die Auswahleinrichtung 240 ist ausgebildet, um den zumindest einen ausgewählten Umlenkabschnitt 125 abhängig von der Nutzercharakteristik auszuwählen und die Projektionseinrichtung 130 entsprechend zum Projizieren des Lichts auf den zumindest einen ausgewählten Umlenkabschnitt 125 anzusteuern. Die Nutzercharakteristik repräsentiert hierbei die Augenposition oder den Augenabstand und zusätzlich oder alternativ eine Pupillengröße.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst die Datenbrille 100 die Erkennungseinrichtung 250 und/oder die Erfassungseinrichtung 260 als zumindest eine Sensoreinrichtung der Datenbrille 100. Die Erkennungseinrichtung 250 ist ausgebildet, um eine Pupillenposition zumindest eines Auges des Nutzers zu erkennen. Ferner ist die Erkennungseinrichtung 250 ausgebildet, um unter Verwendung der Pupillenposition den Augenabstand und/oder die Augenposition zu ermitteln. Die Erkennungseinrichtung 250 ist beispielsweise ausgebildet um zum Erkennen der Pupillenposition zumindest einen Algorithmus zur Objekterkennung, Bildanalyse und/oder Merkmalserkennung sowie zusätzlich oder alternativ dazu zumindest eine Referenzmarke zu verwenden. Die Erfassungseinrichtung 260 ist ausgebildet, um eine Umgebungshelligkeit in einer Umgebung der Datenbrille 100 zu erfassen. Zudem ist die Erfassungseinrichtung 260 ausgebildet, um eine Helligkeitsinformationen bereitzustellen, welche die erfasste Umgebungshelligkeit repräsentiert. Hierbei repräsentiert die Nutzercharakteristik eine unter Verwendung der Helligkeitsinformation ermittelte Pupillengröße zumindest eines Auges des Nutzers. Die Pupillengröße ist aus der Umgebungshelligkeit unter Verwendung einer Ermittlungsvorschrift ermittelbar, die eine vordefinierte physikalische und/oder physiologische Beziehung, eine Nachschlagtabelle oder dergleichen aufweist.
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3 zeigt eine schematische Darstellung von Umlenkabschnitten 125 und Austrittspupillen 325 einer Datenbrille gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei sind die Umlenkabschnitte 125 Teil der Datenbrille aus einer der vorstehend beschriebenen Figuren oder einer ähnlichen Datenbrille und stehen die Austrittspupillen 325 im Zusammenhang mit derselben. In der Darstellung von 3 ist ferner ein Auge des Nutzers als eine schematische Schnittdarstellung gezeigt.
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Anders ausgedrückt zeigt 3 einen schematischen Strahlengang und eine Generierung mehrerer Austrittspupillen 325 bzw. Eyeboxen in definierten Abständen. Je nach individueller Lage der Pupille bzw. Eintrittspupille des Auges, wird die entsprechend räumlich passende Austrittspupille 325 durch Auswahl eines geeigneten Umlenkabschnitts 125 gewählt. 3 zeigt als Hologramme im Brillenglas der Datenbrille realisierte Umlenkabschnitte 125 mit definiertem lateralem Abstand. Beispielsweise passiert eine Bildinformation der in 3 mittig dargestellten Projektion die Pupille des Auges und verursacht ein für den Nutzer wahrnehmbares Bild auf der Netzhaut. Mit den Bezugszeichen 125 sind auch mögliche Positionen der segmentierten holografischen Optiken bzw. Umlenkabschnitte 125 gezeigt, welche die Austrittspupillen 325 bzw. Eyeboxen erzeugen. Mit den Bezugszeichen 325 sind auch mögliche Positionen der Austrittspupillen 325 bzw. Eyeboxen gezeigt. Dabei sind aus Platzgründen lediglich vier der Austrittspupillen 325 explizit mit Bezugszeichen bezeichnet.
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Aus der Darstellung von 3 ist insbesondere auch erkennbar, dass die Umlenkabschnitte 125 entlang einer Geraden lateral zueinander versetzt angeordnet sind. Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind die Umlenkabschnitte 125 mit einem Abstand zwischen jeweils benachbarten Umlenkabschnitten 125 angeordnet, zusätzlich oder alternativ flächenfüllend angeordnet und zusätzlich oder alternativ teilweise überlappend angeordnet sowie unterschiedlich wellenlängenselektiv ausgeführt. Die Umlenkabschnitte 125 sind ausgeformt, um lateral zueinander versetzt angeordnete Austrittspupillen 325 zu erzeugen. Zusätzlich oder alternativ weisen durch die Umlenkabschnitte 125 erzeugte Austrittspupillen 325 gemäß einem Ausführungsbeispiel vordefinierte geometrische Positionsbeziehungen untereinander auf, die geometrischen Positionsbeziehungen der Umlenkabschnitte 125 untereinander entsprechen oder von denselben abweichen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist jeder der Umlenkabschnitte 125 ausgeformt, um das Licht in eine vordefinierte Abstrahlrichtung zu beugen oder zu reflektieren. Insbesondere sind dabei die Abstrahlrichtungen aller Umlenkabschnitte 125 zueinander parallel, wie es auch in 3 gezeigt ist. Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel schneiden sich die Abstrahlrichtungen aller Umlenkabschnitte 125 in einem Schnittpunkt, der einem Drehpunkt eines Auges eines Nutzers der Datenbrille entspricht.
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4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 400 zum Betreiben gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren 400 ist ausführbar, um die Datenbrille aus einer der vorstehend beschriebenen Figuren oder eine ähnliche Datenbrille zu betreiben. Somit ist das Verfahren 400 in Verbindung mit bzw. unter Verwendung der Datenbrille aus einer der vorstehend beschriebenen Figuren oder einer ähnlichen Datenbrille ausführbar. Dabei ist das Verfahren 400 mittels eines Steuergeräts ausführbar, das gemäß einem Ausführungsbeispiel Teil der Datenbrille ist.
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Das Verfahren 400 zum Betreiben umfasst einen Schritt 410 des Einlesens, einen Schritt 420 des Auswählens und einen Schritt 430 des Ansteuerns. In dem Schritt 410 des Einlesens wird die Nutzercharakteristik von einer Schnittstelle zu einer Datenübertragungseinrichtung und/oder zu mindestens einer Sensoreinrichtung der Datenbrille eingelesen. Nachfolgend wird in dem Schritt 420 des Auswählens abhängig von der im Schritt 410 des Einlesens eingelesenen Nutzercharakteristik der zumindest eine Umlenkabschnitt ausgewählt. Wiederum nachfolgend wird in dem Schritt 430 des Ansteuerns die Projektionseinrichtung angesteuert, um das Licht auf den zumindest einen im Schritt 420 des Auswählens ausgewählten Umlenkabschnitt zu projizieren.
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Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die vorstehend beschriebenen Figuren Ausführungsbeispiele und Vorteile von Ausführungsbeispielen zusammenfassend nochmals kurz mit anderen Worten erläutert.
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Die Projektion mittels der Projektionseinrichtung 130 ist insbesondere durch folgende Parameter definiert und durch dieselben an einen vorliegenden Nutzungszweck anpassbar. Erstens durch einen Abstand der Umlenkabschnitte 125 bzw. Eyeboxregionen voneinander auf dem Brillenglas 105, wie es auch beispielsweise in 1 oder 2, insbesondere in 3 gezeigt ist. Hierbei besteht ein zu findender Kompromiss zwischen einer guten Platzausnutzung bei geringem Abstand und einer hohen Toleranz des Systems gegenüber dem Übersprechen zwischen verschiedenen optischen Bereichen. Durch die Verwendung mehrerer Laserwellenlängen kann ein Überlapp der Umlenkabschnitte 125 ermöglicht werden, um entweder die Toleranz zu erhöhen und/oder das Sichtfeld (FOV) zu erhöhen und/oder die Packungsdichte der Austrittpupillen 325 bzw. Eyeboxen zu erhöhen. Die Anordnung der Umlenkabschnitte 125 kann hierbei vorteilhafterweise flächenfüllend umgesetzt werden. Zweitens durch eine Anordnung der Austrittpupillen 325 bzw. Eyeboxen, die idealerweise der gleichen Geometrie folgen kann wie die Anordnung der Umlenkabschnitte 125, aber auch anders gestaltet sein kann. Drittens durch eine Variation eines Abstands der Austrittspupillen 325 bzw. Eyeboxen voneinander, um den Kompromiss zwischen Sichtfeld pro Austrittspupille 325 gegenüber einer Anzahl möglicher Augenpositionen zu optimieren. Viertens durch eine Abstrahlrichtung der Umlenkabschnitte 125, wobei der Winkel, unter dem der Mittenstrahl im Sichtfeld einer Austrittspupille 325 sich ausbreitet, angepasst werden kann. Ein sinnvoller Parameterbereich hierfür liegt beispielsweise zwischen 0 Grad, d. h. alle Mittenstrahlen sind parallel, wie es auch in 3 gezeigt ist, um eine maximale laterale Verschiebung des Auges zu ermöglichen, und dem Fall, in dem sich alle Mittenstrahlen im Drehpunkt des Auges schneiden, um eine maximale Rotation des Auges zu ermöglichen.
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Während die holografisch optische Funktion durch die Umlenkabschnitt 125 im oder am Brillenglas 105 fest definiert und im Betrieb nicht veränderlich ist, können die vom Laserprojektor bzw. von der Lichtquelle 110 der Projektionseinrichtung 130 kommenden Projektionsinhalte an die holografische Funktion und an den Nutzer angepasst werden. Eine Anpassung der Projektion an den Nutzer bzw. an dessen Gesichtsgeometrie kann dabei z. B. mittels einer Verdrehung oder Verschiebung der kompletten Projektionseinrichtung 130 oder Teilen davon, durch eine Verdrehung oder Verschiebung einer Ausgangs- oder Zwischenoptik, durch eine Veränderung der Brennweite einer steuerbaren Ausgangs- oder Zwischenoptik, durch eine Anpassung des Scanbereichs, durch eine Anpassung des Bildinhalts und/oder dergleichen. Um eine automatische Justage der Projektion auf den strukturierten holografischen Umlenker bzw. die Mehrzahl von Umlenkabschnitten 125 zu ermöglichen, ist optional eine automatische Kalibrierung der Projektionseinrichtung 130 vorgesehen. Des Weiteren kann die Datenbrille 100 die Erkennungseinrichtung 250 zur Pupillenpositionserkennung (Eyetracker) aufweisen oder mit derselben kombiniert werden, um z. B. die Projektion an den Augenabstand des Nutzers anzupassen und/oder die Projektion an die Augenposition anzupassen, um über den passendsten Umlenkabschnitt 125 automatisch die korrekte Austrittpupille 325 wählen zu können und möglicherweise auftretende Doppelbilder aufgrund gleichzeitigen Beleuchtens der Augenpupille mit mehreren Austrittspupillen 325 zu vermeiden. Hierbei ist auch die Kombination mit der Erfassungseinrichtung 260 für Umgebungshelligkeit sinnvoll, um daraus die Pupillengröße des Nutzers herzuleiten.
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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.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008009095 A1 [0003]
