DE102021104528A1

DE102021104528A1 - Optisches System für eine virtuelle Netzhautanzeige und Verfahren zum Projizieren von Bildinhalten auf eine Netzhaut

Info

Publication number: DE102021104528A1
Application number: DE102021104528.2A
Authority: DE
Inventors: Andrea Marchini; Andreas Petersen; Christian Nitschke; Eva Lea Elisabeth Empfing; Gael Pilard; Hendrik Specht; Joerg Carls; Johannes Hofmann; Maximillian Reiss; Simon Pick; Tadiyos Alemayehu; Thomas Kuenstle
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-02-25
Filing date: 2021-02-25
Publication date: 2022-08-25
Also published as: US20220269088A1

Abstract

Die Erfindung geht aus von einem optischen System (68) für eine virtuelle Netzhautanzeige (Retinal Scan Display), mindestens umfassenda. eine Bildquelle, die einen Bildinhalt in Form von Bilddaten (12) liefert,b. eine Bildverarbeitungseinrichtung (10) für die Bilddaten (12),c. eine Projektoreinheit (16) mit einer zeitlich modulierbaren Lichtquelle (132) zum Generieren mindestens eines Lichtstrahls und mit einer ansteuerbaren Ablenkeinrichtung (92) für den mindestens einen Lichtstrahl zur scannenden Projektion des Bildinhalts,d. eine Umlenkeinheit (20), auf die der Bildinhalt projizierbar ist und die dazu eingerichtet ist, den projizierten Bildinhalt auf ein Auge (24) eines Nutzers zu lenken,e. ein adaptives optisches Element (116) zum Modifizieren einer Strahldivergenz, das im Strahlengang des Lichtstrahls zwischen der Lichtquelle (82, 84, 86) und der Umlenkeinheit (20) angeordnet ist.Es wird vorgeschlagen, dass das adaptive optische Element (116) ansteuerbar ist, so dass die Strahldivergenz des Lichtstrahls in Abhängigkeit vom Einfallswinkel des Lichtstrahls auf die Umlenkeinheit (20) variierbar ist.

Description

Stand der Technik
Aus der DE 10 2017 211 934 A1 ist bereits eine Datenbrille mit einer Projektoreinheit bekannt, bei welcher Bildinhalte durch eine scannende Projektion von Lichtstrahlen über eine Umlenkeinheit auf eine Netzhaut eines Auges eines Nutzers lenkbar sind.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung geht aus von einem optischen System für eine virtuelle Netzhautanzeige (Retinal Scan Display), mindestens umfassend

a. eine Bildquelle, die einen Bildinhalt in Form von Bilddaten liefert,
b. eine Bildverarbeitungseinrichtung für die Bilddaten,
c. eine Projektoreinheit mit einer zeitlich modulierbaren Lichtquelle zum Generieren mindestens eines Lichtstrahls und mit einer, insbesondere durch die Projektoreinheit, ansteuerbaren Ablenkeinrichtung für den mindestens einen Lichtstrahl zur scannenden Projektion des Bildinhalts,
d. eine Umlenkeinheit, auf die der Bildinhalt projizierbar ist und die dazu eingerichtet ist, den projizierten Bildinhalt, vorzugsweise zumindest einen Teil der Gesamtintensität des projizierten Bildinhalts, auf ein Auge eines Nutzers zu lenken,
e. ein adaptives optisches Element zum Modifizieren einer Strahldivergenz, das im Strahlengang des Lichtstrahls zwischen der Lichtquelle und der Umlenkeinheit angeordnet ist.

Es wird vorgeschlagen, dass das adaptive optische Element ansteuerbar ist, so dass die Strahldivergenz des Lichtstrahls in Abhängigkeit vom Einfallswinkel des Lichtstrahls auf die Umlenkeinheit variierbar ist.
Unter einer „virtuellen Netzhautanzeige“ soll insbesondere ein Retinal Scan Display oder ein Lichtfelddisplay verstanden werden, bei welchem der Bildinhalt sequentiell durch Ablenkung zumindest eines Lichtstrahls, insbesondere eines Laserstrahls zumindest einer zeitlich modulierten Lichtquelle, wie z.B. einer oder mehrerer Laserdioden, abgerastert und durch optische Elemente direkt auf die Netzhaut (Retina) des Nutzer-Auges abgebildet wird. Die Bildquelle ist insbesondere als eine elektronische Bildquelle, beispielsweise als eine Grafikausgabe, insbesondere eine (integrierte) Grafikkarte, eines Computers oder Prozessors oder dergleichen, ausgebildet. Die Bildquelle kann beispielsweise integral mit der Bildverarbeitungseinrichtung des optischen Systems ausgebildet sein. Alternativ kann die Bildquelle separat von der Bildverarbeitungseinrichtung ausgebildet sein und Bilddaten an die Bildverarbeitungseinrichtung des optischen Systems übermitteln. Die Bilddaten sind insbesondere als Farbbilddaten, z.B. RGB-Bilddaten, ausgebildet. Insbesondere können die Bilddaten als unbewegte oder als bewegte Bilder, z.B. Videos, ausgebildet sein. Die Bildverarbeitungseinrichtung ist vorzugsweise dazu vorgesehen, die Bilddaten der Bildquelle zu modifizieren, insbesondere zu verzerren, zu kopieren, zu verdrehen, zu versetzen, zu skalieren o.dgl. Die Bildverarbeitungseinrichtung ist vorzugsweise dazu vorgesehen, Kopien des Bildinhalts zu erzeugen, welche insbesondere modifiziert, beispielsweise verzerrt, verdreht, versetzt und/oder skaliert sind.
Die Projektoreinheit ist insbesondere dazu eingerichtet, den Bildinhalt aus den Bilddaten in Form von gescannten und/oder gerasterten Lichtstrahlen abzustrahlen. Die Projektoreinheit umfasst insbesondere eine Ablenkeinrichtung, bevorzugt einen MEMS-Spiegel (Mikrospiegelaktor), zumindest zur gesteuerten Ablenkung des mindestens einen Lichtstrahls der Lichtquelle der Projektoreinheit. Alternativ oder zusätzlich umfasst die Ablenkeinrichtung mindestens ein schaltbares diffraktiv-optisches Element in Form eines Phasen- und/oder Intensitätsmodulators, welcher beispielsweise als Flächenlichtmodulator (Spatial Light Modulator: SLM) in reflektiver Bauweise, z.B. in DMD oder LCoS-Bauweise, oder in transmittiver Bauweise, z.B. als LCD ausgeführt sein kann. Insbesondere ist die zeitlich modulierbare Lichtquelle analog moduliert, wobei jedoch beispielsweise auch eine alternative TTL-Modulation nicht ausgeschlossen ist.
Die Umlenkeinheit umfasst insbesondere eine Anordnung von optischen Elementen, beispielsweise diffraktiven, reflektiven, refraktiven und/oder holographischen optischen Elementen. Vorzugsweise umfasst die Umlenkeinheit dabei jedoch immer zumindest ein holographisches optisches Element. Die Umlenkeinheit ist zumindest teilweise in ein Brillenglas einer Datenbrille integriert ausgebildet. Die Umlenkeinheit ist insbesondere dazu vorgesehen, lediglich einen Teil der Intensität des projizierten Bildinhalts auf das Nutzer-Auge umzulenken. Zumindest ein weiterer Teil der Intensität des projizierten Bildinhalts durchtritt die Umlenkeinheit. Die Umlenkeinheit erscheint für einen Nutzer zumindest aus einer senkrechten Blickrichtung gesehen im Wesentlichen transparent. Insbesondere bildet die Umlenkeinheit einen Projektionsbereich aus. Insbesondere bildet der Projektionsbereich eine Fläche aus, innerhalb der ein Lichtstrahl bei einem Auftreffen auf die Umlenkeinheit in Richtung des Nutzer-Auges, insbesondere in Richtung einer Augenpupillenfläche des optischen Systems, abgelenkt/umgelenkt wird. Unter „vorgesehen“ und/oder unter „eingerichtet“ soll insbesondere speziell programmiert, ausgelegt und/oder ausgestattet verstanden werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion vorgesehen und/oder eingerichtet ist, soll insbesondere verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem Anwendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt.
Insbesondere ist das adaptive optische Element dazu vorgesehen, in einem Betriebszustand des optischen Systems, das heißt bei einer scannenden Projektion des Bildinhalts in Form von zumindest einem Lichtstrahl, die Strahldivergenz des zumindest einen Lichtstrahls in Abhängigkeit vom momentanen Einfallswinkel des Lichtstrahls auf die Umlenkeinheit dynamisch zu variieren. Denkbar, jedoch nicht beschränkt darauf, wäre, dass das adaptive optische Element zumindest eine varifokale Linse umfasst. Beispielsweise, jedoch nicht beschränkt darauf, könnte die varifokale Linse als eine zweiphasige Flüssigkeitslinse, insbesondere mit einem elektrisch einstellbaren Kontaktwinkel zur Kontrolle eines Flüssigkeitsmeniskus der Flüssigkeitslinse, ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich könnte die varifokale Linse als eine membranbasierte Flüssiglinse ausgebildet sein, bei welcher insbesondere eine Membran der Flüssiglinse durch einen Flüssigkeitsdruck deformierbar ist. Alternativ oder zusätzlich könnte die varifokale Linse als ein deformierbarer Glas-Polymerstapel mit Piezoaktorik ausgebildet sein.
Insbesondere ist das adaptive optische Element dazu vorgesehen, einen Fokus des zumindest einen Lichtstrahls mittels Variierung der Strahldivergenz des zumindest einen Lichtstrahls jeweils auf eine Fokusebene der Umlenkeinheit zu legen. Insbesondere aufgrund der gescannten Projektion, das heißt insbesondere abhängig von einem Einfallswinkel des Lichtstrahls auf die Umlenkeinheit, treten unterschiedlich lange Pfadlängen, ausgehend von der Projektoreinheit zur Umlenkeinheit, insbesondere zu der Fokusebene der Umlenkeinheit, auf. Es ist denkbar, dass das optische System eine Steuer- oder Regeleinheit zur Ansteuerung des adaptiven optischen Elements aufweist. Unter einer „Steuer- oder Regeleinheit“ soll insbesondere eine Einheit mit zumindest einer Steuerelektronik verstanden werden. Unter einer „Steuerelektronik“ soll insbesondere eine Einheit mit einer Prozessoreinheit und mit einer Speichereinheit sowie mit einem in der Speichereinheit gespeicherten Betriebsprogramm verstanden werden. Insbesondere kann die Steuer- oder Regeleinheit in die Datenbrille, beispielsweise in einen Bügel der Datenbrille, integriert oder getrennt von der Datenbrille, beispielsweise als Teil eines zu dem optischen System zugeordneten externen Geräts, wie einem Smartphone, ausgebildet sein. Zudem ist denkbar, dass die Steuer- und/oder Regeleinheit zumindest teilweise einstückig mit der Bildverarbeitungseinheit oder mit der Projektoreinheit ausgebildet ist. Darunter, dass zwei Einheiten „teilweise einstückig“ ausgebildet sind, soll insbesondere verstanden werden, dass die Einheiten zumindest ein, insbesondere zumindest zwei, vorteilhaft zumindest drei gemeinsame Elemente aufweisen, die Bestandteil, insbesondere funktionell wichtiger Bestandteil, beider Einheiten sind. Durch eine dynamische Anpassung, insbesondere Variierung, der Strahldivergenz des Lichtstrahls durch das adaptive optische Element in Abhängigkeit vom Einfallswinkel des Lichtstrahls auf die Umlenkeinheit, können insbesondere unterschiedliche Pfadlängen, ausgehend von der Projektoreinheit bis zur Fokusebene der Umlenkeinheit ausgeglichen werden. Insbesondere ist denkbar, dass das adaptive optische Element basierend auf aktuellen Messergebnissen einer veränderlichen Umgebungssituation, beispielsweise basierend auf Messergebnissen einer Eyetracker-Einrichtung o.dgl., vorzugsweise online und/oder nahezu in Echtzeit, angesteuert und/oder geregelt ist.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des optischen Systems kann vorteilhaft eine verbesserte Funktionalität der virtuellen Netzhautanzeige erreicht werden. Vorteilhaft kann eine besonders große effektive Gesamteyebox erreicht werden, welche insbesondere gleichzeitig ein möglichst großes Sichtfeld aufweist. Unter einer „effektiven Gesamteyebox“ soll in diesem Zusammenhang ein Raumbereich an Pupillenpositionen eines Nutzer-Auges verstanden werden, in dem der gesamte Bildinhalt eines Ausgangsbilds aus mindestens einer Austrittspupille der virtuellen Netzhautanzeige durch die Pupille des Nutzer-Auges trifft. Insbesondere kann durch eine derartige Ausgestaltung eine vorteilhafte Bildqualität, insbesondere eine vorteilhafte Bildschärfe, in einem vorteilhaft gro-ßen Bereich der effektiven Gesamteyebox, und vorteilhaft in einem Gesamtbereich der effektiven Gesamteyebox erreicht werden. Zudem kann vorteilhaft eine besonders hohe Toleranz gegenüber Augenbewegungen und/oder gegenüber einem Verrutschen von die Anzeigevorrichtung umfassenden Smartglasses erreicht werden. Insbesondere kann durch eine derartige Ausgestaltung unabhängig von Augenbewegungen und/oder unabhängig von einem Verrutschen von die Anzeigevorrichtung umfassenden Smartglasses, eine hohe Bildqualität, insbesondere eine hohe Bildschärfe, erzielt werden. Insbesondere kann durch eine derartige Ausgestaltung ein größerer Bereich insbesondere einer holografischen Combineroptik genutzt werden, wobei insbesondere der Fokus nachgeführt werden kann. Damit kann insbesondere trotz Ausnutzung eines größeren Bereichs insbesondere der holografischen Combineroptik eine vorteilhafte Bildqualität, insbesondere eine hohe Bildschärfe, erzielt werden. Vorteilhaft kann dadurch eine besonders komfortable Nutzung der die Anzeigevorrichtung umfassenden Smartglasses erreicht werden. Insbesondere können durch eine derartige Ausgestaltung verbesserte Eigenschaften hinsichtlich einer Personalisierbarkeit erzielt werden, da insbesondere eine Bildschärfe an etwaige Eigenschaften eines Nutzer-Auges anpassbar ist. Insbesondere kann eine hohe Bildauflösung bei vorteilhafter Bildschärfe gewährleistet werden. Insbesondere kann durch eine derartige Ausgestaltung eine Fokusanpassung eines einzelnen Lichtstrahls ermöglicht werden. Insbesondere kann durch eine derartige Ausgestaltung eine Fokusanpassung eines einzelnen Lichtstrahls dynamisch, und zwar beispielsweise anpassend an sich ändernde Sehstärken oder verschiedene Akkommodationsentfernungen erfolgen.
Ferner wird vorgeschlagen, dass das adaptive optische Element mit der Ablenkeinrichtung der Projektoreinheit synchronisierbar ist, so dass die Strahldivergenz des Lichtstrahls in Abhängigkeit von der Ablenkung des Lichtstrahls variierbar ist. Insbesondere ist das adaptive optische Element über die Projektorsteuereinheit mit der Ablenkeinrichtung der Projektoreinheit datentechnisch verbunden, sodass eine Anpassung der Strahldivergenz des Lichtstrahls in Abhängigkeit vom Einfallswinkel des Lichtstrahls auf die Umlenkeinheit realisiert werden kann. Denkbar wäre beispielsweise, dass die Projektorsteuereinheit die Ablenkeinrichtung der Projektoreinheit und das adaptive optische Element synchronisiert ansteuert. Durch eine derartige Ausgestaltung kann insbesondere eine vorteilhafte Bildschärfe erreicht werden.
Zudem wird vorgeschlagen, dass die Ablenkeinrichtung der Projektoreinheit dazu eingerichtet ist, den Lichtstrahl in horizontaler Richtung langsamer abzulenken als in vertikaler Richtung, so dass der Bildinhalt spaltenweise projiziert wird, und dass das adaptive optische Element mit der horizontalen Ablenkung des Lichtstrahls synchronisiert ist. Vorzugsweise ist die Ablenkeinrichtung der Projektoreinheit dann dazu eingerichtet, den Lichtstrahl in horizontaler Richtung langsamer abzulenken als in vertikaler Richtung, so dass der Bildinhalt spaltenweise projiziert wird, wenn die Projektoreinheit insbesondere in einen Brillenbügel einer Datenbrille und dadurch insbesondere seitlich eines Brillenglases der Datenbrille und dadurch insbesondere seitlich von der Umlenkeinheit angeordnet ist. Durch eine derartige Ausgestaltung kann gewährleistet werden, dass die Variierung der Strahldivergenz mittels des adaptiven optischen Elements mit ihrer begrenzten Dynamik der horizontalen Ablenkung des Lichtstrahls folgen kann, sodass eine Bildschärfe weiter verbessert werden kann.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Ablenkeinrichtung der Projektoreinheit dazu eingerichtet ist, den Lichtstrahl in vertikaler Richtung langsamer abzulenken als in horizontaler Richtung, so dass der Bildinhalt zeilenweise projiziert wird, und dass das adaptive optische Element mit der vertikalen Ablenkung des Lichtstrahls synchronisiert ist. Vorzugsweise ist die Ablenkeinrichtung der Projektoreinheit dann dazu eingerichtet, den Lichtstrahl in vertikaler Richtung langsamer abzulenken als in horizontaler Richtung, so dass der Bildinhalt zeilenweise projiziert wird, wenn die Projektoreinheit insbesondere unterhalb oder oberhalb eines Brillenglases der Datenbrille und dadurch insbesondere unterhalb oder oberhalb von der Umlenkeinheit angeordnet ist. Eine derartige Anordnung der Projektoreinheit insbesondere unterhalb oder oberhalb des Brillenglases der Datenbrille, und insbesondere eine zeilenweise Projektion des Bildinhalts, bei welcher das adaptive optische Element mit der vertikalen Ablenkung des Lichtstrahls synchronisiert ist, findet insbesondere bei als Gamingbrillen ausgebildeten Datenbrillen Anwendung. Durch eine derartige Ausgestaltung kann gewährleistet werden, dass die Variierung der Strahldivergenz mittels des adaptiven optischen Elements mit ihrer begrenzten Dynamik der vertikalen Ablenkung des Lichtstrahls folgen kann, sodass eine Bildschärfe weiter verbessert werden kann.
Ferner wird vorgeschlagen, dass eine Eyetracker-Einrichtung zum Erfassen und/oder Bestimmen eines Augenzustands des Nutzers vorgesehen ist, insbesondere zum Erfassen und/oder Bestimmen einer Augenbewegung, einer Augenbewegungsgeschwindigkeit, einer Pupillenposition, einer Pupillengröße, einer Blickrichtung, eines Akkommodationszustands und/oder einer Fixationsdistanz des Auges, und dass das adaptive optische Element so ansteuerbar ist, dass der aktuelle Augenzustand des Nutzers bei der Variation der Strahldivergenz des Lichtstrahls berücksichtigt wird. Insbesondere weist das optische System die Eyetracker-Einrichtung auf. Vorzugsweise ist die Eyetracker-Einrichtung zumindest teilweise in einem Bauteil der Datenbrille integriert, beispielsweise in einem Brillengestell der Datenbrille. Insbesondere ist die Eyetracker-Einrichtung als eine Komponente der virtuellen Netzhautanzeige, insbesondere des optischen Systems, ausgebildet. Detaillierte Ausgestaltungen von Eyetrackern sind aus dem Stand der Technik bekannt, so dass an dieser Stelle nicht genauer darauf eingegangen wird. Es ist denkbar, dass die Eyetracker-Einrichtung ein monokulares oder ein binokulares Eyetracking-System umfasst, wobei zumindest das binokulare Eyetracking-System insbesondere dazu eingerichtet ist, aus gegenläufigen Augenbewegungen (Vergenz) eine Fixationsdistanz abzuleiten. Alternativ oder zusätzlich umfasst die Eyetracker-Einrichtung ein Eyetracking-System mit einem Tiefensensor zur Ermittlung eines Blickpunkts in der Umgebung zur Ermittlung der Fixationsdistanz. Insbesondere ist die Steuer- oder Regeleinheit und/oder die Bildverarbeitungseinrichtung dazu vorgesehen, bei der Ansteuerung des adaptiven optischen Elements zur Variation der Strahldivergenz des Lichtstrahls den aktuellen Augenzustand des Nutzers zu berücksichtigen. Dadurch kann vorteilhaft eine verbesserte Funktionalität der virtuellen Netzhautanzeige erreicht werden. Vorteilhaft kann eine besonders nutzerfreundliche virtuelle Netzhautanzeige erreicht werden, welche eine für den Nutzer unmerkliche Anpassung der Abbildungen vornimmt, so dass der Nutzer einen möglichst homogenen und insbesondere scharfen Bildeindruck erleben kann.
Zudem wird vorgeschlagen, dass mindestens ein Sensormodul zur Bestimmung von Kontextinformationen vorgesehen ist, insbesondere zur Bestimmung einer Kopfhaltung, einer Kopforientierung und einer Kopfbewegung des Nutzers, zur Bestimmung einer Umgebungshelligkeit und Lichtverhältnissen, zur Bestimmung eines Aufenthaltsorts und zur Bestimmung einer Bewegungssituation des Nutzers, und dass das adaptive optische Element so ansteuerbar ist, dass die aktuell bestimmten Kontextinformationen bei der Variation der Strahldivergenz des Lichtstrahls berücksichtigt werden. Denkbar wäre, dass das Sensormodul einen oder mehrere Sensoren zu einer indirekten, insbesondere kontextabhängigen, Ermittlung eines wahrscheinlichsten Akkommodationszustands des Nutzer-Auges, wie beispielsweise Sensoren zu einer Ermittlung einer Kopfhaltung, GPS-Sensoren, Beschleunigungssensoren, Tageszeitmesser und/oder Helligkeitssensoren o.dgl. aufweist. Insbesondere weist das optische System das Sensormodul auf. Vorzugsweise ist das Sensormodul zumindest teilweise in einem Bauteil der Datenbrille integriert, beispielsweise in einem Brillengestell der Datenbrille. Dadurch kann vorteilhaft eine verbesserte Funktionalität der virtuellen Netzhautanzeige erreicht werden. Vorteilhaft kann eine besonders nutzerfreundliche virtuelle Netzhautanzeige erreicht werden, welche eine für den Nutzer unmerkliche Anpassung der Abbildungen vornimmt, so dass der Nutzer einen möglichst homogenen und insbesondere scharfen Bildeindruck erleben kann. Insbesondere könnte durch eine derartige Ausgestaltung auf eine Eyetracker-Einrichtung verzichtet werden, was insbesondere eine Kosteneffizienz steigert.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass das adaptive optische Element so ansteuerbar ist, dass eine Fehlsichtigkeit und/oder Fehlakkommodation des Nutzers bei der Variation der Strahldivergenz des Lichtstrahls berücksichtigt und zumindest teilweise und insbesondere vollständig kompensiert wird. Dadurch kann vorteilhaft eine verbesserte Funktionalität der virtuellen Netzhautanzeige erreicht werden. Vorteilhaft kann eine Nutzung der virtuellen Netzhautanzeige unabhängig von einer Sehstärke und/oder unabhängig von weiteren Sehstärkekorrekturvorrichtungen, wie Kontaktlinsen, ermöglicht werden. Insbesondere umfasst die virtuelle Netzhautanzeige eine Funktionalität zur Sehstärkenkorrektur der virtuellen Bildinhalte. Insbesondere werden bei Fehlsichtigkeit einzelne Lichtstrahlen aus einzelnen Austrittspupillen vor (Kurzsichtigkeit) oder hinter (Weitsichtigkeit) der Netzhaut des Nutzer-Auges fokussiert, was durch Variation der Strahldivergenz des einzelnen Lichtstrahls durch das adaptive optische Element ausgeglichen wird. Vorzugsweise erfolgt bei der Korrektur einer Fehlsichtigkeit und/oder Fehlakkommodation des Nutzers zusätzlich eine Anpassung eines Winkels, insbesondere einer Winkelabweichung, von dem einzelnen Lichtstrahl zu einem dieselbe Bildinformation transportierenden Lichtstrahl aus einer anderen Austrittspupille, beispielsweise zur Korrektur einer Kurzsichtigkeit so, dass ein Kreuzungspunkt der Einzelstrahlen in einer passenden Entfernung vor dem Auge entsteht. Die Anpassung der Winkelabweichung zwischen den Einzelstrahlen erfolgt insbesondere gleichzeitig durch Änderung der Sub-Bilddaten. Insbesondere umfasst das optische System eine Funktionalität zur Akkommodationskorrektur der angezeigten Bildinhalte. Durch Berücksichtigung der Fehlakkommodation des Nutzers bei der Variation der Strahldivergenz des Lichtstrahls durch das adaptive optische Element kann eine Nutzung der virtuellen Netzhautanzeige zumindest im Wesentlichen unabhängig von einer Akkommodation des Nutzer-Auges ermöglicht werden. Insbesondere bei einer Nah-Akkommodation des Nutzer-Auges (Krümmung der Augenlinse: Erhöhung der Brechkraft der Augenlinse) werden (vergleichbar mit der Kurzsichtigkeit) parallele Strahlen mit gleichen Bildinhalten aus den einzelnen Austrittspupillen vor der Netzhaut des Nutzer-Auges fokussiert, was durch Variation der Strahldivergenz des Lichtstrahls durch das adaptive optische Element sowie durch Anpassung der Sub-Bilddaten ausgeglichen wird. Der Akkommodationszustand und/oder die Fehlsichtigkeit der Nutzer-Augen kann insbesondere manuell (z.B. mittels eines Schalters an der Datenbrille) eingestellt sein oder automatisiert ermittelt, insbesondere direkt durch die Eyetracker-Einrichtung und/oder insbesondere indirekt durch das Sensormodul, und an die Steuer- oder Regeleinheit und/oder die Bildverarbeitungseinrichtung übermittelt werden. Eine manuelle Einstellung des Akkommodationszustands kann beispielsweise durch Umschalten zwischen diskreten Distanzen (nah/fern), durch Kontextprofile (Arbeitsplatz, Indoor, Outdoor, Verkehrsmittel, Sport, etc.) und/oder durch Einstellen eines kontinuierlichen Distanzbereichs (z.B. über ein Slider-Interaktionselement in einer zu dem optischen System zugehörigen App) vornehmbar sein.
Ferner wird vorgeschlagen, dass mindestens eine Schnittstelle zur manuellen Eingabe von Kontextinformationen und/oder Informationen über eine Fehlsichtigkeit und/oder Fehlakkommodation des Nutzers vorgesehen ist. Insbesondere umfasst das optische System eine Eingabefunktion, welche über die Schnittstelle realisiert ist, und mittels welcher Kontextinformationen und/oder Informationen über eine Fehlsichtigkeit und/oder Fehlakkommodation des Nutzers eingebbar sind. Insbesondere wird basierend auf eingestellten Kontextinformationen und/oder Informationen über eine Fehlsichtigkeit und/oder Fehlakkommodation des Nutzers von der Steuer- oder Regeleinheit und/oder von der Bildverarbeitungseinrichtung die dadurch notwendige Korrektur, insbesondere die zur Korrektur notwendige Variation der Strahldivergenz des Lichtstrahls durch das adaptive optische Element, in die Ansteuerung des adaptiven optischen Elements eingerechnet. Die Schnittstelle umfasst insbesondere mindestens eine Datenkommunikationsverbindung, vorzugsweise mit einem externen Gerät. Das externe Gerät ist insbesondere als ein zu der Datenbrille externes Gerät ausgebildet. Das externe Gerät ist insbesondere als ein Computer ausgebildet. Insbesondere, jedoch ohne beschränkt darauf zu sein, könnte das externe Gerät als ein Mobiltelefon, als ein Smartphone, als ein Tablet-Computer und/oder als ein Notebook ausgebildet sein. Beispielsweise wäre denkbar, dass das externe Gerät mindestens eine Applikation aufweist, mittels welcher der Nutzer Eingaben von Kontextinformationen und/oder Eingaben bezüglich einer Fehlsichtigkeit und/oder Fehlakkommodation des Nutzers vornehmen kann. Die Datenkommunikationsverbindung könnte beispielsweise kabelgebunden sein. Vorzugsweise ist die Datenkommunikationsverbindung drahtlos ausgebildet, beispielsweise, jedoch nicht beschränkt darauf, via WLAN und/oder via Bluetooth, Bluetooth Low Energy oder dergleichen. Durch eine derartige Ausgestaltung kann insbesondere ein hoher Nutzerkomfort erzielt werden. Insbesondere kann eine besonders vorteilhafte Anpassbarkeit an den Nutzer gewährleistet werden. Ferner kann insbesondere eine komfortable Eingabemöglichkeit von Kontextinformationen und/oder Informationen über eine Fehlsichtigkeit und/oder Fehlakkommodation des Nutzers bereitgestellt werden.
Zudem wird vorgeschlagen, dass die Bildverarbeitungseinrichtung dazu eingerichtet ist, aus den Bilddaten der Bildquelle Sub-Bilddaten zu erzeugen, die eine zeitgleiche Projektion von N x M Sub-Bildern mit im Wesentlichen gleichem Bildinhalt ermöglichen, dass zwischen Projektoreinheit und Umlenkeinheit eine optische Segmentierungseinheit mit mindestens einem Segmentierungselement angeordnet ist, das eine räumliche Segmentierung vornimmt, indem der im Wesentlichen gleiche Bildinhalt der N x M Sub-Bilder über mindestens zwei unterschiedliche Abbildungswege auf die Umlenkeinheit projiziert wird, und dass die optische Segmentierungseinheit dazu eingerichtet ist, eine erste Teilmenge der Sub-Bilder mit einer ersten Scanrichtung auf die Umlenkeinheit zu projizieren und eine zweite Teilmenge der Sub-Bilder mit einer zur ersten Scanrichtung entgegengesetzten zweiten Scanrichtung auf die Umlenkeinheit zu projizieren, so dass die Strahldivergenz des Lichtstrahls mit Hilfe des adaptiven optischen Elements kontinuierlich in Abhängigkeit vom Einfallswinkel des Lichtstrahls auf die Umlenkeinheit variierbar ist. Insbesondere umfassen die Sub-Bilddaten Kopien oder (verzerrte, versetzte, verdrehte oder anderweitig skalierte) Versionen des Bildinhalts. Insbesondere umfassen die Sub-Bilddaten in diesem Fall N*M Sub-Bilder. Unter der Wendung „im Wesentlichen gleicher Bildinhalt“ soll insbesondere ein, abgesehen von den zur Kompensation der durch die optischen Elemente des optischen Systems erzeugten Verzerrungen vorgenommenen Modifikationen der einzelnen Sub-Bilder im Vergleich zum darzustellenden Bildinhalt identischer Bildinhalt verstanden werden. N ist in diesem Zusammenhang insbesondere eine ganzzahlige Zahl größer oder gleich 1. M ist in diesem Zusammenhang insbesondere eine ganzzahlige Zahl größer oder gleich 1. Die Bildverarbeitungseinrichtung ist insbesondere dazu eingerichtet, Sub-Bilddaten, welche jeweils mehrere gleichzeitig angezeigte Sub-Bilder umfassen, zu erzeugen, wobei jedes der Sub-Bilder der Sub-Bilddaten separat für unterschiedliche Abbildungswege modifiziert ist. Insbesondere wird jedes Sub-Bild der Sub-Bilddaten über einen anderen (eigenen) Abbildungsweg der individuell ansteuerbaren Abbildungswege auf den Projektionsbereich der Umlenkeinheit projiziert. Die optische Segmentierungseinheit weist mindestens ein optisches Segmentierungselement, welches beispielsweise als eine segmentierende Linse ausgebildet ist, auf. Die optische Segmentierungseinheit, insbesondere das optische Segmentierungselement, ist vorzugsweise in einem Strahlengang des gescannten Lichtstrahls zwischen der Ablenkeinrichtung der Projektoreinheit und der Umlenkeinheit angeordnet. Das optische Segmentierungselement ist insbesondere als ein räumlich segmentiertes optisches Element ausgebildet, welches insbesondere dazu vorgesehen ist, eine räumliche Segmentierung einzelner Subbilder der Bilddaten räumlich getrennt abzubilden/umzulenken. Unter einer „räumlichen Segmentierung“ eines Bilds soll insbesondere eine Auftrennung des Bilds in mehrere in einer Bildebene voneinander räumlich getrennt angeordnete, insbesondere nebeneinander und/oder übereinander angeordnete, Einzel- oder Subbilder, welche vorzugsweise Kopien oder Versionen des Bildinhalts beinhalten, verstanden werden. Unter einer „Kopie des Bildinhalts“ soll insbesondere eine exakte oder nahezu exakte Abbildung des jeweiligen Bildinhalts verstanden werden. Unter einer „Version des Bildinhalts“ soll insbesondere eine veränderte, insbesondere zumindest verzerrte, versetzte, verdrehte oder anderweitig skalierte Abbildung des Bildinhalts verstanden werden. Insbesondere sind die Austrittspupillen zueinander überlappungsfrei angeordnet. Insbesondere ist die optische Segmentierungseinheit dazu vorgesehen, eine Mehrzahl unterschiedlicher Abbildungswege zu erzeugen. Insbesondere ist die optische Segmentierungseinheit dazu vorgesehen, eine Anzahl von unterschiedlichen Abbildungswegen zu erzeugen, welche einer Anzahl an Segmentierungen/Segmenten der optischen Segmentierungseinheit, insbesondere des optischen Segmentierungselements der optischen Segmentierungseinheit, entspricht. Vorzugsweise mündet/passiert jeder der unterschiedlichen Abbildungswege nach einem Umlenken durch die Umlenkeinheit in einer getrennt von allen anderen Austrittspupillen angeordneten Austrittspupille. Insbesondere werden die Lichtstrahlen jedes Abbildungswegs innerhalb von voneinander verschiedenen (ggf. teilweise überlappenden) Teilbereichen des Projektionsbereichs umgelenkt. Es ist denkbar, dass das optische System eine Steuer- oder Regeleinheit zur individuellen Ansteuerung der Abbildungswege aufweist. Insbesondere wenn die Projektoreinheit, insbesondere die Ablenkeinrichtung, die Sub-Bilder entlang einer Richtung auf die optische Segmentierungseinheit lenkt, projiziert die optische Segmentierungseinheit eine erste Teilmenge der Sub-Bilder mit einer ersten Scanrichtung auf die Umlenkeinheit und eine zweite Teilmenge der Sub-Bilder mit einer zur ersten Scanrichtung entgegengesetzten zweiten Scanrichtung auf die Umlenkeinheit. Die Strahldivergenz des Lichtstrahls ist mit Hilfe des adaptiven optischen Elements insbesondere stetig in Abhängigkeit vom Einfallswinkel des Lichtstrahls auf die Umlenkeinheit variierbar. Dadurch, dass die optische Segmentierungseinheit eine erste Teilmenge der Sub-Bilder mit einer ersten Scanrichtung auf die Umlenkeinheit und eine zweite Teilmenge der Sub-Bilder mit einer zur ersten Scanrichtung entgegengesetzten zweiten Scanrichtung auf die Umlenkeinheit projiziert, können zur Erzeugung eines scharfen Bilds ansonsten notwendige Sprünge bei der Variierung der Strahldivergenz des Lichtstrahls vorteilhaft vermieden werden. Insbesondere kann dadurch ein scharfes Bild gewährleistet werden.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die optische Funktion, eine erste Teilmenge der Sub-Bilder mit einer ersten Scanrichtung auf die Umlenkeinheit zu projizieren und eine zweite Teilmenge der Sub-Bilder mit einer zur ersten Scanrichtung entgegengesetzten zweiten Scanrichtung auf die Umlenkeinheit zu projizieren, in das mindestens eine Segmentierungselement integriert ist und/oder in mindestens ein optisches Element, das dem mindestens einen Segmentierungselement im Strahlengang vorgeschaltet und/oder nachgeschaltet ist. Insbesondere wenn die optische Funktion, die erste Teilmenge der Sub-Bilder mit der ersten Scanrichtung auf die Umlenkeinheit zu projizieren und die zweite Teilmenge der Sub-Bilder mit der zur ersten Scanrichtung entgegengesetzten zweiten Scanrichtung auf die Umlenkeinheit zu projizieren, in das mindestens eine optische Segmentierungselement integriert ist, wäre denkbar, dass das mindestens eine optische Segmentierungselement die optische Segmentierungseinheit vollständig ausbildet. Denkbar wäre alternativ dazu, dass die optische Segmentierungseinheit zusätzlich zu dem optischen Segmentierungselement mindestens ein optisches Element umfasst, welches dem mindestens einen Segmentierungselement im Strahlengang vorgeschaltet und/oder nachgeschaltet ist. Vorzugsweise ist das mindestens eine optische Element dem mindestens einen Segmentierungselement im Strahlengang unmittelbar vorgeschaltet und/oder unmittelbar nachgeschaltet. Durch eine derartige Ausgestaltung können vorteilhafte Eigenschaften hinsichtlich einer Bildqualität, insbesondere hinsichtlich einem Bildeindruck, vorteilhaft hinsichtlich einer Bildschärfe, erreicht werden. Insbesondere können verbesserte Eigenschaften hinsichtlich einer optischen Auflösung und/oder hinsichtlich einer Homogenität einer optischen Auflösung erzielt werden. Ferner können durch eine derartige Ausgestaltung insbesondere verbesserte Eigenschaften hinsichtlich einer Fertigbarkeit und/oder hinsichtlich einer Integrierbarkeit bereitgestellt werden.
Zusätzlich wird vorgeschlagen, dass das optische System eine Datenbrille mit Brillengestell und Brillengläsern umfasst und dass die zumindest eine Projektoreinheit am Brillengestell angeordnet ist und dass die zumindest eine Umlenkeinheit im Bereich mindestens eines Brillenglases angeordnet ist, insbesondere in mindestens ein Brillenglas integriert ist. Zudem wäre denkbar, dass das zumindest eine Segmentierungselement am Brillengestell angeordnet ist. Dadurch kann eine vorteilhafte Ausgestaltung der Datenbrille und/oder eine vorteilhafte Integration der virtuellen Netzhautanzeige erreicht werden. Insbesondere kann die Datenbrille auch mehr als eine Projektoreinheit, mehr als ein Segmentierungselement und/oder mehr als ein Umlenkelement umfassen, beispielsweise jeweils eine für jedes Brillenglas der Datenbrille. Denkbar wäre, dass die Bildquelle zusammen mit der Bildverarbeitungseinrichtung in einem externen Gerät angeordnet ist und dass die Sub-Bilddaten von dem externen Gerät zur Projektoreinheit der Datenbrille übertragen werden.
Die Erfindung geht ferner aus von einem Verfahren zum Projizieren von Bildinhalten auf die Netzhaut eines Nutzers mit Hilfe eines optischen Systems, mindestens umfassend

a. eine Bildquelle, die einen Bildinhalt in Form von Bilddaten liefert,
b. eine Bildverarbeitungseinrichtung für die Bilddaten,
c. eine Projektoreinheit mit einer zeitlich modulierbaren Lichtquelle zum Generieren mindestens eines Lichtstrahls und mit einer ansteuerbaren Ablenkeinrichtung für den mindestens einen Lichtstrahl zur scannenden Projektion des Bildinhalts,
d. eine Umlenkeinheit, auf die der Bildinhalt projiziert wird und die den projizierten Bildinhalt auf ein Auge eines Nutzers lenkt,
e. ein ansteuerbares adaptives optisches Element zum Modifizieren der Strahldivergenz, das im Strahlengang des Lichtstrahls zwischen der Lichtquelle und der Umlenkeinheit angeordnet ist.

Es wird vorgeschlagen, dass eine Strahldivergenz des Lichtstrahls mit Hilfe des ansteuerbaren adaptiven optischen Elements in Abhängigkeit vom Einfallswinkel des Lichtstrahls auf die Umlenkeinheit variiert wird.
Ferner wird vorgeschlagen, dass das adaptive optische Element mit der Ablenkeinrichtung der Projektoreinheit synchronisiert wird, so dass die Strahldivergenz des Lichtstrahls in Abhängigkeit von der Ablenkung des Lichtstrahls variiert wird, insbesondere in Abhängigkeit von der horizontalen Ablenkung des Lichtstrahls. Insbesondere wird das adaptive optische Element über die Projektorsteuereinheit mit der Ablenkeinrichtung der Projektoreinheit datentechnisch verbunden, sodass eine Anpassung der Strahldivergenz des Lichtstrahls in Abhängigkeit vom Einfallswinkel des Lichtstrahls auf die Umlenkeinheit durch Synchronisation mit der Ablenkeinrichtung der Projektoreinheit realisiert wird. Durch eine derartige Ausgestaltung kann insbesondere eine vorteilhafte Bildschärfe erreicht werden.
Zudem wird vorgeschlagen, dass Informationen über einen Augenzustand des Nutzers und/oder Kontextinformationen bestimmt werden und dass das adaptive optische Element so angesteuert wird, dass der aktuelle Augenzustand des Nutzers und/oder die aktuell bestimmten Kontextinformationen bei der Variation der Strahldivergenz des Lichtstrahls berücksichtigt werden. Vorteilhaft werden die Informationen über den Augenzustand des Nutzers und/oder die Kontextinformationen durch das Sensormodul und/oder durch die Eyetracker-Einrichtung bestimmt und insbesondere an die Steuer- oder Regeleinheit übertragen. Die Steuer- oder Regeleinheit steuert das adaptive optische Element an, wobei der aktuelle Augenzustand des Nutzers und/oder die aktuell bestimmten Kontextinformationen bei der Variation der Strahldivergenz des Lichtstrahls berücksichtigt werden. Durch eine derartige Ausgestaltung kann insbesondere eine vorteilhafte Bildschärfe erreicht werden. Insbesondere kann durch eine derartige Ausgestaltung eine Bildschärfe insbesondere für diejenige Austrittspupille und insbesondere im Bereich des Sichtfelds optimal eingestellt werden, die am besten zum aktuellen Augenzustand, insbesondere zur aktuellen Augenpupillenposition und/oder zur aktuellen Blickrichtung passt. Insbesondere kann durch eine derartige Ausgestaltung ein besonders hoher Nutzerkomfort erzielt werden.
Das erfindungsgemäße optische System und das erfindungsgemäße Verfahren soll hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere kann das erfindungsgemäße optische System und das erfindungsgemäße Verfahren zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten sowie Verfahrensschritten abweichende Anzahl aufweisen. Zudem sollen bei den in dieser Offenbarung angegebenen Wertebereichen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als offenbart und als beliebig einsetzbar gelten.
Figurenliste
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigen:

1 Eine schematische Darstellung einer Datenbrille eines optischen Systems,
2 eine schematische Darstellung des optischen Systems,
3 schematisch eine Umkehrung einer Scanrichtung eines Lichtstrahls mittels eines optischen Scanrichtungsumkehrelements,
4 schematisch ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Projizieren von Bildinhalten auf die Netzhaut eines Nutzers mit Hilfe eines optischen Systems und
5 eine Datenbrille eines optischen Systems eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Die 1 zeigt eine schematische Darstellung eines optischen Systems 68a mit einer Datenbrille 66a. Die Datenbrille 66a weist Brillengläser 70a, 72a auf. Die Brillengläser 70a, 72a sind überwiegend transparent. Die Datenbrille 66a weist ein Brillengestell 122a mit Brillenbügeln 74a, 76a auf. Die Datenbrille 66a bildet einen Teil des optischen Systems 68a aus. Das optische System 68a umfasst in dem in der 1 dargestellten Fall ein externes Gerät 120a. Das externe Gerät 120a ist beispielhaft als ein Smartphone ausgebildet. Das externe Gerät 120a steht in einer Datenkommunikationsverbindung 118a mit der Datenbrille 66a. Alternativ kann die Datenbrille 66a das optische System 68a auch vollständig ausbilden. Das optische System 68a ist zu einer Ausbildung einer virtuellen Netzhautanzeige vorgesehen. Die Datenbrille 66a weist im in der 1 dargestellten Beispiel eine Recheneinheit 78a auf. Die Recheneinheit 78a ist in einem der Brillenbügel 74a, 76a integriert. Alternative Anordnungen der Recheneinheit 78a in der Datenbrille 66a, beispielsweise in einem Brillenglasrand, sind ebenfalls denkbar. Unter einer „Recheneinheit 78a“ soll insbesondere ein Controller mit einem Prozessor, einer Speichereinheit, und/oder ein in der Speichereinheit gespeichertes Betriebs-, Steuer- und/oder Berechnungsprogramm verstanden werden. Die Recheneinheit 78a ist zu einem Betrieb der Datenbrille 66a, insbesondere einzelner Komponenten der Datenbrille 66a, vorgesehen.
Die 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Teils des optischen Systems 68a. Das optische System 68a weist eine Bildquelle auf. Die Bildquelle liefert einen Bildinhalt in Form von Bilddaten 12a. Die Bildquelle kann ein integraler Teil der Datenbrille 66a sein. Alternativ kann die Bildquelle auch als das externe Gerät 120a oder als Teil des externen Geräts 120a ausgebildet sein. Das optische System 68a weist eine Bildverarbeitungseinrichtung 10a auf. Die Bildverarbeitungseinrichtung 10a ist zu einem digitalen Empfang der Bilddaten 12a und/oder zu einer direkten Erzeugung der Bilddaten 12a vorgesehen. Die Bildverarbeitungseinrichtung 10a ist zu einer digitalen Bildverarbeitung der Bilddaten 12a vorgesehen. Die Bildverarbeitungseinrichtung 10a ist zu einer Modifikation der Bilddaten 12a vorgesehen. Die Bilddaten 12a können beispielsweise ein Standbild oder einen Videofeed ausbilden. Die Bildverarbeitungseinrichtung 10a kann teilweise einstückig mit der Recheneinheit 78a ausgebildet sein. Die Bildverarbeitungseinrichtung 10a ist dazu eingerichtet, die Bilddaten 12a in Sub-Bilddaten 14a umzuwandeln. In dem in der 2 gezeigten Ausführungsbeispiel wandelt die Bildverarbeitungseinrichtung 10a die Bilddaten 12a in Sub-Bilddaten 14a um, welche mehrere auf Basis des originalen Bildinhalts erzeugte Sub-Bilder 98a, 100a umfassen. Die Bildverarbeitungseinrichtung 10a ist in diesem Fall dazu eingerichtet, die eine matrixartige Anordnung der Sub-Bilder 98a, 100a innerhalb der Sub-Bilddaten 14a zu erzeugen und auszugeben, insbesondere an eine Projektoreinheit 16a des optischen Systems 68a auszugeben.
Das optische System 68a weist die Projektoreinheit 16a auf. Die Projektoreinheit 16a empfängt die Sub-Bilddaten 14a von der Bildverarbeitungseinrichtung 10a. Die Projektoreinheit 16a ist als eine Laserprojektoreinheit ausgebildet. Die Projektoreinheit 16a ist zu einem Aussenden der Sub-Bilddaten 14a in Form von Lichtstrahlen 18a eingerichtet. Die Lichtstrahlen 18a sind als gescannte Laserstrahlen ausgebildet. Die gescannten Laserstrahlen erzeugen bei jedem Durchlauf eines Scanbereichs der Projektoreinheit 16a Abbildungen aller Sub-Bilder 98a, 100a der Sub-Bilddaten 14a. Die Projektoreinheit 16a umfasst eine Projektorsteuereinheit 80a.
Die Projektoreinheit 16a umfasst eine zeitlich modulierbare Lichtquelle 132a. Die zeitlich modulierbare Lichtquelle 132a ist zu einem Generieren der Lichtstrahlen 18a eingerichtet. Die Projektorsteuereinheit 80a ist dazu vorgesehen, die Erzeugung und/oder Modulation der Lichtstrahlen 18a durch die Lichtquelle 132a zu steuern oder zu regeln. Die Lichtquelle 132a umfasst im dargestellten Ausführungsbeispiel drei (amplitudenmodulierbare) Laserdioden 82a, 84a, 86a. Eine erste Laserdiode 82a erzeugt einen roten Laserstrahl. Eine zweite Laserdiode 84a erzeugt einen grünen Laserstrahl. Eine dritte Laserdiode 86a erzeugt einen blauen Laserstrahl.
Die Projektoreinheit 16a weist eine Strahlvereinigungs- und/oder Strahlformungseinheit 88a auf. Die Strahlvereinigungs- und/oder Strahlformungseinheit 88a ist dazu eingerichtet, die verschiedenfarbigen Laserstrahlen der Laserdioden 82a, 84a, 86a zu einer Erzeugung eines Farbbilds zu vereinigen, insbesondere zu mischen. Die Strahlvereinigungs- und/oder Strahlformungseinheit 88a ist dazu eingerichtet, den Lichtstrahl 18a, insbesondere den Laserstrahl, der die Projektoreinheit 16a verlässt, zu formen. Details zur Ausbildung der Strahlvereinigungs- und/oder Strahlformungseinheit 88a werden als aus dem Stand der Technik bekannt vorausgesetzt.
Die Projektoreinheit 16a umfasst zumindest eine ansteuerbare Ablenkeinrichtung 92a. Die ansteuerbare Ablenkeinrichtung 92a umfasst zumindest einen MEMS-Spiegel. Denkbar wäre, dass die ansteuerbare Ablenkeinrichtung 92a eine Mehrzahl von MEMS-Spiegeln, vorzugsweise zwei MEMS-Spiegel, umfasst. Denkbar wäre zudem, dass die ansteuerbare Ablenkeinrichtung 92a zumindest ein zusätzliches optisches Element, beispielsweise zumindest ein Prisma und/oder zumindest einen statischen Spiegel, zur Ein- und/oder Auskopplung des Lichtstrahls umfasst. Der MEMS-Spiegel ist Teil eines Mikrospiegelaktors (nicht gezeigt). Die ansteuerbare Ablenkeinrichtung 92a ist zu einer ein Rasterbild erzeugenden gesteuerten Ablenkung des Laserstrahls eingerichtet. Details zur Ausbildung des Mikrospiegelaktors werden als aus dem Stand der Technik bekannt vorausgesetzt. Die Projektorsteuereinheit 80a ist zu einer Steuerung oder Regelung einer Bewegung der ansteuerbaren Ablenkeinrichtung 92a eingerichtet (siehe Pfeil 94a). Die ansteuerbare Ablenkeinrichtung 92a sendet regelmäßig ihre aktuellen Positionssignale zurück an die Projektorsteuereinheit 80a (siehe Pfeil 96a).
Das optische System 68a weist eine Umlenkeinheit 20a auf. Auf die Umlenkeinheit 20a ist der Bildinhalt projizierbar. Die Umlenkeinheit 20a ist dazu eingerichtet, den projizierten Bildinhalt auf ein Nutzer-Auge 24a zu lenken. Die Umlenkeinheit 20a bildet einen Projektionsbereich 34a aus. Lichtstrahlen 18a, welche innerhalb des Projektionsbereichs 34a auf die Umlenkeinheit 20a auftreffen, werden zumindest teilweise in Richtung des Nutzer-Auges 24a umgelenkt/projiziert. Die Umlenkeinheit 20a ist dazu eingerichtet, die Lichtstrahlen 18a derart zu beeinflussen (zu brechen, zu streuen und/oder zu reflektieren), dass zumindest ein Teil der Lichtstrahlen 18a, vorzugsweise zumindest ein aus den Bilddaten 12a erzeugtes Sub-Bild 98a, 100a, auf eine Augenpupillenfläche 54a des optischen Systems 68a, insbesondere auf einer Netzhaut 22a des Nutzer-Auges 24a, abgebildet wird. Das optische System 68a ist dazu eingerichtet, mittels verschiedener optischer Elemente eine Mehrzahl von Austrittspupillen A, B auszubilden. Das optische System 68a ist dazu eingerichtet, die Lichtstrahlen 18a mittels der verschiedenen optischen Elemente derart zu beeinflussen, dass die erzeugten Austrittspupillen (Eyeboxen) A, B voneinander beabstandet angeordnet erzeugt werden. Das optische System 68a bildet die Augenpupillenfläche 54a aus. Die Austrittspupillen A, B liegen alle in der Augenpupillenfläche 54a nebeneinander und/oder übereinander. Die Augenpupillenfläche 54a ist als eine für die Platzierung des Nutzer-Auges 24a (innerhalb der Datenbrille 66a) vorgesehene, insbesondere für die Platzierung von Eintrittspupillen des Nutzer-Auges 24a (innerhalb der Datenbrille 66a) vorgesehene, Fläche im Raum ausgebildet. Die Augenpupillenfläche 54a ist vorzugweise eben, weicht jedoch von einer perfekten Ebene durch kleine Krümmungen ab.
Das optische System 68a umfasst mindestens ein adaptives optisches Element 116a. Das adaptive optische Element 116a ist zum Modifizieren einer Strahldivergenz vorgesehen. Das adaptive optische Element 116a ist im Strahlengang des Lichtstrahls zwischen der Lichtquelle 82a, 84a, 86a und der Umlenkeinheit 20a angeordnet. Das adaptive optische Element 116a ist dazu vorgesehen, eine Strahldivergenz des die Projektoreinheit 16a verlassenden Lichtstrahls 18a, insbesondere Laserstrahls, anzupassen, vorzugsweise an eine, insbesondere von einer Anordnung optischer Elemente des optischen Systems 68a abhängige, Pfadlänge des jeweiligen aktuell ausgesandten Lichtstrahls 18a. Die Strahldivergenz der die Projektoreinheit 16a verlassenden Lichtstrahlen 18a, insbesondere Laserstrahlen, wird vorzugsweise derart angepasst, dass vor dem Auftreffen auf die Umlenkeinheit 20a ein Fokus der die Projektoreinheit 16a verlassenden Lichtstrahlen 18a, insbesondere Laserstrahlen, auf einer Fokusebene 114a der Umlenkeinheit 20a liegt.
Das adaptive optische Element 116a ist ansteuerbar, so dass die Strahldivergenz des Lichtstrahls in Abhängigkeit von einem Einfallswinkel des jeweiligen Lichtstrahls auf die Umlenkeinheit 20a variierbar ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das adaptive optische Element 116a mit der Ablenkeinrichtung 92a der Projektoreinheit 16a synchronisierbar, so dass die Strahldivergenz des Lichtstrahls in Abhängigkeit von der Ablenkung des Lichtstrahls variierbar ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Ablenkeinrichtung 92a der Projektoreinheit 16a dazu eingerichtet, den Lichtstrahl in horizontaler Richtung langsamer abzulenken als in vertikaler Richtung, so dass der Bildinhalt spaltenweise projiziert wird, und dass das adaptive optische Element 116a mit der horizontalen Ablenkung des Lichtstrahls synchronisiert ist.
Das optische System 68a weist eine elektronische Steuer- oder Regeleinheit 26a auf. Die Steuer- oder Regeleinheit 26a kann teilweise einstückig mit der Recheneinheit 78a ausgebildet sein. Die in der 2 beispielhaft dargestellte Steuer- oder Regeleinheit 26a ist zu einer Ansteuerung des adaptiven optischen Elements 116a und insbesondere der Bildverarbeitungseinrichtung 10a vorgesehen. Insbesondere wenn das adaptive optische Element 116a mit der Ablenkeinrichtung 92a der Projektoreinheit 16a synchronisiert ist, steuert alternativ oder zusätzlich eine Projektorsteuereinheit 80a des optischen Systems 68a das adaptive optische Element 116a an, und zwar insbesondere in Echtzeit mit jeweiligen Ablenkparametern der Ablenkeinrichtung 92a. In 2 ist die Ansteuerung des adaptiven optischen Elements 116a durch die Projektorsteuereinheit 80a durch den Pfeil 124a dargestellt.
Das optische System 68a ist dazu eingerichtet, mittels verschiedener optischer Elemente eine Mehrzahl von Austrittspupillen A, B auszubilden. Das optische System 68a ist dazu eingerichtet, die Lichtstrahlen 18a mittels der verschiedenen optischen Elemente derart zu beeinflussen, dass die erzeugten Austrittspupillen (Eyeboxen) A, B voneinander beabstandet angeordnet erzeugt werden. Das optische System 68a bildet die Augenpupillenfläche 54a aus. Die Austrittspupillen A, B liegen alle in der Augenpupillenfläche 54a nebeneinander und/oder übereinander. Die Augenpupillenfläche 54a ist als eine für die Platzierung des Nutzer-Auges 24a (innerhalb der Datenbrille 66a) vorgesehene, insbesondere für die Platzierung von Eintrittspupillen des Nutzer-Auges 24a (innerhalb der Datenbrille 66a) vorgesehene, Fläche im Raum ausgebildet. Die Augenpupillenfläche 54a ist vorzugsweise eben, weicht jedoch von einer perfekten Ebene durch kleine Krümmungen ab. Die Augenpupillenfläche 54a kann näherungsweise als eine Augenpupillenebene angesehen/bezeichnet werden. Die Augenpupillenfläche 54a liegt in einer Blickrichtung des Nutzers vor den Brillengläsern 70a, 72a der Datenbrille 66a und verläuft zumindest im Wesentlichen parallel zu einer Glasebene der Brillengläser 70a, 72a. Die Bezeichnung „im Wesentlichen parallel“ soll in diesem Fall insbesondere so verstanden werden, dass darin auch Abweichungen von bis zu 20° von einer perfekten Ebene umfasst sind (Stichwort: facial wrap und pantoscopic tilt der Brillengläser 70a, 72a).
Das optische System 68a weist eine Eyetracker-Einrichtung 62a auf. Die Eyetracker-Einrichtung 62a ist in einem der Brillenbügel 74a, 76a integriert (vgl. 1). Alternative Anordnungen der Eyetracker-Einrichtung 62a sind denkbar. Die Eyetracker-Einrichtung 62a ist zu einem Erfassen und/oder Bestimmen eines Augenzustands des Nutzers eingerichtet. Die Eyetracker-Einrichtung 62a ist zu einem Erfassen und/oder Bestimmen einer Augenbewegung des Nutzers eingerichtet. Die Eyetracker-Einrichtung 62a ist zu einem Erfassen und/oder Bestimmen einer Augenbewegungsgeschwindigkeit des Nutzers eingerichtet. Die Eyetracker-Einrichtung 62a ist zu einem Erfassen und/oder Bestimmen einer Pupillenposition des Nutzers eingerichtet. Die Eyetracker-Einrichtung 62a ist zu einem Erfassen und/oder Bestimmen einer Pupillengröße des Nutzers eingerichtet. Die Eyetracker-Einrichtung 62a ist zu einem Erfassen und/oder Bestimmen einer Blickrichtung des Nutzers eingerichtet. Die Eyetracker-Einrichtung 62a ist zu einem Erfassen und/oder Bestimmen eines Akkommodationszustands des Nutzers eingerichtet. Die Eyetracker-Einrichtung 62a ist zu einem Erfassen und/oder Bestimmen einer Fixationsdistanz des Nutzers eingerichtet. Dabei ist selbstverständlich denkbar, dass die Eyetracker-Einrichtung 62a nur einen Teil der vorgenannten Parameter verfolgt und/oder überwacht und/oder dass die Eyetracker-Einrichtung 62a noch weitere Parameter des Nutzers oder der Umgebung des Nutzers verfolgt und/oder aufzeichnet. Zur Erfassung des Akkommodationszustands der Nutzer-Augen 24a kann insbesondere eine dezidierte Sensorhardware der Eyetracker-Einrichtung 62a vorgesehen sein. Das adaptive optische Element 116a ist so ansteuerbar, dass der aktuelle Augenzustand des Nutzers bei der Variation der Strahldivergenz des Lichtstrahls berücksichtigt wird.
Das optische System 68a weist mindestens ein Sensormodul 64a auf. Das Sensormodul 64a ist in einen der Brillenbügel 74a, 76a integriert (vgl. 1). Alternative Anordnungen des Sensormoduls 64a sind denkbar. Das Sensormodul 64a ist zu einem Erfassen und/oder Bestimmen von Kontextinformationen vorgesehen. Das Sensormodul 64a ist zu einem Erfassen und/oder Bestimmen einer Kopfhaltung vorgesehen. Das Sensormodul 64a ist zu einem Erfassen und/oder Bestimmen einer Kopfbewegung und/oder eine Kopforientierung vorgesehen. Das Sensormodul 64a ist zu einem Erfassen und/oder Bestimmen einer Umgebungshelligkeit und/oder von Lichtverhältnissen vorgesehen. Das Sensormodul 64a ist zu einem Erfassen und/oder Bestimmen eines Aufenthaltsorts des Nutzers vorgesehen. Das Sensormodul 64a ist zu einem Erfassen und/oder Bestimmen einer Bewegungssituation des Nutzers vorgesehen. Insbesondere ist das Sensormodul 64a zur Erfassung und/oder Berücksichtigung von Sensordaten, wie beispielsweise aber nicht beschränkt darauf eine Kopfhaltung, eine Drehrate, eine Beschleunigung, GPS-Daten oder auch des aktuell angezeigten Bildinhalts vorgesehen. Denkbar wäre ebenso, dass eine Augenbewegung, eine Augenbewegungsgeschwindigkeit, eine Pupillenposition, eine Pupillengröße, eine Blickrichtung, ein Akkommodationszustand und/oder eine Fixationsdistanz des Auges aus von dem Sensormodul 64a erfassten Sensordaten ableitbar ist, und zwar insbesondere mittels der Recheneinheit 78a. Denkbar wäre ebenso ein optisches System 68a, welches eine Eyetracker-Einrichtung 62a oder ein Sensormodul 64a aufweist.
Das adaptive optische Element 116a ist so ansteuerbar, dass die aktuell bestimmten Kontextinformationen bei der Variation der Strahldivergenz des Lichtstrahls berücksichtigt werden. Das adaptive optische Element 116a ist so ansteuerbar, dass eine Fehlsichtigkeit und/oder Fehlakkommodation des Nutzers bei der Variation der Strahldivergenz des Lichtstrahls berücksichtigt und zumindest teilweise und vorzugsweise vollständig kompensiert wird. Das optische System umfasst zudem mindestens eine Schnittstelle zur manuellen Eingabe von Kontextinformationen und/oder Informationen über eine Fehlsichtigkeit und/oder Fehlakkommodation des Nutzers (vgl. 1). Die Schnittstelle umfasst mindestens eine Datenkommunikationsverbindung 118a mit dem externen Gerät 120a. Beispielsweise könnte das externe Gerät 120a als ein Smartphone ausgebildet sein und eine Applikation aufweisen, mittels welcher der Nutzer Eingaben von Kontextinformationen und/oder Eingaben bezüglich einer Fehlsichtigkeit und/oder Fehlakkommodation des Nutzers vornehmen kann.
Das optische System 68a ist dazu eingerichtet, eine räumliche Bild-Segmentierung der Sub-Bilddaten 14a zu erzeugen. Bei der räumlichen Bild-Segmentierung werden die Sub-Bilddaten 14a in jeweils räumlich voneinander getrennte (ggf. modifizierte) Abbildungen des Bildinhalts / der Bilddaten 12a aufgetrennt. Jedes Segment umfasst dabei dann genau eine (vollständige aber ggf. modifizierte) Abbildung des Bildinhalts / der Bilddaten 12a.
Das optische System 68a umfasst zu der Erzeugung der räumlichen Segmentierung der Sub-Bilddaten 14a zumindest eine optische Segmentierungseinheit 126a mit mindestens einem optischen Segmentierungselement 32a. Das optische Segmentierungselement 32a ist zwischen der Projektoreinheit 16a, insbesondere der Ablenkeinrichtung 92a der Projektoreinheit 16a, und der Umlenkeinheit 20a angeordnet. Mit Hilfe des optischen Segmentierungselements 32a ist der Bildinhalt über unterschiedliche Abbildungswege 28a, 30a auf den mindestens einen Projektionsbereich 34a der Umlenkeinheit 20a projizierbar.
Die Bildverarbeitungseinrichtung 10a ist dazu eingerichtet, aus den Bilddaten 12a der Bildquelle Sub-Bilddaten 14a zu erzeugen, die eine zeitgleiche Projektion von N x M Sub-Bildern 98a, 100a mit im Wesentlichen gleichem Bildinhalt ermöglicht. Das optische Segmentierungselement 32a ist dazu vorgesehen, eine räumliche Segmentierung der Sub-Bilddaten 14a vorzunehmen, so dass der im Wesentlichen gleiche Bildinhalt der N x M Sub-Bilder 98a, 100a über mindestens zwei unterschiedliche Abbildungswege 28a, 30a der individuell ansteuerbaren Abbildungswege 28a, 30a auf den Projektionsbereich 34a der Umlenkeinheit 20a projiziert wird. Die Bildverarbeitungseinrichtung 10a ist dazu eingerichtet, einzelne der Abbildungswege 28a, 30a aktiv zu schalten, indem die Sub-Bilddaten 14a für das entsprechende Sub-Bild 98a, 100a zur Ansteuerung der Projektoreinheit 16a zur Verfügung gestellt werden. Die Bildverarbeitungseinrichtung 10a ist dazu eingerichtet, einzelne Abbildungswege 28a, 30a abzuschalten, indem für die entsprechenden Sub-Bilder 98a, 100a die Sub-Bilddaten 14a dunkelgetastet werden.
Das optische Segmentierungselement 32a ist in dem in 2 beispielhaft dargestellten optischen System 68a als eine segmentierte Linse, insbesondere als eine segmentierende Linse, ausgebildet. Alternativ kann das optische Segmentierungselement 32a auch als ein segmentierender Spiegel (nicht dargestellt), als ein segmentierendes optisches Gitter (nicht dargestellt), als ein Volumenhologramm (nicht dargestellt) oder als ein Beam-Splitter (nicht dargestellt) ausgebildet sein. Das optische Segmentierungselement 32a umfasst mehrere Einzelsegmente 36a, 38a, insbesondere Einzellinsen. Durch jedes der Einzelsegmente 36a, 38a wird jeweils eines der (jeweils identische Kopien oder abgeänderte / verzerrte Versionen des Bildinhalts / der Bilddaten 12a darstellenden) Sub-Bilder 98a, 100a projiziert. Dadurch entsteht für jedes Sub-Bild 98a, 100a eine eigene, von weiteren virtuellen Ablenkeinrichtungen (virtuellen MEMS-Spiegeln) 102a, 104a und von der realen Ablenkeinrichtung 92a getrennt angeordnete virtuelle Ablenkeinrichtung (virtueller MEMS-Spiegel) 102a, 104a. Insbesondere können die virtuellen Ablenkeinrichtungen (virtuelle MEMS-Spiegel) 102a, 104a (theoretisch) als Punktquellen ausgebildet ein. Denkbar wäre, dass die virtuellen Ablenkeinrichtungen (virtuelle MEMS-Spiegel) 102a, 104a keine Punktquellen, sondern insbesondere lediglich quasi Punktquellen oder astigmatische Quellen ausbilden, und zwar insbesondere wenn das optische Segmentierungselement 32a für jeden Auslenkwinkel der Ablenkeinrichtung 92a eine spezifische Winkelkorrektur erzeugt, sodass sich sämtliche vom optischen Segmentierungselement 32a rückwärts verlängerte Lichtstrahlen 18a lediglich ungefähr in einer gemeinsamen virtuellen Quelle treffen. In diesem Fall sind die virtuellen MEMS-Spiegel 102a, 104a insbesondere als Wolken von Punktquellen oder insbesondere als astigmatische Quellen ausgebildet. Jedes Sub-Bild 98a, 100a wird dadurch über einen unterschiedlichen Abbildungsweg 28a 30a, insbesondere aus einem unterschiedlichen Winkel und aus einer unterschiedlichen Entfernung auf den Projektionsbereich 34a der Umlenkeinheit 20a eingestrahlt.
Die optische Segmentierungseinheit 126a ist dazu eingerichtet ist, eine erste Teilmenge der Sub-Bilder 98a, 100a mit einer ersten Scanrichtung auf die Umlenkeinheit zu projizieren und eine zweite Teilmenge der Sub-Bilder 98a, 100a mit einer zur ersten Scanrichtung entgegengesetzten zweiten Scanrichtung auf die Umlenkeinheit 20a zu projizieren, so dass die Strahldivergenz des Lichtstrahls mit Hilfe des adaptiven optischen Elements 116a kontinuierlich in Abhängigkeit vom Einfallswinkel des Lichtstrahls auf die Umlenkeinheit 20a variierbar ist.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die optische Funktion, die erste Teilmenge der Sub-Bilder 98a, 100a mit der ersten Scanrichtung auf die Umlenkeinheit 20a zu projizieren und eine zweite Teilmenge der Sub-Bilder 98a, 100a mit einer zur ersten Scanrichtung entgegengesetzten zweiten Scanrichtung auf die Umlenkeinheit 20a zu projizieren, in das mindestens eine Segmentierungselement 32a integriert. Alternativ dazu wäre denkbar, dass die optische Segmentierungseinheit 126a zusätzlich zu dem optischen Segmentierungselement 32a mindestens ein weiteres optisches Element (nicht dargestellt) umfasst. Denkbar wäre, dass die optische Funktion, die erste Teilmenge der Sub-Bilder 98a, 100a mit der ersten Scanrichtung auf die Umlenkeinheit 20a zu projizieren und eine zweite Teilmenge der Sub-Bilder 98a, 100a mit einer zur ersten Scanrichtung entgegengesetzten zweiten Scanrichtung auf die Umlenkeinheit 20a zu projizieren, in das mindestens eine weitere optische Element (nicht dargestellt) der optischen Segmentierungseinheit 126a integriert ist. Das mindestens eine weitere optische Element (nicht dargestellt) der optischen Segmentierungseinheit 126a könnte dem mindestens einen Segmentierungselement 32a im Strahlengang vorgeschaltet und/oder nachgeschaltet sein.
Die 3 zeigt schematisch eine Funktionsweise einer Umkehrung der Scanrichtung mittels des optischen Segmentierungselements 32a der optischen Segmentierungseinheit 126a. Auf der linken Seite der 3 ist der Ausgang einer Scanzeile des als gescannter Laserstrahl ausgebildeten Lichtstrahls 18a aus der Projektoreinheit 16a dargestellt. Der gescannte Ausgangs-Laserstrahl ist in eine Ausgangs-Richtung 136a gescannt. Im rechten Teil der 3 sind beispielhaft drei Reflexionselemente 144a, 146a, 148a des optischen Segmentierungselements 32a schematisch dargestellt, welche die gescannten Laserstrahlen jeweils ablenken und welche als Einzelsegmente eines als ein segmentierter Spiegel ausgebildeten optischen Segmentierungselements 32a ausgebildet sein können. Das mittlere Reflexionselement 146a ist dazu eingerichtet, die Scanrichtung 136a nach der Ablenkung des gescannten Laserstrahls abschnittsweise umzukehren (siehe Pfeile 138a, 140a, 142a in der 3. Dasselbe Prinzip der Scanrichtungsumkehr ist beispielsweise auch mit refraktiven, diffraktiven oder holographischen optischen Elementen umsetzbar.
Während in der Darstellung der 1 beispielhaft die Projektoreinheit 16a und die optische Segmentierungseinheit 126a am Brillengestell 122a angeordnet sind und die Umlenkeinheit 20a im Bereich eines Brillenglases 72a angeordnet ist, insbesondere in mindestens das Brillenglas 72a integriert ist, ist alternativ auch vorstellbar, dass zumindest die Bildquelle zusammen mit der Bildverarbeitungseinrichtung 10a in dem externen Gerät 120a angeordnet ist und dass die Sub-Bilddaten 14a von dem externen Gerät 120a zur Projektoreinheit 16a der Datenbrille 66a übertragen werden.
Die 4 zeigt schematisch ein Flussdiagramm eines Verfahrens 200a zum Projizieren von Bildinhalten auf die Netzhaut eines Nutzers mit Hilfe eines optischen Systems, mindestens umfassend

a. eine Bildquelle, die in zumindest einem Verfahrensschritt 202a einen Bildinhalt in Form von Bilddaten 12a liefert,
b. eine Bildverarbeitungseinrichtung 10a für die Bilddaten 12a,
c. eine Projektoreinheit 16a mit einer zeitlich modulierbaren Lichtquelle 132a zum Generieren mindestens eines Lichtstrahls und mit einer ansteuerbaren Ablenkeinrichtung 92a für den mindestens einen Lichtstrahl zur scannenden Projektion des Bildinhalts,
d. eine Umlenkeinheit 20a, auf die der Bildinhalt projiziert wird und die den projizierten Bildinhalt auf ein Auge eines Nutzers lenkt,
e. ein ansteuerbares adaptives optisches Element 116a zum Modifizieren der Strahldivergenz, das im Strahlengang des Lichtstrahls zwischen der Lichtquelle 132a und der Umlenkeinheit 20a angeordnet ist.

In zumindest einem Verfahrensschritt 204a wird eine Strahldivergenz des Lichtstrahls mit Hilfe des ansteuerbaren adaptiven optischen Elements 116a in Abhängigkeit vom Einfallswinkel des Lichtstrahls auf die Umlenkeinheit 20a variiert.
In dem Verfahrensschritt 204a wird das adaptive optische Element 116a mit der Ablenkeinrichtung 92a der Projektoreinheit 16a synchronisiert, so dass die Strahldivergenz des Lichtstrahls in Abhängigkeit von der Ablenkung des Lichtstrahls variiert wird, insbesondere in Abhängigkeit von der horizontalen Ablenkung des Lichtstrahls.
Zudem werden in dem Verfahrensschritt 204a Informationen über einen Augenzustand des Nutzers und/oder Kontextinformationen bestimmt und das adaptive optische Element 116a so angesteuert, dass der aktuelle Augenzustand des Nutzers und/oder die aktuell bestimmten Kontextinformationen bei der Variation der Strahldivergenz des Lichtstrahls berücksichtigt werden.
In 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Die nachfolgenden Beschreibungen und die Zeichnungen beschränken sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zwischen den Ausführungsbeispielen, wobei bezüglich gleich bezeichneter Bauteile, insbesondere in Bezug auf Bauteile mit gleichen Bezugszeichen, grundsätzlich auch auf die Zeichnungen und/oder die Beschreibung des anderen Ausführungsbeispiels, insbesondere der 1 bis 4, verwiesen werden kann. Zur Unterscheidung der Ausführungsbeispiele ist der Buchstabe a den Bezugszeichen des Ausführungsbeispiels in den 1 bis 4 nachgestellt. In dem Ausführungsbeispiel der 5 ist der Buchstabe a durch den Buchstaben b ersetzt.
5 zeigt beispielhaft eine weitere denkbare Ausgestaltung einer Datenbrille 66b eines optischen Systems 68b eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung in einer schematischen Darstellung. Die Datenbrille 66b könnte beispielsweise als eine Gaming-Brille ausgebildet sein. Die Datenbrille 66b weist Brillengläser 70b, 72b auf. Die Datenbrille 66b weist ein Brillengestell 122b mit Brillenbügeln 74b, 76b auf. Die Datenbrille 66b bildet einen Teil des optischen Systems 68b aus. Das optische System 68b umfasst in dem in der 5 dargestellten Fall ein externes Gerät 120b. Das externe Gerät 120b ist beispielhaft als ein Smartphone ausgebildet. Das externe Gerät 120b steht in einer Datenkommunikationsverbindung 118b mit der Datenbrille 66b. Alternativ kann die Datenbrille 66b das optische System 68b auch vollständig ausbilden. Das optische System 68b ist zu einer Ausbildung einer virtuellen Netzhautanzeige vorgesehen. Die Datenbrille 66b weist im in der 5 dargestellten Beispiel eine Recheneinheit 78b auf. Die Recheneinheit 78b ist in einen der Brillenbügel 74b, 76b integriert. Alternative Anordnungen der Recheneinheit 78b in der Datenbrille 66b, beispielsweise in einem Brillenglasrand, sind ebenfalls denkbar.
Das optische System 68b weist eine Bildquelle (nicht dargestellt) auf, die einen Bildinhalt in Form von Bilddaten liefert. Zudem umfasst das optische System 68b eine Bildverarbeitungseinrichtung (nicht dargestellt) für die Bilddaten. Zudem umfasst das optische System 68b eine Projektoreinheit 16b mit einer zeitlich modulierbaren Lichtquelle zum Generieren mindestens eines Lichtstrahls und mit einer ansteuerbaren Ablenkeinrichtung (nicht dargestellt) für den mindestens einen Lichtstrahl zur scannenden Projektion des Bildinhalts. Zudem umfasst das optische System 68b eine Umlenkeinheit 20b, auf die der Bildinhalt projizierbar ist und die dazu eingerichtet ist, den projizierten Bildinhalt auf ein Auge (nicht dargestellt) eines Nutzers zu lenken. Zudem umfasst das optische System 68b ein adaptives optisches Element (nicht dargestellt) zum Modifizieren einer Strahldivergenz, das im Strahlengang des Lichtstrahls zwischen der Lichtquelle und der Umlenkeinheit 20b angeordnet ist. Das adaptive optische Element ist so ansteuerbar, dass die Strahldivergenz des Lichtstrahls in Abhängigkeit vom Einfallswinkel des Lichtstrahls auf die Umlenkeinheit 20b variierbar ist.
Die Projektoreinheit 16b ist oberhalb der Umlenkeinheit 20b angeordnet. Die Ablenkeinrichtung der Projektoreinheit 16b ist dazu eingerichtet, den Lichtstrahl in vertikaler Richtung langsamer abzulenken als in horizontaler Richtung, so dass der Bildinhalt zeilenweise projiziert wird, und dass das adaptive optische Element mit der vertikalen Ablenkung des Lichtstrahls synchronisiert ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102017211934 A1 [0001]

Claims

Optisches System (68) für eine virtuelle Netzhautanzeige (Retinal Scan Display), mindestens umfassend a. eine Bildquelle, die einen Bildinhalt in Form von Bilddaten (12) liefert, b. eine Bildverarbeitungseinrichtung (10) für die Bilddaten (12), c. eine Projektoreinheit (16) mit einer zeitlich modulierbaren Lichtquelle (132) zum Generieren mindestens eines Lichtstrahls und mit einer ansteuerbaren Ablenkeinrichtung (92) für den mindestens einen Lichtstrahl zur scannenden Projektion des Bildinhalts, d. eine Umlenkeinheit (20), auf die der Bildinhalt projizierbar ist und die dazu eingerichtet ist, den projizierten Bildinhalt auf ein Auge (24) eines Nutzers zu lenken, e. ein adaptives optisches Element (116) zum Modifizieren einer Strahldivergenz, das im Strahlengang des Lichtstrahls zwischen der Lichtquelle (82, 84, 86) und der Umlenkeinheit (20) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das adaptive optische Element (116) ansteuerbar ist, so dass die Strahldivergenz des Lichtstrahls in Abhängigkeit vom Einfallswinkel des Lichtstrahls auf die Umlenkeinheit (20) variierbar ist.
Optisches System (68) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das adaptive optische Element (116) mit der Ablenkeinrichtung (92) der Projektoreinheit (16) synchronisierbar ist, so dass die Strahldivergenz des Lichtstrahls in Abhängigkeit von der Ablenkung des Lichtstrahls variierbar ist.
Optisches System (68) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablenkeinrichtung (92) der Projektoreinheit (16) dazu eingerichtet ist, den Lichtstrahl in horizontaler Richtung langsamer abzulenken als in vertikaler Richtung, so dass der Bildinhalt spaltenweise projiziert wird, und dass das adaptive optische Element (116) mit der horizontalen Ablenkung des Lichtstrahls synchronisiert ist.
Optisches System (68) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablenkeinrichtung (92) der Projektoreinheit (16) dazu eingerichtet ist, den Lichtstrahl in vertikaler Richtung langsamer abzulenken als in horizontaler Richtung, so dass der Bildinhalt zeilenweise projiziert wird, und dass das adaptive optische Element (116) mit der vertikalen Ablenkung des Lichtstrahls synchronisiert ist.
Optisches System (68) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Eyetracker-Einrichtung (62) zum Erfassen und/oder Bestimmen eines Augenzustands des Nutzers vorgesehen ist, insbesondere zum Erfassen und/oder Bestimmen einer Augenbewegung, einer Augenbewegungsgeschwindigkeit, einer Pupillenposition, einer Pupillengröße, einer Blickrichtung, eines Akkommodationszustands und/oder einer Fixationsdistanz des Auges, und dass das adaptive optische Element (116) so ansteuerbar ist, dass der aktuelle Augenzustand des Nutzers bei der Variation der Strahldivergenz des Lichtstrahls berücksichtigt wird.
Optisches System (68) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Sensormodul (64) zur Bestimmung von Kontextinformationen vorgesehen ist, insbesondere zur Bestimmung einer Kopfhaltung, einer Kopforientierung und einer Kopfbewegung des Nutzers, zur Bestimmung einer Umgebungshelligkeit und Lichtverhältnissen, zur Bestimmung eines Aufenthaltsorts und zur Bestimmung einer Bewegungssituation des Nutzers, und dass das adaptive optische Element (116) so ansteuerbar ist, dass die aktuell bestimmten Kontextinformationen bei der Variation der Strahldivergenz des Lichtstrahls berücksichtigt werden.
Optisches System (68) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das adaptive optische Element (116) so ansteuerbar ist, dass eine Fehlsichtigkeit und/oder Fehlakkommodation des Nutzers bei der Variation der Strahldivergenz des Lichtstrahls berücksichtigt und zumindest teilweise kompensiert wird.
Optisches System (68) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Schnittstelle zur manuellen Eingabe von Kontextinformationen und/oder Informationen über eine Fehlsichtigkeit und/oder Fehlakkommodation des Nutzers vorgesehen ist.
Optisches System (68) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildverarbeitungseinrichtung (10) dazu eingerichtet ist, aus den Bilddaten (12) der Bildquelle Sub-Bilddaten (14) zu erzeugen, die eine zeitgleiche Projektion von N x M Sub-Bildern (98, 100) mit im Wesentlichen gleichem Bildinhalt ermöglichen, dass zwischen Projektoreinheit (16) und Umlenkeinheit (20) eine optische Segmentierungseinheit (126) mit mindestens einem Segmentierungselement (32) angeordnet ist, das eine räumliche Segmentierung vornimmt, indem der im Wesentlichen gleiche Bildinhalt der N x M Sub-Bilder (98, 100) über mindestens zwei unterschiedlichen Abbildungswege (28, 30) auf die Umlenkeinheit (20) projiziert wird, und dass die optische Segmentierungseinheit (126) dazu eingerichtet ist, eine erste Teilmenge der Sub-Bilder (98, 100) mit einer ersten Scanrichtung auf die Umlenkeinheit (20) zu projizieren und eine zweite Teilmenge der Sub-Bilder (98, 100) mit einer zur ersten Scanrichtung entgegengesetzten zweiten Scanrichtung auf die Umlenkeinheit (20) zu projizieren, so dass die Strahldivergenz des Lichtstrahls mit Hilfe des adaptiven optischen Elements (116) kontinuierlich in Abhängigkeit vom Einfallswinkel des Lichtstrahls auf die Umlenkeinheit (20) variierbar ist.
Optisches System (68) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Funktion, eine erste Teilmenge der Sub-Bilder (98, 100) mit einer ersten Scanrichtung auf die Umlenkeinheit (20) zu projizieren und eine zweite Teilmenge der Sub-Bilder (98, 100) mit einer zur ersten Scanrichtung entgegengesetzten zweiten Scanrichtung auf die Umlenkeinheit (20) zu projizieren, in das mindestens eine Segmentierungselement (32) integriert ist und/oder in mindestens ein optisches Element, das dem mindestens einen Segmentierungselement (32) im Strahlengang vorgeschaltet und/oder nachgeschaltet ist.
Optisches System (68) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, umfassend eine Datenbrille (66) mit Brillengestell (122) und Brillengläsern (70, 72), dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Projektoreinheit (16) am Brillengestell (122) angeordnet ist und dass die zumindest eine Umlenkeinheit (20) im Bereich mindestens eines Brillenglases (70, 72) angeordnet ist, insbesondere in mindestens ein Brillenglas (70, 72) integriert ist.
Verfahren zum Projizieren von Bildinhalten auf die Netzhaut (22) eines Nutzers mit Hilfe eines optischen Systems (68), insbesondere gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, mindestens umfassend a. eine Bildquelle, die einen Bildinhalt in Form von Bilddaten (12) liefert, b. eine Bildverarbeitungseinrichtung (10) für die Bilddaten (12), c. eine Projektoreinheit (16) mit einer zeitlich modulierbaren Lichtquelle (82, 84, 86) zum Generieren mindestens eines Lichtstrahls und mit einer ansteuerbaren Ablenkeinrichtung (92) für den mindestens einen Lichtstrahl zur scannenden Projektion des Bildinhalts, d. eine Umlenkeinheit (20), auf die der Bildinhalt projiziert wird und die den projizierten Bildinhalt auf ein Auge eines Nutzers lenkt, e. ein ansteuerbares adaptives optisches Element (116) zum Modifizieren der Strahldivergenz, das im Strahlengang des Lichtstrahls zwischen der Lichtquelle (82, 84, 86) und der Umlenkeinheit angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Strahldivergenz des Lichtstrahls mit Hilfe des ansteuerbaren adaptiven optischen Elements (116) in Abhängigkeit vom Einfallswinkel des Lichtstrahls auf die Umlenkeinheit (20) variiert wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das adaptive optische Element (116) mit der Ablenkeinrichtung (92) der Projektoreinheit (16) synchronisiert wird, so dass die Strahldivergenz des Lichtstrahls in Abhängigkeit von der Ablenkung des Lichtstrahls variiert wird, insbesondere in Abhängigkeit von der horizontalen Ablenkung des Lichtstrahls.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass Informationen über einen Augenzustand des Nutzers und/oder Kontextinformationen bestimmt werden und dass das adaptive optische Element (126) so angesteuert wird, dass der aktuelle Augenzustand des Nutzers und/oder die aktuell bestimmten Kontextinformationen bei der Variation der Strahldivergenz des Lichtstrahls berücksichtigt werden.