DE102021208157A1 - Optisches System für eine virtuelle Netzhautanzeige und Verfahren zum Projizieren von Bildinhalten auf eine Netzhaut - Google Patents

Optisches System für eine virtuelle Netzhautanzeige und Verfahren zum Projizieren von Bildinhalten auf eine Netzhaut Download PDF

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Hendrik Specht
Tadiyos Alemayehu
Andreas Petersen
Mazyar Sabbar
Johannes Hofmann
Nikolai Suchkov
Anna-Katharina Friedel
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein optisches System (68a) für eine virtuelle Netzhautanzeige (Retinal Scan Display), mindestens umfassenda. eine Bildquelle, die einen Bildinhalt (31) in Form von Bilddaten liefert,b. eine Bildverarbeitungseinrichtung (35) für die Bilddaten,c. eine Projektoreinheit (45) mit einer zeitlich modulierbaren Lichtquelle (37) zum Generieren mindestens eines Lichtstrahls (17) und mit einer ansteuerbaren Ablenkeinrichtung (71) für den mindestens einen Lichtstrahl (17) zur scannenden Projektion des Bildinhalts (17),d. eine erste Umlenkeinheit (20a), auf die der Bildinhalt (31) projizierbar ist und die dazu eingerichtet ist, den projizierten Bildinhalt (31) auf ein Auge (22) eines Nutzers zu lenken,e. eine zwischen Projektoreinheit (45) und erster Umlenkeinheit (20a) angeordnete zweite Umlenkeinheit (16a), welche dazu eingerichtet ist, den Lichtstrahl (17), insbesondere den gesamten Lichtstrahl, zu einem ersten Zeitpunkt über einen ersten Abbildungsweg (69a) und zu einem auf den ersten Zeitpunkt folgenden zweiten Zeitpunkt über einen zweiten Abbildungsweg (69c) auf mindestens einen Projektionsbereich (34a) der ersten Umlenkeinheit (20a) umzulenken, undf. eine optische Replikationskomponente (150a), die in dem mindestens einen Projektionsbereich (34a) der ersten Umlenkeinheit (20a) angeordnet ist und dazu eingerichtet ist, den projizierten Bildinhalt (31) repliziert und räumlich versetzt auf das Auge (22) des Nutzers zu lenken, so dass eine Mehrzahl von zueinander räumlich versetzt angeordneten Austrittspupillen (A, A', B, B', C, C', D, D') mit dem Bildinhalt (31) erzeugt wird.

Description

  • Stand der Technik
  • Datenbrillen (Smartglasses) mit Retinal Scan Displays sind bereits bekannt.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Es wird ein optisches System für eine virtuelle Netzhautanzeige (Retinal Scan Display) vorgeschlagen, mindestens umfassend
    1. a. eine Bildquelle, die einen Bildinhalt in Form von Bilddaten liefert,
    2. b. eine Bildverarbeitungseinrichtung für die Bilddaten,
    3. 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,
    4. d. eine erste Umlenkeinheit, auf die der Bildinhalt projizierbar ist und die dazu eingerichtet ist, den projizierten Bildinhalt auf ein Auge (eines Nutzers) zu lenken,
    5. e. eine zwischen Projektoreinheit und erster Umlenkeinheit angeordnete zweite Umlenkeinheit, welche dazu eingerichtet ist, den Lichtstrahl, insbesondere den gesamten Lichtstrahl, zu einem ersten Zeitpunkt über einen ersten Abbildungsweg und zu einem auf den ersten Zeitpunkt folgenden zweiten Zeitpunkt über einen zweiten Abbildungsweg auf mindestens einen Projektionsbereich der ersten Umlenkeinheit umzulenken, und
    6. f. eine optische Replikationskomponente, die in dem mindestens einen Projektionsbereich der Umlenkeinheit angeordnet ist und dazu eingerichtet ist, den projizierten Bildinhalt repliziert und räumlich versetzt auf das Auge des Nutzers zu lenken, so dass eine Mehrzahl von zueinander räumlich versetzt angeordneten Austrittspupillen (Eyeboxen A, A', B, B') mit dem Bildinhalt erzeugt wird.
  • Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des optischen Systems wird eine hohe Effizienz des optischen Systems erreicht, da der Lichtstrahl bzw. das Strahlbündel nicht aufgeteilt, sondern lediglich umgelenkt wird und somit die im Wesentlichen volle Laserleistung für jeden Abbildungsweg verwendet werden kann. Außerdem bleibt durch die Umlenkung des Lichtstrahls bzw. des Strahlbündels zeitlich hintereinander über die unterschiedlichen Abbildungswege eine räumliche Auflösung und/oder ein Sichtfeld des ursprünglichen Bildinhalts zumindest im Wesentlichen erhalten.
  • 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 räumlicher Lichtmodulator (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 erste Umlenkeinheit umfasst insbesondere eine Anordnung von optischen Elementen, beispielsweise diffraktiven, reflektiven, refraktiven und/oder holographischen optischen Elementen. Vorzugsweise umfasst die erste Umlenkeinheit dabei jedoch immer zumindest ein holographisches optisches Element. Die erste Umlenkeinheit ist zumindest teilweise in ein Brillenglas einer Datenbrille integriert ausgebildet. Die erste 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 erste Umlenkeinheit. Die erste Umlenkeinheit erscheint für einen Nutzer zumindest aus einer senkrechten Blickrichtung gesehen im Wesentlichen transparent. Insbesondere bildet die erste 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.
  • Vorzugsweise ist eine zweite Umlenkeinheit in einem Strahlengang des gescannten Lichtstrahls zwischen der Ablenkeinrichtung der Projektoreinheit und der ersten Umlenkeinheit angeordnet. Mit den unterschiedlichen Abbildungswegen zu dem ersten und zweiten Zeitpunkt ist insbesondere gemeint, dass der Lichtstrahl bzw. das Strahlenbündel jeweils mit einem unterschiedlichen Winkel auf den Projektionsbereich und/oder auf unterschiedliche Teilbereiche des Projektionsbereichs umgelenkt wird. Jedem Abbildungsweg ist eine eigene Austrittspupille zugeordnet. Bevorzugt ist die zweite Umlenkeinheit dazu ausgebildet, den, insbesondere vollständigen, Bildinhalt in Form des Lichtstrahls zu dem ersten Zeitpunkt über den ersten Abbildungsweg und zu einem auf den ersten Zeitpunkt folgenden zweiten Zeitpunkt über den zweiten Abbildungsweg auf den mindestens einen Projektionsbereich der ersten Umlenkeinheit zu projizieren.
  • Vorzugsweise weist die zweite Umlenkeinheit wenigstens eine erste schaltbare transmissive holographische optische Schicht auf, welche insbesondere als ein erstes schaltbares Transmissions-HOE ausgebildet ist. Solche schaltbaren HOEs sind abhängig von ihrem Schaltzustand als Umlenkelement oder alternativ als passives Element ausgebildet, welches den eintreffenden Lichtstrahl ohne Umlenkung transmittiert. Zusätzlich weist die zweite Umlenkeinheit eine zweite transmissive holographische optische Schicht auf. Die erste schaltbare holographische optische Schicht ist dazu ausgebildet ist, den eintreffenden Lichtstrahl zu dem ersten Zeitpunkt in eine erste oder zu dem zweiten Zeitpunkt in eine zweite Umlenkrichtung umzulenken. Diese Umlenkung geschieht insbesondere abhängig von dem jeweiligen Schaltzustand der ersten schaltbaren holographischen optischen Schicht. Vorzugsweise weist die zweite Umlenkeinheit zusätzlich wenigstens eine dritte schaltbare holographische optische Schicht auf, welche dazu ausgebildet ist, den eintreffenden Lichtstrahl in eine dritte Umlenkrichtung umzulenken. Bevorzugt sind die erste schalbare holographische optische Schicht und die dritte schaltbare holographische optische Schicht übereinandergestapelt angeordnet. Die zweite transmissive holographische optische Schicht ist dazu ausgebildet, den von der ersten schaltbaren holographischen optischen Schicht kommenden Lichtstrahl in Richtung des Projektionsbereichs zu beugen. Die zweite transmissive holographische optische Schicht ist nicht schaltbar ausgebildet. Bevorzugt weist die zweite transmissive holographische optische Schicht wenigstens zwei von dem Eintrittswinkel des eintreffenden Lichtstrahls abhängige holographische Umlenkfunktionen auf. Falls der Lichtstrahl unterschiedliche Wellenlängen aufweist, weist die zweite transmissive holographische optische Schicht vorzugsweise zusätzlich wenigstens zwei von den unterschiedlichen Wellenlängen des eintreffenden Lichtstrahls abhängige holographische Umlenkfunktionen auf. Alternativ ist bevorzugt auch wenigstens eine zusätzliche vierte transmissive holographische optische Schicht vorgesehen, welche eine gegenüber der zweiten transmissiven holographischen optischen Schicht unterschiedliche holographische Funktion aufweist. Vorzugsweise sind die zweite und vierte transmissive holographische optische Schichten übereinandergestapelt angeordnet.
  • Bevorzugt weist die zweite Umlenkeinheit eine erste Umlenkkomponente auf. Die erste Umlenkkomponente weist hierbei eine erste schaltbare λ/2 Wellenplatte und ein erstes optisches Polarisationsgitter auf. Zusätzlich weist die zweite Umlenkeinheit in diesem Zusammenhang eine zweite Umlenkkomponente auf. Die zweite Umlenkkomponente weist eine zweite statische λ/2 Wellenplatte und ein zweites optisches Polarisationsgitter auf. Bevorzugt ist die erste Umlenkkomponente als ein erster Umlenkstapel und die zweite Umlenkkomponente als ein zweiter Umlenkstapel ausgebildet. Alternativ sind die erste Umlenkkomponente und die zweite Umlenkkomponente in einen gemeinsamen Umlenkstapel integriert. Die erste schaltbare λ/2 Wellenplatte ist hierbei dazu ausgebildet, einen Polarisationszustand, insbesondere die Helizität, eines, insbesondere eintreffenden, zirkular polarisierten Lichtstrahls zu ändern oder beizubehalten. Die Umwandlung von (aus der Lichtquelle ausgestrahlten) linear polarisierten in zirkular polarisiertes Licht kann beispielsweise durch die Verwendung eines linearen Polarisators und einer λ/4- Wellenplatte erreicht werden. Die schaltbare λ/2 Wellenplatte ist insbesondere dazu ausgebildet, in Abhängigkeit des Betriebszustands der schaltbaren λ/2 Wellenplatte die Helizität von zirkular polarisiertem Licht anzupassen. Ist eine solche schaltbare λ/2 Wellenplatte ausgeschaltet, das heißt bei einer Phasenverzögerung von Null, bleibt die Helizität des Lichts unverändert. Wenn die steuerbare λ/2- Wellenplatte angeschaltet ist, das heißt wenn eine Phasenverzögerung von λ/2 erzeugt wird, wird die Helizität des zirkular polarisierten Lichts umgeschaltet. Das Modulieren der λ/2 Wellenplatte ermöglicht daher das Licht in unterschiedliche Beugungsordnungen umzulenken und somit auch die Wahl zwischen den unterschiedlichen Abbildungswegen. Das erste optische Polarisationsgitter ist dazu ausgebildet, den von der schaltbaren λ/2 Wellenplatte kommenden zirkular polarisierten Lichtstrahl abhängig von dem Polarisationszustand, insbesondere zu dem ersten Zeitpunkt, in eine erste oder, insbesondere zu dem zweiten Zeitpunkt, in eine zweite Umlenkrichtung umzulenken, insbesondere zu beugen. Der Lichtstrahl wird also in einer Draufsicht nach rechts oder links umgelenkt. Die erste Umlenkrichtung ist spiegelverkehrt zu der zweiten Umlenkrichtung ausgerichtet. Das erste optische Polarisationsgitter setzt entsprechend die zuvor mittels der schaltbaren λ/2 Wellenplatte vorgegebene Wahl zwischen dem ersten oder zweiten Abbildungsweg entsprechend um. Die zweite statische λ/2 Wellenplatte ist wiederum dazu ausgebildet ist, den Polarisationszustand des von dem ersten optischen Polarisationsgitter kommenden zirkular polarisierten Lichtstrahls zu ändern. In beiden Fällen ist das zweite optische Polarisationsgitter anschließend dazu ausgebildet, den von der zweiten statischen λ/2 Wellenplatte kommenden Lichtstrahl in Richtung des Projektionsbereichs umzulenken, insbesondere zu beugen. Der Lichtstrahl propagiert somit mit leichtem Winkel- und starkem räumlichen Versatz gegenüber dem in die zweite optische Umlenkeinheit eingestrahlten Lichtstrahl, wodurch ein entsprechender Versatz der Eyeboxen auf der Austrittspupillenebene erreicht wird. Die zweite Umlenkeinheit kann gegenüber dem Stand der Technik räumlich klein, wie auch gewichtssparend ausgeführt werden. Bevorzugt können beliebig viele weitere Umlenkkomponenten vorgesehen sein, um weitere Abbildungswege und somit mehr Austrittspupillen zu erzeugen. Bevorzugt ist das erste und/oder zweite polarisierte Gitter drehbar, insbesondere um eine Drehachse, gelagert angeordnet. Mit der Drehachse ist insbesondere die zentrale Propagationsachse des Lichtstrahls bzw. Lichtbündels gemeint. Somit ergibt sich die Möglichkeit, die Austrittspupillen kontinuierlich zu positionieren.
  • Alternativ hierzu weist die zweite Umlenkeinheit ein drittes Polarisationsgitter, ein viertes Polarisationsgitter und eine dritte statische λ/2 Wellenplatte auf. Das dritte Polarisationsgitter ist dazu ausgebildet, einen, insbesondere eintreffenden, zirkular polarisierten Lichtstrahl in eine dritte Umlenkrichtung umzulenken bzw. zu beugen. Die dritte statische λ/2 Wellenplatte dazu ausgebildet ist, einen Polarisationszustand, insbesondere die Helizität, des mittels des dritten Polarisationsgitters umgelenkten Lichtstrahls zu ändern. Das vierte Polarisationsgitter ist wiederum dazu ausgebildet ist, den von der dritten λ/2 Wellenplatte kommenden Lichtstrahl in Richtung des Projektionsbereichs umzulenken bzw. zu beugen. Die zweite Umlenkeinheit ist hierbei derart, insbesondere um die zentrale Propagationsachse des wenigstens einen Lichtstrahls als Drehachse, drehbar gelagert, dass der aus der zweiten Umlenkeinheit ausstrahlende Lichtstrahl zu dem ersten Zeitpunkt über den ersten Abbildungsweg und zu dem auf den ersten Zeitpunkt folgenden zweiten Zeitpunkt über den zweiten Abbildungsweg auf den mindestens einen Projektionsbereich der ersten Umlenkeinheit umgelenkt wird. Durch die Drehung der zweiten Umlenkeinheit um die entsprechende Drehachse wird also die kontinuierliche Umlenkung des Lichtstrahls über unterschiedliche Abbildungswege auf platz- und gewichtssparende Art und Weise gegenüber dem Stand der Technik ermöglicht.
  • Weiterhin alternativ ist die zweite Umlenkeinheit bevorzugt als wenigstens ein optisches Prisma, insbesondere Glas-Prisma, ausgebildet ist, welches drehbar gelagert ist, sodass der aus dem optischen Prisma ausstrahlende Lichtstrahl zu dem ersten Zeitpunkt über den ersten Abbildungsweg und zu dem auf den ersten Zeitpunkt folgenden zweiten Zeitpunkt über den zweiten Abbildungsweg auf den mindestens einen Projektionsbereich der ersten Umlenkeinheit umgelenkt wird. Der Gesamteffekt entsteht hierbei durch die kombinierte Brechung am Luft-Prisma- und Prisma-Luft-Übergang. Die Eintritts- und Austrittsflächen des Prismas können so ausgelegt werden, dass sie unter jedem Einfallswinkel genau die passende laterale Verschiebung und passenden Winkelversatz bei Drehung des Prismas erzeugen. Hierdurch entstehen wiederum über die HOE Funktion lateral versetzte und steuerbaren Austrittspupillen. Vorzugsweise sind mehrere drehbar gelagerte optische Prismen hintereinander als Prismen-Paare vorgesehen.
  • Vorzugsweise ist die Bildverarbeitungseinrichtung dazu eingerichtet, aus den Bilddaten der Bildquelle erste Sub-Bilddaten zu dem ersten Zeitpunkt und zweite Sub-Bilddaten zu dem zweiten Zeitpunkt zum Ansteuern der Projektoreinheit zu erzeugen. Die Bildverarbeitungseinrichtung ist in diesem Zusammenhang dazu eingerichtet, für die mindestens zwei unterschiedlichen Abbildungswege unterschiedliche Sub-Bilddaten zu erzeugen, so dass eine Verzerrung des Bildinhalts über den jeweiligen Abbildungsweg zumindest teilweise kompensiert wird. Insbesondere ist die Bildverarbeitungseinrichtung in diesem Zusammenhang dazu ausgebildet, die Bilddaten der Bildquelle zu modifizieren, insbesondere zu verzerren, zu kopieren, zu verdrehen, zu versetzen und/oder zu skalieren. Die Bildverarbeitungseinrichtung ist vorzugsweise dazu vorgesehen, Kopien des Bildinhalts zu erzeugen, welche insbesondere modifiziert, beispielsweise verzerrt, verdreht, versetzt und/oder skaliert sind. Mit den Sub-Bilddaten sind also alle gegenüber den ursprünglichen Bilddaten geänderten bzw. modifizierten Bilddaten gemeint.
  • Vorzugsweise ist die optische Replikationskomponente in einem Schichtaufbau mit mindestens einer holographisch funktionalisierten Schicht realisiert. Dadurch kann vorteilhaft eine einfache und/oder effektive optische Replikation erreicht werden. Vorteilhaft kann dadurch eine besonders hohe Anzahl von Austrittspupillen und somit eine besonders große effektive Gesamteyebox erreicht werden. Insbesondere wird von einer ersten holographisch funktionalisierten Schicht der optischen Replikationskomponente ein (unreplizierter) Austrittspupillensatz (Eyeboxsatzes) erzeugt. Insbesondere wird von jeder weiteren holographisch funktionalisierten Schicht neben der ersten holographisch funktionalisierten Schicht der optischen Replikationskomponente eine Replikation des gesamten Austrittspupillensatzes erzeugt. Insbesondere wird bei jeder Replikation eines Austrittspupillensatzes eine räumlich und/oder winkelseitig verschobene Kopie der ursprünglichen Bildbereiche, insbesondere des (unreplizierten) Austrittspupillensatzes, erzeugt. Insbesondere ist auch denkbar, dass nur ein Teil der Austrittspupillen eines (unreplizierten) Austrittspupillensatzes durch die weiteren holographisch funktionalisierten Schichten neben der ersten holographisch funktionalisierten Schicht der optischen Replikationskomponente repliziert wird, beispielweise wenn eine Flächenerstreckung der beiden holographisch funktionalisierten Schichten der optischen Replikationskomponente unterschiedlich ist. Insbesondere ist denkbar, dass die optische Replikationskomponente zumindest drei oder mehr holographisch funktionalisierte Schichten aufweist.
  • Insbesondere sind die holographisch funktionalisierten Schichten jeweils teilreflektierend und teiltransparent. Insbesondere wird die optische Replikation dadurch erzeugt, dass dieselbe Bildinformation, insbesondere derselbe Lichtstrahl von zwei holographisch funktionalisierten Schichten der optischen Replikationskomponente, jeweils zweimal unterschiedlich, z.B. in zwei unterschiedliche Winkelrichtungen, abgelenkt wird und somit an zwei unterschiedlichen Punkten die Augenpupillenfläche kreuzt. Insbesondere ist durch die optische Replikationskomponente ein Muster oder eine Anordnung von Austrittspupillen in der Augenpupillenfläche in Vertikalrichtung und/oder in Horizontalrichtung und/oder in schräg zu der Vertikalrichtung / Horizontalrichtung liegende Richtungen replizierbar, vorzugsweise vervielfältigbar.
  • Wenn die holographisch funktionalisierten Schichten der optischen Replikationskomponente als reflektierende (z.B. Reflexionshologramme) und/oder transmittierende z.B. Transmissionshologramme) holographische optische Elemente (HO-Es) ausgebildet sind, kann eine besonders vorteilhafte Replikation erreicht werden. Insbesondere können unterschiedliche HOEs unterschiedliche optische Funktionen aufweisen, welche insbesondere eine unterschiedliche Ablenkung von auftreffenden Lichtstrahlen erzeugen (z.B. durch eine Ausbildung von Reflexionshologrammen, die Lichtstrahlen wie Hohlspiegel oder Wölbspiegel reflektieren). Insbesondere ist jedes HOE aus einem holographischen Material ausgebildet, beispielsweise aus einem Photopolymer oder aus einem Silberhalogenid. Insbesondere ist in das holographische Material für jedes HOE jeweils zumindest eine holographische optische Funktion eingeschrieben. Insbesondere ist in das holographische Material für jedes HOE jeweils zumindest eine, mehrere Wellenlängen umfassende, holographische optische Funktion eingeschrieben. Insbesondere ist in das holographische Material für jedes HOE jeweils zumindest eine RGB-Wellenlängen umfassende holographische optische Funktion eingeschrieben.
  • Außerdem wird vorgeschlagen, dass die optische Replikationskomponente in einem Schichtaufbau mit mindestens zwei übereinander angeordneten Schichten mit unterschiedlichen holographischen Funktionen realisiert ist, wodurch die Mehrzahl von zueinander räumlich versetzt angeordneten Austrittspupillen erzeugt wird. Dadurch kann eine vorteilhafte Replikation von Bildern erreicht werden, welche insbesondere kostengünstig und/oder einfach herstellbar ist. Insbesondere sind die Schichten mit unterschiedlichen holographischen Funktionen in einer zu der Augenpupillenfläche zumindest im Wesentlichen senkrecht verlaufenden Richtung, vorzugsweise in einer vorgesehenen Blickrichtung auf die optische Replikationskomponente, schichtweise hintereinander angeordnet. Insbesondere ist die optische Replikationskomponente in zumindest ein Brillenglas der Datenbrille integriert. Es ist denkbar, dass sich die optische Replikationskomponente lediglich über einen Teil des Brillenglases oder über das gesamte Brillenglas erstreckt. Insbesondere weist die optischen Replikationskomponente eine ausreichend hohe Transparenz auf, so dass sie für einen Träger der Datenbrille durchsichtig erscheinen. Die holographisch funktionalisierten Schichten können unterschiedlich groß sein, vorzugsweise überlappen die holographischen Materialschichten aus der vorgesehenen Blickrichtung auf die optische Replikationskomponente jedoch vollständig oder nahezu vollständig. Die holographisch funktionalisierten Schichten können direkt aneinander anliegen oder durch eine (transparente) Zwischenschicht voneinander getrennt angeordnet sein. Es ist denkbar, dass die holographischen Funktionen der verschiedenen holographisch funktionalisierten Schichten für eine Ablenkung verschiedener Wellenlängen ausgebildet sind (z.B. eine holographische Schicht pro beeinflusste Wellenlänge), vorzugsweise sind jedoch die holographischen Funktionen der verschiedenen holographisch funktionalisierten Schichten für eine Ablenkung derselben RGB-Wellenlängen ausgebildet.
  • Wenn alternativ die optische Replikationskomponente mindestens eine Schicht umfasst, in der mindestens zwei unterschiedliche holographische Funktionen realisiert sind, wobei die unterschiedlichen holographischen Funktionen in einer gemeinsamen Ebene aber in unterschiedlichen intermittierenden Zonen der Schicht ausgebildet sind, und wodurch die Mehrzahl von zueinander räumlich versetzt angeordneten Austrittspupillen erzeugt wird, kann vorteilhaft eine besonders dünne Ausgestaltung der optischen Replikationskomponente erreicht werden. Vorteilhaft kann dadurch eine Anzahl an holographischen Funktionen pro holographischer Materialschicht erhöht werden. Vorzugsweise ist eine räumliche Ausdehnung von HOE-Substrukturen der intermittierenden Zonen der Schicht der optischen Replikationskomponente wesentlich kleiner als ein Durchmesser des Lichtstrahls, insbesondere Laserstrahls, der Projektionseinheit. Unter „wesentlich kleiner“ soll in diesem Zusammenhang höchstens halb so groß, vorzugsweise höchstens ein Drittel so groß, bevorzugt höchstens ein Viertel so groß und besonders bevorzugt höchstens ein Zehntel so groß verstanden werden. Auf diese Weise wird vorteilhaft sichergestellt, dass jede Bildinformation in beiden durch die unterschiedlichen holographischen Funktionen erzeugten Austrittspupillen ankommt. Es ist denkbar, dass Schichten mit unterschiedlichen intermittierenden Zonen mit ganzflächigen holographisch funktionalisierten Schichten kombiniert werden.
  • Vorzugsweise ist die zweite Umlenkeinheit und die optische Replikationskomponente so ausgelegt, dass die damit, insbesondere zu unterschiedlichen Zeitpunkten, erzeugten Austrittspupillen im Wesentlichen in einem Raster angeordnet sind. Der Abstand zwischen jeweils zwei direkt und/oder diagonal benachbarten, insbesondere zu den unterschiedlichen Zeitpunkten, erzeugten Austrittspupillen ist hierbei kleiner, als der kleinste anzunehmende Pupillendurchmesser des Nutzers. Dadurch kann vorteilhaft sichergestellt werden, dass zu jedem Zeitpunkt der bestimmungsgemäßen Verwendung der virtuellen Netzhautanzeige immer zumindest eine Austrittspupille für den Nutzer sichtbar ist, insbesondere mit einer Eintrittspupille des Nutzer-Auges überlappt. Dadurch kann vorteilhaft eine besonders große effektive Gesamteyebox erhalten werden. Insbesondere sind verschiedene geometrische Anordnungsmuster für eine Anordnung der Austrittspupillen innerhalb der Augenpupillenfläche des optischen Systems (Eyebox-Patterns) denkbar. Unter anderem sind beispielsweise eine äquidistante Parallelogramm-Anordnung (z.B. eine symmetrische oder asymmetrische Quincunx-Anordnung) oder eine (z.B. matrixförmige) Quadrat-Anordnung denkbar. Unter einem „Raster“ soll insbesondere ein auf einer Fläche verteiltes regelmäßiges Muster verstanden werden.
  • Gegenüber dieser diskreten, festen Positionierung der Austrittspupillen ermöglichen die zuvor beschriebenen drehbar angeordneten Ausführungen der zweiten Umlenkeinheit eine kontinuierliche Positionierung der Austrittspupillen. In diesem Zusammenhang wird vorgeschlagen, dass die zweite Umlenkeinheit und die optische Replikationskomponente so ausgelegt sind, dass die zu unterschiedlichen Zeitpunkten erzeugten Austrittspupillen im Wesentlichen auf wenigstens zwei auf einer Austrittspupillenebene benachbart angeordneten, insbesondere identischen, geometrisch geschlossenen Kurven liegen. Vorzugsweise sind die Austrittspupillen auf zwei elliptischen Kreisbahnen angeordnet. Hierfür ist die zweite Umlenkeinheit vorzugsweise um die zentrale Propagationsachse der Strahlen gedreht angeordnet, sodass die Austrittspupillen auf einer Ellipse in einer Ebene orthogonal zur Propagationsachse versetzt werden können. Vorzugsweise überlappen die wenigstens zwei geometrisch geschlossenen Kurven nicht, sondern sind getrennt voneinander angerordnet. Alternativ oder zusätzlich sind die zweite Umlenkeinheit und die optische Replikationskomponente so ausgelegt, dass die zu unterschiedlichen Zeitpunkten erzeugten Austrittspupillen im Wesentlichen innerhalb wenigstens zwei auf einer Austrittspupillenebene benachbart angeordneten, insbesondere identischen, geometrisch geschlossenen Kurven angeordnet sind. Hierfür ist die zweite Umlenkeinheit um eine verstellbare Drehachse drehbar angeordnet. Es ergeben sich somit noch mehr mögliche Positionen für die Austrittspupillen. Bevorzugt sind die zweite Umlenkeinheit und die optische Replikationskomponente so ausgelegt, dass auf und/oder innerhalb der ersten der wenigstens zwei geometrisch geschlossenen Kurven die mittels der ersten Umlenkeinheit erzeugten Austrittspupillen angeordnet sind und auf und/oder innerhalb der zweiten der wenigstens zwei geometrisch geschlossenen Kurven die mittels der optischen Replikationskomponente erzeugten Austrittspupillen angeordnet sind. Vorzugsweise sind die beiden geometrisch geschlossenen Kurven derart relativ zueinander angeordnet, dass der minimale Abstand der Kurven zueinander kleiner ist, als der kleinste anzunehmende Pupillendurchmesser des Nutzers. Auch dadurch kann sichergestellt werden, dass zu jedem Zeitpunkt der bestimmungsgemäßen Verwendung der virtuellen Netzhautanzeige immer zumindest eine Austrittspupille für den Nutzer sichtbar ist, insbesondere mit einer Eintrittspupille des Nutzer-Auges überlappt. Vorzugsweise ist die zweite Umlenkeinheit derart drehbar gelagert, dass die Positionen der Austrittspupillen auf und/oder innerhalb der wenigstens zwei geometrisch geschlossenen Kurven, insbesondere stufenlos, verstellbar sind.
  • Bevorzugt sind die zweite Umlenkeinheit und die optische Replikationskomponente so ausgelegt, dass jeder Abstand zwischen zwei auf einem gemeinsamen Abbildungsweg erzeugten Austrittspupillen größer ist, als der größte anzunehmende Pupillendurchmesser des Nutzers. Dadurch kann eine vorteilhafte Darstellung des Bildinhalts auf der Netzhaut des Nutzer-Auges erreicht werden, welche insbesondere frei ist von wahrnehmbaren Doppelbildern. Insbesondere sind niemals mehrere optisch identische, aber gegeneinander räumlich in der Augenpupillenfläche verschobene Kopien einer Abbildung des Bildinhalts gleichzeitig für den Nutzer sichtbar.
  • Vorzugsweise ist eine Eyetracker-Einrichtung zum Erfassen und/oder Bestimmen des Augenzustands des Nutzers, insbesondere zum Erfassen und/oder Bestimmen der Augenbewegung, der Augenbewegungsgeschwindigkeit, der Pupillenposition, der Pupillengröße, der Blickrichtung, des Akkomodationszustands und/oder der Fixationsdistanz des Auges, vorgesehen. 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 Bildeindruck erleben kann. 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. Alternativ oder zusätzlich umfasst die Eyetracker-Einrichtung und/oder das optische System 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. Vorzugsweise ist die Eyetracker-Einrichtung zumindest teilweise in einem Bauteil der Datenbrille integriert, beispielsweise in einem Brillengestell der Datenbrille.
  • Vorzugsweise weist das optische System zusätzlich eine Steuereinheit auf, welche dazu ausgebildet ist, die zweite Umlenkeinheit derart anzusteuern, dass der Lichtstrahl zu dem ersten Zeitpunkt über den ersten Abbildungsweg und zu dem auf den ersten Zeitpunkt folgenden zweiten Zeitpunkt über den zweiten Abbildungsweg auf mindestens einen Projektionsbereich der ersten Umlenkeinheit umgelenkt wird. Vorzugsweise ist die Steuereinheit in diesem Zusammenhang dazu ausgebildet, den ersten und zweiten Zeitpunkt in einer festen ersten Sequenz, insbesondere in Abhängigkeit einer Dauer zur Erzeugung eines jeweiligen vertikalen Scandurchlaufs bzw. Frames, zu wählen. So ist die Steuereinheit bevorzugt dazu ausgebildet, von dem ersten Abbildungsweg auf den zweiten Abbildungsweg (und umgekehrt) zu wechseln, wenn die vertikale Austastlücke eines jeweiligen Scanvorgangs erreicht ist. Vorzugsweise wird die Lichtquelle zu dem Umschaltzeitpunkt dunkel getastet. Alternativ hierzu ist die Steuereinheit vorzugsweise dazu ausgebildet, den ersten und zweiten Zeitpunkt abhängig von einer Dauer zur Erzeugung eines jeweiligen horizontalen Scandurchlaufs zu wählen. So ist die Steuereinheit bevorzugt dazu ausgebildet, von dem ersten Abbildungsweg auf den zweiten Abbildungsweg (und umgekehrt) zu wechseln, wenn die horizontale Austastlücke eines jeweiligen Scanvorgangs erreicht ist. Insbesondere wird eine 60Hz Framerate für einen Scanvorgang verwendet. Weiterhin alternativ wird der erste und zweite Zeitpunkt stochastisch in Abhängigkeit der Pupillenposition bestimmt. In diesem Zusammenhang weist das optische System zusätzlich eine Speichereinheit auf, auf welcher die, einem jeweiligen Abbildungsweg zugehörigen Positionen der auf einem Abbildungsweg erzeugten Austrittspupillen auf der Austrittspupillenebene hinterlegt sind. Auf der Speichereinheit sind in anderen Worten die Informationen hinterlegt, welche angeben, welches Steuersignal für die zweite Umlenkeinheit zu welchem Abbildungsweg und zu welcher Position der somit erzeugten Austrittspupille führt. Die Steuereinheit ist dazu ausgebildet die zweite Umlenkeinheit derart anzusteuern, dass der Lichtstrahl in Abhängigkeit der hinterlegten Positionen der Austrittspupillen und des Augenzustands des Nutzers zu dem ersten Zeitpunkt über den ersten Abbildungsweg und zu dem auf den ersten Zeitpunkt folgenden zweiten Zeitpunkt über den zweiten Abbildungsweg umgelenkt wird, sodass genau eine Austrittspupille im Bereich der Pupille des Nutzers erzeugt wird. Hierbei wird insbesondere der größte anzunehmende Pupillendurchmesser zugrunde gelegt. Die dynamische Ansteuerung mittels Eyetracking stellt somit sicher, dass sich immer eine Austrittspupille im Bereich der Pupille des Nutzers befindet. Gleichzeitig stellt diese Ansteuerung auch sicher, dass sich niemals, insbesondere zeitgleich, mehr als eine Austrittspupille im Bereich der Pupille des Nutzers befindet. Vorzugsweise wird die Lichtquelle in den oben beschriebenen Ausführungen zu dem Umschaltzeitpunkt dunkel getastet.
  • Bevorzugt ist die Bildverarbeitungseinrichtung dazu eingerichtet, beim Erzeugen der Bilddaten, insbesondere der Sub-Bilddaten, den erfassten Augenzustand des Nutzers zu berücksichtigen und/oder zu berücksichtigen, welcher Abbildungsweg aktuell verwendet wird, um dadurch bedingte Helligkeitsschwankungen im Bildeindruck zu kompensieren. Dadurch kann vorteilhaft ein möglichst konstanter Helligkeitseindruck erzeugt werden. Beispielsweise durch eine Änderung von Pupillenposition und/oder Pupillengröße der Pupille des Nutzer-Auges ändert sich eine Beteiligung der Austrittspupillen, die bei entsprechend schnellem Umschalten vom ersten auf den zweiten Abbildungsweg scheinbar gleichzeitig in das Nutzer-Auge eintreten würden bzw. die an der überlagerten Abbildung des Bildinhalts auf der Netzhaut des Nutzer-Auges teilhaben würden. Dadurch kann es zu einer Variation eines Helligkeitseindrucks kommen (mehr Austrittspupillen treten in das Nutzer-Auge ein und überlagern sich zu einer gemeinsamen Abbildung: heller; weniger Austrittspupillen treten in das Nutzer-Auge ein und überlagern sich zu einer gemeinsamen Abbildung: dunkler). Insbesondere ist die Steuereinheit und/oder die Bildverarbeitungseinrichtung dazu eingerichtet, die die Austrittspupillen erzeugenden einzelnen schaltbaren Abbildungswege derart zu wählen, dass immer eine zumindest im Wesentlichen konstante Anzahl von Austrittspupillen scheinbar zeitgleich durch die Pupille des Nutzer-Auges trifft. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuer- oder Regeleinheit und/oder die Bildverarbeitungseinrichtung dazu vorgesehen sein, eine globale Helligkeit aller Austrittspupillen, insbesondere der über die Austrittspupillen in das Nutzer-Auge gelenkten Bildinhalte, entsprechend einer Anzahl der scheinbar zeitgleich durch die Pupille treffenden Austrittspupillen zu steuern oder zu regeln. Vorteilhaft kann jeweils ein Gesamtenergiebedarf gesenkt werden.
  • Vorzugsweise ist die Bildverarbeitungseinrichtung dazu eingerichtet, beim Erzeugen der Bilddaten, insbesondere der Sub-Bilddaten, eine Fehlsichtigkeit und/oder Fehlakkomodation des Nutzers zu berücksichtigen und zu kompensieren. 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. Zusätzlich wird vorgeschlagen, dass das optische System eine Datenbrille mit Brillengestell und Brillengläsern umfasst, dass die zumindest eine Projektoreinheit und die zumindest eine zweite Umlenkeinheit am Brillengestell angeordnet sind und dass die zumindest eine erste Umlenkeinheit mit der zumindest einen Replikationskomponente im Bereich mindestens eines Brillenglases angeordnet ist, insbesondere in mindestens ein Brillenglas integriert 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 eine zweite Umlenkeinheit, mehr als eine erste Umlenkeinheit und/oder mehr als eine Replikationskomponente umfassen, beispielsweise jeweils eine für jedes Brillenglas der Datenbrille.
  • Alternativ dazu wird vorgeschlagen, dass die Bildquelle zusammen mit der Bildverarbeitungseinrichtung in einem externen Gerät angeordnet ist und dass die Bilddaten, insbesondere die Sub-Bilddaten, von dem externen Gerät zur Projektoreinheit der Datenbrille übertragen werden. Dadurch kann eine vorteilhafte Ausgestaltung der Datenbrille, welche u.a. ein besonders niedriges Gewicht aufweist und/oder besonders kostengünstig herstellbar ist, erreicht werden. Insbesondere weist die Datenbrille eine drahtlose oder drahtgebundene Kommunikationseinrichtung auf, welche zumindest dazu eingerichtet ist, die Bilddaten, insbesondere die Sub-Bilddaten, von dem externen Gerät zu empfangen. Das externe Gerät ist insbesondere als ein zu der Datenbrille externes Gerät ausgebildet. Das externe Gerät kann beispielsweise als ein Smartphone, als ein Tablet, als ein Personal Computer (z.B. ein Notebook) oder dergleichen ausgebildet sein.
  • Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Projizieren von Bildinhalten auf die Netzhaut eines Nutzers mit Hilfe eines optischen Systems. Insbesondere handelt es sich hierbei um das zuvor beschriebene optische System. Das optische System umfasst mindestens
    1. a. eine Bildquelle, die einen Bildinhalt in Form von Bilddaten liefert,
    2. b. eine Bildverarbeitungseinrichtung für die Bilddaten,
    3. 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,
    4. d. eine erste Umlenkeinheit, auf die der Bildinhalt projiziert wird und die den projizierten Bildinhalt auf ein Auge eines Nutzers lenkt,
    5. e. eine zwischen Projektoreinheit und erster Umlenkeinheit angeordnete zweite Umlenkeinheit und
    6. f. eine optische Replikationskomponente, die in einem Projektionsbereich der ersten Umlenkeinheit angeordnet ist.
  • Bei dem Verfahren wird der Lichtstrahl, insbesondere der gesamte Lichtstrahl, mit Hilfe der zweiten Umlenkeinheit zu einem ersten Zeitpunkt über einen ersten Abbildungsweg und zu einem auf den ersten Zeitpunkt folgenden zweiten Zeitpunkt über einen zweiten Abbildungsweg auf den mindestens einen Projektionsbereich der ersten Umlenkeinheit umgelenkt. Der projizierte Bildinhalt wird mit Hilfe der optischen Replikationskomponente repliziert und räumlich versetzt auf das Auge des Nutzers gelenkt, so dass eine Mehrzahl von zueinander räumlich versetzt angeordneten Austrittspupillen (A, A', B, B', C, C', D, D') mit dem Bildinhalt erzeugt wird.
  • 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
    • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines optischen Systems mit einer Datenbrille.
    • 2 zeigt eine erste Ausführungsform eines optischen Systems für eine virtuelle Netzhautanzeige (Retinal Scan Display).
    • 3 zeigt eine zweite Ausführungsform eines optischen Systems für eine virtuelle Netzhautanzeige (Retinal Scan Display).
    • 4 zeigt eine dritte Ausführungsform eines optischen Systems für eine virtuelle Netzhautanzeige (Retinal Scan Display).
    • 5 zeigt eine vierte Ausführungsform eines optischen Systems für eine virtuelle Netzhautanzeige (Retinal Scan Display).
    • 6 zeigt eine schematische Darstellung eines Brillenglases der Datenbrille, aufweisend eine erste Umlenkeinheit mit schichtweise aufgebauter optischer Replikationskomponente.
    • 7a zeigt schematisch eine erste Anordnung einzelner Austrittspupillen in einer Augenpupillenfläche des optischen Systems.
    • 7b zeigt schematisch eine zweite Anordnung einzelner Austrittspupillen in einer Augenpupillenfläche des optischen Systems.
    • 8 zeigt eine schematische Darstellung einer effektiven Gesamteyebox des optischen Systems.
    • 9 zeigt ein Verfahren zum Projizieren von Bildinhalten auf die Netzhaut eines Nutzers mit Hilfe eines optischen Systems.
  • 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 144a 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 146a. Das externe Gerät 146a ist beispielhaft als ein Smartphone ausgebildet. Das externe Gerät 146a steht in einer Datenkommunikationsverbindung 148a 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 einen 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 des optischen Systems 68a. Das optische System 68a weist eine Bildquelle auf. Die Bildquelle liefert einen Bildinhalt 31 in Form von Bilddaten. Die Bildquelle kann ein integraler Teil der Datenbrille 66a sein. Alternativ kann die Bildquelle auch als das externe Gerät 146a oder als Teil des externen Geräts 146a ausgebildet sein. Das optische System 68a weist eine Bildverarbeitungseinrichtung 35 auf. Die Bildverarbeitungseinrichtung 35 ist zu einem digitalen Empfang der Bilddaten und/oder zu einer direkten Erzeugung der Bilddaten vorgesehen. Die Bildverarbeitungseinrichtung 35 ist zu einer digitalen Bildverarbeitung der Bilddaten vorgesehen, um somit Sub-Bilddaten zu erzeugen, die insbesondere modifizierte Bilddaten repräsentieren. Die Bilddaten können beispielsweise ein Standbild oder einen Videofeed ausbilden. Die Bildverarbeitungseinrichtung 35 kann teilweise einstückig mit der Recheneinheit 78a ausgebildet sein. Die Bildverarbeitungseinrichtung 35 ist in diesem Fall dazu eingerichtet, die Bilddaten bzw. die modifizierten Sub-Bilddaten an eine Projektoreinheit 45 des optischen Systems 68a auszugeben.
  • Das optische System 68a weist die Projektoreinheit 45 auf. Die Projektoreinheit 45 empfängt die Bilddaten bzw. die Sub-Bilddaten von der Bildverarbeitungseinrichtung 35. Die Projektoreinheit 16a ist als eine Laserprojektoreinheit ausgebildet. Die Projektoreinheit 45 ist zu einem Aussenden der Bilddaten in Form von Lichtstrahlen 18 eingerichtet. Die Lichtstrahlen 18 sind als gescannte Laserstrahlen ausgebildet. Die gescannten Laserstrahlen erzeugen bei jedem Durchlauf eines Scanbereichs der Projektoreinheit 45 die den Bilddaten zugehörige Abbildung. Die Projektoreinheit 45 umfasst eine Projektorsteuereinheit 49. Die Projektoreinheit 45 umfasst eine zeitlich modulierbare Lichtquelle 37. Die zeitlich modulierbare Lichtquelle 37 ist zu einem Generieren der Lichtstrahlen 17 eingerichtet. Die Projektorsteuereinheit 45 ist dazu vorgesehen, die Erzeugung und/oder Modulation der Lichtstrahlen 17 durch die Lichtquelle 37 zu steuern oder zu regeln. Die Lichtquelle 37 umfasst im dargestellten Ausführungsbeispiel drei (amplitudenmodulierbare) Laserdioden 39, 41, 43. Eine erste Laserdiode 43 erzeugt einen roten Laserstrahl. Eine zweite Laserdiode 41 erzeugt einen grünen Laserstrahl. Eine dritte Laserdiode 39 erzeugt einen blauen Laserstrahl. Die Projektoreinheit 45 weist eine Strahlvereinigungs- und/oder Strahlformungseinheit 47 auf. Die Strahlvereinigungs- und/oder Strahlformungseinheit 47 ist dazu eingerichtet, die verschiedenfarbigen Laserstrahlen der Laserdioden 39, 41, 43 zu einer Erzeugung eines Farbbildes zu vereinigen, insbesondere zu mischen. Die Strahlvereinigungs- und/oder Strahlformungseinheit 47 ist dazu eingerichtet, den Lichtstrahl 17, insbesondere den Laserstrahl, der die Projektoreinheit 45 verlässt, zu formen. Details zur Ausbildung der Strahlvereinigungs- und/oder Strahlformungseinheit 47 werden als aus dem Stand der Technik bekannt vorausgesetzt. Die Projektoreinheit 45 umfasst eine Strahldivergenz-Anpassungseinheit 51. Die Strahldivergenz-Anpassungseinheit 51 ist dazu vorgesehen, eine Strahldivergenz des die Projektoreinheit 45 verlassenden Lichtstrahls 17, insbesondere Laserstrahls, anzupassen, vorzugsweise an eine, insbesondere von einer Anordnung optischer Elemente des optischen Systems 68a abhängige, Pfadlänge des jeweiligen aktuell ausgesandten Lichtstrahls 17. Die Strahldivergenz der die Projektoreinheit 45 verlassenden Lichtstrahlen 17, insbesondere Laserstrahlen, wird vorzugsweise derart angepasst, dass nach dem Passieren der optischen Elemente des optischen Systems 68a ein hinreichend kleiner und scharfer Laserfleck am Ort, an dem der Strahl auf eine Netzhaut eines Nutzer-Auges 22der virtuellen Netzhautanzeige auftrifft, entsteht und die Strahldivergenz am Ort einer Augenpupillenfläche 54a des optischen Systems 68a vor dem Nutzer-Auge 24a über die gesamte durch den Lichtstrahl 17, insbesondere den Laserstrahl, erzeugte Abbildung der Bilddaten zumindest im Wesentlichen konstant ist. Details zur Ausbildung der Strahldivergenz-Anpassungseinheit 51, z.B. mittels Linsen mit fester und/oder variabler Brennweite, werden als aus dem Stand der Technik bekannt vorausgesetzt. Die Projektoreinheit 45 umfasst zumindest eine ansteuerbare Ablenkeinrichtung 71. Die ansteuerbare Ablenkeinrichtung 71 ist als ein MEMS-Spiegel ausgebildet. Der MEMS-Spiegel ist Teil eines Mikrospiegelaktors (nicht gezeigt). Die ansteuerbare Ablenkeinrichtung 71 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 49 ist zu einer Steuerung oder Regelung einer Bewegung der ansteuerbaren Ablenkeinrichtung 71 eingerichtet (siehe Pfeil 53). Die ansteuerbare Ablenkeinrichtung 71 sendet regelmäßig ihre aktuellen Positionssignale zurück an die Projektorsteuereinheit 49a (siehe Pfeil 55).
  • Das optische System 68a weist eine erste Umlenkeinheit 20a auf. Auf die erste Umlenkeinheit 20a ist der Bildinhalt 31 projizierbar. Die erste Umlenkeinheit 20a ist dazu eingerichtet, den projizierten Bildinhalt 31 auf das Nutzer-Auge 22 zu lenken. Die erste Umlenkeinheit 20a bildet einen Projektionsbereich 34a aus. Lichtstrahlen 17, welche innerhalb des Projektionsbereichs 34a auf die erste Umlenkeinheit 20a auftreffen, werden zumindest teilweise in Richtung des Nutzer-Auges 22 umgelenkt/projiziert. Die erste Umlenkeinheit 20a ist dazu eingerichtet, die Lichtstrahlen 17 derart zu beeinflussen (zu brechen, zu streuen und/oder zu reflektieren), dass zumindest ein Teil der Lichtstrahlen 17, vorzugsweise zumindest ein aus den Bilddaten erzeugtes Bild auf die Augenpupillenfläche 12 des optischen Systems 68a, insbesondere die hier nicht dargestellte Netzhaus des Nutzer-Auges 22, abgebildet wird.
  • Das optische System 68a weist weiterhin eine zwischen Projektoreinheit 45 und erster Umlenkeinheit 20a angeordnete zweite Umlenkeinheit 16a auf. Diese zweite Umlenkeinheit 16a dient dazu den Lichtstrahl 17, insbesondere den gesamten Lichtstrahl 17, zu einem ersten Zeitpunkt über einen ersten Abbildungsweg 69a und zu einem auf den ersten Zeitpunkt folgenden zweiten Zeitpunkt über einen zweiten Abbildungsweg 69c auf den Projektionsbereich 34a der ersten Umlenkeinheit 20a umzulenken. Hierzu weist die zweite Umlenkeinheit 16a in dieser Ausführungsform eine erste Umlenkkomponente 26a auf. Die erste Umlenkkomponente 26a wiederum weist eine erste schaltbare λ/2 Wellenplatte 67a und ein erstes optisches Polarisationsgitter 65a auf. Die erste Umlenkkomponente 26a ist in dieser Ausführungsform als ein erster Umlenkstapel ausgebildet, in der die erste schaltbare λ/2 Wellenplatte 67a und das erste optische Polarisationsgitter 65a übereinander gestapelt sind. Die zweite Umlenkeinheit 16a weist weiterhin eine zweite Umlenkkomponente 26b auf. Die zweite Umlenkeinheit 26b wiederum weist eine zweite statische λ/2 Wellenplatte 67b und ein zweites optisches Polarisationsgitter 65b auf. Die erste schaltbare λ/2 Wel-lenplatte dient dazu, einen Polarisationszustand, insbesondere eine Helizität, des in diesem Fall zirkular polarisierten Lichtstrahls 17 zu ändern oder beizubehalten. Die Umwandlung von (aus der Lichtquelle 37 ausgestrahlten) linear polarisierten in zirkular polarisiertes Licht kann beispielsweise durch die Verwendung eines hier nicht dargestellten linearen Polarisators und einer λ/4- Wellenplatte erreicht werden. Details hierzu werden als aus dem Stand der Technik bekannt vorausgesetzt. Das erste optische Polarisationsgitter 65a ist dazu ausgebildet, den von der schaltbaren λ/2 Wellenplatte 67a kommenden zirkular polarisierten Lichtstrahl abhängig von dem Polarisationszustand zu dem ersten Zeitpunkt in eine erste Umlenkrichtung 57b umzulenken bzw. zu beugen. Zu dem zweiten Zeitpunkt ändert sich der Polarisationszustand des zirkular polarisierten Lichtstrahls 17 mittels der schaltbaren λ/2 Wellenplatte 67a und der Lichtstrahl wird mittels des ersten optischen Polarisationsgitters 65a in eine zweite Umlenkrichtung 59a umgelenkt bzw. gebeugt. Die zweite statische λ/2 Wellenplatte 67b ist dazu ausgebildet, den Polarisationszustand des von dem ersten optischen Polarisationsgitter 65a kommenden Lichtstrahls zu ändern. Das zweite optische Polarisationsgitter 65b wiederum dient dazu, den von der zweiten statischen λ/2 Wellenplatte 67b kommenden Lichtstrahl in Richtung des Projektionsbereichs 34a umzulenken bzw. zu beugen. Der Lichtstrahl 17 propagiert somit mit leichtem Winkel- und starkem räumlichen Versatz gegenüber dem in die zweite optische Umlenkeinheit 16a eingestrahlten Lichtstrahl 17.. In dieser Ausführungsform weist die zweite Umlenkeinheit 16a noch zwei weitere folgende Umlenkkomponenten auf, welche analog zu der ersten 26a bzw. zweiten Umlenkkomponente 26b ausgebildet sind. Somit werden in dieser Ausführungsform neben dem ersten 69a und zweiten Abbildungsweg 69c noch ein dritter 69b und vierter Abbildungsweg 69d erzeugt bzw. ermöglicht, die zeitlich hintereinander zur Projektion des Lichtstrahls 17 gewählt werden können. Die unterschiedlichen Abbildungswege 69a bis 69d ermöglichen zeitlich aufeinander folgend mittels der ersten Umlenkeinheit 18a die Erzeugung einer Mehrzahl von zueinander räumlich versetzt angeordneten Austrittspupillen A, B, C und D mit dem jeweiligen Bildinhalt 31. Insbesondere können die Austrittspupillen A, B, C und D derart schnell aufeinander folgend erzeugt werden, dass der Nutzer das Gefühl hat, als wenn diese gleichzeitig erzeugt wurden.
  • Weiterhin weist das optische System 68a eine Replikationskomponente 150a auf, welche in dem Projektionsbereich 34a der ersten Umlenkeinheit 20a angeordnet ist und dazu eingerichtet ist, den projizierten Bildinhalt 31 repliziert und räumlich versetzt auf das Auge 22 des Nutzers zu lenken, so dass zusätzlich eine Mehrzahl von zueinander räumlich versetzt angeordneten replizierten Austrittspupillen A', B', C' und D' mit dem jeweiligen Bildinhalt 31 erzeugt wird. In dem in der 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die optische Replikationskomponente 150a in einem Schichtaufbau mit zwei holographisch funktionalisierten Schichten 106a, 108a realisiert. Die optische Replikationskomponente 150a umfasst zwei lateral vollständig überlappende holographisch funktionalisierte Schichten 106a, 108a, die schichtweise hintereinander angeordnet sind. Die Schichten 106a, 108a sind dabei flächig und ununterbrochen ausgebildet (vgl. auch 6). Die optische Replikationskomponente 150a ist in einem Schichtaufbau mit den mindestens zwei übereinander angeordneten Schichten 106a, 108a mit unterschiedlichen holographischen Funktionen realisiert, wodurch die Mehrzahl von zueinander räumlich versetzt angeordneten Austrittspupillen A, A', B, B', C, C', D, D' erzeugt wird. Ein Teil jedes Lichtstrahls 17 wird dabei an der ersten Schicht 106a abgelenkt, während der Rest des Lichtstrahls 17 die erste Schicht 106a passiert. Ein weiterer Teil des das die erste Schicht 106a passierenden Anteils des Lichtstrahls 17wird an der zweiten Schicht 108a abgelenkt, während der Rest des Lichtstrahls 18a die zweite Schicht 108a und das Brillenglas 72a, in das die optische Replikationskomponente 150a integriert ist, durchtritt.
  • Die Bildverarbeitungseinrichtung 35 ist dazu eingerichtet, für die mindestens zwei unterschiedlichen Abbildungswege 69a-69d unterschiedliche Sub-Bilddaten zu erzeugen, so dass eine (durch optische Elemente des optischen Systems 68a erzeugte) Verzerrung des Bildinhalts 31 über den jeweiligen Abbildungsweg 69a-69d zumindest teilweise kompensiert wird. Die Bildverarbeitungseinrichtung 35 ist dazu eingerichtet, Sub-Bilddaten zu erzeugen, die relativ zu den Bilddaten modifizierte, insbesondere verzerrte, versetzt angeordnete, rotierte oder anderweitig skalierte, Sub-Bilder umfassen.
  • Das optische System 68a weist eine Eyetracker-Einrichtung 10 auf. Die Eyetracker-Einrichtung 10 ist in einen der Brillenbügel 74a, 76a integriert (vgl. 1). Alternative Anordnungen der Eyetracker-Einrichtung 10 sind denkbar. Die Eyetracker-Einrichtung 10 ist zu einem Erfassen und/oder Bestimmen eines Augenzustands des Nutzers eingerichtet. Die Eyetracker-Einrichtung 10 ist zu einem Erfassen und/oder Bestimmen einer Augenbewegung des Nutzers eingerichtet. Die Eyetracker-Einrichtung 10 ist zu einem Erfassen und/oder Bestimmen einer Augenbewegungsgeschwindigkeit des Nutzers eingerichtet. Die Eyetracker-Einrichtung 10 ist zu einem Erfassen und/oder Bestimmen einer Pupillenposition des Nutzers eingerichtet. Die Eyetracker-Einrichtung 10 ist zu einem Erfassen und/oder Bestimmen einer Pupillengröße des Nutzers eingerichtet. Die Eyetracker-Einrichtung 10 ist zu einem Erfassen und/oder Bestimmen einer Blickrichtung des Nutzers eingerichtet. Die Eyetracker-Einrichtung 10 ist zu einem Erfassen und/oder Bestimmen eines Akkomodationszustands des Nutzers eingerichtet. Die Eyetracker-Einrichtung 10 ist zu einem Erfassen und/oder Bestimmen einer Fixationsdistanz des Nutzers eingerichtet. Dabei ist selbstverständlich denkbar, dass die Eyetracker-Einrichtung 10 nur einen Teil der vorgenannten Parameter verfolgt und/oder überwacht und/oder dass die Eyetracker-Einrichtung noch weitere Parameter des Nutzers oder der Umgebung des Nutzers verfolgt und/oder aufzeichnet. Zur Erfassung des Akkomodationszustands der Nutzer-Augen 10 kann insbesondere eine dezidierte Sensorhardware der Eyetracker-Einrichtung 10 vorgesehen sein oder eine kontextabhängige Schätzung unter Einbeziehung augenferner Sensordaten wie z.B. Kopfhaltung, Drehrate, Beschleunigung, GPS-Daten oder auch des aktuell angezeigten Bildinhalts 31 vorgenommen werden.
  • Das optische System 68a weist die elektronische Steuereinheit 29 auf. Die Steuereinheit 29 kann teilweise einstückig mit der Recheneinheit 78a ausgebildet sein. Die in der 2 beispielhaft dargestellte Steuereinheit 29 ist zu einer Ansteuerung der Bildverarbeitungseinrichtung 35 vorgesehen. Darüber hinaus ist die Steuereinheit 29 dazu ausgebildet ist, die zweite Umlenkeinheit 16a derart anzusteuern, dass der Lichtstrahl 17 zu dem ersten Zeitpunkt über den ersten Abbildungsweg 69a und zu dem auf den ersten Zeitpunkt folgenden zweiten Zeitpunkt über den zweiten Abbildungsweg 69c auf den Projektionsbereich 34a der ersten Umlenkeinheit 20a umgelenkt wird. In dieser Ausführungsform ist die Steuereinheit 29 dazu ausgebildet die zweite Umlenkeinheit 16a in Abhängigkeit des mittels der Eyetracker-Einrichtung 10 erfassten Augenzustands anzusteuern. In diesem Zusammenhang weist die Steuereinheit 29 zusätzlich eine Speichereinheit 27 auf, auf welcher die, einem jeweiligen Abbildungsweg 69a-69d zugehörigen Positionen der auf einem Abbildungsweg 69a-69d erzeugten Austrittspupillen A, B, C, D, A', B, C, D' auf der Austrittspupillenebene 12 hinterlegt sind. Die Steuereinheit 29 überprüft nun, ob die aktuell erzeugten Austrittspupillen A, B, C, D, A', B, C, D' eine optimale Eyebox für den Nutzer ergeben oder ob es beispielsweise aktuell zu Doppelbildern oder gar keinen Bildern im Nutzerauge kommt. Erkennt die Steuereinheit 29 nun beispielsweise, dass es aktuell zu Doppelbildern kommt, greift die Steuereinheit 29 auf die Speichereinheit 27 zurück und steuert die schaltbare λ/2 Wellenplatte 67a der zweiten Umlenkeinheit 16a derart an, dass der Lichtstrahl 17 in Abhängigkeit der hinterlegten Positionen der Austrittspupillen A, B, C, D, A', B, C, D' zu dem auf den ersten Zeitpunkt folgenden zweiten Zeitpunkt über den zweiten Abbildungsweg 69c umgelenkt wird und somit genau eine Austrittspupille A, B, C, D, A', B, C, D` im Bereich der Pupille des Nutzers erzeugt wird. Hierbei wird der größte anzunehmende Pupillendurchmesser zugrunde gelegt.
  • Die Bildverarbeitungseinrichtung 35 ist dazu eingerichtet, beim Erzeugen der Bilddaten bzw. Sub-Bilddaten den durch die Eyetracker-Einrichtung 10 erfassten Augenzustand des Nutzers zu berücksichtigen, um dadurch bedingte Helligkeitsschwankungen im Bildeindruck zu kompensieren. Die Bildverarbeitungseinrichtung 35 ist dafür dazu eingerichtet, beim Erzeugen der Bilddaten zu berücksichtigen, welcher der Abbildungswege 28a, 30a aktuell gewählt ist, um dadurch bedingte Helligkeitsschwankungen im Bildeindruck zu kompensieren. Die Bildverarbeitungseinrichtung 35 ist dazu eingerichtet, eine globale Helligkeit aller zu einem Zeitpunkt in das Nutzer-Auge 22 eintretenden Bilder derart dynamisch zu modifizieren, so dass keine Helligkeitsschwankungen von dem Nutzer wahrgenommen werden, wenn der Nutzer z.B. seine Pupillenposition und/oder seine Blickrichtung ändert.
  • 3 zeigt schematisch eine zweite Ausführungsform eines optischen Systems 68b für eine virtuelle Netzhautanzeige (Retinal Scan Display). Im Unterschied zu der ersten Ausführungsform weist die zweite Umlenkeinheit 16b ein drittes Polarisationsgitter 73a auf. Zusätzlich weist die zweite Umlenkeinheit 16b ein viertes Polarisationsgitter 73b und eine dritte statische λ/2 Wellenplatte 75 auf. Das dritte Polarisationsgitter 73b und die dritte statische λ/2 Wellenplatte 75 sind in dieser Ausführungsform in einem dritten Umlenkstapel angeordnet. Das dritte Polarisationsgitter 73a dient dazu, den eintreffenden, zirkular polarisierten Lichtstrahl 17 zu einem ersten Zeitpunkt in eine dritte Umlenkrichtung 77a umzulenken bzw. zu beugen. Die dritte statische λ/2 Wellenplatte 75 dient dazu, einen Polarisationszustand, insbesondere die Helizität, des mittels des dritten Polarisationsgitters 73a umgelenkten Lichtstrahls zu ändern. Das vierte Polarisationsgitter 73b wiederum dient dazu, den von der λ/2 Wellenplatte 75 kommenden Lichtstrahl 17 in Richtung des Projektionsbereichs 34a umzulenken. Die zweite Umlenkeinheit 16b ist drehbar gelagert, sodass zu einem auf den ersten Zeitpunkt folgenden zweiten Zeitpunkt der Lichtstrahl 17 in eine vierte Umlenkrichtung 79a und auf den Projektionsbereich 34a umgelenkt wird. Die Lagerung der zweiten Umlenkeinheit 16b ist in dieser Ausführungsform als Drehhalter bzw. Drehtubus ausgebildet. Durch die Drehung der zweiten Umlenkeinheit wird also eine stufenlose, dynamische Änderung bzw. Anpassung der Abbildungswege ermöglicht. In der Darstellung wird die Erzeugung des ersten Abbildungsweges 81 zu dem ersten Zeitpunkt und die Erzeugung des zweiten Abbildungsweges 83 zu dem zweiten Zeitpunkt gezeigt. Durch die zwei Abbildungswege werden in dieser Ausführungsform die Mehrzahl von Austrittspupillen A, B, A', B' erzeugt.
  • Weiterhin ist in dieser Ausführungsform die Steuereinheit 29 dazu ausgebildet, eine erste Antriebseinheit 81 der zweiten Umlenkeinheit 16b in Abhängigkeit der hinterlegten Positionen der Austrittspupillen und des Augenzustands des Nutzers anzusteuern. Die erste Antriebseinheit 81 ist dazu ausgebildet, die Drehung der zweiten Umlenkeinheit 16b zu erzeugen. Die erste Antriebseinheit 81 ist in dieser Ausführungsform als Aktuator, insbesondere Piezoaktuator, ausgebildet.
  • 4 zeigt schematisch eine dritte Ausführungsform eines optischen Systems 68c für eine virtuelle Netzhautanzeige (Retinal Scan Display). Im Unterschied zu den vorherigen Ausführungsformen ist die zweite Umlenkeinheit 16c als ein optisches Prisma, insbesondere Glas-Prisma, ausgebildet. Das optische Prisma nutzt die Brechung am Luft-Prisma-Übergang, um den einstrahlenden, insbesondere linear polarisierten, Lichtstrahl 21 zu einem ersten Zeitpunkt in eine fünfte Umlenkrichtung 96a umzulenken. Am Ausgang des Prismas wird dann die Brechung am Prisma-Luft-Übergang genutzt, um den Lichtstrahl 21 in Richtung des Projektionsbereichs 34a umzulenken Auch hier ist die zweite Umlenkeinheit 16c drehbar gelagert, sodass zu einem auf den ersten Zeitpunkt folgenden zweiten Zeitpunkt der Lichtstrahl 21 über einen zweiten Abbildungsweg 99b auf den Projektionsbereich 34a umgelenkt wird. Durch die Drehung der zweiten Umlenkeinheit 16c wird also auch hier eine stufenlose, dynamische Änderung bzw. Anpassung der Abbildungswege ermöglicht. In der Darstellung wird die Erzeugung des ersten Abbildungsweges 99a zu dem ersten Zeitpunkt und die Erzeugung des zweiten Abbildungsweges 99b zu dem zweiten Zeitpunkt gezeigt. Durch die zwei Abbildungswege werden in dieser Ausführungsform die Mehrzahl von Austrittspupillen A, B, A', B' erzeugt.
  • Weiterhin ist in dieser Ausführungsform die Steuereinheit 29 dazu ausgebildet, eine zweite Antriebseinheit 88 der zweiten Umlenkeinheit 16c in Abhängigkeit der hinterlegten Positionen der Austrittspupillen und des Augenzustands des Nutzers anzusteuern. Die zweite Antriebseinheit 88 ist dazu ausgebildet, die Drehung der zweiten Umlenkeinheit 16c zu erzeugen. Die zweite Antriebseinheit 88 ist in dieser Ausführungsform als Aktuator, insbesondere Piezoaktuator, ausgebildet.
  • 5 zeigt schematisch eine vierte Ausführungsform eines optischen Systems 68d für eine virtuelle Netzhautanzeige (Retinal Scan Display). Im Unterschied zu den vorherigen Ausführungsformen weist die zweite Umlenkeinheit 16d hierbei vier schaltbare transmissive holographische optische Schichten 134a bis 134d auf, welche zu einem ersten schaltbaren HOE-Stapel 131 angeordnet sind. Die vier schaltbaren transmissiven holographischen optischen Schichten sind hierbei als HOE-Schichten ausgebildet. Abhängig von dem Schaltzustand der schaltbaren transmissiven holographischen optischen Schichten 134a bis 134d wird der eintreffende Lichtstrahl 139 zu dem ersten Zeitpunkt in eine erste Umlenkrichtung 137a oder zu dem zweiten Zeitpunkt in eine zweite Umlenkrichtung 137b umgelenkt. Der eintreffende Lichtstrahl 139 weist in diesem Ausführungsbeispiel lediglich eine Wellenlänge auf. Die schaltbaren transmissiven holographischen optischen Schichten 134a bis 134d werden von der Steuereinheit 29 angesteuert. In diesem Ausführungsbeispiel wird der eintreffende Lichtstrahl entsprechend der Anzahl der schaltbaren transmissiven holographischen optischen Schichten 134a bis 134d in vier unterschiedliche Umlenkrichtungen 137a bis 137d umgelenkt. Zusätzlich weist die zweite Umlenkeinheit 16d einen zweiten HOE-Stapel 132 auf, welcher eine zweite transmissive holographische optische Schicht 135 umfasst. Insgesamt weist der zweite HOE-Stapel 132 in diesem Ausführungsbeispiel vier transmissive holographische optische Schichten auf, die jede für sich eine unterschiedliche Einfallswinkelselektive HOE-Funktion aufweisen. Die transmissiven holographischen optischen Schichten des zweiten HOE-Stapel 132 sind nicht schaltbar ausgebildet. Die vier HOE-Schichten des zweiten HOE-Stapels 132 sind dazu ausgebildet, den von dem ersten Stapel 131 kommenden Lichtstrahl abhängig von dem Einfallswinkel des Lichtstrahls auf dem ersten Abbildungsweg 138a oder auf dem zweiten Abbildungsweg 138b in Richtung des Projektionsbereichs 34a umzulenken. In diesem Ausführungsbeispiel sind entsprechend der Anzahl von HOE-Schichten des zweiten HOE-Stapels 132 und der Anzahl von Umlenkrichtungen 137a bis 137d insgesamt vier Abbildungsweg 138a bis 138d vorgesehen.
  • 7a zeigt schematisch eine mögliche Anordnung der Austrittspupillen A, B, C, D, A', B, C', D' für die erste Ausführungsform des optischen System 68a auf 2 und die vierte Ausführungsform des optischen System 68d auf 5 Die erzeugten Austrittspupillen A, B, C, D, A', B, C', D' sind im Wesentlichen in einem Raster auf einer Augenpupillenebene 114 angeordnet. Der Abstand 120 zwischen jeweils zwei direkt und/oder diagonal benachbarten zu unterschiedlichen Zeitpunkten erzeugten Austrittspupillen A, A', B, B', C, C', D, D' ist hierbei kleiner, als der kleinste anzunehmende Pupillendurchmesser 56a des Nutzers. Es soll zu jedem Zeitpunkt genau eine Austrittspupille A, A', B, B', C, C', D, D' im Bereich der Pupille des Nutzers liegen. Hierfür wird der größte anzunehmende Pupillendurchmesser 118 zugrunde gelegt. Die Steuereinheit 29 erkennt in diesem Fall mittels der Eyetracker-Einrichtung 10, dass die Positionen der Austrittspupillen A bzw. A' und D bzw. D' zu dem dargestellten Zeitpunkt eine optimale Austrittspupille ergeben, da hier innerhalb des Pupillendurchmessers 118 keine Doppelbilder erzeugt werden. Die Austrittspupillen B bzw. B' oder C bzw. C` ergeben demgegenüber Doppelbilder. Falls entsprechend aktuell der Abbildungsweg so gewählt ist, dass die Austrittspupillen B bzw. B' oder C bzw. C` erzeugt werden, wird die Steuereinheit 29 die schaltbare λ/2 Wellenplatte 67a der zweiten Umlenkeinheit 16a so ansteuern, dass zu einem folgenden Zeitpunkt der den Austrittspupillen A bzw. A' und D bzw. D' zugehörige Abbildungsweg gewählt wird.
  • 7b zeigt schematisch eine mögliche Anordnung der Austrittspupillen A, B, A', B' für die zweite Ausführungsform des optischen System 68b auf 3 und die dritte Ausführungsform des optischen Systems 68c auf 4. Die zu unterschiedlichen Zeitpunkten erzeugten Austrittspupillen A, A', B, B' sind hierbei im Wesentlichen auf wenigstens zwei auf der Augenpupillenebene 114 benachbart angeordneten identischen geometrisch geschlossenen Kurven 122 angeordnet. Die geometrisch geschlossenen Kurven 122 sind hierbei als elliptische Kreisbahnen ausgebildet. Die beiden elliptischen Kreisbahnen überlappen sich nicht, sondern sind minimal mit dem Abstand 126 zueinander beabstandet angeordnet. Die kontinuierliche stufenlose Verschiebung bzw. Änderung der Position der Austrittspupillen auf den elliptischen Kreisbahnen ermöglicht eine große Anzahl von möglichen Positionen der Austrittspupille. Auf einer der zwei geometrisch geschlossenen Kurven 122 sind die mittels der ersten Umlenkeinheit 20a erzeugten Austrittspupillen A, B angeordnet. Auf der zweiten der wenigstens zwei geometrisch geschlossenen Kurven 122 sind die mittels der optischen Replikationskomponente 150a erzeugten Austrittspupillen A', B' angeordnet. Es soll auch hier zu jedem Zeitpunkt genau eine Austrittspupille A, A', B, B' im Bereich der Pupille des Nutzers liegen. Auch hierfür wird der größte anzunehmende Pupillendurchmesser 118 zugrunde gelegt. Die Steuereinheit 29 erkennt in diesem Fall mittels der Eyetracker-Einrichtung 10, dass die Positionen der Austrittspupillen A bzw. A` zu dem dargestellten Zeitpunkt eine optimale Austrittspupille ergeben, da hier innerhalb des Pupillendurchmessers 118 keine Doppelbilder erzeugt werden. Die Austrittspupillen B bzw. B' ergeben demgegenüber Doppelbilder. Falls aktuell der Abbildungsweg so gewählt ist, dass die Austrittspupillen B bzw. B' erzeugt werden, wird die Steuereinheit 29 die Antriebseinheiten 81 oder 88 der zweiten Umlenkeinheit 16c oder 16c so ansteuern, dass zu einem folgenden Zeitpunkt der den Austrittspupillen A bzw. A` zugehörige Abbildungsweg gewählt wird.
  • 8 zeigt schematisch eine effektive Gesamteyebox 58a des optischen Systems. Die effektive Gesamteyebox 58a entsteht durch eine Abdeckung einer Fläche aus einem Raster von einzelnen Austrittspupillen A, A', B, B', C, C', D, D' in hinreichend kleinem Abstand zueinander, sodass selbst bei minimalem Pupillendurchmesser 56a sichergestellt ist, dass aus mindestens einer Austrittspupille A, A', B, B', C, C', D, D' Licht durch die Pupille des Nutzer-Auges 24a transmittiert werden kann. Für diese effektive Gesamteyebox ist ein ausreichend schneller Wechsel zwischen den jeweils zeitlich hintereinander geschalteten Abbildungswegen notwendig, um somit dem Nutzer das Gefühl zu geben, dass die Austrittspupillen zeitgleich erzeugt werden. Eine Eyetracker-Einrichtung ist hierfür nicht notwendig.
  • 9 zeigt in Form eines Ablaufdiagramms ein Verfahren zum Projizieren von Bildinhalten auf die Netzhaut eines Nutzers mit Hilfe eines optischen Systems. Bei dem optischen System handelt es sich insbesondere um ein optisches System, wie es auf den 2 bis 5 gezeigt ist. Das optische System umfasst hierbei mindestens eine Bildquelle, die einen Bildinhalt in Form von Bilddaten liefert und eine Bildverarbeitungseinrichtung für die Bilddaten. Zusätzlich umfasst das optische System 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. Außerdem umfasst das optische System eine erste Umlenkeinheit, auf die der Bildinhalt projiziert wird und die den projizierten Bildinhalt auf ein Auge eines Nutzers lenkt. Zudem weist das optische System eine zwischen Projektoreinheit und erster Umlenkeinheit angeordnete zweite Umlenkeinheit und eine optische Replikationskomponente auf, die in einem Projektionsbereich der ersten Umlenkeinheit angeordnet ist. Bei dem Verfahren wird zunächst in einem Verfahrensschritt 210 zu einem ersten Zeitpunkt der Lichtstrahl, insbesondere der gesamte Lichtstrahl, mit Hilfe der zweiten Umlenkeinheit über einen ersten Abbildungsweg umgelenkt. In einem auf den Verfahrensschritt 210 folgenden Verfahrensschritt 250 wird der Lichtstrahl zu einem auf den ersten Zeitpunkt folgenden zweiten Zeitpunkt über einen zweiten Abbildungsweg auf den mindestens einen Projektionsbereich der ersten Umlenkeinheit umgelenkt. Hierbei wird der projizierte Bildinhalt mit Hilfe der optischen Replikationskomponente repliziert und räumlich versetzt auf das Auge des Nutzers gelenkt, so dass eine Mehrzahl von zueinander räumlich versetzt angeordneten Austrittspupillen mit dem Bildinhalt erzeugt wird. Daraufhin wird das Verfahren beendet.
  • In einem optionalen auf den Verfahrensschritt 210 folgenden Verfahrensschritt 220 wird der Augenzustand des Nutzers, insbesondere die Pupillenposition des Nutzers, mittels einer Eyetracker-Einrichtung erfasst. In einem darauf folgenden Verfahrensschritt 230 wird geprüft, ob aktuell genau eine Austrittspupille im Bereich der Pupille des Nutzers erzeugt wird. Hierbei wird der größte anzunehmende Pupillendurchmesser zugrunde gelegt. Falls hierbei festgestellt wird, dass aktuell genau eine Austrittspupille im Bereich der Pupille des Nutzers erzeugt wird, wird das Verfahren beendet oder alternativ von vorne gestartet. Falls jedoch dabei festgestellt wird, dass sich aktuell Doppelbilder oder gar keine Austrittspupille im Bereich der Pupille des Nutzers befindet, gleicht in Verfahrensschritt 240 eine Steuereinheit die, einem jeweiligen Abbildungsweg zugehörigen Positionen der auf einem Abbildungsweg erzeugten Austrittspupillen auf der Austrittspupillenebene 12 mit der aktuell erfassten Pupillenposition ab. Darauf folgend wird in einem Verfahrensschritt 245 die zweite Umlenkeinheit mittels der Steuereinheit derart angesteuert, dass der Lichtstrahl zu dem auf den ersten Zeitpunkt folgenden zweiten Zeitpunkt über den zweiten Abbildungsweg derart umgelenkt wird, dass genau eine Austrittspupille im Bereich der Pupille des Nutzers erzeugt wird.

Claims (24)

  1. Optisches System (68a, 68b, 68c, 68d) für eine virtuelle Netzhautanzeige (Retinal Scan Display), mindestens umfassend a. eine Bildquelle, die einen Bildinhalt (31) in Form von Bilddaten liefert, b. eine Bildverarbeitungseinrichtung (35) für die Bilddaten, c. eine Projektoreinheit (45) mit einer zeitlich modulierbaren Lichtquelle (37) zum Generieren mindestens eines Lichtstrahls (17, 21, 139) und mit einer ansteuerbaren Ablenkeinrichtung (71) für den mindestens einen Lichtstrahl (17, 21, 139) zur scannenden Projektion des Bildinhalts (31), d. eine erste Umlenkeinheit (20a), auf die der Bildinhalt (31) projizierbar ist und die dazu eingerichtet ist, den projizierten Bildinhalt (31) auf ein Auge (22) eines Nutzers zu lenken, e. eine zwischen Projektoreinheit (45) und erster Umlenkeinheit (20a) angeordnete zweite Umlenkeinheit (16a, 16b, 16c, 16d), welche dazu eingerichtet ist, den Lichtstrahl (17, 21, 139), insbesondere den gesamten Lichtstrahl, zu einem ersten Zeitpunkt über einen ersten Abbildungsweg (69a, 81, 99a, 138a), und zu einem auf den ersten Zeitpunkt folgenden zweiten Zeitpunkt über einen zweiten Abbildungsweg (69c, 83, 99b, 138b) auf mindestens einen Projektionsbereich (34a) der ersten Umlenkeinheit (20a) umzulenken, und f. eine optische Replikationskomponente (150a), die in dem mindestens einen Projektionsbereich (34a) der ersten Umlenkeinheit (20a) angeordnet ist und dazu eingerichtet ist, den projizierten Bildinhalt (31) repliziert und räumlich versetzt auf das Auge (22) des Nutzers zu lenken, so dass eine Mehrzahl von zueinander räumlich versetzt angeordneten Austrittspupillen (A, A', B, B', C, C', D, D') mit dem Bildinhalt (31) erzeugt wird.
  2. Optisches System (68a, 68b, 68c, 68d) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Umlenkeinheit (16a, 16b, 16c, 16d) dazu ausgebildet ist, den Bildinhalt (31) in Form des Lichtstrahls (17, 21, 139) zu dem ersten Zeitpunkt über den ersten Abbildungsweg (69a, 81, 99a, 138a) und zu einem auf den ersten Zeitpunkt folgenden zweiten Zeitpunkt über den zweiten Abbildungsweg (69c, 83, 99b, 139b) auf den mindestens einen Projektionsbereich (34a) der ersten Umlenkeinheit (20a) zu projizieren.
  3. Optisches System (68a, 68b, 68c, 68d) gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Umlenkeinheit (16a, 16b, 16c, 16d) wenigstens eine erste schaltbare transmissive holographische optische Schicht (134a), insbesondere ein erstes schaltbares Transmissions-HOE, aufweist, wobei die zweite Umlenkeinheit (16a, 16b, 16c, 16d) zusätzlich eine zweite transmissive holographische optische Schicht (135), insbesondere ein zweites Transmissions-HOE, aufweist, wobei die erste schaltbare holographische optische Schicht (134a) dazu ausgebildet ist, den, insbesondere eintreffenden, Lichtstrahl (17, 21, 139), insbesondere abhängig von einem Schaltzustand der ersten schaltbaren transmissiven holographischen optischen Schicht (134a), zu dem ersten Zeitpunkt in eine erste (137a) oder zu dem zweiten Zeitpunkt in eine zweite Umlenkrichtung (137b) umzulenken, insbesondere zu beugen, wobei die zweite transmissive holographische optische Schicht (135) dazu ausgebildet ist, den von der ersten schaltbaren holographischen optischen Schicht (134a) kommenden Lichtstrahl, insbesondere abhängig von einem Einfallswinkel des kommenden Lichstrahls, in Richtung des Projektionsbereichs (34a) umzulenken, insbesondere zu beugen.
  4. Optisches System (68a, 68b, 68c, 68d), gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Umlenkeinheit (16a, 16b, 16c, 16d) eine erste Umlenkkomponente (26a), aufweisend eine erste schaltbare λ/2 Wellenplatte (67a) und ein erstes optisches Polarisationsgitter (65a), aufweist, wobei die zweite Umlenkeinheit (16a, 16b, 16c, 16d) eine zweite Umlenkkomponente (26b), aufweisend eine zweite statische λ/2 Wellenplatte (67b) und ein zweites optisches Polarisationsgitter (65b), aufweist, wobei die erste schaltbare λ/2 Wellenplatte (65a) dazu ausgebildet ist, einen Polarisationszustand, insbesondere die Helizität, eines, insbesondere eintreffenden, zirkular polarisierten Lichtstrahls (17) zu ändern oder beizubehalten, wobei das erste optische Polarisationsgitter (65a) dazu ausgebildet ist, den von der schaltbaren λ/2 Wellenplatte (67a) kommenden zirkular polarisierten Lichtstrahl (17) abhängig von dem Polarisationszustand, insbesondere zu dem ersten Zeitpunkt, in eine erste (57a) oder, insbesondere zu dem zweiten Zeitpunkt, in eine zweite Umlenkrichtung (59a) umzulenken, insbesondere zu beugen, wobei die zweite statische λ/2 Wellenplatte (67b) dazu ausgebildet ist, den Polarisationszustand des von dem ersten optischen Polarisationsgitter (65a) kommenden Lichtstrahls (17) zu ändern, wobei das zweite optische Polarisationsgitter (65b) dazu ausgebildet ist, den von der zweiten statischen λ/2 Wellenplatte (67b) kommenden Lichtstrahl (17) in Richtung des Projektionsbereichs (34a) umzulenken, insbesondere zu beugen.
  5. Optisches System (68a, 68b, 68c, 68d) gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Umlenkeinheit (16a, 16b, 16c, 16d) ein drittes Polarisationsgitter (73a), ein viertes Polarisationsgitter (73b) und eine dritte statische λ/2 Wellenplatte (75) aufweist, wobei das dritte Polarisationsgitter (73a) dazu ausgebildet ist, einen, insbesondere eintreffenden, zirkular polarisierten Lichtstrahl (17) in eine dritte Umlenkrichtung (77a) umzulenken, insbesondere zu beugen, wobei die dritte statische λ/2 Wellenplatte (75) dazu ausgebildet ist, einen Polarisationszustand, insbesondere eine Helizität, des mittels des dritten Polarisationsgitters (73a) umgelenkten Lichtstrahls (17) zu ändern, wobei das vierte Polarisationsgitter (73b) dazu ausgebildet ist, den von der λ/2 Wellenplatte (75) kommenden Lichtstrahl (17) in Richtung des Projektionsbereichs (34a) umzulenken, insbesondere zu beugen, wobei die zweite Umlenkeinheit (16a, 16b, 16c, 16d) derart drehbar gelagert ist, dass der aus der zweiten Umlenkeinheit (16a, 16b, 16c, 16d) ausstrahlende Lichtstrahl (17) zu dem ersten Zeitpunkt über den ersten Abbildungsweg (69a, 81, 99a, 138a) und zu dem auf den ersten Zeitpunkt folgenden zweiten Zeitpunkt über den zweiten Abbildungsweg (69c, 83, 99b, 138b) auf den mindestens einen Projektionsbereich (34a) der ersten Umlenkeinheit (20a) umgelenkt wird.
  6. Optisches System (68a, 68b, 68c, 68d) gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Umlenkeinheit (16a, 16b, 16c, 16d) als wenigstens ein optisches Prisma ausgebildet ist, wobei das optische Prisma derart drehbar gelagert ist, dass der aus dem optischen Prisma ausstrahlende Lichtstrahl (21) zu dem ersten Zeitpunkt über den ersten Abbildungsweg (69a, 81, 99a, 138a) und zu dem auf den ersten Zeitpunkt folgenden zweiten Zeitpunkt über den zweiten Abbildungsweg (69c, 83, 99b, 138b) auf den mindestens einen Projektionsbereich (34a) der ersten Umlenkeinheit (20a) umgelenkt wird.
  7. Optisches System (68a, 68b, 68c, 68d) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildverarbeitungseinrichtung (35) dazu eingerichtet ist, aus den Bilddaten der Bildquelle erste Sub-Bilddaten zu dem ersten Zeitpunkt und zweite Sub-Bilddaten zu dem zweiten Zeitpunkt zum Ansteuern der Projektoreinheit (45) zu erzeugen, und dass die Bildverarbeitungseinrichtung (35) dazu eingerichtet ist, für die mindestens zwei unterschiedlichen Abbildungswege (69a, 69c, 81, 83, 99a, 99c, 138a) unterschiedliche Sub-Bilddaten zu erzeugen, so dass eine Verzerrung des Bildinhalts (31) über den jeweiligen Abbildungsweg (69a, 69c, 81, 83, 99a, 99c, 138b) zumindest teilweise kompensiert wird.
  8. Optisches System (68a, 68b, 68c, 68d) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Replikationskomponente (150a) in einem Schichtaufbau mit mindestens einer holographisch funktionalisierten Schicht (106a, 108a) realisiert ist.
  9. Optisches System (68a, 68b, 68c, 68d) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Replikationskomponente (150a) in einem Schichtaufbau mit mindestens zwei übereinander angeordneten Schichten (106a, 108a) mit unterschiedlichen holographischen Funktionen realisiert ist, wodurch die Mehrzahl von zueinander räumlich versetzt angeordneten Austrittspupillen (A, A', B, B'; C, C', D, D') erzeugt wird.
  10. Optisches System (68a, 68b, 68c, 68d) nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Replikationskomponente (150a) mindestens eine Schicht umfasst, in der mindestens zwei unterschiedliche holographische Funktionen realisiert sind, und dass die unterschiedlichen holographischen Funktionen in einer gemeinsamen Ebene aber in unterschiedlichen intermittierenden Zonen der Schicht ausgebildet sind, wodurch die Mehrzahl von zueinander räumlich versetzt angeordneten Austrittspupillen (A, A', B, B', C, C', D, D') erzeugt wird.
  11. Optisches System (68a, 68b, 68c, 68d) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Umlenkeinheit (16a, 16b, 16c, 16d) und die optische Replikationskomponente (150a) so ausgelegt sind, dass die damit, insbesondere zu unterschiedlichen Zeitpunkten, erzeugten Austrittspupillen (A, A', B, B', C, C', D, D') im Wesentlichen in einem Raster angeordnet sind, wobei der Abstand (120) zwischen jeweils zwei direkt und/oder diagonal benachbarten, insbesondere zu unterschiedlichen Zeitpunkten, erzeugten Austrittspupillen (A, A', B, B', C, C', D, D') kleiner ist, als der kleinste anzunehmende Pupillendurchmesser (56a) des Nutzers.
  12. Optisches System (68a, 68b, 68c, 68d) gemäß einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Umlenkeinheit (16a, 16b, 16c, 16d) und die optische Replikationskomponente (150a) so ausgelegt sind, dass die damit, insbesondere zu unterschiedlichen Zeitpunkten, erzeugten Austrittspupillen (A, A', B, B', C, C', D, D') im Wesentlichen auf und/oder innerhalb wenigstens zwei auf einer Austrittspupillenebene (12) benachbart angeordneten, insbesondere identischen, geometrisch geschlossenen Kurven (122), insbesondere einer elliptischen Kreisbahn, angeordnet sind.
  13. Optisches System (68a, 68b, 68c, 68d) gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Umlenkeinheit (16a, 16b, 16c) und die optische Replikationskomponente (150a) so ausgelegt sind, dass auf und/oder innerhalb der ersten der wenigstens zwei geometrisch geschlossenen Kurven (122) die mittels der ersten Umlenkeinheit (20a) erzeugten Austrittspupillen (A, B, C, D) angeordnet sind und auf und/oder innerhalb der zweiten der wenigstens zwei geometrisch geschlossenen Kurven (122) die mittels der optischen Replikationskomponente (150a) erzeugten Austrittspupillen (A', B', C', D') angeordnet sind.
  14. Optisches System (68a, 68b, 68c, 68d) gemäß einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Umlenkeinheit (16a, 16b, 16c, 16d) derart drehbar gelagert ist, dass die Positionen der Austrittspupillen (A, A', B, B', C, C', D, D') auf und/oder innerhalb der wenigstens zwei geometrisch geschlossenen Kurven (122), insbesondere stufenlos, verstellbar sind.
  15. Optisches System (68a, 68b, 68c, 68d) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Umlenkeinheit (16a, 16b, 16c, 16d) und die optische Replikationskomponente (150a) so ausgelegt sind, dass jeder Abstand zwischen zwei auf einem gemeinsamen Abbildungsweg (69a, 69c, 81, 83, 99a, 99c) erzeugten Austrittspupillen (A, A', B, B', C, C', D, D') größer ist, als der größte anzunehmende Pupillendurchmesser (118) des Nutzers.
  16. Optisches System (68a, 68b, 68c, 68d) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Eyetracker-Einrichtung (10a) zum Erfassen und/oder Bestimmen des Augenzustands des Nutzers vorgesehen ist, insbesondere zum Erfassen und/oder Bestimmen der Augenbewegung, der Augenbewegungsgeschwindigkeit, der Pupillenposition, der Pupillengröße, der Blickrichtung, des Akkomodationszustands und/oder der Fixationsdistanz des Auges.
  17. Optisches System (68a, 68b, 68c, 68d) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System (68a) zusätzlich eine Steuereinheit (29) umfasst, welche dazu ausgebildet ist, die zweite Umlenkeinheit (16a, 16b, 16c, 16d) derart anzusteuern, dass der Lichtstrahl (17, 21) zu dem ersten Zeitpunkt über den ersten Abbildungsweg (69a, 81, 99a, 138a) und zu dem auf den ersten Zeitpunkt folgenden zweiten Zeitpunkt über den zweiten Abbildungsweg (69c, 83, 99c, 138b) auf mindestens einen Projektionsbereich (34a) der ersten Umlenkeinheit (20a) umgelenkt wird.
  18. Optisches System (68a, 68b, 68c, 68d) gemäß Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System (68a) zusätzlich eine Speichereinheit (27) aufweist, auf welcher die, einem jeweiligen Abbildungsweg (69a, 69c, 81, 83, 99a, 99c) zugehörigen Positionen der auf einem Abbildungsweg (69a, 69c, 81, 83, 99a, 99c) erzeugten Austrittspupillen (A, A', B, B', C, C', D, D') auf der Austrittspupillenebene (12) hinterlegt sind, wobei die Steuereinheit (29) dazu ausgebildet ist die zweite Umlenkeinheit (16a, 16b, 16c, 16d) derart anzusteuern, dass der Lichtstrahl (17, 21) in Abhängigkeit der hinterlegten Positionen der Austrittspupillen (A, A', B, B', C, C', D, D') und des Augenzustands des Nutzers zu dem ersten Zeitpunkt über den ersten Abbildungsweg (69a, 81, 99a, 138a) und zu dem auf den ersten Zeitpunkt folgenden zweiten Zeitpunkt über den zweiten Abbildungsweg (69c, 83, 99c, 138b) umgelenkt wird, sodass genau eine Austrittspupille (A, A', B, B', C, C', D, D') im Bereich der Pupille des Nutzers erzeugt wird, wobei insbesondere der größte anzunehmende Pupillendurchmesser (118) zugrunde gelegt wird.
  19. Optisches System (68a, 68b, 68c, 68d) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildverarbeitungseinrichtung (35) dazu eingerichtet ist, beim Erzeugen der Bilddaten, insbesondere der Sub-Bilddaten, den erfassten Augenzustand des Nutzers zu berücksichtigen und/oder zu berücksichtigen, welcher Abbildungsweg (69a, 69c, 81, 83, 99a, 99c, 138a, 138b) aktuell verwendet wird, um dadurch bedingte Helligkeitsschwankungen im Bildeindruck zu kompensieren.
  20. Optisches System (68a, 68b, 68c, 68d) nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildverarbeitungseinrichtung (35) dazu eingerichtet ist, beim Erzeugen der Bilddaten, insbesondere der Sub-Bilddaten, eine Fehlsichtigkeit und/oder Fehlakkomodation des Nutzers zu berücksichtigen und zu kompensieren.
  21. Optisches System (68a, 68b, 68c, 68d) nach einem der Ansprüche 1 bis 20, umfassend eine Datenbrille (66a) mit Brillengestell (144a) und Brillengläsern (70a, 72a), dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Projektoreinheit (45) und die zumindest eine zweite Umlenkeinheit (16a, 16b, 16c) am Brillengestell (144a) angeordnet sind und dass die zumindest eine erste Umlenkeinheit (20a) mit der zumindest einen optischen Replikationskomponente (150a) im Bereich mindestens eines Brillenglases (70a, 72a) angeordnet ist, insbesondere in mindestens ein Brillenglas (70a, 72a) integriert ist.
  22. Optisches System (68a, 68b, 68c, 68d) nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildquelle zusammen mit der Bildverarbeitungseinrichtung (35) in einem externen Gerät (146a) angeordnet ist und dass die Bilddaten von dem externen Gerät (146a) zur Projektoreinheit (35) der Datenbrille (66a) übertragen werden.
  23. Optisches System (68a, 68b, 68c, 68d) nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildquelle in einem externen Gerät (146a) angeordnet ist, dass die Bildverarbeitungseinrichtung (29) zusammen mit der Projektoreinheit (35) am Brillengestell (144a) angeordnet ist und dass die Bilddaten von dem externen Gerät (146a) zur Bildverarbeitungseinrichtung (35) der Datenbrille (66a) übertragen werden.
  24. Verfahren zum Projizieren von Bildinhalten auf die Netzhaut eines Nutzers mit Hilfe eines optischen Systems (68a, 68b, 68c, 68d), insbesondere gemäß einem der Ansprüche 1 bis 23, mindestens umfassend a. eine Bildquelle, die einen Bildinhalt (31) in Form von Bilddaten liefert, b. eine Bildverarbeitungseinrichtung (35) für die Bilddaten, c. eine Projektoreinheit (45) mit einer zeitlich modulierbaren Lichtquelle (37) zum Generieren mindestens eines Lichtstrahls (17, 21) und mit einer ansteuerbaren Ablenkeinrichtung (71) für den mindestens einen Lichtstrahl (17, 21, 139) zur scannenden Projektion des Bildinhalts, d. eine erste Umlenkeinheit (20a), auf die der Bildinhalt (31) projiziert wird und die den projizierten Bildinhalt (31) auf ein Auge (22) eines Nutzers lenkt, e. eine zwischen Projektoreinheit (45) und erster Umlenkeinheit (20a) angeordnete zweite Umlenkeinheit (16a, 16b, 16c, 16d) und f. eine optische Replikationskomponente (150a), die in einem Projektionsbereich (34a) der ersten Umlenkeinheit (20a) angeordnet ist, wobei der Lichtstrahl (17, 21), insbesondere der gesamte Lichtstrahl, mit Hilfe der zweiten Umlenkeinheit (16a, 16b, 16c, 16d) zu einem ersten Zeitpunkt über einen ersten Abbildungsweg (69a, 81, 99a, 138a) und zu einem auf den ersten Zeitpunkt folgenden zweiten Zeitpunkt über einen zweiten Abbildungsweg (69c, 83, 99c, 138b) auf den mindestens einen Projektionsbereich (34a) der ersten Umlenkeinheit (20a) umgelenkt wird, und wobei der projizierte Bildinhalt (31) mit Hilfe der optischen Replikationskomponente (150a) repliziert und räumlich versetzt auf das Auge (22) des Nutzers gelenkt wird, so dass eine Mehrzahl von zueinander räumlich versetzt angeordneten Austrittspupillen (A, A', B, B', C, C', D, D') mit dem Bildinhalt (31) erzeugt wird.
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