DE102023108803B3

DE102023108803B3 - Brillen-Anzeigevorrichtung zum Anzeigen eines virtuellen Bildes in einem Sichtfeld eines Benutzers mit farbabhängigem Auflösungsvermögen

Info

Publication number: DE102023108803B3
Application number: DE102023108803.3A
Authority: DE
Inventors: Miro Taphanel
Original assignee: Viaholo GmbH
Current assignee: Viaholo GmbH
Priority date: 2023-04-06
Filing date: 2023-04-06
Publication date: 2024-05-16
Anticipated expiration: 2043-04-07

Abstract

Die Offenbarung betrifft eine Brillen-Anzeigevorrichtung (0) zum Anzeigen eines virtuellen Bildes in einem Sichtfeld eines Benutzers, umfassend eine Bildschirmeinheit (29) mit einer zeilenförmigen Anzeige zum Emittieren von Licht als computererzeugte Bildinformation in einer ersten Richtung, wobei die Anzeige (29) eine Anzahl von physischen Farb-Subpixeln (410, 420, 430) zumindest zweier unterschiedlicher Farben umfasst, wobei die Farb-Subpixel (410, 420, 430) jeweils eine Leuchtdiode enthalten; mindestens zwei teiltransparente Strahlteilereinheiten (10), die so ausgelegt sind, dass sie als Scannereinheiten betrieben werden können, um das in der ersten Richtung von der Bildschirmeinheit emittierte Licht bei bestimmungsgemäßem Gebrauch in einen zweiten Richtungsbereich abzulenken, der dem Sichtfeld des Benutzers entspricht; wobei die den Farb-Subpixeln genau einer Farbe als niederaufgelöste Farb-Subpixel (430) und kleinste einzeln ansteuerbare rotes Licht emittierende Einheiten jeweils zugeordnete lichtemittierende Fläche (430') größer ist als die dem oder den Farb-Subpixeln der einen oder mehreren verbleibenden Farben als höheraufgelöste Farb-Subpixel (410, 420) jeweils zugeordnete lichtemittierende Fläche (410', 420') um die Effizienz der Brillen-Anzeigevorrichtung (0) zu verbessern.

Description

Bereich der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Brillen-Anzeigevorrichtung zum Anzeigen eines virtuellen Bildes in einem Sichtfeld eines Benutzers, kurz Augmented-Reality oder AR-Brille, umfassend eine Bildschirmeinheit mit einer zeilenförmigen Anzeige, einem Zeilendisplay, zum Emittieren von Licht als computererzeugte Bildinformation in einer ersten, bei bestimmungsgemäßem Gebrauch vertikalen Richtung, wobei die Anzeige eine Anzahl von physikalischen Farb-Subpixeln zumindest zweier unterschiedlicher Farben umfasst, wobei die Farb-Subpixel jeweils eine Leuchtdiode enthalten; sowie ferner umfassend mindestens zwei teiltransparente Strahlteilereinheiten, die so ausgelegt sind, dass sie als Scannereinheiten betrieben werden können, um das in der ersten Richtung von der Anzeigeeinheit emittierte Licht bei bestimmungsgemäßem Gebrauch in einen zweiten horizontalen Richtungsbereich abzulenken, der dem Sichtfeld des Benutzers entspricht.
Hintergrund
Für ein scannendes Zeilendisplay wie es durch die oben beschriebene Brillen-Anzeigevorrichtung implementiert wird, wird für ein virtuell ortfestes Pixel im virtuellen Bild (Bildpixel) durch ein zeitliches Multiplexing die Farb-Information nacheinander aufgebaut. Im allgemeinen wird kurz nacheinander ein blaues, ein grünes und dann ein rotes Farb-Subpixel an dem Ort des Bildpixels eingeblendet, sodass diese Farb-Subpixel sich in der menschlichen Wahrnehmung zu dem Bildpixel überlagern. Um auch einen Weißpunkt oder einen standardisierten Farbraum darstellen zu können, müssen die genutzten Primärfarben der Farb-Subpixel mit entsprechendem Intensitätsverhältnis zueinander angezeigt werden können. Technologisch werden die meist genutzten Farben Rot, Grün und Blau jedoch mitunter unterschiedlich erzeugt. So sind beispielsweise bei µ-Leuchtdioden, µLEDs, basierend auf dem Materialsystem Gallium Nitride, GaN, die erreichbaren Intensitäten für blaues Licht deutlich höher als für rotes Licht. Insbesondere ist das dann der Fall, wenn der relative spektrale Hellempfindlichkeitsgrad des menschliche Auges für die Auslegung des System herangezogen wird (https://de.wikipedia.org/wiki/V-Lambda-Kurve).
Eine aus der DE 10 2021 206 209 B3 bekannte Lösung, welche die Darstellung von Weißpunkt und standardisiertem Farbraum ermöglicht, ist die Nutzung von unterschiedliche vielen Zeilen einer Farbe, sodass für die Farben, für welche die jeweiligen LED nur geringere Intensitäten erreichen, mehr Farb-Subpixel des Displays genutzt werden können als für Farben für welche die jeweiligen LED höhere Intensitäten erreichen. Die entsprechend erhöhte Zahl der Subpixel verringert jedoch die Effizienz.
Zusammenfassung
Es stellt sich somit die Aufgabe, eine Brillen-Anzeigevorrichtung bereitzustellen, welche dem Benutzer einen standardisierten Farbraum sowie einen Weißpunkt erschließt, und eine erhöhte Effizienz aufweist.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, der Beschreibung und den Figuren.
Ein Aspekt betrifft eine Brillen-Anzeigevorrichtung zum Anzeigen eines virtuellen Bildes in einem Sichtfeld eines Benutzers. Diese kann auch als Augmented-Reality-(AR-)Brille bezeichnet werden. Das Sichtfeld eines Benutzers kann sich insbesondere auf das natürliche menschliche Sichtfeld des Benutzers beziehen. Es kann zum Beispiel eine horizontale Ausdehnung von 220° und eine vertikale Ausdehnung von 150° angenommen werden.
Die AR-Brille weist eine Bildschirmeinheit mit einer zeilenförmigen Anzeige auf zum Emittieren von Licht als computererzeugte Bildinformation in einer ersten Richtung. Dabei umfasst die Anzeige (das Display) eine Anzahl von physischen Anzeigepixeln, wobei jedes Anzeigepixel zumindest ein Farb-Subpixel einer ersten Farbe und zumindest ein Farb-Subpixel einer anderen Farbe aufweist. Die Anzahl kann insbesondere mehr als 100 oder mehr als 1000 sein. Die Farb-Subpixel enthalten jeweils zumindest eine Leuchtdiode (LED), insbesondere jeweils zumindest eine µLED. Die Farb-Subpixel bilden somit die kleinsten einzeln (insbesondere über die unten eingeführten entsprechenden Pixel-Inhaltsdaten) ansteuerbaren lichtemittierenden Einheiten. Die Anzeige (das Display) kann für jedes Bildpixel zumindest ein rotes Farb-Subpixel und/oder zumindest ein grünes Farb-Subpixel und/oder zumindest ein blaues Farb-Subpixel haben. Insbesondere kann das zumindest eine rote (R) Farb-Subpixel Farblicht aus dem Wellenlängenbereich 600nm bis 700nm und/oder das zumindest eine grüne (G) Farb-Subpixel Farblicht aus dem Wellenlängenbereich 500nm bis 570nm und/oder das zumindest eine blaue (B) Farb-Subpixel Farblicht aus dem Wellenlängenbereich 390nm bis 475nm abstrahlen. Das hat den Vorteil, dass ein standardisierter (RGB) Farbraum erschlossen ist.
Die Bildschirmeinheit, d. h. die zeilenförmige Anzeige, hat eine Haupterstreckungsrichtung in horizontaler Querrichtung, d. h. von rechts nach links oder von links nach rechts (x-Richtung), und ist in der (virtuellen Bild-)y-Richtung, die der physikalischen z-Richtung entspricht, relativ klein. Die Anzahl der Farb-Subpixel und damit Bildpixel-Spalten in x-Richtung kann um mindestens eine Größenordnung, vorzugsweise um mindestens zwei Größenordnungen, größer sein als die Anzahl der Bildpixel-Reihen in y-Richtung (virtuelles Bild). Entsprechend kann es sich bei der zeilenförmigen Anzeige um eine Anzeige handeln, die mindestens zwei Farb-Subpixel-Zeilen aufweist, die sich in x-Richtung erstrecken, insbesondere mehr als zwei oder mehr als drei Fabr-Subpixel-Zeilen. Die Anzeige ist also eine 2D-Anzeige mit einer im Vergleich zu den Bildpixel-Zeilen des virtuellen Bildes reduzierten Anzahl von Farb-Subpixel-Zeilen.
Die Brillen-Anzeigevorrichtung hat auch mindestens zwei teiltransparente Strahlteilereinheiten, die so ausgelegt sind, dass sie als Scannereinheiten betrieben werden können, um das in der ersten Richtung von der Anzeigeeinheit emittierte Licht bei bestimmungsgemäßem Gebrauch in einen zweiten Richtungsbereich abzulenken, der dem Sichtfeld des Benutzers entspricht. In einem optischen Pfad zwischen Bildschirmeinheit bzw. Anzeige und den Strahlteilereinheiten kann eine Licht-Umlenkeinheit zum Ab- oder Umlenken des Lichtes angeordnet sein. Die Licht-Umlenkeinheit kann einen oder mehrere Spiegel, insbesondere Freiform-Spiegel, und/oder ein oder mehrere Linsen aufweisen.
Die erste Richtung und der zweite Richtungsbereich können jeweils ein Richtungsbereich mit einer Vielzahl gleichartiger Einzelrichtungen sein oder umfassen, die voneinander um weniger als einen bestimmten Winkelbereich abweichen. Beispielsweise können die jeweiligen Einzelrichtungen von einer jeweiligen zentralen Hauptrichtung um weniger als ±90°, weniger als ±60°, weniger als ±45°, weniger als ±20° oder weniger als ±5° abweichen. Die Abweichungen können auch richtungsabhängig festgelegt werden, beispielsweise mit einer größeren Abweichung im horizontalen Sichtbereich des Nutzers und einer kleineren Abweichung im vertikalen Sichtbereich des Nutzers, insbesondere ±90° im horizontalen Sichtbereich und/oder insbesondere ±25° im vertikalen Sichtbereich. Die für die erste Richtung bzw. den zweiten Richtungsbereich angegebenen Verhältnisse, d.h. z.B. dass die erste Richtung senkrecht zum zweiten Richtungsbereich steht, können sich dann jeweils auf die entsprechenden zentralen Hauptrichtungen beziehen. Die jeweiligen Richtungen oder Richtungsgruppen sind vorzugsweise disjunkt, d.h. eine einzelne Richtung, die zur ersten Richtung gehört, kann nicht zum zweiten Richtungsbereich gehören und umgekehrt. Insbesondere ist oder erfasst die erste Richtung eine vertikale Richtung im Schwerefeld, eine vertikale Richtung, und/oder der zweite Richtungsbereich eine horizontale Richtung im Schwerefeld der Erde als Hauptrichtung. Die vertikale Richtung ist vorzugsweise auch die Hauptrichtung der ersten Richtung oder des ersten Richtungssatzes.
Dementsprechend stehen die erste Richtung und der zweite Richtungsbereich im Wesentlichen quer zueinander, insbesondere zumindest im Wesentlichen senkrecht zueinander. Hier und im Folgenden wird unter „im Wesentlichen“ verstanden „bis zu einer vorgegebenen Abweichung“, beispielsweise einer Abweichung von ±35°, ±15° oder ±5°. Die erste Richtung unterscheidet sich also vom zweiten Richtungsbereich. Die beschriebene Definition von „quer“ ist hier allgemein anwendbar und gilt mutatis mutandis auch für „längs“ als im Wesentlichen parallel.
Die Strahlteilereinheiten sind also als Scanner-Einheiten realisiert, wobei die Brillen-Anzeigevorrichtung auch eine Steuereinheit umfassen kann, die elektronisch mit der Bildschirmeinheit und den Strahlteilereinheiten gekoppelt ist und die verschiedenen gekoppelten Einheiten entsprechend steuert, um die Änderung der Bildinformation in der Bildschirmeinheit und die Änderung der Position, d.h. eines zeitabhängigen Neigungsungs- oder Oszillationswinkels von semi-transparenten Reflektionsoberflächen der jeweiligen Strahlteilereinheiten, zu synchronisieren. Die Synchronisation kann durch eine Software oder eine elektrische Kopplung der Aktoren der einzelnen Strahlteilereinheiten realisiert werden. Für jede Strahlteilereinheit kann ein einzelner Aktor oder zwei symmetrisch angeordnete Aktoren vorgesehen werden. Alternativ ist auch eine mechanische Kopplung verschiedener Strahlteilereinheiten, insbesondere benachbarter Strahlteilereinheiten, möglich. Um der Steuereinheit Pixel-Inhaltsdaten für die Farb-Subpixel und damit äquivalent die Bildpixel zu liefen kann auch eine Rendering-Einheit Teil der Brillen-Anzeigevorrichtung sein.
Die lichtemittierende Fläche, welche jedem Farb-Subpixel zugeordnet ist, ist dabei für die Farb-Subpixel (als kleinste einzeln ansteuerbare Licht emittierende Einheiten des jeweiligen Anzeigepixels) genau einer Farbe größer als für die Farb-Subpixel jeder anderen Farbe. Die Farb-Subpixel der einen Farbe werden im Folgenden entsprechend als niederaufgelöste Farb-Subpixel bezeichnet. Insbesondere können die lichtemittierenden Flächen der niederaufgelösten Farb-Subpixel eine erste Größe haben und die die lichtemittierenden Flächen aller anderen Farb-Subpixel eine zweite Größe, die kleiner ist als die erste Größe. Die Farb-Subpixel der einen oder mehreren anderen Farben werden im Folgenden entsprechend als höheraufgelöste Farb-Subpixel bedzeichnet. Entsprechend ist die mit der Anzeige erreichbare Auflösung für Licht der einen (niederaufgelösten) Farbe, insbesondere für entweder rotes oder grünes Licht als Licht der niederaufgelösten Farbe, geringer als für Licht der anderen (höheraufgelösten) Farben, insbesondere geringer als für grünes und blaues Licht im Falle von Rot als niederaufgelöster Farbe oder geringer als für rotes und blaues Licht im Falle von Grün als niederaufgelöste Farbe. Bevorzugt gilt entsprechend entweder, dass die niederaufgelösten Farb-Subpixel rote Farb-Subpixel sind oder umfassen und insbesondere die höheraufgelösten Farb-Subpixel blaue und/oder grüne Farb-Subpixel sind oder umfassen oder, dass die niederaufgelösten Farb-Subpixel grüne Farb-Subpixel sind oder umfassen und insbesondere die höheraufgelösten Farb-Subpixel blaue und/oder rote Farb-Subpixel sind oder umfassen.
Das hat den Vorteil, dass trotz der objektiv in einem Farbkanal reduzierten Auflösung und der damit einhergehenden reduzierten Komplexität für den Benutzer subjektiv ein vergleichsweise hoch aufgelöstes Bild mit hohen Kontrasten wahrgenommen wird und beispielsweise auch Text noch überraschend gut gelesen werden kann. Der subjektiv wahrnehmbare Effekte der in einem Farbkanal reduzierten Auflösung wird nochmals geringer, wenn im Vergleich zu Text kontrastarme Bildinhalte wie Videos angezeigt werden, was gerade bei AR-Brillen relevant ist. Die reduzierte Auflösung in einem Farbkanal steigert somit die Effizienz der Brillen-Anzeigevorrichtung insgesamt.
Der Erfindung liegt somit die Erkenntnis zu Grunde, dass im Bereich der scannenden Zeilendisplays für AR-Brillen durch eine verminderte Auflösung für eine Farbe ein großer Effizienzgewinn erreicht wird, dem ein subjektiv nur geringfügiger Verlust an empfundener Bildqualität durch den Betrachter entgegensteht. Dies ist anhand der beigefügten Figuren illustriert. Wichtig ist dabei, dass technologieabhängig, d.h. in Abhängigkeit des aktiven Materials für die LEDs (dem Materialsystem der LEDs) und/oder des verwendeten Aufbaus die Effizienz gerade bei roten LEDs mit abnehmender Größe stark nichtlinear abnimmt (vgl. Li, Panpan, et al. „Progress of InGaN-based red micro-light emitting diodes." Crystals 12.4 (2022): 541). Damit können nicht nur viele nebeneinander liegende Zeilen kleiner (beispielsweise roter) Farb-Subpixel durch wenige oder eine einzige Zeile großer (dann roter) Farb-Subpixel ersetzt werden, sondern bei einem solchen Ersetzen die pro Strom erzeugte Lichtmenge gesteigert werden, was hinsichtlich der Effizienz viele vorteilhafte Folgen mit sich bringt wie einen geringeren Stromverbrauch, eine geringere Wärmentwicklung, einen geringeren Platzbedarf und dergleichen.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die niederaufgelösten Farb-Subpixel blaues Licht emittierende Leuchtdioden enthalten, insbesondere keine Licht der Farbe des Farb-Subpixels emittierenden LEDs und/oder nur blaues Licht emittierende LEDs, und die lichtemittierende Fläche der niederaufgelösten Farb-Subpixel wellenlängentransformierende Quantenpunkte, sogenannte „quantum dots“, aufweist, welche das von den zugeordneten Leuchtdioden emittierte blaue Licht in Licht der niederaufgelösten Farbe umwandeln. Die (blaues bzw. andersfarbiges) Licht emittierenden LEDs der niederaufgelösten und höheraufgelösten blauen und/oder andersfarbigen Farb-Subpixel können gleich groß sein.
Das hat den Vorteil, dass für das Erzeugen des Lichtes der niederaufgelösten Farbe LEDs genutzt werden können, welche effizienter sind als LEDs, welche das Licht der niederaufgelösten Farbe, beispielsweise das rote oder grüne Licht, direkt erzeugen.
Dabei kann vorgesehen sein, dass die wellenlängentransformierenden Quantenpunkte in eine Schicht eingebettet sind, welche sich über mehrere nächstbenachbarte niederaufgelöste (insbesondere rote oder grüne) Farb-Subpixel erstreckt, bevorzugt über alle nächstbenachbarten niederaufgelösten (insbesondere roten oder grünen) Farb-Subpixel. Die Schicht kann insbesondere eine homogene Schicht sein. Beispielsweise können die Quantenpunkte eingebettet in einen Lack aufgebracht sein. Das hat den Vorteil, dass sich die Quantenpunkte effizienter aufbringen lassen, da die Schicht flächig aufgebracht werden kann. Da in der Schicht mit den Quantenpunkten ein lichtleitender Effekt auftritt und lokale Streuzentren das Licht an anderer Stelle wieder auskoppeln können, wird das niederaufgelöste (insbesondere rote oder grüne) Licht dann auch von Positionen emittiert, welche nicht über der LED des jeweiligen Farb-Subpixels liegen also in einer Orthogonalprojektion nicht auf das aktive Farb-Subpixel der niederaufgelösten Farbe projiziert werden. An diesen Positionen wird Licht der niederaufgelösten Farbe emittiert, sobald eine von mehreren nahe- oder nächstliegenden LEDs blaues Licht emittiert. Entsprechend überlappen sich also die lichtemittierenden Flächen nächstbenachbarter Farb-Subpixel der niederaufgelösten Farbe, sodass die den jeweiligen niederaufgelösten Farb-Subpixeln zugeordnete lichtemittierende Fläche auch bei gleicher Größe der jeweiligen LEDs größer ist als die den andersfarbigen, insbesondere den blauen Farb-Subpixeln zugeordnete lichtemittierende Fläche.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die zeilenförmige Anzeige Zeilen von nächstbenachbarten Farb-Subpixeln gleicher Farbe aufweist, wobei insbesondere die nächstbenachbarten Sub-Farbpixel zumindest einer Farbe, insbesondere der niederaufgelösten (beispielsweise roten oder grünen) Farbe, zwei oder mehr Zeilen bilden. Dabei können Gruppen von nebeneinander liegenden Zeilen, welche alle vorhandenen unterschiedlichen Lichtfarben abdecken, als Farbraum-Gruppe, beispielsweise RGB-Gruppe bezeichnet werden. Die genaue Anzahl der Zeilen in der oder den Farbraum-Gruppe, beispielsweise in den RGB-Gruppen kann je nach Zielleuchtdichte und Farbraum festgelegt werden. Es können mehr als drei Farben verwendet werden, um die Farbraumabdeckung für eine bessere Farbwiedergabe zu erhöhen. Innerhalb einer RGB-Gruppe von Zeilen können die Farb-Subpixel, welche in einer senkrecht zu den Zeilen verlaufenden Spalte in einer Reihe angeordnet sind, einem Bildpixel zugeordnet werden.
Das hat den Vorteil, dass die Zeilenanzeige besonders effizient hergestellt werden kann. Besonders vorteilhaft ist es, wenn sich die beschriebene Schicht mit den Quantenpuntken durchgängig über die eine Zeile oder die mehreren Zeilen der niederaufgelösten Farb-Subpixel erstreckt. Damit kann die Schicht im Herstellungsprozess großflächiger und damit homogener aufgebracht werden, was bei erhöhter Effizienz zu einer besseren subjektiven Bildqualität führt.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Leuchtdioden der niederaufgelösten (insbesondere roten oder grünen) Farb-Subpixel auf einem anderen Materialsystem basieren als die Leuchtdioden der höheraufgelösten andersfarbigen Farb-Subpixel. Insbesondere können die niederaufgelösten Farb-Subpixel auf dem Materialsystem Aluminium Indium Gallium Phosphide, AllnGaP, basieren und/oder die andersfarbigen Farb-Subpixel auf dem Materialsystem Indium Gallium Nitride, InGaN, basieren. Das hat den Vorteil, dass die LEDs jeweils an die Farbe des zu erzeugenden Lichtes angepasst werden können, sodass das Licht jeweils mit verbesserter Effizienz erzeugt werden kann. Haben die unterschiedlichen Farb-Subpixel, d.h. die Farb-Subpixel unterschiedlicher Farbe, LEDs unterschiedlicher Größe, so können vom benutzten Materialsystem abhängige nichtlineare Effizienzsteigerungen bei Größenänderungen ausgenutzt werden.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die lichtemittierende Fläche der niederaufgelösten Farb-Subpixel ein ganzzahliges Vielfaches größer ist als die jeweilige lichtemittierende Fläche des zumindest einen andersfarbigen höheraufgelösten Farb-Subpixels, insbesondere zumindest (bevorzugt genau) zweimal so groß oder zumindest (bevorzugt genau) dreimal so groß oder zumindest (bevorzugt genau) viermal so groß. Das hat den Vorteil, dass die niederaufgelösten Sub-Farbpixel größer als die höheraufgelösten andersfarbigen Sub-Farbpixel sein können, aber dennoch in das gleiche globale Raster passen wie die höheraufgelösten Sub-Farbpixel. Das steigert die Effizient in der Herstellung, besonders wenn die Leuchtdioden der niederaufgelösten Farb-Subpixel auf einem anderen Materialsystem basieren als die Leuchtdioden der höheraufgelösten Farb-Subpixel.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Leuchtdioden der (insbesondere roten und/oder grünen und/oder blauen) Farb-Subpixel eine Kantenlänge von weniger als 100 µm, insbesondere weniger als 50 µm, bevorzugt weniger als 20 µm, besonders bevorzugt weniger als 10 µm und ganz besonders bevorzugt weniger als 5 µm haben. Das hat bei der Nutzung der Quantenpunkte den Vorteil, dass die Effizienzsteigerung besonders ausgeprägt ist, da bei den kleinen Größen sich bei insbesondere roten LEDs die Effizienz erheblich verschlechtert (somit nicht bei der Nutzung von Quantenpunkten), und bei der Nutzung unterschiedlicher Materialien das Problem eben durch die unterschiedlichen Materialien umgangen werden kann oder die Berücksichtigung der unterschiedlichen Eigenschaften der unterschiedlichen Materialien mit unterschiedlich großen LEDs, also beispielsweise kleine grüne und blaue LEDs, auf welche die genannten Vorgaben der Maße zutreffen, mit größeren roten LEDs kombiniert werden können ohne dass die durch die kleinen grünen und blauen LEDs erzielte hohe subjektive Bildauflösung stark beeinträchtigt wird.
Die oben beschriebenen Merkmale und Merkmalskombinationen, auch in der allgemeinen Einleitung, sowie die in der Figurenbeschreibung oder den Figuren allein offenbarten Merkmale und Merkmalskombinationen können nicht nur allein oder in der beschriebenen Kombination, sondern auch mit anderen Merkmalen oder ohne einige der offenbarten Merkmale verwendet werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Folglich sind auch Ausführungsformen Teil der Erfindung, die nicht explizit in den Figuren dargestellt und beschrieben sind, die aber durch separate Kombination der in den Figuren offenbarten Einzelmerkmale erzeugt werden können. Daher sind auch Ausführungsformen und Merkmalskombinationen, die nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen Anspruchs umfassen, als offenbart anzusehen. Ferner sind Ausführungsformen und Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die von den Merkmalskombinationen abweichen oder über die in den Abhängigkeiten der Ansprüche beschriebenen hinausgehen.
Ausführliche Beschreibung
Beispielhafte Ausführungsformen werden im Folgenden anhand von schematischen Zeichnungen näher beschrieben. Darin zeigen

1 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Brillen-Anzeigevorrichtung;
2 die beispielhaften Brillen-Anzeigevorrichtung aus 1 in einer weiteren Ansicht;
3 einen beispielhaften Bildausschnitt einer Augenbraue in verschiedenen beispielhaften farbabhängigen Auflösungen;
4 einen beispielhaften Bildausschnitt eines Textes in verschiedenen beispielhaften farbabhängigen Auflösungen;
5 einen beispielhaften Bildausschnitt eines weiteren Textes in verschiedenen beispielhaften farbabhängigen Auflösungen;
6 einen Ausschnitt einer beispielhaften Anzeige mit farbabhängigem Auflösungsvermögen; und
7 einen Ausschnitt einer weiteren beispielhaften Anzeige mit farbabhängigem Auflösungsvermögen.

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Merkmale mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer Brillen-Anzeigevorrichtung zur Darstellung eines virtuellen Bildes in einem Blickfeld eines Benutzers. In diesem Beispiel umfasst die Brillen-Anzeigevorrichtung 0 eine Rahmeneinheit 17 mit einer Unter-Rahmeneinheit 16 und einer zusätzlichen Rahmeneinheit 15. In der dargestellten Ausführungsform ist an der Rahmeneinheit 17, hier der zusätzlichen Rahmeneinheit 15, eine Bildschirmeinheit 29 mit zeilenförmiger Anzeige angeordnet, von der hier zwei Teilbereiche 141, 142 dem rechten und linken Auge 20 (2) des Benutzers zugeordnet sind. Die Bildschirmeinheit 29 dient dazu, Licht entlang eines Strahlengangs 226 (2) über die Anzeige als computergenerierte Bildinformation in einer ersten Richtung, hier der negativen y-Richtung, auszusenden. Die Brillen-Anzeigevorrichtung 0 umfasst ferner eine Mehrzahl von teiltransparenten Strahlteilereinheiten 10, die über einen gemeinsamen Träger 281, hier die Unter-Rahmeneinheit 16, an der Rahmeneinheit 17 befestigt sind, wobei die Strahlteilereinheiten 10 als Scannereinheiten ausgebildet sind, um das von der Bildschirmeinheit 29 in der ersten Richtung, der negativen y-Richtung, emittierte Licht in einen zweiten Richtungsbereich umzulenken, der bei bestimmungsgemäßer Verwendung der Brillen-Anzeigevorrichtung 0 dem Blickfeld des Benutzers entspricht. Im vorliegenden Fall verläuft der zweite Richtungsbereich im Wesentlichen entlang der negativen z-Richtung.
Zwischen den Strahlteiler-Einheiten 10 und der Bildschirmeinheit 29 ist eine Licht-Umlenkeinheit 13, hier mit zwei Linsen 11, 12, angeordnet. In der Zeichenebene, d.h. in der x-y-Ebene, weist die Licht-Umlenkeinheit 13 zwei planparallele (also in der ersten Richtung verlaufende) Begrenzungsflächen auf, so dass ein betrachtender Dritter keine verzerrte Wiedergabe der Mimik des Benutzers erfährt. Die Linsen 11, 12 können durch Spiegel beliebiger Form, d.h. durch Freiformflächen, ersetzt oder ergänzt werden. Die Strahlteilereinheiten 10 sind in vertikaler Richtung, hier in positiver y-Richtung, hintereinander, d.h. in y-Richtung übereinander angeordnet, so dass das von der Bildschirmeinheit 29 emittierte und von der Licht-Umlenkeinheit 13 gebeugte Licht auf eine jeweilige Strahlteilereinheit 10 auftrifft, nachdem es zuvor die anderen Strahlteilereinheiten 10 durchlaufen hat, die zwischen der jeweiligen Strahlteilereinheit 10 und der Bildschirmeinheit 29 bzw. der Licht-Umlenkeinheit 13 angeordnet sind. Im gezeigten Beispiel vergrößert sich der Abstand zwischen den Strahlteilereinheiten 10 mit zunehmender Entfernung von der Bildschirmeinheit 29.
Im obigen Beispiel sind für jedes Auge sechs teiltransparente, als Scannereinheiten ausgebildete Strahlteilereinheiten 10 dargestellt, wobei die Strahlteilereinheiten 10 jeweils eine Drehachse 24 (2) entlang der x-Achse aufweisen. Die Strahlteilereinheiten 10 sind in diesem Beispiel für den Betrieb mit einheitlicher Scannerfrequenz ausgelegt, so dass die einzelnen Scannereinheiten mit zugeordneten teiltransparenten Reflexionsflächen synchron zueinander schwingen. Synchron bedeutet in diesem Fall, dass die Phase der Strahlteilereinheiten 10 relativ zueinander konstant ist. Die Licht-Umlenkeinheit 13 und die Bildschirmeinheit 29 sind so ausgebildet, dass die Bildschirmeinheit 29 durch die teiltransparenten Strahlteilereinheiten 10 in einem großen Teil des natürlichen menschlichen Gesichtsfeldes vom Auge des Benutzers 20 (2) gesehen werden kann. Das für das virtuelle Bild nutzbare Sichtfeld wird in horizontaler Richtung durch die Ausdehnung der Strahlteilereinheiten 10, der Licht-Umlenkeinheit 13 und der Bildschirmeinheit 29 in x-Richtung bestimmt. In vertikaler Richtung wird das für das virtuelle Bild nutzbare Sichtfeld durch die mechanische Auslenkung der Scannereinheiten 10, ihre Breite quer zu ihrer Haupterstreckungsrichtung und durch die Anzahl der verwendeten Strahlteilereinheiten 10 bestimmt, da jede einzelne Strahlteilereinheit 10 nur einen Teilbereich des vertikalen Sichtfeldes abdecken kann.
2 zeigt eine schematische Seitenschnittansicht der Brillen-Anzeigevorrichtung aus 1. Das Auge 20 des Benutzers blickt durch eine Pupille 21 auf die Anordnung der als Scannereinheiten ausgebildeten und damit abtastenden Strahlteilereinheiten 10, die jeweils um ihre jeweilige Drehachse 24 oszillieren. Die Strahlteilereinheiten 10 haben einen Winkelbereich 243 zwischen zwei Endpositionen 241, 242, die den jeweiligen Oszillationswinkeln entsprechen. Dieser mechanische Winkelbereich 243 bedingt einen optischen Winkelbereich 231, 232, der als zweiter Richtungsbereich dem durch das virtuelle Bild nutzbaren Blickfeld des Benutzers entspricht. Prinzipiell kann der Winkelbereich 243 hier auch größer gewählt werden, aber die Bildschirmeinheit 29 wird nur verwendet, wenn ein Strahlengang innerhalb der Grenzen 221, 222 verläuft. Im vorliegenden Fall entsprechen die Grenzen 221, 222 dem natürlichen menschlichen Blickfeld des Nutzers. Dieser Sichtbereich ist symmetrisch um eine zentrale Hauptrichtung 225 angeordnet, die mit dem Zentrum des Sichtfeldes übereinstimmt und vorzugsweise auch das Zentrum des mechanischen Abtast- oder Winkelbereichs 243 sein sollte. Optimal ist die Ausrichtung der teiltransparenten Strahlteilereinheiten 10 in der Ruhestellung so gewählt, dass paralleles Licht entlang des Strahlengangs 226 aus der Bildschirmeinheit 29 in Richtung 225 abgelenkt wird. Die Strahlteilereinheiten 10 sind dabei synchron, d.h. sie werden alle mit der gleichen Abtast- oder Scannerfrequenz betrieben. Die Strahlteilereinheiten 10 werden von einer Steuereinheit 240 gesteuert, die auch die Bildschirmeinheit 29 steuert.
In diesem Beispiel sind die Strahlteilereinheiten 10 in y-Richtung in einem vertikalen Abstand 251, 252 übereinander angeordnet, der je nach Höhe in y-Richtung unterschiedlich ist, entsprechend der vertikalen Position im Sichtfeld im vorliegenden Beispiel. Die Strahlteilereinheiten 10 können beispielsweise so nahe beieinander angeordnet sein, dass ein Sichtstrahlengang 224 vom Drehpunkt des Auges 20 bzw. Augapfels aus die Unterkante 261 einer oberen Strahlteilereinheit 10 und gleichzeitig die Oberkante 262 einer unteren Strahlteilereinheit 10 schneidet. Es sind aber auch engere Abstände und auch größere Abstände denkbar. Bei engeren Anordnungen kann ein Sichtstrahlengang durch zwei Strahlteiler 10 gleichzeitig abgelenkt werden. Damit dies nicht zu Bildartefakten führt, muss die Licht-Umlenkeinheit 13 im vorliegenden Fall so ausgelegt sein, dass Lichtstrahlen ins Unendliche abgebildet werden, also ein paralleles Lichtbündel von den Strahlteilern 10 umgelenkt wird. Das virtuelle Bild kann dann durch ein konkaves Linsenelement 283 zwischen dem Benutzer und den Strahlteilereinheiten 10 auf eine endliche virtuelle Entfernung zurückgeholt werden. Der Blick durch die Strahlteileinheit 10 auf die realen Objekte in der natürlichen Umgebung wird dann nicht durch das Linsenelement 283 verzerrt, sondern kann durch ein Linsenelement 284 mit inverser Brennweite an einer Außenseite der Brillen-Anzeigevorrichtung 0 wieder korrigiert werden.
Die Brillen-Anzeigevorrichtung 0 umfasst vorliegend auch eine Rendering-Einheit 250, um der Steuereinheit 240 Pixelinhaltsdaten von Bildpixeln bereitzustellen, die von der Bildschirmeinheit 29 als Teil des virtuellen Bildes angezeigt werden sollen. Diese Rendering-Einheit 250 ist so konfiguriert, dass sie die Pixel-Inhaltsdaten rendert.
3 zeigt einen Bildausschnitt einer Augenbraue in Graustufen, anhand dessen exemplarisch der subjektiv empfundene Effekt des farbabhängigen Auflösungsvermögens, vorliegend mit reduzierter Rotauflösung dargelegt wird. Das Original links ist dabei Ausgangsbild für die berechneten Bilder in den Spalten a) und b). Ein Zebramuster 300 am Rand des Bildes gibt die Größe der Bildpixel an. In Spalte a) wurde vorliegend die Rotauflösung verschlechtert, die Auflösung in den anderen Farbkanälen (hier grün und blau) jedoch beibehalten. Entsprechend sind in Spalte a) die lichtemittierenden Flächen der roten Farb-Subpixel größer ist als die lichtemittierenden Flächen der andersfarbigen Farb-Subpixel. In den Reihen i), ii), iii) und iv) wurde die Rotauflösung um die Faktoren 2, 4, 8 bzw. 16 verringert, d.h. die lichtemittierenden Flächen der roten Farb-Subpixel um die jeweiligen Faktoren größer gewählt als die lichtemittierenden Flächen der andersfarbigen Farb-Subpixel im Original.
Als Vergleich wurde in Spalte b) die Auflösung insgesamt verschlechtert, die Auflösung also in allen Farbkanälen (hier rot, grün und blau) verringert. Entsprechend sind in Spalte b) die lichtemittierenden Flächen der roten Farb-Subpixel jeweils genauso groß wie die lichtemittierenden Flächen der andersfarbigen Farb-Subpixel. In den Reihen i), ii), iii) und iv) wurde die Auflösung um ebenfalls die Faktoren 2, 4, 8 bzw. 16 verringert, d.h. die lichtemittierenden Flächen der Farb-Subpixel um die jeweiligen Faktoren größer gewählt als im Original. Die Auswirkung auf die wahrgenommene Schärfe, wenn nur ein Farbkanals mit reduzierter Auflösung verwendet wird, sind deutlich geringer, als im Vergleich zu der Situation, wenn alle drei Farbkanäle mit reduzierter Auflösung gezeigt werden. Nicht sichtbar sind Farbartefakte, die ähnlich einer chromatischen Aberration aussehen. Diese sind wiederrum vom Bildinhalt abhängig und treten besonders auf, wenn starke Kontraste dargestellt werden, wie es z.B. bei Text der Fall ist.
4 zeigt analog zu 3 einen Bildausschnitt eines Textes in Graustufen. Hier tritt die Wirkung der farbabhängigen Auflösungsvermögens, vorliegend mit reduzierter Rotauflösung, noch deutlicher hervor, da der Text des Bildes [b), iv)] nicht mehr lesbar ist, wohingegen der Text im Bild [a), iv)] noch sehr gut zu lesen ist.
5 zeigt analog zu 4 einen Bildausschnitt eines weiteren Textes in Graustufen, wobei wie am Zebramuster 300 zu erkennen eine Anzeige für insgesamt größere Bildpixel, d.h. insgesamt gröberer Auflösung gewählt wurde. Im Vergleich zu 4 ist der Vorteil des farbabhängigen Auflösungsvermögens mit reduzierter Rotauflösung nochmals deutlicher, da bereits der Text des Bildes [b], ii)] nicht mehr lesbar ist, der Text im Bild [a), iv)] hingegen immer noch.
6 zeigt einen Ausschnitt einer beispielhaften Anzeige mit farbabhängigem Auflösungsvermögen. Die Anzeige 29 weist hier zwei Zeilen 460 blauer Farb-Subpixel 410, vier Zeilen 470 grüner Farb-Subpixel 420 und zwei Zeilen 480 roter Farb-Subpixel 430 auf, welche gemeinsam als RGB-Gruppe bezeichnet werden können und einer Zeile Bildpixel entsprechen. Eine Spalte 440 jeweiliger Farb-Sub-Pixel 410, 420, 430 entspricht somit einem Bildpixel. Die lichtemittierenden Flächen 410', 420', 430' sind dabei vorliegend gleich groß wie die zugeordneten Farb-Subpixel 410, 420, 430.
Da vorliegend die roten Farb-Subpixel 430, d.h. ihre lichtemittierenden Flächen 430', (hier viermal) größer sind als die lichtemittierenden Flächen 410', 420' andersfarbigen Farb-Sub-Pixel 410, 420, kann ein rotes Farb-Subpixel 430 zu zwei oder mehr Spalten 440 der Anzeige 29 zugeordnet sein und verschlechtert entsprechend die Rotauflösung im Bild. Beispielsweise können die roten Farb-Subpixel 430 auf einem anderen Materialsystem basieren als die andersfarbigen Farb-Subpixel 410, 420.
7 zeigt einen Ausschnitt einer weiteren beispielhaften Anzeige mit farbabhängigem Auflösungsvermögen. Allerdings sind die (hier wiederum beispielhaft roten) Farbpixel 430 bzw. LEDs derselben kleiner als die zugeordneten lichtemittierenden Flächen 430', da im Bereich der roten Farbpixel 430 eine Schicht 450 mit wellenlängentransformierenden Quantenpunkten aufgebracht ist, in welcher ein lichtleitender Effekt auftritt. Entsprechend überlappen sich die roten lichtemittierenden Flächen 430' und es kommt auch bei gleich großen LEDs zu verschlechterter Rotauflösung, unabhängig davon ob die roten Farb-Subpixel 430 auf einem anderen Materialsystem basieren als die andersfarbigen Farb-Subpixel 410, 420 oder nicht.

Claims

Brillen-Anzeigevorrichtung (0) zum Anzeigen eines virtuellen Bildes in einem Sichtfeld eines Benutzers, umfassend - eine Bildschirmeinheit (29) mit einer zeilenförmigen Anzeige zum Emittieren von Licht als computererzeugte Bildinformation in einer ersten Richtung, wobei die Anzeige (29) eine Anzahl von physischen Farb-Subpixeln (410, 420, 430) zumindest zweier unterschiedlicher Farben umfasst, wobei die Farb-Subpixel (410, 420, 430) jeweils eine Leuchtdiode enthalten; - mindestens zwei teiltransparente Strahlteilereinheiten (10), die so ausgelegt sind, dass sie als Scannereinheiten betrieben werden können, um das in der ersten Richtung von der Bildschirmeinheit emittierte Licht bei bestimmungsgemäßem Gebrauch in einen zweiten Richtungsbereich abzulenken, der dem Sichtfeld des Benutzers entspricht; dadurch gekennzeichnet, dass die den Farb-Subpixeln genau einer Farbe als niederaufgelöste Farb-Subpixel (430) und kleinste einzeln ansteuerbare Licht emittierende Einheiten jeweils zugeordnete lichtemittierende Fläche (430') größer ist als die dem oder den Farb-Subpixeln der einen oder mehreren verbleibenden Farben als höheraufgelöste Farb-Subpixel (410, 420) jeweils zugeordnete lichtemittierende Fläche (410', 420').
Brillen-Anzeigevorrichtung (0) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die niederaufgelösten Farb-Subpixel (430) blaues Licht emittierende Leuchtdioden enthalten und die lichtemittierende Fläche (430') der niederaufgelösten Farb-Subpixel (430) wellenlängentransformierende Quantenpunkte aufweist, welche das von den zugeordneten Leuchtdioden emittierte blaue Licht in Licht der einen Farbe umwandeln.
Brillen-Anzeigevorrichtung (0) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die wellenlängentransformierenden Quantenpunkte in eine Schicht (450) eingebettet sind, welche sich über mehrere, bevorzugt alle, nächstbenachbarte niederaufgelöste Farb-Subpixel (430) erstreckt.
Brillen-Anzeigevorrichtung (0) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zeilenförmige Anzeige (29) Zeilen (460, 470, 480) von nächstbenachbarten Farb-Subpixeln (410, 420, 430) gleicher Farbe aufweist, wobei insbesondere die nächstbenachbarten Sub-Farbpixel (410, 420, 430) zumindest einer Farbe, insbesondere der niederaufgelösten Farbe, zwei oder mehr Zeilen (460, 470, 480) bilden.
Brillen-Anzeigevorrichtung (0) nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (450) sich durchgängig über die eine Zeile (480) oder die mehreren Zeilen (480) der niederaufgelösten Farb-Subpixel (430) erstreckt.
Brillen-Anzeigevorrichtung (0) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtdioden der niederaufgelösten Farb-Subpixel (430) auf einem anderen Materialsystem basieren als die Leuchtdioden der höheraufgelösten Farb-Subpixel (410, 420).
Brillen-Anzeigevorrichtung (0) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die niederaufgelösten Farb-Subpixel (430) auf dem Materialsystem Aluminium Indium Gallium Phosphide, AllnGaP, basieren und/oder die höheraufgelösten Farb-Subpixel (410, 420) auf dem Materialsystem Indium Gallium Nitride, InGaN, basieren.
Brillen-Anzeigevorrichtung (0) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtemittierende Fläche (430') der niederaufgelösten Farb-Subpixel (430) ein ganzzahliges Vielfaches größer ist als die jeweilige lichtemittierenden Flächen (410', 420') des zumindest einen höheraufgelösten Farb-Subpixels (410, 420), insbesondere zweimal oder dreimal oder viermal so groß.
Brillen-Anzeigevorrichtung (0) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Farb-Subpixel jeweils einem Bildpixel zugeordnet sind und jedes Bildpixel zumindest ein rotes Farb-Subpixel (430),insbesondere aus dem Wellenlängenbereich 600nm bis 700nm, und zumindest ein grünes Farb-Subpixel (420), insbesondere aus dem Wellenlängenbereich 500nm bis 570nm, aufweist und zumindest ein blaues Farb-Subpixel (430), insbesondere aus dem Wellenlängenbereich 390nm bis 475nm, aufweist.
Brillen-Anzeigevorrichtung (0) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtdioden der Farb-Subpixel (410, 420, 430) eine Kantenlänge von weniger als 100 µm, insbesondere weniger als 50 µm, bevorzugt weniger als 20 µm, besonders bevorzugt weniger als 10 µm und ganz besonders bevorzugt weniger als 5 µm haben.
Brillen-Anzeigevorrichtung (0) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass entweder die niederaufgelösten Farb-Subpixel (430) rote Farb-Subpixel (430) sind und insbesondere die höheraufgelösten Farb-Subpixel (410, 420) blaue und/oder grüne Farb-Subpixel (410, 420) sind, oder die niederaufgelösten Farb-Subpixel (430) grüne Farb-Subpixel (430) sind und insbesondere die höheraufgelösten Farb-Subpixel (410, 420) blaue und/oder rote Farb-Subpixel (410, 420) sind.