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TECHNISCHES GEBIET
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Die offenbarten Ausführungsformen betreffen allgemein augennahe Anzeigen und insbesondere, aber nicht ausschließlich, augennahe Anzeigen mit gestapelten Wellenleitern.
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HINTERGRUND
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”Kopf-oben-Anzeigen” bzw. Heads-up-Displays (die auch als am Kopf angebrachte Anzeigen oder HMDs bekannt sind) lassen zu, dass ein Benutzer eine Szene anschaut, während relevante Information der Szene überlagert wird, so dass der Benutzer, der durch das Heads-up-Display schaut, gleichzeitig die Szene und die relevante Information sieht. Beispielsweise sieht ein Pilot, der durch ein Heads-up-Display schaut, während er ein Flugzeug landet, gleichzeitig den Flughafen vor ihm (die Szene) durch die Heads-up-Anzeige, während die Heads-up-Anzeige Information, wie beispielsweise Geschwindigkeit, Kurs und Höhe (die relevante Information) projiziert, die der Pilot benötigt, um das Flugzeug zu landen.
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Bei einigen Anwendungen eines Heads-up-Displays kann es nützlich sein, zu wissen, welchen Teil der Szene der Benutzer anschaut. Eine Art, dies zu erreichen, erfolgt durch eine Augenmesstechnologie, aber existierende Augenmesstechnologien haben einige Nachteile. Einige existierende Augenmesstechnologien verwenden getrennte optische Pfade für eine Augenmessung und eine Anzeige, machen aber das Heads-up-Display unförmiger und komplexer und weniger stromlinienförmig.
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Einige HMDs enthalten kompakte augennahe Anzeigen, die vor und nahe zu dem Auge eines Benutzers positioniert sind. Ein Ermöglichen einer Augenmessung in einer HMD mit einer augennahen Anzeige, wenn die Kamera und die Anzeige achsenversetzt sind, während sowohl eine ergonomische Anpassung als auch eine Algorithmuskomplexität gelöst wird, ist schwierig. Axiale Ansätze sind entwickelt worden – beispielsweise unter Verwendung desselben Lichtleiters bzw. Lichtwellenleiters für sowohl eine Anzeige als auch einen Augensensor – aber nicht alle Anzeigeausgestaltungen unterstützen diesen Ansatz. Das Problem ist deutlich einfacher, wenn die Anzeige und der Augensensor in einer nahezu koaxialen Konfiguration angeordnet sind, weil sich das Problem zu einer zweidimensionalen Lösung löst.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Nicht beschränkende und nicht erschöpfende Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die folgenden Figuren beschrieben, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Teile in den gesamten verschiedenen Ansichten beziehen, solange nichts anderes spezifiziert ist.
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1A–1B sind eine Draufsicht beziehungsweise eine Vorderansicht einer Ausführungsform einer augennahen Anzeige.
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1C–1D sind Vorderansichten alternativer Ausführungsformen einer augennahen Anzeige.
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2A–2B sind Draufsichten alternativer Ausführungsformen einer augennahen Anzeige.
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3 ist eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer am Kopf angebrachten Anzeige, die Ausführungsformen der beschriebenen augennahen Anzeigen enthält.
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4 ist eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform einer augennahen Anzeige.
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5 stellt eine Ausführungsform eines Prozesses zum Herstellen einer augennahen Anzeige dar, wie beispielsweise derjenigen, die in den 1A–1B gezeigt ist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER DARGESTELLTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Ausführungsformen werden in Bezug auf eine Vorrichtung, ein System und ein Verfahren für augennahe Anzeigen mit gestapelten Wellenleitern beschrieben. Spezifische Details werden beschrieben, um ein Verstehen der Ausführungsformen bereitzustellen, aber ein Fachmann auf dem Gebiet wird erkennen, dass die Erfindung ohne ein oder mehrere der beschriebenen Details oder mit anderen Verfahren, Komponenten, Materialien, etc. ausgeführt werden kann. In einigen Fällen sind wohlbekannte Strukturen, Materialien oder Operationen nicht detailliert gezeigt oder beschrieben, sind aber nichtsdestoweniger innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung umfasst.
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Eine Bezugnahme in der gesamten Beschreibung auf ”eine einzige Ausführungsform” oder ”eine Ausführungsform” bedeutet, dass ein beschriebenes Merkmal, eine Struktur oder eine Charakteristik in wenigstens einer beschriebenen Ausführungsform enthalten sein kann, so dass ”bei einer einzigen Ausführungsform” oder ”bei einer Ausführungsform” sich nicht notwendigerweise auf dieselbe Ausführungsform bezieht. Weiterhin können die beschriebenen Merkmale, Strukturen oder Charakteristiken auf irgendeine geeignete Weise bei einer oder mehreren Ausführungsformen kombiniert sein.
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Die 1A–1B stellen zusammen eine Ausführungsform einer augennahen Anzeige 100 dar; 1A ist eine Draufsicht (in der x-z-Ebene) und 1B ist eine Seitenansicht (in der x-y-Ebene, wie sie durch ein Auge eines Benutzers 10 gesehen wird). Die Anzeige 100 enthält ein Okular 102 mit einer vorderen Oberfläche 101, einer hinteren Oberfläche 103 und einem Rand 105 um den Umfang des Okulars. Das Okular 102 kann aus irgendeiner Art von Material hergestellt sein, das im Wesentlichen transparent bei den Wellenlängen von Interesse ist; bei einer Ausführungsform kann beispielsweise das Okular 102 aus einem Plastikmaterial, wie beispielsweise Polycarbonat oder Acrylglas, hergestellt sein, aber bei anderen Ausführungsformen könnte es aus einem anderen Material, wie beispielsweise Glas, hergestellt sein. Bei der dargestellten Ausführungsform sind die vordere Oberfläche 101 und die hintere Oberfläche 102 planar, was das Okular 102 im Wesentlichen flach macht, aber bei anderen Ausführungsformen können die vordere Oberfläche 101 und die hintere Oberfläche 103 gekrümmt sein, was zu einem Okular 102 führt, das auch gekrümmt ist (siehe z. B. 3).
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Eine gewinkelte Oberfläche 104 ist lateral in einem Teil des Okulars 102 positioniert (d. h. in der x-Richtung), der sich im Wesentlichen mit dem Auge 10 ausrichtet (im Wesentlichen in der Mitte des Okulars bei der dargestellten Ausführungsform). Die abgewinkelte Oberfläche 104 ist ausgerichtet, um Anzeigelicht, das von einer Anzeige 116 durch das Okular 102 zum Auge 10 eines Benutzers wandert, zu führen, und um eine Augenmessstrahlung, die durch das Auge 10 durch das Okular 102 zu einer Kamera 118 reflektiert wird, zu führen. Bei der dargestellten Ausführungsform erstreckt sich die abgewinkelte Oberfläche 104 durch im Wesentlichen die gesamte Tiefe des Okulars 102 von vorne nach hinten (d. h. in der z-Richtung) und erstreckt sich im Wesentlichen über die gesamte Höhe des Okulars 102 von oben nach unten (d. h. in der y-Richtung). Aber bei anderen Ausführungsformen muss sich die abgewinkelte Oberfläche 104 nicht durch die volle Tiefe oder Höhe des Okulars 102 erstrecken.
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Die abgewinkelte Oberfläche 104 enthält einen ersten Teilbereich 108, der eine erste Oberflächenbehandlung hat, und einen zweiten Teilbereich 112, der eine zweite Oberflächenbehandlung hat. Bei der dargestellten Ausführungsform stoßen der erste Teilbereich 108 und der zweite Teilbereich 112 aneinander an, aber bei anderen Ausführungsformen müssen sie nicht anstoßen. Darüber hinaus ist bei der dargestellten Ausführungsform der erste Teilbereich 108 über dem zweiten Teilbereich 112, aber bei anderen Ausführungsformen können ihre Positionen umgekehrt sein (siehe z. B. 1C–1D). Bei einer Ausführungsform macht die erste Oberflächenbehandlung den ersten Teilbereich 108 zu einem 50/50-(50% Transmission bzw. Durchlass, 50% Reflexion)-Spiegel und die zweite Oberflächenbehandlung ist eine Beschichtung, die veranlasst, dass der zweite Teilbereich 112 im Wesentlichen nicht sichtbare Augenmessstrahlung reflektiert, wie beispielsweise Infrarot, während zugelassen ist, dass sichtbare Wellenlängen von Licht hindurchlaufen. Andere Ausführungsformen können natürlich andere erste und zweite Oberflächenbehandlungen für den ersten Teilbereich 108 und den zweiten Teilbereich 112 verwenden.
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Ein erster Wellenleiter 106 und ein zweiter Wellenleiter 110 sind im Okular 102 als Ergebnis der unterschiedlichen Oberflächenbehandlungen ausgebildet, die auf den ersten Teilbereich 108 der abgewinkelten Oberfläche 104 und den zweiten Teilbereich 112 der abgewinkelten Oberfläche 104 angewendet sind. Der erste Wellenleiter 106 erstreckt sich im Wesentlichen von der Anzeige 116 durch einen optischen Koppler 114 und das Okular 102 zum ersten Teilbereich 108 der abgewinkelten Oberfläche 104. Der zweite Wellenleiter 110 erstreckt sich im Wesentlichen vom zweiten Teilbereich 112 der abgewinkelten Oberfläche 104 durch das Okular 102 und dem optischen Koppler 114 zur Kamera 118. Die Höhe (d. h. das Ausmaß in der der y-Richtung) und die Tiefe (d. h. das Ausmaß in der z-Richtung) des ersten Wellenleiters 106 und des zweiten Wellenleiters 110 werden generell auf die Höhe und Tiefe des ersten Teilbereichs 108 und des zweiten Teilbereichs 112 der abgewinkelten Oberfläche 104 bezogen sein. Bei der dargestellten Ausführungsform sind der erste Wellenleiter 106 und der zweite Wellenleiter 110 als getrennte Wellenleiter innerhalb des Okulars 102 gezeigt, aber bei anderen Ausführungsformen muss es keine physikalische oder optische Trennung zwischen den Wellenleitern 106 und 110 geben.
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Ein optischer Koppler 114 ist entlang des Rands 105 positioniert, so dass die Anzeige 116 und die Kamera 118 mit dem Okular 102 optisch gekoppelt sein können. Spezifischer koppelt der optische Koppler 114 die Anzeige 116 mit dem ersten Wellenleiter 106 und koppelt auch eine Augenmesskamera 118 mit dem zweiten Wellenleiter 110. Bei der dargestellten Ausführungsform ist der optische Koppler 114 ein Prisma oder ein prismatisches Element, aber bei anderen Ausführungsformen können andere Typen von optischem Koppler verwendet werden. Und bei der dargestellten Ausführungsform ist der optische Koppler 114 ein einzelnes Stück, das sowohl die Anzeige 116 als auch die Kamera 118 mit dem Okular 102 koppelt, aber bei anderen Ausführungsformen kann es mehrere optische Koppler geben, so dass die Anzeige 116 und die Kamera 118 mit dem Okular 102 durch separate optische Koppler gekoppelt werden. Ebenso ist bei der dargestellten Ausführungsform der optische Koppler 114 an dem Okular 102 angebracht, wie beispielsweise durch Verwenden eines optisch transparenten Klebemittels, aber bei anderen Ausführungsformen kann der optische Koppler 114 integral mit dem Okular 102 ausgebildet sein.
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Eine Anzeige 116 und eine Kamera 118 sind optisch mit dem Okular 102 über den optischen Koppler 114 gekoppelt. Die Anzeige 116 ist mit dem ersten Wellenleiter 106 optisch gekoppelt, so dass Anzeigelicht von der Anzeige 116 in den ersten Wellenleiter 106 eingegeben wird. Bei einer Ausführungsform ist die Anzeige 118 eine Flüssigkristall-auf-Silizium-(LCOS-)Anzeige, aber bei anderen Ausführungsformen können andere Arten von Anzeigen verwendet werden. Die Anzeige 116 kann auch zusätzliche Optik enthalten, um Anzeigelicht, das durch die Anzeige 116 emittiert wird, bevor das Anzeigelicht in den ersten Wellenleiter 106 eingeführt wird, zu konditionieren (d. h. fokussieren oder sammeln).
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Die Augenmesskamera 118 ist mit dem zweiten Wellenleiter 110 optisch gekoppelt, um eine Augenmessstrahlung zu empfangen, die vom Auge 10 reflektiert wird und in den zweiten Wellenleiter 110 durch den zweiten Teilbereich 112 der abgewinkelten Oberfläche 104 gekoppelt wird. Bei einer Ausführungsform kann die Kamera 118 eine Kamera sein, die Bildformungsoptik, einen Bildsensor, wie beispielsweise einen CMOS oder CCD-Bildsensor (siehe 4) und zusätzliche Elemente, wie beispielsweise eine Verarbeitungsschaltung und eine Logik, um durch die Kamera erfasste Bilder zu verarbeiten, enthält. Die Augenmessstrahlung kann eine Wellenlänge innerhalb des sichtbaren Bereichs oder außerhalb des sichtbaren Bereichs haben, wird aber allgemein von einer Wellenlänge sein, die eine andere als die durch die Anzeige 116 ausgegebene Wellenlänge ist. Bei einer Ausführungsform kann die Augenmessstrahlung Infrarot sein.
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Im Betrieb der augennahen Anzeige 100 können drei optische Pfade gleichzeitig in der Anzeige arbeiten. Ein Anzeigelichtpfad, ein Augenmessstrahlungspfad und ein Umgebungslichtpfad. Der Anzeigelichtpfad beginnt bei der Anzeige 116, die Anzeigelicht erzeugt, das in den ersten Wellenleiter 106 eintritt und durch den Wellenleiter durch einen Mechanismus, wie beispielsweise eine interne Totalreflexion, zum ersten Teilbereich 108 der abgewinkelten Oberfläche 104 wandert bei einer Ausführungsform, bei welcher aufgrund dessen, dass ihr erster Teilbereich 108 mit Oberflächenbehandlung ein 50/50-Spiegel ist, 50% des Anzeigelichts durch den Spiegel laufen, werden aber 50% gedreht werden, so dass es das Okular 102 verlässt und in das Auge 10 des Benutzers geführt wird.
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Der zweite optische Pfad ist der Pfad der Augenmessstrahlung. Eine Augenmessstrahlung wird durch das Auge 10 des Benutzers in Richtung zum zweiten Teilbereich 112 der abgewinkelten Oberfläche 104 reflektiert. Die durch das Auge 10 reflektierte Augenmessstrahlung kann aus dem Umgebungslicht entstehen oder kann aus einer oder mehreren Augenmessstrahlungsquellen entstehen, die Licht bei der Augenmesswellenlänge emittieren und positioniert sind, um Augenmessstrahlung in Richtung zum Auge 10 zu führen (siehe z. B. 4). Eine Augenmessstrahlung vom Auge 10, die auf den zweiten Teilbereich 112 einfällt, wird durch den zweiten Teilbereich in den zweiten Wellenleiter 110 reflektiert, durch welchen die Augenmessstrahlung zur Kamera 118 wandert. Die Augenmesskamera 118 kann dann die empfangene Augenmessstrahlung verwenden, um das Auge 10 des Benutzers abzubilden und seine Charakteristiken zu messen.
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Der dritte optische Pfad ist ein Umgebungslichtpfad. Bei einer Ausführungsform, bei welcher der erste Teilbereich 108 ein 50/50-Spiegel ist und der zweite Teilbereich 102 eine infrarotreflektierende Oberfläche ist, die zulässt, dass sichtbares Licht durchläuft, wird wenigstens ein Teil des sichtbaren Teilbereichs von Umgebungslicht von einer Szene 99 durch sowohl den ersten Teilbereich 108 als auch den zweiten Teilbereich 112 und durch das Okular 102 zum Auge 10 des Benutzers laufen, so dass der Benutzer gleichzeitig die Szene 99 und die Information von der Anzeige 116 sieht.
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1C stellt eine weitere Ausführungsform eines Heads-up-Displays 115 dar. Eine Anzeige 150 ist bezüglich eines Aufbaus ähnlich der Anzeige 100. Der primäre Unterschied zwischen den Anzeigen 100 und 150 besteht darin, dass die Anzeige 150 einen ersten Teilbereich 108 und einen zweiten Teilbereich 112 hat und somit einen ersten Wellenleiter 106 und einen zweiten Wellenleiter 110, die vertikal voneinander getrennt sind, anstelle anzustoßen bzw. anzugrenzen, wie bei der Anzeige 100. Die drei optischen Pfade in der Anzeige 150 sind gleich denjenigen in der Anzeige 100.
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1D stellt eine weitere Ausführungsform eines Heads-up-Displays 175 dar. Eine Anzeige 175 ist bezüglich eines Aufbaus ähnlich der Anzeige 150; der primäre Unterschied besteht in der Positionierung der Wellenleiter. In der Anzeige 175 sind die Positionen des ersten Wellenleiters 106 und des zweiten Wellenleiters 110 vertauscht, so dass der zweite Wellenleiter 110 über dem ersten Wellenleiter 106 ist, anstatt darunter. Die Anzeige 175 arbeitet gleich der Anzeige 100 mit drei gleichzeitig arbeitenden optischen Pfade: dem Anzeigelichtpfad, dem Augenmessstrahlungspfad und dem Umgebungslichtpfad.
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2A stellt eine augennahe Anzeige 200 dar, die bezüglich vieler Aspekte ähnlich der Anzeige 100 ist. Der primäre Unterschied zwischen den Anzeigen 100 und 200 besteht darin, dass bei der Anzeige 200 die Wellenleiter unterschiedlich gestapelt sind.
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Die Anzeige 200 enthält ein Okular 202, das eine vordere Oberfläche 201, eine hintere Oberfläche 203 und einen Rand 205 um den Umfang des Okulars hat. Das Okular 202 enthält einen ersten Wellenleiter 204 und einen zweiten Wellenleiter 208, die in der z-Richtung gestapelt sind, anstelle der y-Richtung wie bei der Anzeige 100, was bedeutet, dass einer vor dem anderen gestapelt ist, anstelle von einem über dem anderen. Bei der dargestellten Ausführungsform ist der zweite Wellenleiter 208 vor dem ersten Wellenleiter 204 gestapelt, aber bei anderen Ausführungsformen können ihre Positionen vertauscht sein. Und bei der dargestellten Ausführungsform machen der erste und der zweite Wellenleiter die vollständige Dicke des Okulars 202 aus – das heißt, dass der erste Wellenleiter 204 eine hintere Oberfläche 203 bildet und der zweite Wellenleiter 208 eine vordere Oberfläche 201 bildet – aber bei anderen Ausführungsformen können der erste und der zweite Wellenleiter 204 und 208 gestapelt sein, wie es gezeigt ist, während sie noch innerhalb des Okulars 202 eingebettet sind, so dass sie nicht die vordere und die hintere Oberfläche des Okulars bilden. Bei der dargestellten Ausführungsform ist das Okular 202 im Wesentlichen flach, aber wie bei der Anzeige 100 bei anderen Ausführungsformen können die vordere Oberfläche 201 und die hintere Oberfläche 203 gekrümmt sein, was zu einem Okular 202 führt, das auch gekrümmt ist (siehe z. B. 3).
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Der erste Wellenleiter 204 und der zweite Wellenleiter 208 können aus irgendeiner Art von Material hergestellt sein, das im Wesentlichen bei den Wellenlängen von Interesse transparent ist; bei einer Ausführungsform können die Wellenleiter 204 und 206 beispielsweise aus einem Plastikmaterial hergestellt sein, wie beispielsweise aus Polycarbonat oder Acrylglas, aber bei anderen Ausführungsformen könnten sie aus einem anderen Material hergestellt sein, wie beispielsweise aus Glas. Bei einigen Ausführungsformen können der erste Wellenleiter 204 und der zweite Wellenleiter 208 beide aus Materialien mit demselben Brechungsindex hergestellt sein, aber bei anderen Ausführungsformen müssen der erste Wellenleiter 204 und der zweite Wellenleiter 208 nicht denselben Brechungsindex haben. Bei Ausführungsformen, bei welchen der erste Wellenleiter 204 und der zweite Wellenleiter 208 gleiche Brechungsindizes haben, können sie entlang einer Schnittstelle 207 mit einem optischen Klebemittel mit niedrigem Index miteinander verbunden sein, so dass eine interne Totalreflexion separat innerhalb von jedem Wellenleiter erfolgen kann.
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Eine erste abgewinkelte Oberfläche 206 ist lateral (d. h. in der x-Richtung) in einem Teil des Okulars 202 positioniert, der sich im Wesentlichen mit dem Auge 10 ausrichtet (im Wesentlichen in der Mitte des Okulars bei der dargestellten Ausführungsform). Die abgewinkelte Oberfläche 206 ist ausgerichtet, um Anzeigelicht, das von der Anzeige 214 durch den Wellenleiter 204 in Richtung zum Auge 10 wandert, zu führen. Bei einer Ausführungsform kann sich die abgewinkelte Oberfläche 206 durch im Wesentlichen die gesamte Tiefe des Wellenleiters 204 von vorne nach hinten (d. h. in der z-Richtung) und im Wesentlichen durch die gesamte Höhe des Wellenleiters 204 von oben nach unten (d. h. in der y-Richtung) erstrecken. Aber bei anderen Ausführungsformen muss die abgewinkelte Oberfläche 206 sich nicht durch die vollständige Tiefe oder Höhe des Wellenleiters 204 erstrecken. Wenigstens ein Teilbereich der abgewinkelten Oberfläche 206 hat eine erste Oberflächenbehandlung, die veranlasst, dass der Teilbereich der abgewinkelten Oberfläche 206 teilweise reflektierend ist. Beispielsweise kann die erste Oberflächenbehandlung bei einer Ausführungsform veranlassen, dass der erste Teilbereich der abgewinkelten Oberfläche 206 ein 50/50-(50% Transmission bzw. Durchlass, 50% Reflexion)-Spiegel ist, aber andere Ausführungsformen können natürlich andere erste Oberflächenbehandlungen verwenden.
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Eine zweite abgewinkelte Oberfläche 210 ist lateral (d. h. in der x-Richtung) in einem Teil des Okulars 202 positioniert, der sich im Wesentlichen mit dem Auge 10 ausrichtet (im Wesentlichen in der Mitte des Okulars bei der dargestellten Ausführungsform). Eine zweite abgewinkelte Oberfläche 210 ist ausgerichtet, um einfallende Augenmessstrahlung zu empfangen, die durch das Auge 10 reflektiert ist, und sie in den Wellenleiter 208 zu führen, so dass sie zur Kamera 218 wandert. Bei einer Ausführungsform kann sich die abgewinkelte Oberfläche 210 durch im Wesentlichen die gesamte Tiefe des Wellenleiters 208 von vorne nach hinten (d. h. in der z-Richtung) erstrecken und kann sich im Wesentlichen durch eine gesamte Höhe des Wellenleiters 208 von oben nach unten (d. h. in der y-Richtung) erstrecken. Aber bei anderen Ausführungsformen muss sich die abgewinkelte Oberfläche 210 nicht durch die vollständige Tiefe oder Höhe des Wellenleiters 208 erstrecken. Wenigstens ein Teilbereich der abgewinkelten Oberfläche 210 hat eine zweite Oberflächenbehandlung, die veranlasst, dass der behandelte Teilbereich der abgewinkelten Oberfläche 210 wenigstens teilweise reflektierend zu einer Augenmessstrahlung ist. Bei einer Ausführungsform kann die zweite Oberflächenbehandlung eine Beschichtung sein, die im Wesentlichen nicht sichtbare Augenmessstrahlung reflektiert, wie beispielsweise Infrarot, während zugelassen ist, dass sichtbare Wellenlängen von Licht hindurchlaufen. Andere Ausführungsformen können natürlich andere zweite Oberflächenbehandlungen verwenden.
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Wie bei der Anzeige 100 können bei der Anzeige 200 drei optische Pfade gleichzeitig arbeiten: ein Anzeigelichtpfad, ein Augenmessstrahlungspfad und ein Umgebungslichtpfad. Der Anzeigelichtpfad beginnt bei der Anzeige 214, die Anzeigelicht erzeugt, das in den ersten Wellenleiter 204 eintritt und durch den Wellenleiter durch einen Mechanismus, wie beispielsweise eine interne Totalreflexion, zum behandelten Teilbereich der abgewinkelten Oberfläche 206 wandert. Bei einer Ausführungsform, bei welcher deshalb, weil ihr erster Teilbereich 108 mit Oberflächenbehandlung ein 50/50-Spiegel ist, wird 50% des Anzeigelichts durch den Spiegel laufen, wird aber 50% gedreht werden, so dass es das Okular 202 verlässt und in das Auge 10 eines Benutzers geführt wird.
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Der zweite optische Pfad ist der Pfad der Augenmessstrahlung. Die Augenmessstrahlung wird durch das Auge 10 des Benutzers in Richtung zur ersten abgewinkelten Oberfläche 206 reflektiert, die, weil sie ein 50/50-Spiegel ist, die Hälfte der Strahlung weiter zur zweiten abgewinkelten Oberfläche 210 sendet. Die Augenmessstrahlung, die auf den behandelten Teilbereich der zweiten abgewinkelten Oberfläche 210 einfällt, wird in den zweiten Wellenleitern 208 reflektiert, durch welchen die Augenmessstrahlung zur Kamera 218 wandert. Die Augenmesskamera 218 kann dann die empfangene Augenmessstrahlung verwenden, um das Auge 10 des Benutzers abzubilden und seine Charakteristiken zu messen.
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Der dritte optische Pfad ist der Umgebungslichtpfad. Bei einer Ausführungsform, bei welcher wenigstens ein Teilbereich der ersten abgewinkelten Oberfläche 206 ein 50/50-Spiegel ist und wenigsten sein Teilbereich der zweiten abgewinkelten Oberfläche 210 eine infrareflektierende Oberfläche ist, die zulässt, dass sichtbares Licht durchläuft, wird wenigstens ein Teil des sichtbaren Teilbereichs von Umgebungslicht von einer Szene 99 durch sowohl die erste abgewinkelte Oberfläche 206 als auch die zweite abgewinkelte Oberfläche 210 und durch das Okular 102 zum Auge 10 des Benutzers laufen, so dass der Benutzer gleichzeitig die Szene 99 und die Information von der Anzeige 214 sieht.
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2B stellt eine augennahe Anzeige 250 dar, die bezüglich vieler Aspekte ähnlich der Anzeige 200 ist. Der primäre Unterschied zwischen den Anzeigen 200 und 250 besteht darin, dass abgewinkelte Oberflächen unterschiedlich positioniert sind. Bei der Anzeige 250 sind die erste abgewinkelte Oberfläche 206 und die zwei abgewinkelte Oberfläche lateral versetzt (d. h. in der x-Richtung versetzt), aber noch innerhalb des Gesichtsfelds des Auges 10. Die drei optischen Pfade in der Anzeige 250 sind gleich denjenigen in der Anzeige 200, außer dass der optische Umgebungslichtpfad und der optische Augenmesspfad nicht durch beide abgewinkelten Oberflächen verlaufen müssen.
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3 stellt eine Ausführungsform eines Heads-up-Displays 300 dar, das als ein Paar von Augengläsern implementiert ist. Die Heads-Up-Anzeige 300 enthält ein Paar von Okularen 304, von welchen wenigstens eines eine augennahe Anzeige sein kann, wie beispielsweise die augennahen Anzeigen 100, 150, 175, 200 oder 250. Bei der dargestellten Ausführungsform enthält ein Objektiv bzw. eine Linse 304 einen ersten Wellenleiter 308 und einen zweiten Wellenleiter 310. Ein optischer Koppler 312 ist an einem Rand der Linse 304 positioniert und eine Anzeige/Kamera-Anordnung 314 ist durch den optischen Koppler optisch mit der Linse 304 gekoppelt – und somit mit dem ersten Wellenleiter 308 und dem zweiten Wellenleiter 310.
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Okulare 304 sind an einem Rahmen 302 angebracht, der einen Arm für ein linkes Ohr 304 und einen Arm für ein rechts Ohr (nicht gezeigt) enthält, um die Anzeige 300 an einem Kopf eines Benutzers mit Okularen 304 positioniert zu halten, die vor den Augen des Benutzers richtig positioniert sind. Obwohl die Figur eine binokulare Ausführungsform (zwei Okulare) darstellt, kann das Heads-up-Display 300 auch als eine monokulare (ein Okular) Ausführungsform implementiert sein. Natürlich können andere Rahmenanordnungen mit anderen Formen verwendet werden (z. B. ein Visier mit Ohrarmen und einer Nasenstegstütze, ein einzelnes zusammenhängendes Headset-Element, ein Kopfband, oder eine Augenkleidung vom Schutzbrillentyp, etc.).
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4 stellt eine weitere Ausführungsform einer augennahen Anzeige 400 dar. Bei einigen Ausführungsformen kann die Augenmessstrahlung von Umgebungslicht kommen, das aus der Szene oder aus der umgebenden Region entsteht, aber bei anderen Ausführungsformen kann es nötig sein, eine Beleuchtung zur Verfügung zu stellen, die eine Strahlung bei der Augenmesswellenlänge emittiert. Die Anzeige 400 enthält ein Paar von Augenmessstrahlungsquellen 402, die um eine abgewinkelte Oberfläche 104 positioniert sind. Die Augenmessstrahlungsquellen 402 emittieren eine Strahlung bei der Augenmesswellenlänge und sind positioniert und ausgerichtet, um ihre Augenmessstrahlung in Richtung zum Auge 10 eines Benutzers zu führen, so dass wenigstens einiges der vom Auge 10 reflektierten Augenmessstrahlung in Richtung zur abgewinkelten Oberfläche 104 gerichtet sein wird. Bei einer Brillenausführungsform, wie beispielsweise derjenigen, die in 3 gezeigt ist, können beispielsweise Quellen 402 irgendwo am Rahmen bzw. Gestell positioniert sein. Bei einer Ausführungsform sind Quellen 402 Infrarot-LEDs, so dass das Augenmesslicht eine Wellenlänge im Infrarotbereich hat. Aber bei anderen Ausführungsformen können die Quellen 402 unterschiedliche Strahlungsquellen sein, die eine unterschiedliche Wellenlänge oder einen unterschiedlichen Wellenlängenbereich emittieren. Allgemein kann es erwünscht sein, dass die Quellen 402 einen breiten Strahl von Strahlung emittieren, der das Auge 10 im Wesentlichen beleuchtet.
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Zusätzlich zu oder anstelle von den Quellen 402 kann die Anzeige 400 Augenmessstrahlungsquellen 404 enthalten, die an oder nahe zu der Kamera 118 positioniert sind. Bei der dargestellten Ausführungsform sind Augenmessstrahlungsquellen 404 auf jeder Seite der bildgebenden Optik positioniert, die mit der Kamera 118 assoziiert ist, so dass eine Augenmessstrahlung durch den zweiten Wellenleiter 110 im Okular 102 (siehe 1B) wandert und von dem zweiten Teilbereich 112 in das Auge 10 reflektiert wird. Das Auge 10 reflektiert dann die Augenmessstrahlung zurück in das Okular 102, wo sie durch den zweiten Teilbereich 112 in den zweiten Wellenleiter 110 und zur Kamera 118 reflektiert wird. Obwohl die dargestellte Ausführungsform zwei Strahlungsquellen 404 zeigt, können andere Ausführungsformen mehr oder weniger Strahlungsquellen enthalten. Bei noch anderen Ausführungsformen können die Augenmessstrahlungsquellen 404 anders positioniert sein, als es gezeigt ist.
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5 stellt eine Ausführungsform eines Prozesses zum Herstellen einer augennahen Anzeige 100 dar, obwohl der dargestellte Prozess auch zum Herstellen der anderen offenbarten Anzeigen verwendet werden kann. Eine erste Hälfte 102A und eine zweite Hälfte 102B des Okulars 102 werden zuerst aus einem erwünschten Material ausgebildet. Die erste Hälfte 102A enthält eine erste abgewinkelte Oberfläche 104A und eine zweite Hälfte 102B enthält eine zweite abgewinkelte Oberfläche 104B. Die erste und die zweite Oberflächenbehandlung werden auf die Teilbereiche der ersten abgewinkelten Oberfläche 104A, der zweiten abgewinkelten Oberfläche 104B oder beide angewendet, und dann werden die erste Hälfte 102A und die zweite Hälfte 102B zusammengesetzt, so dass die abgewinkelten Oberflächen 104A und 104B zueinander passen und verbunden werden, wie beispielsweise mit einem optisch transparenten Klebemittel, um eine abgewinkelte Oberfläche 104 auszubilden. Nachdem das Okular 102 durch Verbinden der Hälften 102A und 102B ausgebildet ist, wird der optische Koppler 114 an einen Rand des Okulars unter Verwendung eines optisch transparenten Klebemittels angebracht. Und nachdem der optische Koppler 114 mit dem Okular 102 verbunden ist, werden eine Anzeige 116 und eine Kamera 114 mit dem optischen Koppler 114 unter Verwendung eines optisch transparenten Klebemittels oder unter Verwendung von anderen Befestigungsmitteln verbunden. Bei anderen Ausführungsformen kann die Anzeige 100 natürlich durch einen anderen Prozess aufgebaut werden, als es gezeigt ist.
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Die obige Beschreibung von Ausführungsformen, einschließlich von dem, was in der Zusammenfassung beschrieben ist, soll nicht erschöpfend sein oder die Erfindung auf die beschriebenen Formen beschränken. Spezifische Ausführungsformen von der und Beispiele für die Erfindung sind hierin zu illustrativen Zwecken beschrieben, aber verschiedene äquivalente Modifikationen sind innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung angesichts der obigen detaillierten Beschreibung möglich, wie es Fachleute auf dem Gebiet erkennen werden.
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Die in den folgenden Ansprüchen verwendeten Ausdrücke sollten nicht derart interpretiert werden, dass sie die Erfindung auf die spezifischen Ausführungsformen beschränken, die in der Beschreibung und den Ansprüchen offenbart sind. Vielmehr ist der Schutzumfang der Erfindung gänzlich durch die folgenden Ansprüche zu bestimmen, die unter Verwendung etablierter Anspruchsinterpretationsdoktrinen zu interpretieren sind.
