DE19620658C1 - Head-mounted display device - Google Patents

Head-mounted display device

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Abstract

The invention relates to a head-mounted display which has fastening means which can be used to fasten the display to the head in a predetermined carrier position, and projection means. Said projection means has a micro-mirror array (1) with a plurality of micro mirrors which can be turned in at least two positions, and a light source. Light emitted from the light source is beamed on the micro-mirror array. By turning the micro-mirror in a selective manner into one of the two positions, the light reflected from the micro-mirror array (1) produces the picture elements of the projection. Said projection itself may be obtained in that a picture produced by the micro-mirror array (1) is displayed by a magnifying lens (6) on a semi-permeable glass disc (8) with the result that the projection is visible to the eye (7).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anzeigeeinrichtung, die am Kopf tragbar ist, ein sogenanntes Head-Mounted-Display (HMD) nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a display device, the Head is portable, a so-called head-mounted display (HMD) the preamble of claim 1.

Eine Anzeigeeinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus PHOTONICS SPECTRA, Juni 1995, S. 18 oder aus der DE 40 09 047 A1 bekannt.A display device according to the preamble of claim 1 known from PHOTONICS SPECTRA, June 1995, p. 18 or from DE 40 09 047 A1.

Hochentwickelte Simulationstechniken, Animationen mit bewegten Bildern und virtuelle Umgebungen erfordern neue Konzepte zur Mensch-Maschine-Kommunikation. Ein solches Konzept ist ein soge­ nanntes HMD. Darunter wird allgemein und auch im folgenden eine Anzeigeeinrichtung verstanden, die z. B. vergleichbar einer normalen Brille oder mittels eines Stirnbandes oder eines Helmes am Kopf getragen wird. Die Anzeigeeinrichtung weist zwei kleine Anzeigeeinrichtungen, die gewöhnlicherweise als Flüssigkri­ stallanzeigegerät (LCD) ausgebildet sind, auf. Zwischen den Augen und den Anzeigeeinheiten sind üblicherweise jeweils Linsen ange­ ordnet, die eine scharfe Abbildung der Anzeigeeinheit auf die Netzhaut bei entspannter Augenlinse (entspanntes Sehen) ermögli­ chen. Eine solche Anzeigeeinrichtung, die wie eine Brille getragen wird, wird unter der Bezeichnung "Virtual i-glasses" von der Firma Virtual Products GmbH, Bensheim angeboten. Eine solche An­ zeigeeinrichtung, die in einem Helm angeordnet ist, ist aus "Helmet-mounted displays incorporate new technology", Chris Chin­ nock, LASER FOCUS WORLD, Mai 1995, S. 145-152 bekannt. Advanced simulation techniques, animations with moving Images and virtual environments require new concepts for Human-machine communication. Such a concept is a so-called called HMD. Among them there is a general one and also in the following Understood display device, the z. B. comparable to one normal glasses or with a headband or a helmet is worn on the head. The display device has two small ones Display devices, usually called liquid crystal stall display device (LCD) are formed on. Between the eyes and the display units are usually each lens assigns a sharp image of the display unit to the Retina with relaxed eye lens (relaxed vision) possible chen. Such a display device, worn like glasses is called "Virtual i-glasses" by the company Virtual Products GmbH, Bensheim. Such an approach pointing device, which is arranged in a helmet, is off "Helmet-mounted displays incorporate new technology", Chris Chin nock, LASER FOCUS WORLD, May 1995, pp. 145-152.  

Auf den Anzeigeeinheiten werden in üblicher Weise erzeugte Bilder dargestellt. Eine Darstellung, die einen dreidimensionalen Ein­ druck (Stereosehen) vermittelt, wird durch die Anzeige perspekti­ visch unterschiedlicher Bilder für das linke und das rechte Auge erreicht, wie es in Eli Peli, "Real Vision & Virtual Reality", Optics & Photonics News, Juli 1995, S. 28-34 beschrieben ist. Die Erzeugung solcher sogenannter Stereobildsignale erfolgt in bekannter Weise durch Stereokameras oder Computerbildanimation.Images are produced in the usual way on the display units shown. A representation that is a three-dimensional one pressure (stereo vision) is conveyed by the display perspekti visch different pictures for the left and the right eye achieved, as in Eli Peli, "Real Vision & Virtual Reality", Optics & Photonics News, July 1995, pp. 28-34. Such so-called stereo image signals are generated in known way by stereo cameras or computer image animation.

Für den Bereich der sogenannten "Virtual Reality", d. h. der Ver­ mittlung von im Computer erzeugten Umgebungen und Ereignissen, verfügen die Anzeigeeinrichtungen (HMD) zusätzlich über Sensorik zur Bestimmung von Kopfposition und Kopfbewegungen.For the area of so-called "virtual reality", i. H. the ver determination of environments and events created in the computer, the display devices (HMD) also have sensors for determining head position and head movements.

Eines der Hauptprobleme der bekannten Lösungen ist die verhält­ nismäßig begrenzte Bildqualität aufgrund der geringen Pixelzahl (Anzahl der Bildpunkte) und Pixeldichte der verwendeten Bild­ schirme der Anzeigeeinheiten. Je nach verwendeter Bildschirmtech­ nologie sind die Helligkeits- und die Farbdynamik stark begrenzt.One of the main problems of the known solutions is the behavior The image quality is limited due to the small number of pixels (Number of pixels) and pixel density of the image used screens of the display units. Depending on the screen technology used nology, the brightness and color dynamics are severely limited.

Bei der aus PHOTONICS SPECTRA, Juni 1995, S. 18 bekannten Anzei­ geeinrichtung wird das Bild zur Darstellung auf eine geneigte Scheibe projiziert, die zu ca. 10% durchlässig für das von außen in Richtung Auge durchtretende Licht bleibt. Dadurch wird eine Überlagerung von Projektion und Umgebungssicht ermöglicht.In the advertisement known from PHOTONICS SPECTRA, June 1995, p. 18 The image is displayed on an inclined device Projected disc that is about 10% permeable to the outside light passing through towards the eye remains. This will make one Overlay of projection and environmental view possible.

Aus der Mikrosystemtechnik sind Mikrospiegel-Arrays bekannt. Ein solches Mikrospiegel-Array (DMD = Digital Micromirror Device) weist mehrere hunderttausend Spiegel, die in einer Matrix ange­ ordnet und jeweils einzeln zur Veränderung der Spiegelstellung ansteuerbar sind, auf. Ein gebräuchlicher DMD-Chip mit äußeren Abmessungen von ca. 3×4 cm, der in 5 V, 0,8 µm-CMOS-Technologie gefertigt ist, hat eine aktive Spiegel-Array-Fläche von ca. 15×13 mm mit ca. 440 000 Spiegeln. Ein solcher DMD-Chip ist in Fein­ werktechnik und Meßtechnik F & M, 6/1995, S. 324 beschrieben. Micromirror arrays are known from microsystem technology. On such a micromirror array (DMD = digital micromirror device) has several hundred thousand mirrors arranged in a matrix arranges and individually for changing the mirror position are controllable. A common DMD chip with outer Dimensions of approx. 3 × 4 cm, in 5 V, 0.8 µm CMOS technology has an active mirror array area of approximately 15 × 13 mm with approx. 440,000 mirrors. Such a DMD chip is fine work technology and measuring technology F & M, 6/1995, p. 324.  

Momentan werden solche DMDs für die Entwicklung von Großraumbild­ schirmen für hochauflösendes Fernsehen (HDTV) verwendet, wie es z. B. in Elektronik 2/1996, Seiten 56-58 und 63-70 beschrieben ist. Der DMD reflektiert dabei je nach lokaler Spiegelstellung Licht in die Projektionsoptik. Das Farbattribut eines Bildpunktes ergibt sich aus der zeitlichen Synchronisation der Spiegelstellung mit einer rotierenden Farbfilterscheibe. Alternativ kann für jede Farbe (RGB) ein DMD verwendet werden. Die Farben (RGB) können mit einer Lampe und Filtern oder mittels dreier Laser erzeugt werden.Such DMDs are currently used for the development of large-format images screens for high-definition television (HDTV) used, as z. B. in electronics 2/1996, pages 56-58 and 63-70. The DMD reflects light in depending on the local mirror position the projection optics. The color attribute of a pixel results from the temporal synchronization of the mirror position with a rotating color filter disc. Alternatively, for each color (RGB) a DMD can be used. The colors (RGB) can be with a lamp and filtering or using three lasers.

Aus der DE 44 26 877 A1 ist ein Sehtestgerät bekannt, bei dem Seh­ zeichen mittels eines DMD, der von einer Lichtquelle beleuchtet wird, unter Steuerung durch eine Projektionssteuereinrichtung er­ zeugt werden. Die Sehzeichen können direkt oder als Projektion be­ trachtet werden.From DE 44 26 877 A1 an eye test device is known in which eyesight Sign using a DMD illuminated by a light source is under the control of a projection control device be fathered. The optotypes can be direct or as a projection to be sought.

Aus der DE 39 38 515 A1 ist ein Gerät zur Wiedergabe stereoskopi­ scher Videobilder bekannt, das eine Anzeigeeinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 aufweist, wobei die Bildinformation für das rechte und das linke Auge durch jeweils einen LCD-Monitor er­ zeugt und über ein Spiegel- und Linsensystem vor die Augen proji­ ziert wird.DE 39 38 515 A1 discloses a device for stereoscopic reproduction shear video images known that a display device after Preamble of claim 1, wherein the image information for the right and left eye through an LCD monitor testifies and projected in front of the eyes via a mirror and lens system is decorated.

Aus der DE 40 10 789 A1 ist ein Lichtwellenleitersicherheitssystem bekannt, bei dem zwei Lichtwellenleiter zur Übertragung zweier Laserstrahlen verwendet werden.DE 40 10 789 A1 describes an optical fiber security system known in which two optical fibers for the transmission of two Laser beams are used.

Aus der US 5 457 566 ist die Verwendung eines DMD in einem IR-Scan­ system bekannt.From US 5 457 566 is the use of a DMD in an IR scan system known.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anzeigeeinrich­ tung, die am Kopf tragbar ist, anzugeben, die in einfacher Weise eine verbesserte Bilddarstellung und flexible Anwendungsmöglich­ keiten bietet.It is an object of the present invention to provide a display device device that can be worn on the head, to indicate the simple way improved image display and flexible application possibilities offers.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Anzeigeeinrichtung nach An­ spruch 1.This object is achieved by a display device according to An saying 1.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angege­ ben.Developments of the invention are specified in the subclaims ben.

Die Anzeigeeinrichtung ermöglicht durch die Verwendung des Mikro­ spiegel-Arrays mit seiner hohen Auflösung und die Möglichkeit der Verwendung nahezu beliebiger Lichtquellen eine Bilddarstellung mit hoher Auflösung und hoher Helligkeits- und Farbdynamik.The display device enables by using the micro mirror arrays with its high resolution and the possibility of Using almost any light source with an image display high resolution and high brightness and color dynamics.

Durch Verwendung einer Glasfaser zur Zuführung des Lichtes zu dem Mikrospiegel-Array wird eine hohe Flexibilität für die Bauweise der Anzeigeeinrichtung erreicht. Es können dadurch z. B. die lich­ terzeugenden Bauteile und die Steuerung am Hinterkopf angeordnet werden, so daß eine den Tragekomfort erhöhende Gewichtsverteilung möglich ist.By using an optical fiber to deliver the light to the Micromirror array will provide great flexibility for construction reached the display device. It can z. B. the Lich producing components and the control arranged at the back of the head be, so that the comfort increases weight distribution is possible.

Weitere Vorteile und Zweckmäßigkeiten von Ausführungsbeispielen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:Further advantages and advantages of exemplary embodiments of the invention result from the description of exemplary embodiments with reference to the figures. From the figures show:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung der Lichtquelle, der-Optik und des Mikrospiegel-Arrays nach einer-Ausfüh­ rungsform der Erfindung; Fig. 1 is a schematic diagram of the light source, the optics and the micromirror array according to one embodiment of the invention;

Fig. 2 a), b) die geometrischen Verhältnisse des Lichtein- und -ausfalls auf einem Mikrospiegel-Array nach einer Ausführungsform der Erfindung; Fig. 2 a), b) the geometrical relationships of the light entry and -ausfalls on a micromirror array according to an embodiment of the invention;

Fig. 3 eine Prinzipdarstellung der Projektion direkt in das Auge nach einer Ausführungsform der Erfindung; und Figure 3 is a schematic representation of the projection directly into the eye according to an embodiment of the invention. and

Fig. 4 eine Prinzipdarstellung der Projektion auf eine Scheibe nach einer Ausführungsform der Erfindung. Fig. 4 is a schematic diagram of the projection onto a pane according to an embodiment of the invention.

Eine Anzeigeeinrichtung, die am Kopf tragbar ist, nach einer Aus­ führungsform der Erfindung weist eine Befestigungseinrichtung wie ein Brillengestell, ein Stirnband oder einen Helm, mittels derer die Anzeigeeinrichtung an dem Kopf des Benutzers in einer vorbe­ stimmten Tragestellung befestigbar ist, auf. Die Anzeigeeinrich­ tung erzeugt mittels einer Projektionseinrichtung die Projektion eines Bildes, das dem Benutzer angezeigt werden soll. Dabei wird die Bildinformation durch eine Projektions-Steuereinrichtung in üblicher Weise, wie sie einleitend beschrieben wurde, in ein an­ zuzeigendes Bild umgesetzt. Dabei kann je nach Anwendungszweck ein zweidimensionales oder in bekannter Weise ein dreidimensionales Bild (Stereosehen) in Schwarz/Weiß-Darstellung (S/W) oder in farbiger Darstellung erzeugt werden.A display device that can be worn on the head after an off leadership form of the invention has a fastening device such an eyeglass frame, a headband or a helmet, by means of which the display device on the user's head in front agreed carrying position is attachable. The display device device generates the projection by means of a projection device an image to be displayed to the user. Doing so the image information by a projection control device in usual way, as described in the introduction, in a showing picture implemented. Depending on the application, a two-dimensional or, in a known manner, a three-dimensional one Picture (stereo viewing) in black and white (B / W) or in colored representation can be generated.

Bei der Anzeigeeinrichtung werden die Bildpunkte (Pixel) des an­ zuzeigenden Bildes, dessen Projektion später beschrieben wird, durch die Mikrospiegel eines Mikrospiegel-Arrays erzeugt. Dazu wird das Mikrospiegel-Array mit Licht aus einer Lichtquelle be­ strahlt. Für eine farbige Darstellung des anzuzeigenden Bildes werden nach einer Ausführungsform der Erfindung in üblicher Weise drei Farbanteile für eine RGB-Darstellung des Farbbildes verwen­ det. Die Rot-, Grün- und Blau-Komponenten werden nach einer Ausführungsform der Erfindung durch Photo- bzw. Laserdioden erzeugt. Photo- bzw. Laserdioden, die rotes bzw. grünes Licht erzeugen, sind bereits heute ohne weiteres verfügbar. Photo- bzw. Laserdioden, die blaues Licht erzeugen, befinden sich in der Entwicklung und werden in absehbarer Zeit verfügbar sein. Alternativ kann die blaue Farbkomponente durch eine kleine Lampe mit einem entsprechenden Farbfilter erzeugt werden. In the display device, the pixels of the on image to be displayed, the projection of which will be described later, generated by the micromirrors of a micromirror array. To the micromirror array is loaded with light from a light source shine. For a color representation of the image to be displayed are according to an embodiment of the invention in the usual way Use three color parts for an RGB representation of the color image det. The red, green and blue components are after one Embodiment of the invention by photo or laser diodes generated. Photo or laser diodes, the red or green light are already readily available today. Photo or Laser diodes that generate blue light are in the Development and will be available in the foreseeable future. Alternatively, the blue color component by a small lamp be generated with an appropriate color filter.  

Es wird nun anhand der Prinzipdarstellung in Fig. 1 die Erzeugung der RGB-Anteile und die Bestrahlung des Mikrospiegel-Arrays mit diesen Farbanteilen über eine Bestrahlungsoptik beschrieben. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, sind die drei Dioden D1 bis D3, die jeweils einen der Farbanteile erzeugen, so angeordnet, daß sie den von Ihnen ausgesandten Farbanteil über eine Einkopplungsvorrichtung in einen als Glasfaser 3 ausgebildetem Lichtwellenleiter einkoppeln. Die Einkopplungsvorrichtung ist in Fig. 1 als Linse 2 ausgebildet. Das in die Glasfaser 3 eingekoppelte Licht (RGB-Anteile) wird durch die Glasfaser 3 in üblicher Weise geleitet und nach dem Austritt aus der Glasfaser 3 durch eine Bestrahlungsoptik 4, die in Fig. 1 als Sammel- und Kollimationsoptik ausgebildet ist, auf das Mikrospiegel-Array 1 gerichtet.The generation of the RGB components and the irradiation of the micromirror array with these color components by means of an irradiation optical system will now be described on the basis of the basic illustration in FIG. 1. As shown in FIG. 1, the three diodes D1 to D3, each of which generates one of the color components, are arranged in such a way that they couple the color component emitted by them into a fiber optic fiber 3 via a coupling device. The coupling device is designed as a lens 2 in FIG. 1. The light coupled into the glass fiber 3 (RGB components) is guided through the glass fiber 3 in a conventional manner and, after exiting the glass fiber 3, through an optical radiation system 4 , which is designed as a collection and collimation lens system in FIG. 1, onto the micromirror -Array 1 directed.

Alternativ zu der in Fig. 1 gezeigten Linse 2 kann die Einkopp­ lungsvorrichtung auch mittels eines Spiegels und zweier Strahl­ teiler wie folgt ausgebildet sein. Die Dioden sind längs einer Linie in einer ersten Richtung derart nebeneinander angeordnet, daß sie das von ihnen erzeugte Licht senkrecht zu dieser ersten Richtung und parallel zu dem von den jeweiligen anderen Dioden ausgesandtem Licht aussenden. Das Licht der in der ersten Richtung gesehen ersten Diode wird durch einen Spiegel um 90° in die erste Richtung umgelenkt, so daß das umgelenkte Licht die von den beiden anderen Dioden ausgesandten Strahlen unter einem Winkel von 90° kreuzt. An den beiden derart definierten Kreuzungspunkten sind jeweils Strahlteiler angeordnet, die das von den beiden anderen Dioden jeweils ausgesandte Licht ebenfalls um 90° in die erste Richtung ablenken und das an der Rückseite auftreffende, bereits um 90° in die erste Richtung abgelenkte Licht der vorhergehenden Diode(n) durchlassen, so daß ein alle drei Farbanteile aufwei­ sender Lichtstrahl, der sich in der ersten Richtung fortpflanzt, erzeugt wird. Dieser wird dann in üblicher Weise in die Glasfaser eingekoppelt.As an alternative to the lens 2 shown in FIG. 1, the coupling device can also be designed as follows by means of a mirror and two beam splitters. The diodes are arranged along a line in a first direction next to one another in such a way that they emit the light generated by them perpendicular to this first direction and parallel to the light emitted by the respective other diodes. The light of the first diode seen in the first direction is deflected by a mirror through 90 ° in the first direction, so that the deflected light crosses the beams emitted by the other two diodes at an angle of 90 °. Beam splitters are arranged at each of the two crossing points defined in this way, which also deflect the light emitted by the other two diodes by 90 ° in the first direction and the light from the preceding diode that is already incident on the back and is already deflected by 90 ° in the first direction (n) let through so that a light beam having all three color components and propagating in the first direction is produced. This is then coupled into the glass fiber in the usual way.

Wie eingangs beschrieben wurde, weist ein Mikrospiegel-Array in einer heute handelsüblichen Bauweise ca. 440 000 Spiegel, die in einer X-Y-Matrix angeordnet sind, auf. Jeder der Spiegel kann se­ lektiv in drei Stellungen ausgelenkt werden. In der ersten bzw. der zweiten Stellung ist die Normale oder Spiegelachse des ein­ zelnen Mikrospiegels um ±10° gegenüber der Normalen der X-Y-Matri­ xebene ausgelenkt. In der dritten Stellung ist die Normale oder Spiegelachse des Mikrospiegels parallel zu der formalen der X-Y-Matrixebene.As described at the outset, a micromirror array in FIG a construction currently in use around 440,000 mirrors, which in an X-Y matrix are arranged. Each of the mirrors can se be deflected selectively in three positions. In the first or the second position is the normal or mirror axis of the one  individual micromirror by ± 10 ° compared to the normal of the X-Y-Matri xplane deflected. In the third position is the normal or Mirror axis of the micromirror parallel to the formal of the X-Y matrix level.

Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Fig. 2 a) und b) die geometrischen Verhältnisses des Lichtein- und -ausfalls auf einem Mikrospiegel-Array beschrieben. Wie in Fig. 2a) gezeigt ist, wird durch die X-Y-Matrix des Mikrospiegel-Arrays 1 eine Ebene E auf­ gespannt, deren Normale N mit der Z-Achse des entsprechenden kar­ tesischen Koordinatensystems zusammenfällt. Das zur Bestrahlung des Mikrospiegel-Arrays 1 verwendete Licht, das wie oben be­ schrieben erzeugt wird, fällt längs einer Richtung C, die in der X-Z-Ebene liegt, auf das Mikrospiegel-Array 1 ein. Die Richtung C steht in einem Winkel -γ zu der Normalen N der Ebene E.In the following, with reference to Fig. 2 a) and b) the geometric relationship of the light entry and -ausfalls described on a micro mirror array. As shown in Fig. 2a), a plane E is spanned by the XY matrix of the micromirror array 1 , the normal N of which coincides with the Z axis of the corresponding Cartesian coordinate system. The light used for irradiating the micromirror array 1 , which is generated as described above, is incident on the micromirror array 1 along a direction C which lies in the XZ plane. The direction C is at an angle -γ to the normal N of the plane E.

Zur Vereinfachung der Beschreibung wird im folgenden angenommen, daß, wie in Fig. 2 b) gezeigt ist, jeder Mikrospiegel 5 des Mikro­ spiegel-Arrays 1 nur die erste Stellung S1 und die zweite Stellung S2, die oben beschrieben wurden, einnehmen kann. In der ersten Stellung steht die Normale oder Spiegelachse A des Mikrospiegels 5 in einem Winkel -α zu der Normale N der Ebene E. In der zweiten Stellung S2 steht der Mikrospiegel 5 in einem Winkel von +β zu der Normale N der Ebene E.To simplify the description, it is assumed below that, as shown in Fig. 2 b), each micromirror 5 of the micromirror array 1 can only assume the first position S1 and the second position S2, which were described above. In the first position, the normal or mirror axis A of the micromirror 5 is at an angle -α to the normal N of the plane E. In the second position S2, the micromirror 5 is at an angle of + β to the normal N of the plane E.

In Fig. 2 a) ist der Fall dargestellt, in dem der Winkel γ gleich dem Doppelten des Winkels α ist. Daraus folgt, daß das aus der Richtung C einfallende Licht von einem Mikrospiegel 5, der in der ersten Stellung S1 ist, in Richtung der Normalen N der Ebene E reflektiert wird. Wenn sich ein Mikrospiegel 5 in der zweiten Stellung S2 befindet, dann wird das aus der Richtung C einfallende Licht in einem Winkel von 2β +γ zu der Normalen N in der X-Z-Ebene reflektiert.In FIG. 2 a) shows the case in which the angle γ is equal to twice the angle α. It follows that the light incident from the direction C is reflected by a micromirror 5 , which is in the first position S1, in the direction of the normal N of the plane E. If a micromirror 5 is in the second position S2, then the light incident from the direction C is reflected at an angle of 2β + γ to the normal N in the XZ plane.

Das von den Spiegeln in der ersten Stellung S1 reflektierte Licht wird zur Projektion des anzuzeigenden Bildes verwendet, während das von den in der zweiten Stellung befindlichen Mikrospiegeln reflektierte Licht in eine Strahlenfalle gelenkt wird. Die Normale N der Ebene E fällt in Fig. 2a) daher mit der Projektionsrichtung PR zusammen, d. h. mit der Richtung, in der das reflektierte Licht zur Projektion verwendet wird. Durch eine entsprechende Auslenkung der Mikrospiegel 5 des Mikrospiegel-Arrays 1 in die erste oder in die zweite Stellung kann daher ein Bild mit mehreren hunderttau­ send Bildpunkten erzeugt werden.The light reflected by the mirrors in the first position S1 is used to project the image to be displayed, while the light reflected by the micromirrors in the second position is directed into a beam trap. The normal N of the plane E in FIG. 2a) therefore coincides with the projection direction PR, ie with the direction in which the reflected light is used for the projection. By an appropriate deflection of the micromirror 5 of the micromirror array 1 into the first or the second position, an image with several hundred thousand pixels can therefore be generated.

Nach einer Ausführungsform wird jeweils ein Mikrospiegel-Array zur Erzeugung der Projektion des Bildes für das linke bzw. das rechte Auge verwendet.According to one embodiment, a micromirror array is used for each Generation of the projection of the image for the left or the right Eye used.

Wie sich aus der Darstellung in Fig. 2 a) ohne weiteres ergibt, kann aber auch ein einzelnes Mikrospiegel-Array 1 zur Erzeugung von zwei unterschiedlichen Bildern (z. B. für das linke und das rechte Auge) verwendet werden. Wenn beispielsweise die Richtung C des einfallenden Lichtes in der Y-Z-Ebene liegt, ist es möglich, das von den in der ersten Stellung S1 befindlichen Mikrospiegeln reflektierte Licht zur Projektion eines ersten Bildes für das linke Auge und das von den in der zweiten Stellung S2 befindlichen Mikrospiegeln reflektierte Licht zur Projektion eines zweiten Bildes für das rechte Auge zu verwenden. Das von den in der eingangs beschrieben dritten Stellung befindlichen Mikrospiegeln reflektierte Licht wird in die Strahlenfalle reflektiert.As is readily apparent from the illustration in FIG. 2 a), a single micromirror array 1 can also be used to generate two different images (for example for the left and right eyes). If, for example, the direction C of the incident light lies in the YZ plane, it is possible to use the light reflected by the micromirrors in the first position S1 to project a first image for the left eye and that in the second position S2 Micromirrors use reflected light to project a second image for the right eye. The light reflected by the micromirrors in the third position described above is reflected in the beam trap.

In Fig. 3 ist die Anzeige eines Bildes mittels eines Mikrospiegel- Arrays 1 durch eine Projektion direkt auf die Netzhaut des Auges 7 dargestellt. Dazu wird vorteilhafterweise das durch das Mikrospie­ gel-Array 1 mit den in der ersten Stellung S1 befindlichen Mikrospiegeln 5 erzeugte Bild durch eine Vergrößerungsoptik 6 vor der Projektion auf die Netzhaut des Auges 7 vergrößert.In Fig. 3, the display is an image using a micromirror array 1 through a projection displayed directly on the retina of the eye. 7 For this purpose, the image generated by the micro mirror array 1 with the micro mirrors 5 in the first position S1 is advantageously enlarged by a magnifying lens 6 prior to the projection onto the retina of the eye 7 .

In Fig. 4 ist die Projektion des durch die in der ersten Stellung S1 befindlichen Mikrospiegel 5 des Mikrospiegel-Arrays 1 erzeugten Bildes auf eine Art "Mattscheibe" 8 dargestellt. Das von dem Mikrospiegel-Array 1 erzeugte Bild wird dabei zweckmäßigerweise durch eine Vergrößerungsoptik 6 vergrößert. Der Begriff "Mattscheibe" ist dabei so zu verstehen, daß die Mattscheibe ent­ weder eine ausschließlich diffus streuende Scheibe oder eine halbdurchlässige Glasscheibe ist. Bei der Verwendung einer halb­ durchlässigen Glasscheibe ergibt sich der Vorteil, daß der Benut­ zer der Anzeigeeinrichtung das projizierte Bild und gleichzeitig die Umgebung wahrnehmen kann. Nach einer besonderen Ausführungs­ form ist die halbdurchlässige Glasscheibe 8 derart ausgebildet, daß sie aus einem elektrochromen bzw. elektrooptischen Material besteht, das durch Anlegen eines elektrischen oder magnetischen Feldes undurchlässig oder halbdurchlässig gemacht werden kann. Das projizierte Bild kann im Bedarfsfall durch eine zweite zwischen Mattscheibe 8 und Auge 7 angeordnete Vergrößerungsoptik vergrößert werden. Die zweite Vergrößerungsoptik ist in Fig. 4 nicht dargestellt. FIG. 4 shows the projection of the image generated by the micromirrors 5 of the micromirror array 1 in the first position S1 onto a type of “ground glass” 8 . The image generated by the micromirror array 1 is expediently enlarged by a magnifying lens 6 . The term “ground glass” is to be understood in such a way that the ground glass is either an exclusively diffusely scattering pane or a semi-transparent glass pane. When using a semi-transparent glass pane, there is the advantage that the user of the display device can perceive the projected image and at the same time the surroundings. According to a special embodiment, the semi-transparent glass sheet 8 is formed such that it consists of an electrochromic or electro-optical material which can be made impermeable or semi-transparent by applying an electrical or magnetic field. If necessary, the projected image can be enlarged by a second magnifying lens arranged between the focusing screen 8 and the eye 7 . The second magnifying lens is not shown in FIG. 4.

Den oben beschriebenen Ausführungsformen der Anzeigeeinrichtung ist gemeinsam, daß das anzuzeigende Bild mittels Ansteuerung der einzelnen Mikrospiegel 5 des Mikrospiegel-Arrays 1 und Bestrahlung des Mikrospiegel-Arrays mit dem Licht der Lichtquelle erzeugt werden kann. Um eine Farbdarstellung des anzuzeigenden Bildes zu erreichen, ist es notwendig, die Ansteuerung der Mikrospiegel und die zeitliche Abfolge der Erzeugung der Farbanteile (RGB-Komponenten) zu synchronisieren.The above-described embodiments of the display device have in common that the image to be displayed can be generated by controlling the individual micromirrors 5 of the micromirror array 1 and irradiating the micromirror array with the light from the light source. In order to achieve a color representation of the image to be displayed, it is necessary to synchronize the control of the micromirrors and the chronological sequence of the generation of the color components (RGB components).

Das Mikrospiegel-Array 1 wird dazu mit einer sich periodisch wie­ derholenden Abfolge der Farbanteile, z. B. R G B R G B . . . ., be­ strahlt. Die Synchronisation erfolgt dabei nach einer Aus­ führungsform durch direktes Ansteuern (Ein- und Ausschalten) der entsprechenden Laser- oder Photodioden und ein damit abgestimmtes Ansteuern der Mikrospiegel, was bei den kurzen Ansprechzeiten heu­ tiger Dioden ohne weiteres möglich ist. Nach einer anderen Ausfüh­ rungsform wird zwischen die einzelnen Dioden und die Einkoppe­ lungsvorrichtung jeweils ein elektrooptisches Bauelement, wie eine Kerr- oder Pockels-Zelle, gesetzt, so daß durch entsprechende An­ steuerung der elektrooptischen Bauelemente eine Steuerung der zeitlichen Abfolge der Erzeugung der Farbanteile und ein damit abgestimmtes Ansteuern der Mikrospiegel problemlos möglich ist.The micromirror array 1 is for this purpose with a periodically repetitive sequence of the color components, e.g. B. RGBRGB. . . ., be irradiated. The synchronization takes place according to an embodiment by direct activation (switching on and off) of the corresponding laser or photodiodes and a coordinated activation of the micromirrors, which is readily possible given the short response times of today's diodes. According to another embodiment, an electro-optical component, such as a Kerr or Pockels cell, is placed between the individual diodes and the coupling-in device, so that control of the chronological sequence of the generation of the color components and a by appropriate control of the electro-optical components so that coordinated control of the micromirrors is possible without any problems.

Für eine S/W-Darstellung des anzuzeigenden Bildes mit Grauwertvariation wird das Mikrospiegel-Array 1 mit weißem Licht bestrahlt. Dabei wird durch Steuerung der Zeitdauer, innerhalb derer sich ein Mikrospiegel 5, der das Licht für einen bestimmten Bildpunkt reflektiert, in der ersten Stellung befindet, der Grauwert dieses Bildpunktes eingestellt. Das kann z. B. durch ein Hin- und Herbewegen des entsprechenden Mikrospiegels 5 zwischen der ersten und der zweiten Stellung geschehen. In vergleichbarer Weise wird der Beitrag eines der Farbanteile (R, G, B) zu der Farbe eines Bildpunktes bei einer Farbdarstellung erzeugt.For a B / W representation of the image to be displayed with gray value variation, the micromirror array 1 is irradiated with white light. By controlling the time period within which a micromirror 5 , which reflects the light for a specific pixel, is in the first position, the gray value of this pixel is set. That can e.g. B. happen by a back and forth movement of the corresponding micromirror 5 between the first and the second position. The contribution of one of the color components (R, G, B) to the color of a pixel in a color display is generated in a comparable manner.

Die oben beschriebene Zuführung des von dem Dioden erzeugten Lichtes zu dem Mikrospiegel-Array mittels einer Glasfaser führt dazu, daß der Aufbau der Anzeigevorrichtung hinsichtlich der An­ ordnung der einzelnen Elemente sehr einfach an verschiedene An­ forderungen angepaßt werden kann.The above-described supply of the generated by the diode Light leads to the micromirror array by means of a glass fiber to the fact that the structure of the display device with respect to the arrangement of the individual elements very simply to different An requirements can be adjusted.

Claims (10)

1. Anzeigeeinrichtung, die am Kopf tragbar ist, mit einer Befestigungseinrichtung, wie einem Brillengestell, einem Stirnband oder einem Helm, mittels derer die Anzeigeeinrichtung an dem Kopf in einer vorbestimmten Tragestellung befestigbar ist, und einer Projektionseinrichtung, die eine von einer Projektions- Steuereinrichtung zugeführte Bildinformation zur Anzeige derselben derart projiziert, daß die Projektion in der vorbestimmten Tragestellung für das Auge oder die Augen sichtbar ist,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Projektionseinrichtung
ein Mikrospiegel-Array (1) mit einer Mehrzahl von Mikrospiegeln (5), von denen jeder zur Auslenkung in mindestens zwei Stellungen, eine erste und eine zweite Stellung (S1, S2) ansteuerbar ist, und eine Lichtquelle (D1-D3) aufweist,
wobei das Mikrospiegel-Array (1) von dem von der Lichtquelle aus­ gesandten Licht (R, G, B) bestrahlt wird und die Projektions- Steuereinrichtung die Mikrospiegel (5) entsprechend der anzuzei­ genden Bildinformation derart ansteuert, daß sie selektiv in die erste oder zweite Stellung aus lenken und das von den in die erste Stellung (S!) ausgelenkten Mikrospiegeln (5) reflektierte Licht (R, G, B) die Bildpunkte der Projektion erzeugt.
1. Display device that can be worn on the head with a fastening device, such as an eyeglass frame, a headband or a helmet, by means of which the display device can be fastened to the head in a predetermined carrying position, and a projection device that is supplied by a projection control device Image information for the display thereof is projected such that the projection is visible to the eye or the eyes in the predetermined carrying position,
characterized in that
the projection device
a micromirror array ( 1 ) with a plurality of micromirrors ( 5 ), each of which can be controlled for deflection in at least two positions, a first and a second position (S1, S2), and has a light source (D1-D3),
wherein the micromirror array ( 1 ) is irradiated by the light emitted by the light source (R, G, B) and the projection control device controls the micromirrors ( 5 ) in accordance with the image information to be displayed such that they selectively enter the first or Steer from the second position and the light (R, G, B) reflected by the micromirrors ( 5 ) deflected into the first position (S!) generates the pixels of the projection.
2. Anzeigeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mikrospiegel-Array (1) die Mehrzahl von Mikrospiegeln (5) in einer Ebene (E) aufweist, wobei die Normale oder Spiegelachse (A) jedes Mikrospiegels (5) in der ersten Stellung (S1) in einem ersten Winkel (α) und in der zweiten Stellung (S2) in einem zweiten Winkel (β) zu der Normalen (N) der Ebene (E) steht. 2. Display device according to claim 1, characterized in that the micromirror array ( 1 ) has the plurality of micromirrors ( 5 ) in one plane (E), the normal or mirror axis (A) of each micromirror ( 5 ) in the first position (S1) at a first angle (α) and in the second position (S2) at a second angle (β) to the normal (N) of the plane (E). 3. Anzeigeeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Projektionseinrichtung eine Optik (2-4), die das Mikrospiegel-Array (1) mit dem von der Lichtquelle (D1-D3) ausgesandten Licht (R, G, B) aus einer Bestrahlungsrichtung (C), die in einem dritten Winkel (γ) zu der Normalen (N) der Ebene (E) steht, bestrahlt, aufweist.3. Display device according to claim 1 or 2, characterized in that the projection device is an optical system ( 2-4 ), the micromirror array ( 1 ) with the light emitted by the light source (D1-D3) (R, G, B) irradiated from a radiation direction (C) which is at a third angle (γ) to the normal (N) of the plane (E). 4. Anzeigeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Lichtquelle drei Dioden (D1 bis D3), die jeweils einen Farbanteil (R, G, B) des Lichtes für eine farbige Darstellung der einzelnen Bildpunkte liefern, und
eine Farbanteils-Steuereinrichtung, die die Aussendung der ein­ zelnen Farbanteile (R, G, B) des Lichtes derart steuert, daß die jeweiligen Farbanteile aufeinanderfolgend in einer zyklisch wie­ derkehrenden Reihenfolge von der Lichtquelle ausgesandt werden, aufweist, und
daß die Projektions-Steuereinrichtung, die Mikrospiegel (5) syn­ chronisiert mit der Reihenfolge der Aussendung der Farbanteile (R, G, B) des Lichtes durch die Lichtquelle derart ansteuert, daß die reflektierten Farbanteile den Farbwert und die Helligkeit der Bildpunkte der Projektion ergeben.
4. Display device according to one of claims 1 to 3,
characterized,
that the light source three diodes (D1 to D3), each providing a color component (R, G, B) of the light for a color representation of the individual pixels, and
a color component control device which controls the emission of the individual color components (R, G, B) of the light in such a way that the respective color components are sequentially emitted from the light source in a cyclically and reversing order, and
that the projection control device controls the micromirrors ( 5 ) synchronized with the order in which the color components (R, G, B) of the light are emitted by the light source in such a way that the reflected color components give the color value and the brightness of the pixels of the projection.
5. Anzeigeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Optik einen Lichtwellenleiter (3) wie eine Glasfaser, eine Einkopplungsvorrichtung (2) zur Einkopplung des von der Lichtquelle ausgesandten Lichtes in den Lichtwellenleiter, und eine Bestrahlungsoptik (4), die das Mikrospiegel-Array (1) mit dem aus dem Lichtwellenleiter austretenden Licht bestrahlt, aufweist. 5. Display device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the optics an optical waveguide ( 3 ) such as a glass fiber, a coupling device ( 2 ) for coupling the light emitted by the light source into the optical waveguide, and an irradiation optics ( 4 ), which irradiates the micromirror array ( 1 ) with the light emerging from the optical waveguide. 6. Anzeigeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das von den in der ersten Stellung (S1) befindlichen Mikrospiegeln (5) reflektierte Licht durch eine Vergrößerungsoptik (6) zur Projektion abgebildet wird.6. Display device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the light from the micromirrors ( 5 ) located in the first position (S1) is reflected by a magnifying lens ( 6 ) for projection. 7. Anzeigeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Projektionseinrichtung zwei Mikrospiegel-Arrays (1) aufweist, und
daß die Bildpunkte der Projektion für die entsprechende Bildin­ formation für das linke Auge durch Reflexion des Lichtes mit dem ersten der beiden Mikrospiegel-Arrays (1) und für das rechte Auge durch Reflexion des Lichtes mit dem zweiten der beiden Mikro­ spiegel-Arrays (1) erzeugt werden.
7. Display device according to one of claims 1 to 6,
characterized,
that the projection device has two micromirror arrays ( 1 ), and
that the pixels of the projection for the corresponding image information for the left eye by reflecting the light with the first of the two micromirror arrays ( 1 ) and for the right eye by reflecting the light with the second of the two micromirror arrays ( 1 ) be generated.
8. Anzeigeeinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Projektionseinrichtung ein Mikrospiegel-Array (1) aufweist, dessen Mikrospiegel (5) in eine dritte Stellung, in der die Normale oder Spiegelachse (A) jedes Mikrospiegels (5) in einem vierten Winkel zu der Normalen (N) der Ebene (E) steht, auslenkbar sind, und
daß die Bildpunkte der Projektion für die entsprechende Bildin­ formation für das linke Auge durch Reflexion des Lichtes durch in die erste Stellung (S1) ausgelenkte Mikrospiegel (5) und für das rechte Auge durch Reflexion des Lichtes durch in die zweite Stellung (S2) ausgelenkte Mikrospiegel (5) erzeugt werden.
8. Display device according to one of claims 2 to 6,
characterized,
that the projection device has a micromirror array ( 1 ), the micromirror ( 5 ) in a third position in which the normal or mirror axis (A) of each micromirror ( 5 ) at a fourth angle to the normal (N) of the plane (E ) stands, are deflectable, and
that the pixels of the projection for the corresponding image information for the left eye by reflection of the light by means of micromirrors ( 5 ) deflected in the first position (S1) and for the right eye by means of reflection of the light by means of micromirrors deflected by the second position (S2) ( 5 ) are generated.
9. Anzeigeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Projektion direkt auf die Netzhaut der entsprechenden Augen (7) oder auf eine Scheibe (8) wie eine Mattscheibe erfolgt. 9. Display device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the projection takes place directly on the retina of the corresponding eyes ( 7 ) or on a disc ( 8 ) such as a ground glass. 10. Anzeigeeinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Farbanteils-Steuereinrichtung zur Erzeugung der wiederkehrenden Reihenfolge der jeweiligen Farbanteile die drei Dioden (D1 bis D3) direkt ein- und ausschaltet, oder den von den drei Dioden (D1 bis D3) ausgesandten Farbanteil je­ weils durch ein elektrooptisches Bauelement wie eine Kerr- oder Pockels-Zelle entsprechend der Reihenfolge auswählt.10. Display device according to one of claims 4 to 9, characterized, that the color fraction control device for generating the recurring order of the respective color components switches the three diodes (D1 to D3) on and off directly, or the amount of color emitted by the three diodes (D1 to D3) because of an electro-optical component such as a Kerr or Pockels cell selects according to the order.
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