EP3652579A1 - Verfahren zur kalibrierung einer projektionsvorrichtung für eine datenbrille sowie projektionsvorrichtung für eine datenbrille zur durchführung eines verfahrens. - Google Patents

Verfahren zur kalibrierung einer projektionsvorrichtung für eine datenbrille sowie projektionsvorrichtung für eine datenbrille zur durchführung eines verfahrens.

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Publication number
EP3652579A1
EP3652579A1 EP18734175.5A EP18734175A EP3652579A1 EP 3652579 A1 EP3652579 A1 EP 3652579A1 EP 18734175 A EP18734175 A EP 18734175A EP 3652579 A1 EP3652579 A1 EP 3652579A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
light beam
data glasses
projection device
holographic
reflection element
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP18734175.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Petersen
Tobias Graf
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP3652579A1 publication Critical patent/EP3652579A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
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    • G02B27/017—Head mounted
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    • G—PHYSICS
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    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
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    • G02B26/10—Scanning systems
    • G02B26/101—Scanning systems with both horizontal and vertical deflecting means, e.g. raster or XY scanners
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    • G02B27/017—Head mounted
    • G02B2027/0178—Eyeglass type

Definitions

  • the present invention relates to a method for calibrating a
  • Projection device for a data glasses a projection device for a data glasses for performing a method, a data glasses, a
  • Storage medium and an electronic control unit Storage medium and an electronic control unit.
  • One expected trend in the future is the wearing of data glasses, which can display virtual image information in the field of view of a user.
  • data glasses which can display virtual image information in the field of view of a user.
  • newer concepts follow the approach of overlaying virtual image content with the environment.
  • the superimposition of virtual image content with the still perceived environment is referred to as augmented reality.
  • an application is fading in
  • HMD Clear Head-Mounted Displays
  • AR augmented reality
  • HMDs are also referred to as retina scanners.
  • the concept is based on the fact that a single light beam, in particular a laser beam, by means of an electronically controlled scanner optics, such.
  • M EMS Micro-Electro-Mechanical System
  • Angle range is scanned.
  • the beam can be scanned across the lens in this way.
  • a deflection of the incident beam is usually necessary.
  • the law of reflection according to which
  • HOE holographic optical element
  • the projection device comprises at least one light source for emitting a light beam and at least one arranged on a spectacle lens of the data glasses or can be arranged
  • a holographic element for projecting an image on a retina of a user of the data glasses by redirecting and / or focusing the light beam on an eye lens of the user.
  • the method is used to calibrate a projection device for data glasses.
  • the projection device has a scanner optics and a
  • Deflecting element on An existing in the scanner optics light source is scanned by a reflection element on the deflecting element, from where the light beam falls into an eye lens of a user.
  • the aim of the calibration is to determine the relative orientation of the scanner optics and deflection element. For this purpose, it is determined at which scan setting of the reflection element on the data glasses arranged alignment marks are taken, the position of the adjustment marks is known relative to the deflection.
  • a first step of the method becomes one of a light source
  • each alignment mark is disposed at a predetermined position relative to the surface of a arranged on a lens of the data glasses deflection.
  • Eyeglass frame of the data glasses to be arranged.
  • a light source may be understood to mean a light-emitting element such as a light-emitting diode, in particular an organic light-emitting diode, a laser diode or an arrangement of a plurality of such light-emitting elements.
  • the light source can be designed to emit light of different wavelengths.
  • the light beam can for
  • the light beam can scan the retina, for example in rows and columns or in the form of Lissajous patterns and can be pulsed accordingly.
  • Eyeglass lens may be understood as a disc member made of a transparent material such as glass or plastic. Depending on
  • the spectacle lens may be formed approximately as a correction glass or a tint for filtering light of certain wavelengths such as UV light.
  • a light beam can be understood in the paraxial approximation to be a Gaussian beam.
  • a reflection element for example, a mirror, in particular a micromirror or an array of micromirrors, or a hologram can be understood.
  • the reflection element By means of the reflection element, a beam path of the light beam can be adapted to given spatial conditions.
  • the reflection element can be realized as a micromirror.
  • the micromirror can be designed to be movable, such as a tiltable about at least one axis Have mirror surface.
  • Such a reflection element offers the advantage of a particularly compact design. It is also advantageous if the
  • Reflection element is formed to change an angle of incidence and, additionally or alternatively, a point of incidence of the light beam on the holographic element.
  • the holographic element can be scanned flat, in particular approximately in rows and columns, with the light beam.
  • a scan angle range is understood to mean a solid angle over which the light beam is scanned.
  • the projection of the solid angle onto the surface of the data glasses yields the surface area swept by the scanned light beam.
  • Each alignment mark is arranged at a predetermined position relative to the surface of the deflecting element.
  • the deflecting element may be a holographic element or a freeform mirror.
  • a holographic element may, for example, be understood to mean a holographic-optical component, HOE for short, which can fulfill the function of a lens, a mirror or a prism.
  • the holographic element for certain colors and angles of incidence can be selective.
  • the holographic element can fulfill optical functions that can be imprinted into the holographic element with simple point light sources. As a result, the holographic element can be produced very inexpensively.
  • the holographic element can be transparent.
  • virtual image information generated by the projection device can be overlaid with image information from the environment.
  • a light beam can thus be applied to a retina of a wearer of the
  • Data goggles are steered that the wearer a sharp virtual image perceives.
  • the image may be projected directly onto the retina by scanning a laser beam through a micromirror and the holographic element.
  • Such a projection device can be built in a small space
  • the reflection behavior on the surface of the holographic element is different at each point. As already mentioned above, it is generally not the case that the angle of incidence equals the angle of reflection.
  • the portion of the surface of the holographic element which serves to redirect the light beam to the eye of a user is referred to as a functional region. In principle, the same applies to a free-form mirror as to a holographic element.
  • Each alignment mark has a predetermined and known reference to the functional region of the deflection element.
  • two adjustment marks suffice to achieve calibration for both deflection directions of the reflection element.
  • at least two adjustment marks in particular at least four adjustment marks are used.
  • four alignment marks be used in the process. This has the advantage that the calibration accuracy is increased compared to the case with only two adjustment marks.
  • the Justagemarken are preferably arranged outside or at the edge of the primary field of view on the deflector. This has the advantage that adjustment marks do not affect the user and thus the calibration can also take place while the user is using the data glasses. Because of the bigger one Distance of the adjustment marks with each other, however, advantageously a greater accuracy is achieved.
  • the deflecting element preferably has a primary region which serves to operate the data glasses normally, and an externally adjoining one
  • the primary region corresponds to the above-mentioned functional region.
  • the adjustment marks are arranged on the spectacle frame of the data glasses. This has the advantage that the light beams required for the adjustment run separately from the light rays striking the deflecting element and thus can also be evaluated separately.
  • the scan setting is understood to mean an adjustment of the reflection element which deflects the light beam by a specific angle.
  • the angle is to be understood as meaning an angle in space which, starting from the surface of the planar reflection element, requires two angles in order to be clearly defined.
  • the scan setting may also be called angle adjustment.
  • Reflection element and the point of impact of the light beam on the surface of the data glasses determines a clear functional relationship. This has the advantage that, for each scan adjustment of the reflection element, the point of impact of the light beam on the surface of the data glasses, i. on the deflecting element or on the spectacle frame, is known. If light beam strikes the deflection element, due to the knowledge of the properties of the
  • Deflection element also known for each point of impact of the light beam on the surface of the deflecting element, where the light beam is reflected.
  • the determination is carried out at each of which scan setting of the reflection element, the at least two Justagemarken be hit by the light beam by the light beam is detected in each case by arranged on the Justagemarken detectors.
  • This arrangement of detectors on the alignment marks has the advantage that it can be detected very reliably when an alignment mark is hit by a light beam.
  • the determination may be made at each scan setting of the
  • Reflection element which are hit by the light beam at least two Justagemarken done by the light beam in each case by holographic or diffractive adjustment elements, which are respectively arranged on the Justagemarken, is deflected in each case a predetermined direction and detected after the respective deflection.
  • Projection device or the data glasses lighter and free of electronic components.
  • the use of holographic or diffractive adjustment elements has the advantage that they are light, resulting in a reduced weight of the projection device or the data glasses.
  • the deflection element is designed as a holographic element
  • the adjustment marks can be manufactured homogeneously with the deflection element.
  • the adjustment marks and the deflection element are arranged in the same layer, which is designed as a holographic element.
  • the respective predetermined direction, in which the light beam is deflected by the holographic or diffractive adjustment elements may be the same for each holographic or diffractive adjustment element. According to another
  • each holographic or diffractive adjustment element is deflected to one and the same point.
  • the light beam from the holographic or diffractive adjustment elements is in each case directed to a common point, which can be called a puncture point, for example.
  • a puncture point for example.
  • the position of the puncture point must not be known, it is only important that all four holographic adjustment elements deflect the respective light beams to the puncture point.
  • the light beam is deflected in each case by the holographic or diffractive adjustment elements parallel to the respective surface normal. It should be noted that when the holographic element is a curved surface, the respective ones
  • the light beam is deflected in each case by the holographic or diffractive adjustment elements in the same direction, which can deviate locally from the surface normal.
  • the holographic or diffractive adjustment elements for the detection of the light rays, those of the holographic or diffractive
  • a flat detector can be mounted in a plane, wherein the plane is preferably arranged in the surface of the holographic element in the event that the holographic element is flat.
  • the light beams need only be detected on the detector arranged in the detection plane, which
  • the light beam in each case by the holographic or diffractive adjustment elements in the direction of
  • Reflection element reflected back.
  • the detection via an integrated in the scanner module or in the light source
  • Detection unit for example, a photodiode made.
  • the scanner module is understood to be the unit which controls the reflection element. According to this embodiment, it is further preferred if the
  • the light beam is reflected back into itself.
  • the light beam is reflected back into the light source, where, in the event that a laser is used as the light source, it can advantageously be detected by interference with the laser generated radiation, the so-called self-mixing interference (SMI).
  • the light beam can be deflected in each case by the holographic or diffractive adjustment elements in the direction of an eye lens of a user. This has the advantage that a camera or a user can detect the light beam.
  • a known illumination pattern is preferably used if the scanned beam hits the test region, ie an alignment mark.
  • the light source which is used for the present method for calibration, also for the image formation
  • a wavelength of the light beam lies in a wavelength range not visible to humans.
  • a calibration is not noticed by a user of the data glasses.
  • Calibration can also be performed while using the data glasses.
  • the calibration can be done by a laser integrated in the projection device. It is also possible to use a light source of an existing eye tracking system.
  • Wavelength of the changed laser beam the range of the near infrared (NI R), in particular the range between about 700 nm to 1400 nm, are selected.
  • Infrared radiation has the advantage that it is invisible to the human eye and therefore does not disturb the sensory perception of the eye. Furthermore, it is not harmful to the eye at a correspondingly low intensity.
  • suitable laser sources that can be used advantageously.
  • the alignment marks could also be seen in the field of view, i. be installed in the primary region.
  • the light beam of the light source is coupled via an interface from outside the data glasses. In this case, a light source used for the image formation is not with the
  • Calibration used the same light source.
  • the coupling of the light beam can preferably take place from an external test stand via a defined interface.
  • This has the advantage that a test bench for calibration can be used, which checks a variety of data glasses and is set up in the long term. Such a test bench can therefore such
  • the scanning of the light beam emitted by the light source by means of the reflection element over the scanning angle range can be automated or manual.
  • the calibration is automated by a controller reading and processing the detector signals and controlling the scanner optics to obtain the position for a maximum signal. This has the advantage that the calibration does not have to be performed by a user.
  • the calibration is performed manually, wherein the detector signal is communicated to the user via an optical or acoustic signal.
  • Another aspect of the invention relates to the projection device for the data glasses for carrying out the above-described method for
  • the projection device has at least one light source for emitting a light beam and at least one arranged on a spectacle lens of the data glasses or can be arranged
  • Deflection element for projecting an image on a retina of a user of the data glasses by deflecting and / or focusing the light beam on an eye lens of the user.
  • the projection device is thereby
  • Projection device has the advantage that it is easy to calibrate. Further advantages have already been mentioned above in connection with the procedure
  • the invention further comprises a deflecting element for a
  • the deflecting element has at least two Justagemarken, each alignment mark is disposed at a predetermined position relative to the surface of the deflecting element.
  • the deflecting element can be arranged on the basis of the
  • Adjustment marks are advantageously calibrated by the method described above.
  • the deflection element has the advantage that it is easy to calibrate. Further advantages have already been described above in connection with the method.
  • the invention further comprises a computer program which is set up to carry out the described steps of the method in order to be able to carry out a calibration of the projection device with this computer program. Furthermore, the invention comprises a machine-readable
  • Storage medium on which such a computer program is stored, as well as an electronic control unit that is set up a
  • Projection device for a data glasses or a data glasses by means of the described steps of the method to operate.
  • Such an electronic control unit for example, as a microcontroller in a
  • Projection device or data glasses to be integrated.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a projection apparatus according to an embodiment
  • FIG. 2 schematically shows a flow diagram of a method according to an embodiment.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a deflecting element according to an embodiment
  • FIGS. 4 to 6 each schematically illustrate a course of light beams in a method according to an embodiment
  • Figure 7 shows schematically a data glasses according to an embodiment in isometric view.
  • FIG. 1 shows the basic mode of operation of the projection device 100.
  • a light beam 106 emitted by a laser diode as the light source 104 is collimated by means of a lens as a collimation element 114 and in the direction of a
  • the reflection element 112 deflects the light in the direction of the holographic element 103
  • the holographic element 103 is applied to a spectacle lens 402.
  • the light beam 106 deflected by the holographic element 103 then strikes an eye lens 108, from where the light beam 106 is focused on the retina 110 of an eyeball 107 of a user.
  • the light source 104 is arranged in a housing 105 attached to the eyeglass frame 120. At the output of the housing 105, the collimating element 114 is arranged. The light source 104, the collimating element 114 and the
  • Reflection element 112 may be housed in a common housing, not shown, wherein the reflected from the reflection element 112
  • Light beam 106 is coupled out by a arranged on one side of the housing window.
  • This housing can on the temple 118 or on
  • Eyeglass frame 120 to be attached.
  • the projection direction 100 also has two adjustment marks 132, which are applied to the holographic element 103.
  • FIG. 2 shows a flowchart of the method 500 for calibrating a projection device 100 for smart glasses.
  • a light beam 106 emitted by a light source 104 is scanned over a scanning angle range by means of a reflection element 112, so that the light beam 106 deflected by the reflection element 112 has a surface area of a spectacle lens 402 of the data glasses
  • a deflecting element which is designed as a holographic element 103, passes over which at least two adjustment marks 132nd wherein each alignment mark 132 is disposed at a predetermined position on the surface of the holographic element 103.
  • the method 500 is determined, in each case which
  • Adjustment marks 132 are hit by the light beam 106.
  • FIG. 3 shows a deflection element for a projection device 100 for a data goggle 400.
  • the deflection element is presently a holographic element 103.
  • the holographic element 103 embodied as a layer is applied to a spectacle lens 402.
  • the holographic element 103 has a
  • the spectacle lens 402 is of a
  • FIG. 4 shows the deflecting element of the holographic element 103
  • FIG. 3 wherein in addition to the four Justagemarken 132 each have a detector 136 is arranged.
  • a light beam 106 emitted by the light source 104 is scanned over the surface of the holographic element 103, the light beam 106 also sweeping over the four detectors 136.
  • the light source 104 and the light beam 106 are here only schematically drawn to illustrate the scanning of the light beam 106.
  • the reflection element 112 is not shown here. Since the positions of the detectors 136 on the holographic element 103 are known, it can be determined at which scan setting of the
  • FIG. 5 shows a similar embodiment to FIG.
  • Embodiment of Figure 4 four holographic adjustment elements 134 are here instead of the four detectors 136 on the four Justagemarken 132 arranged.
  • Justage institute 134 each falling on them light beam 106 to a common point, the puncture point 146.
  • a detector 136 is arranged, which detects the light beam 106, which are deflected by the four holographic adjustment elements 134.
  • the position of the piercing point 146 need not be known, it is only important that all four holographic adjustment elements 134 redirect the respective light rays 106 to the piercing point 146.
  • FIG. 6 shows a similar embodiment to FIG. 5.
  • the four holographic adjustment elements 134 direct the light rays 106 incident on them parallel to the respective one
  • holographic element 103 is a curved surface, the respective
  • Detection plane 144 parallel to the plane of the holographic element 103.
  • the four light beams 106 must be detected only on the detector arranged in the detection plane 144, the
  • Figure 7 shows a schematic representation of a data glasses 400 with a
  • Projection device 100 according to an embodiment.
  • the projection device 100 is a projection device 100 according to an embodiment.
  • Projection device 100 in this case has a scanner optics 152 and the holographic element 103.
  • the scanner optics 152 is arranged in the housing 105 and transmits a light beam 106, not shown, through the appearance window 148 to the holographic element 103.
  • the data glasses 400 are facing a spectacle lens 402 on which the holographic element 103 is disposed.
  • the holographic element 103 is realized as part of the spectacle lens 402.
  • the holographic element 103 is realized as a separate element and connected to the spectacle lens 402 by means of a suitable joining method.

Landscapes

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kalibrierung einer Projektionsvorrichtung (100) für eine Datenbrille. Das Verfahren weist folgende Schritte auf:Scannen eines von einer Lichtquelle (104) ausgesendeten Lichtstrahls (106) mittels eines Reflexionselements (112) über einen Scanwinkelbereich, so dass der von dem Reflexionselement (112) abgelenkte Lichtstrahl (106) einen Oberflächenbereich der Datenbrille (400) eines auf einem Brillenglas (402) der Datenbrille (400) angeordneten Umlenkelements überstreicht, welcher mindestens zwei an der Datenbrille (400) angeordnete Justagemarken (132) aufweist, wobei jede Justagemarke (132) an einer vorgegebenen Position relativ zur auf der Oberfläche eines des auf einem Brillenglas (402) der Datenbrille (400) angeordneten Umlenkelements angeordnet ist, und Bestimmen (520) bei jeweils welcher Scaneinstellung des Reflexionselements (112) die mindestens zwei Justagemarken (132) von dem Lichtstrahl (106) getroffen werden.Ferner betrifft die Erfindung eine Projektionsvorrichtung (100) für eine Datenbrille, eine Datenbrille sowie ein Umlenkelement.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Kalibrierung einer Projektionsvorrichtung für eine Datenbrille sowie Projektionsvorrichtung für eine Datenbrille zur Durchführung eines Verfahrens.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kalibrierung einer
Projektionsvorrichtung für eine Datenbrille, eine Projektionsvorrichtung für eine Datenbrille zur Durchführung eines Verfahrens, eine Datenbrille, ein
Umlenkelement, ein Computerprogramm, ein maschinenlesbares
Speichermedium sowie ein elektronisches Steuergerät.
Stand der Technik
Ein in der Zukunft erwarteter Trend ist das Tragen von Datenbrillen, die virtuelle Bildinformationen ins Sichtfeld eines Nutzers einblenden können. Während aktuelle Datenbrillen beispielsweise nicht transparent sind und dadurch die Umwelt ausblenden, verfolgen neuere Konzepte den Ansatz der Überlagerung virtueller Bildinhalte mit der Umwelt. Das Überlagern virtueller Bildinhalte mit der darüber hinaus noch wahrgenommenen Umwelt wird als Augmented Reality bezeichnet. Eine Anwendung ist beispielsweise das Einblenden von
Informationen bei der Ausübung beruflicher Tätigkeiten. So könnte ein
Mechaniker eine technische Zeichnung sehen oder die Datenbrille könnte bestimmte Bereiche einer Maschine farblich kennzeichnen. Das Konzept findet jedoch auch im Bereich von Computerspielen oder anderen
Freizeitbeschäftigungen Anwendung.
Durchsichtige Head-Mounted-Displays (HMD), z.B. für Anwendungen im Bereich der Augmented Reality (AR), sind ein aktives Thema in Forschung und
Entwicklung. Insbesondere das Interesse an der Entwicklung kostengünstiger, leichter, sparsamer Systeme mit kleinem Formfaktor ist von großem Interesse, sowohl für industrielle Anwendungen als auch für den Endverbraucher. Ein möglicher technischer Ansatz für ein solches Display basiert dabei auf dem Konzept eines Flying-Spot-Laserprojektors, mit dessen Hilfe die Bildinformation direkt auf die Netzhaut (Retina) des Nutzers geschrieben wird. Daher werden solche HMDs auch als Retina-Scanner bezeichnet. Das Konzept beruht darauf, dass ein einzelner Lichtstrahl, insbesondere ein Laserstrahl, mittels einer elektronisch angesteuerten Scanner-Optik, wie z. B. einem M EMS(Micro-Electro-Mechanical-System)-Spiegel, über einen
Winkelbereich gescannt wird. Zum Beispiel kann der Strahl auf diese Weise über das Brillenglas gescannt werden. Um sicherzustellen, dass der gescannte Strahl danach das Auge des Betrachters bzw. dessen Pupille erreicht, ist in der Regel eine Umlenkung des einfallenden Strahls notwendig. Hierbei muss aus geometrischen Gründen im Allgemeinen das Reflexionsgesetz, wonach
Einfallswinkel gleich Ausfallswinkel ist, verletzt werden. Technisch kann dies beispielsweise durch das Aufbringen eines holografisch optischen Elements (HOE) auf dem Brillenglas realisiert werden. Das HOE wird hierbei
typischerweise durch eine Photopolymerschicht realisiert.
Die DE 10 2015 213 376 AI offenbart eine Projektionsvorrichtung für eine Datenbrille, eine Datenbrille und ein Verfahren zum Betreiben einer
Projektionsvorrichtung für eine Datenbrille. Die Projektionsvorrichtung umfasst zumindest eine Lichtquelle zum Aussenden eines Lichtstrahls und zumindest ein an einem Brillenglas der Datenbrille angeordnetes oder anordenbares
holografisches Element zum Projizieren eines Bilds auf eine Netzhaut eines Nutzers der Datenbrille durch Umlenken und/oder Fokussieren des Lichtstrahls auf eine Augenlinse des Nutzers.
Offenbarung der Erfindung
Das Verfahren dient der Kalibrierung einer Projektionsvorrichtung für eine Datenbrille. Die Projektionsvorrichtung weist eine Scanneroptik und ein
Umlenkelement auf. Eine in der Scanneroptik vorhandene Lichtquelle wird von einem Reflexionselement über das Umlenkelement gescannt, von wo der Lichtstrahl in eine Augenlinse eines Nutzers fällt. Ziel der Kalibrierung ist es, die relative Orientierung von Scanneroptik und Umlenkelement zu bestimmen. Dazu wird ermittelt, bei welcher Scaneinstellung des Reflexionselementes an der Datenbrille angeordnete Justagemarken getroffen werden, wobei die Position der Justagemarken relativ zu dem Umlenkelement bekannt ist. In einem ersten Schritt des Verfahrens wird ein von einer Lichtquelle
ausgesendeter Lichtstrahls mittels eines Reflexionselements über einen
Scanwinkelbereich gescannt, sodass der von dem Reflexionselement abgelenkte Lichtstrahl einen Oberflächenbereich der Datenbrille überstreicht, welcher mindestens zwei der Datenbrille angeordnete Justagemarken aufweist, wobei jede Justagemarke an einer vorgegebenen Position relativ zur Oberfläche eines auf einem Brillenglas der Datenbrille angeordneten Umlenkelements angeordnet ist. Hierbei kann jede Justagemarke auf dem Umlenkelement oder auf einem
Brillengestell der Datenbrille angeordnet sein.
Unter einer Lichtquelle kann ein lichtemittierendes Element wie etwa eine Leuchtdiode, insbesondere eine organische Leuchtdiode, eine Laserdiode oder eine Anordnung aus mehreren solcher lichtemittierenden Elemente verstanden werden. Insbesondere kann die Lichtquelle ausgebildet sein, um Licht unterschiedlicher Wellenlängen auszustrahlen. Der Lichtstrahl kann zum
Erzeugen einer Mehrzahl von Bildpunkten auf der Netzhaut dienen, wobei der Lichtstrahl die Netzhaut beispielsweise in Zeilen und Spalten oder in Form von Lissajous-Mustern abtasten und entsprechend gepulst sein kann. Unter einem
Brillenglas kann ein aus einem transparenten Material wie etwa Glas oder Kunststoff gefertigtes Scheibenelement verstanden werden. Je nach
Ausführungsform kann das Brillenglas etwa als Korrekturglas ausgeformt sein oder eine Tönung zum Filtern von Licht bestimmter Wellenlängen wie beispielsweise UV-Licht aufweisen.
Unter einem Lichtstrahl kann in der paraxialen Näherung ein Gauß-Strahl verstanden werden. Unter einem Reflexionselement kann beispielsweise ein Spiegel, insbesondere ein Mikrospiegel oder ein Array aus Mikrospiegeln, oder ein Hologramm verstanden werden. Mittels des Reflexionselements kann ein Strahlengang des Lichtstrahls an gegebene Raumverhältnisse angepasst werden. Beispielsweise kann das Reflexionselement als Mikrospiegel realisiert sein. Der Mikrospiegel kann beweglich ausgeformt sein, etwa eine um zumindest eine Achse neigbare Spiegelfläche aufweisen. Ein solches Reflexionselement bietet den Vorteil einer besonders kompakten Bauform. Es ist ferner vorteilhaft, wenn das
Reflexionselement ausgebildet ist, um einen Einfallswinkel und, zusätzlich oder alternativ, einen Auftreffpunkt des Lichtstrahls auf dem holografischen Element zu ändern. Dadurch kann das holografische Element flächig, insbesondere etwa in Zeilen und Spalten, mit dem Lichtstrahl abgetastet werden.
Unter einem Scanwinkelbereich wird ein Raumwinkel verstanden, über den der Lichtstrahl gescannt wird. Die Projektion des Raumwinkels auf die Oberfläche der Datenbrille ergibt den Oberflächenbereich, den der gescannte Lichtstrahl überstreicht.
Jede Justagemarke ist an einer vorgegebenen Position relativ zur Oberfläche des Umlenkelements angeordnet. Dadurch kann vorteilhafterweise ein geometrischer Bezug zwischen der Scaneinstellung des Reflexionselements und dem Auftreffpunkt des gescannten Strahls auf der Datenbrille, zum Beispiel dem Umlenkelement oder dem Brillengestell, hergestellt werden. Das Umlenkelement kann ein holografisches Element oder ein Freiformspiegel sein. Unter einem holografischen Element kann beispielsweise ein holografisch- optisches Bauelement, kurz HOE, verstanden werden, das die Funktion einer Linse, eines Spiegels oder eines Prismas erfüllen kann. Je nach
Ausführungsform kann das holografische Element für bestimmte Farben und Einfallswinkel selektiv sein. Insbesondere kann das holografische Element optische Funktionen erfüllen, die mit einfachen Punktlichtquellen in das holografische Element einbelichtet werden können. Dadurch kann das holografische Element sehr kostengünstig hergestellt werden.
Das holografische Element kann transparent sein. Dadurch können virtuelle, von der Projektionseinrichtung erzeugte Bildinformationen mit Bildinformationen aus der Umwelt überlagert werden.
Durch ein an einem Brillenglas einer Datenbrille angeordnetes holografisches Element kann ein Lichtstrahl derart auf eine Netzhaut eines Trägers der
Datenbrille gelenkt werden, dass der Träger ein scharfes virtuelles Bild wahrnimmt. Beispielsweise kann das Bild durch Scannen eines Laserstrahls über einen Mikrospiegel und das holografische Element direkt auf die Netzhaut projiziert werden.
Eine derartige Projektionsvorrichtung kann auf geringem Bauraum
vergleichsweise kostengünstig realisiert werden und ermöglicht es, einen Bildinhalt in eine ausreichende scheinbare Distanz zum Träger zu bringen.
Dadurch wird die Überlagerung des Bildinhalts mit der Umgebung ermöglicht. Dadurch, dass das Bild mittels des holografischen Elements direkt auf die Netzhaut geschrieben werden kann, kann auf einen DLP-Chip (DLP = digital light processing) verzichtet werden. Ferner kann dadurch eine besonders große Tiefenschärfe erreicht werden.
In der Regel ist das Reflexionsverhalten auf der Oberfläche des holografischen Elements an jedem Punkt unterschiedlich. Wie bereits oben erwähnt gilt in der Regel nicht, dass der Einfallswinkel gleich dem Ausfallswinkel ist. Der Teilbereich der Oberfläche des holografischen Elements, welcher dazu dient, den Lichtstrahl zum Auge eines Benutzers umzulenken, wird als funktionale Region bezeichnet. Für einen Freiformspiegel gilt prinzipiell dasselbe wie für ein holografisches Element. Jede Justagemarke hat einen vorgegebenen und bekannten Bezug zu der funktionalen Region des Umlenkelements.
Im Allgemeinen reichen zwei Justagemarken, um einen Kalibration für beide Ablenkrichtungen des Reflexionselements zu erreichen. Es ist jedoch bevorzugt, dass bei dem Verfahren mindestens zwei Justagemarken, insbesondere mindestens vier Justagemarken benutzt werden. Es ist besonders bevorzugt, dass bei dem Verfahren vier Justagemarken benutzt werden. Dies hat den Vorteil, dass die Kalibrationsgenauigkeit gegenüber dem Fall mit nur zwei Justagemarken erhöht ist.
Die Justagemarken sind bevorzugt außerhalb oder am Rand des primären Sichtbereichs auf dem Umlenkelement angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass Justagemarken den Nutzer nicht beeinträchtigen und somit die Kalibration auch erfolgen kann, während der Nutzer die Datenbrille nutzt. Aufgrund des größeren Abstands der Justagemarken untereinander wird jedoch vorteilhafterweise eine größere Genauigkeit erzielt.
Das Umlenkelement weist bevorzugt eine Primärregion auf, die dazu dient, die Datenbrille normal zu betreiben, und eine außen daran anschließende
Sekundärregion, die lediglich zu Justagezwecken benutzt wird. Die Primärregion entspricht der oben genannten funktionalen Region.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Justagemarken auf dem Brillengestell der Datenbrille angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass die zur Justage benötigten Lichtstrahlen getrennt von den auf das Umlenkelement treffenden Lichtstrahlen verlaufen und somit auch getrennt ausgewertet werden können.
In einem weiteren Schritt des Verfahrens wird bestimmt, bei jeweils welcher Scaneinstellung des Reflexionselements die mindestens zwei Justagemarken von dem Lichtstrahl getroffen werden. Unter dem Begriff Scaneinstellung wird eine Einstellung des Reflexionselements verstanden, die den Lichtstrahl um einen bestimmten Winkel ablenkt. Hierbei ist unter dem Winkel ein Winkel im Raum zu verstehen, welcher ausgehend von der Oberfläche des ebenen Reflexionselements zwei Winkelangaben benötigt, um klar definiert zu sein. Alternativ kann die Scaneinstellung auch Winkeleinstellung genannt werden.
Gemäß einer Ausführungsform wird zwischen der Scaneinstellung des
Reflexionselementes und dem Auftreffpunkt des Lichtstrahls auf der Oberfläche der Datenbrille ein eindeutiger funktionaler Zusammenhang bestimmt. Dies hat den Vorteil, dass zu jeder Scaneinstellung des Reflexionselementes der Auftreffpunkt des Lichtstrahls auf der Oberfläche der Datenbrille, d.h. auf dem Umlenkelement oder auf dem Brillengestell, bekannt ist. Falls Lichtstrahl auf das Umlenkelement trifft, ist aufgrund der Kenntnis der Eigenschaften des
Umlenkelements auch für jeden Auftreffpunkt des Lichtstrahls auf der Oberfläche des Umlenkelements bekannt, wohin der Lichtstrahl reflektiert wird.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform erfolgt das Bestimmen, bei jeweils welcher Scaneinstellung des Reflexionselements die mindestens zwei Justagemarken von dem Lichtstrahl getroffen werden, indem der Lichtstrahl jeweils von auf den Justagemarken angeordneten Detektoren detektiert wird. Diese Anordnung von Detektoren auf den Justagemarken hat den Vorteil, dass sehr zuverlässig detektiert werden kann, wann eine Justagemarke von einem Lichtstrahl getroffen wird.
Alternativ kann das Bestimmen, bei jeweils welcher Scaneinstellung des
Reflexionselements die mindestens zwei Justagemarken von dem Lichtstrahl getroffen werden, erfolgen, indem der Lichtstrahl jeweils von holografischen oder diffraktiven Justageelementen, die jeweils auf den Justagemarken angeordneten sind, in jeweils eine vorgegebene Richtung umgelenkt wird und nach der jeweiligen Umlenkung detektiert wird. Dies hat den Vorteil, dass auf den
Justagemarken, das heißt auf der Oberfläche des Umlenkelements, keine Detektoren angebracht werden müssen. Hierdurch wird die
Projektionsvorrichtung oder die Datenbrille leichter und von elektronischen Komponenten befreit. Die Verwendung von holografischen oder diffraktiven Justageelementen hat den Vorteil, dass diese leicht sind, was zu einem reduzierten Gewicht der Projektionsvorrichtung oder der Datenbrille führt. Für den Fall, dass das Umlenkelement als holografisches Element ausgeführt ist, liegt ein Vorteil darin, dass die Justagemarken homogen mit dem Umlenkelement gefertigt werden können. In dieser Ausführungsform sind die Justagemarken und das Umlenkelement in derselben Schicht angeordnet, welche als holografisches Element ausgeführt ist.
Die jeweils vorgegebene Richtung, in die der Lichtstrahl von den holografischen oder diffraktiven Justageelementen umgelenkt wird, kann für jedes holografische oder diffraktive Justageelement gleich sein. Gemäß einer anderen
Ausführungsform kann die jeweils vorgegebene Richtung aber auch
unterschiedlich sein. In diesem Fall ist es auch möglich, dass der Lichtstrahl von jedem holographischen oder diffraktiven Justageelement auf ein und denselben Punkt umgelenkt wird.
Gemäß einer Ausführungsform wird der Lichtstrahl von den holografischen oder diffraktiven Justageelementen jeweils auf einen gemeinsamen Punkt, welcher zum Beispiel Durchstoßpunkt genannt werden kann, gelenkt. In dieser Ausführungsform muss die Position des Durchstoßpunktes nicht bekannt sein, es ist lediglich wichtig, dass alle vier holografischen Justageelemente die jeweiligen Lichtstrahlen auf den Durchstoßpunkt umlenken. Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird der Lichtstrahl jeweils von den holografischen oder diffraktiven Justageelementen parallel zur jeweiligen Oberflächennormale abgelenkt. Hierbei ist zu beachten, dass, wenn das holografische Element eine gekrümmte Fläche ist, die jeweiligen
Oberflächennormalen nicht parallel zueinander verlaufen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird der Lichtstrahl jeweils von den holografischen oder diffraktiven Justageelementen in dieselbe Richtung abgelenkt, die lokal von der Oberflächennormalen abweichen kann. Zur Detektion der Lichtstrahlen, welche von den holografischen oder diffraktiven
Justageelementen reflektiert werden, kann in einer Ebene ein flächiger Detektor angebracht werden, wobei die Ebene für den Fall, dass das holografische Element eben ist, bevorzugt zur Oberfläche des holografischen Elements angeordnet ist. In dieser Ausführungsform müssen die Lichtstrahlen lediglich auf dem in der Detektionsebene angeordneten Detektor detektiert werden, die
Positionen, wo die Lichtstrahlen auf den Detektor auftreffen, müssen nicht bekannt sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird der Lichtstrahl jeweils von den holografischen oder diffraktiven Justageelementen in Richtung des
Reflexionselements zurück reflektiert. In diesem Fall kann vorteilhafterweise die Detektion über eine im Scanner-Modul oder in der Lichtquelle integrierte
Detektionseinheit, beispielsweise eine Fotodiode, erfolgen. Hierbei wird unter dem Scanner-Modul die Einheit verstanden, welche das Reflexionselement steuert. Gemäß dieser Ausführungsform ist es weiter bevorzugt, wenn der
Lichtstrahl in sich selbst zurück reflektiert wird. In diesem Fall wird der Lichtstrahl zurück in die Lichtquelle reflektiert, wo er für den Fall, dass als Lichtquelle ein Laser verwendet wird, vorteilhafterweise durch Interferenz mit der im Laser erzeugten Strahlung, der sogenannten self-mixing interference (SMI), nachgewiesen werden kann. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Lichtstrahl jeweils von den holografischen oder diffraktiven Justageelementen in Richtung einer Augenlinse eines Nutzers abgelenkt werden. Dies hat den Vorteil, dass eine Kamera oder ein Benutzer den Lichtstrahl detektieren kann. Hierbei wird bevorzugt ein bekanntes Beleuchtungsmuster verwendet, wenn der gescannte Strahl die Testregion, d.h. eine Justagemarke, trifft.
Gemäß einer Weiterbildung wird die Lichtquelle, welche für das vorliegende Verfahren zur Kalibrierung verwendet wird, auch für die Bilderzeugung
verwendet. Dies hat den Vorteil, dass zur Kalibrierung keine zusätzliche
Lichtquelle verwendet werden muss.
Bevorzugt liegt eine Wellenlänge des Lichtstrahls in einem für den Menschen nicht sichtbaren Wellenlängenbereich. Für den Vorteil, dass eine Kalibrierung von einem Benutzer der Datenbrille nicht bemerkt wird. Somit kann eine
Kalibrierung auch während der Benutzung der Datenbrille durchgeführt werden. Hierbei kann die Kalibrierung durch einen in die Projektionsvorrichtung integrierten Laser erfolgen. Es kann auch eine Lichtquelle eines vorhandenen Blickverfolgungssystems (engl, eye tracking System) verwendet werden. Als
Wellenlänge des veränderten Laserstrahls kann der Bereich des nahen Infrarot (NI R), insbesondere der Bereich zwischen etwa 700 nm bis 1400 nm, gewählt werden. Infrarote Strahlung hat den Vorteil, dass sie für das menschliche Auge nicht sichtbar ist und daher die Sinneswahrnehmung am Auge nicht stört. Ferner ist sie für das Auge bei entsprechend niedriger Intensität nicht schädlich. Zudem existieren geeignete Laserquellen, die vorteilhafterweise eingesetzt werden können. In diesem Fall könnten die Justagemarken auch im Sichtfeld, d.h. in der Primärregion angebracht werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird der Lichtstrahl der Lichtquelle über eine Schnittstelle von außerhalb der Datenbrille eingekoppelt. In diesem Fall ist eine für die Bilderzeugung verwendete Lichtquelle nicht mit der zur
Kalibrierung verwendeten Lichtquelle identisch. Hierbei kann die Einkopplung des Lichtstrahls bevorzugt von einem externen Prüfstand über eine definierte Schnittstelle erfolgen. Dies hat den Vorteil, dass zur Kalibrierung ein Prüfstand verwendet werden kann, welcher eine Vielzahl von Datenbrillen prüft und langfristig eingerichtet ist. Ein solcher Prüfstand kann deshalb solche
Datenbrillen mit hoher Genauigkeit und hoher Zuverlässigkeit kalibrieren.
Das Scannen des von der Lichtquelle ausgesendeten Lichtstrahls mittels des Reflexionselements über den Scanwinkelbereich kann automatisiert oder manuell erfolgen.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt die Kalibrierung automatisiert, indem eine Steuereinheit die Detektorsignale ausliest, prozessiert und die Scanneroptik regelt, um die Position für ein maximales Signal zu erhalten. Dies hat den Vorteil, dass die Kalibrierung nicht von einem Nutzer durchgeführt werden muss.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform erfolgt die Kalibrierung manuell, wobei über ein optisches oder akustisches Signal das Detektorsignal dem Nutzer mitgeteilt wird. Dies hat den Vorteil, dass eine eventuell störanfällige
automatisierte Kalibration vermieden wird.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft die Projektionsvorrichtung für die Datenbrille zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens zur
Kalibrierung der Projektionsvorrichtung. Die Projektionsvorrichtung weist zumindest eine Lichtquelle zum Aussenden eines Lichtstrahls und zumindest ein an einem Brillenglas der Datenbrille angeordnetes oder anordenbares
Umlenkelement zum Projizieren eines Bilds auf eine Netzhaut eines Nutzers der Datenbrille durch Umlenken und/oder Fokussieren des Lichtstrahls auf eine Augenlinse des Nutzers auf. Die Projektionsvorrichtung ist dadurch
gekennzeichnet, dass die Projektionsvorrichtung mindestens zwei
Justagemarken aufweist und dass jede Justagemarke an einer vorgegebenen Position relativ zur Oberfläche des Umlenkelements angeordnet ist. Die
Projektionsvorrichtung hat den Vorteil, dass sie einfach zu kalibrieren ist. Weitere Vorteile wurden bereits oben im Zusammenhang mit dem Verfahren
beschrieben.
Die Erfindung umfasst weiterhin ein Umlenkelement für eine
Projektionsvorrichtung für eine Datenbrille. Das Umlenkelement weist mindestens zwei Justagemarken auf, wobei jede Justagemarke an einer vorgegebenen Position relativ zur Oberfläche des Umlenkelements angeordnet ist. Das Umlenkelement kann aufgrund der auf ihm angeordneten
Justagemarken vorteilhafterweise durch das oben beschriebene Verfahren kalibriert werden. Das Umlenkelement hat den Vorteil, dass es einfach zu kalibrieren ist. Weitere Vorteile wurden bereits oben im Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben.
Die Erfindung umfasst weiterhin ein Computerprogramm, das zur Durchführung der beschriebenen Schritte des Verfahrens eingerichtet ist, um mit diesem Computerprogramm eine Kalibrierung der Projektionsvorrichtung durchführen zu können. Weiterhin umfasst die Erfindung ein maschinenlesbares
Speichermedium, auf welchem ein solches Computerprogramm gespeichert ist, sowie ein elektronisches Steuergerät, das eingerichtet ist, eine
Projektionsvorrichtung für eine Datenbrille oder eine Datenbrille mittels der beschriebenen Schritte des Verfahrens zu betreiben. Ein solches elektronisches Steuergerät kann beispielsweise als Mikrocontroller in eine
Projektionsvorrichtung oder Datenbrille integriert sein.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Projektionsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform;
Figur 2 zeigt schematisch ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform.
Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Umlenkelements gemäß einer Ausführungsform;
Figur 4 bis 6 illustrieren schematisch jeweils einen Verlauf von Lichtstrahlen in einem Verfahren gemäß einer Ausführungsform; und Figur 7 zeigt schematisch eine Datenbrille gemäß einer Ausführungsform in isometrischer Darstellung.
Ausführungsbeispiele der Erfindung
Figur 1 zeigt die prinzipielle Funktionsweise der Projektionsvorrichtung 100. Ein von einer Laserdiode als Lichtquelle 104 emittierter Lichtstrahl 106 wird mittels einer Linse als Kollimationselement 114 kollimiert und in Richtung eines
Mikrospiegels als Reflexionselement 112 geführt. Das Reflexionselement 112 lenkt das Licht in Richtung des als holografisches Element 103 aufgeführten
Umlenkelements um. Das holografische Element 103 ist auf einem Brillenglas 402 aufgebracht. Der vom holografischen Element 103 umgelenkte Lichtstrahl 106 trifft sodann auf eine Augenlinse 108, von wo der Lichtstrahl 106 auf die Netzhaut 110 eines Augapfels 107 eines Nutzers fokussiert wird.
Die Lichtquelle 104 ist in einem am Brillengestell 120 befestigten Gehäuse 105 angeordnet. Am Ausgang des Gehäuses 105 ist das Kollimationselement 114 angeordnet. Die Lichtquelle 104, das Kollimationselement 114 und das
Reflexionselement 112 können in einem gemeinsamen nicht dargestellten Gehäuse untergebracht sein, wobei der vom Reflexionselement 112 reflektierte
Lichtstrahl 106 durch ein an einer Seite des Gehäuses angeordnetes Fenster ausgekoppelt wird. Dieses Gehäuse kann am Brillenbügel 118 oder am
Brillengestell 120 befestigt sein. Die Projektionsrichtung 100 weist ferner zwei Justagemarken 132 auf, welche auf dem holografischen Element 103 aufgebracht sind.
Figur 2 zeigt ein Ablaufdiagramm des Verfahrens 500 zur Kalibrierung einer Projektionsvorrichtung 100 für eine Datenbrille. In einem ersten Schritt 510 des Verfahrens 500 wird ein von einer Lichtquelle 104 ausgesendeter Lichtstrahl 106 mittels eines Reflexionselements 112 über einen Scanwinkelbereich gescannt, so dass der von dem Reflexionselement 112 abgelenkte Lichtstrahl 106 einen Oberflächenbereich eines auf einem Brillenglas 402 der Datenbrille
angeordneten Umlenkelements, welches als holografisches Element 103 ausgeführt ist, überstreicht, welcher mindestens zwei Justagemarken 132 aufweist, wobei jede Justagemarke 132 an einer vorgegebenen Position auf der Oberfläche des holografisches Element 103 angeordnet ist. In einem zweiten Schritt 520 das Verfahrens 500 wird bestimmet, bei jeweils welcher
Scaneinstellung des Reflexionselements 112 die mindestens zwei
Justagemarken 132 von dem Lichtstrahl 106 getroffen werden.
Figur 3 zeigt ein Umlenkelement für eine Projektionsvorrichtung 100 für eine Datenbrille 400. Das Umlenkelement ist vorliegend ein holografisches Element 103. Das als Schicht ausgeführte holografische Element 103 ist auf einem Brillenglas 402 aufgebracht. Das holografische Element 103 hat eine
Rechteckform. Auf den vier Ecken des holografischen Elements 103 ist jeweils eine Justagemarke 132 angeordnet. Das Brillenglas 402 ist von einem
Brillengestell 120 gefasst. Figur 4 zeigt das als holografisches Element 103 aufgeführte Umlenkelement der
Figur 3, wobei zusätzlich auf den vier Justagemarken 132 jeweils ein Detektor 136 angeordnet ist. Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird ein von der Lichtquelle 104 ausgesandter Lichtstrahl 106 über die Oberfläche des holografischen Elements 103 gescannt, wobei der Lichtstrahl 106 auch die vier Detektoren 136 überstreicht. Die Lichtquelle 104 und der Lichtstrahl 106 sind hierbei nur schematisch gezeichnet, um das Scannen des Lichtstrahls 106 zu verdeutlichen. Das Reflexionselement 112 ist hier nicht dargestellt. Da die Positionen der Detektoren 136 auf dem holografischen Element 103 bekannt sind, kann bestimmt werden, bei welcher Scaneinstellung des
Reflexionselements 112 die Detektoren 136 getroffen werden. Hieraus kann ein funktioneller Zusammenhang zwischen dem Auftreffpunkt des Lichtstrahls 106 auf der Oberfläche des holografischen Elements 103 und der Scaneinstellung des Reflexionselementes 112 bestimmt werden. Figur 5 zeigt eine ähnliche Ausführungsform wie die Figur 4. Im Unterschied zur
Ausführungsform der Figur 4 sind hier anstelle der vier Detektoren 136 auf den vier Justagemarken 132 vier holografische Justageelemente 134 angeordnet. In der vorliegenden Ausführungsform lenken die vier holografischen
Justageelemente 134 jeweils den auf sie fallenden Lichtstrahl 106 auf einen gemeinsamen Punkt, den Durchstoßpunkt 146. An dem Durchstoßpunkt 146 ist ein Detektor 136 angeordnet, welcher die Lichtstrahl 106, welche von den vier holografischen Justageelementen 134 umgelenkt werden, detektiert. In dieser Ausführungsform muss die Position des Durchstoßpunktes 146 nicht bekannt sein, es ist lediglich wichtig, dass alle vier holografischen Justageelemente 134 die jeweiligen Lichtstrahlen 106 auf den Durchstoßpunkt 146 umlenken. Dann kann analog zur Ausführungsform der Figur 3 ein funktioneller Zusammenhang zwischen dem Auftreffpunkt des Lichtstrahls auf der Oberfläche des
holografischen Elements 103 und der Scaneinstellung des Reflexionselementes 112 bestimmt werden.
Figur 6 zeigt eine ähnliche Ausführungsform wie die Figur 5. Im Unterschied zur Ausführungsform der Figur 5 lenken die vier holografischen Justageelemente 134 die auf sie fallenden Lichtstrahlen 106 parallel zur jeweiligen
Oberflächennormale 142 ab. Hierbei ist zu beachten, dass, wenn das
holografische Element 103 eine gekrümmte Fläche ist, die jeweiligen
Oberflächennormalen 142 nicht parallel zueinander verlaufen. Zur Detektion der vier Lichtstrahl 106, welche von den vier holografischen Justageelementen 134 reflektiert werden, kann in einer Detektionsebene 144 ein flächiger Detektor angebracht werden. Falls die vier dargestellten Oberflächennormalen 142 jeweils gleich lang sind, und das holografische Element 103 eben ist, ist die
Detektionsebene 144 parallel zur Ebene des holografischen Elements 103. In dieser Ausführungsform müssen die vier Lichtstrahlen 106 lediglich auf dem in der Detektionsebene 144 angeordneten Detektor detektiert werden, die
Positionen, wo die Lichtstrahlen auf den Detektor auftreffen, müssen nicht bekannt sein. Dann kann analog zur Ausführungsform der Figur 4 ein
funktioneller Zusammenhang zwischen dem Auftreffpunkt des Lichtstrahls auf der Oberfläche des holografischen Elements 103 und der Scaneinstellung des Reflexionselementes 112 bestimmt werden. Figur 7 zeigt eine schematische Darstellung einer Datenbrille 400 mit einer
Projektionsvorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die
Projektionsvorrichtung 100 weist hierbei eine Scanneroptik 152 und das holografische Element 103 auf. Die Scanneroptik 152 ist im Gehäuse 105 angeordnet und sendet einen nicht dargestellten Lichtstrahl 106 durch das Auftrittsfenster 148 auf das holografische Element 103. Die Datenbrille 400 weist ein Brillenglas 402 auf, auf dem das holografische Element 103 angeordnet ist. Beispielsweise ist das holografische Element 103 als Teil des Brillenglases 402 realisiert. Alternativ ist das holografische Element 103 als ein separates Element realisiert und mittels eines geeigneten Fügeverfahrens mit dem Brillenglas 402 verbunden.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren (500) zur Kalibrierung einer Projektionsvorrichtung (100) für eine Datenbrille (400), wobei das Verfahren (500) folgende Schritte aufweist:
Scannen (510) eines von einer Lichtquelle (104) ausgesendeten Lichtstrahls (106) mittels eines Reflexionselements (112) über einen Scanwinkelbereich, so dass der von dem Reflexionselement (112) abgelenkte Lichtstrahl (106) einen Oberflächenbereich der Datenbrille (400) überstreicht, welcher mindestens zwei an der Datenbrille (400) angeordnete Justagemarken (132) aufweist, wobei jede Justagemarke (132) an einer vorgegebenen Position relativ zur Oberfläche eines auf einem Brillenglas (402) der Datenbrille (400) angeordneten
Umlenkelements angeordnet ist; und
Bestimmen (520), bei jeweils welcher Scaneinstellung des
Reflexionselements (112) die mindestens zwei Justagemarken (132) von dem Lichtstrahl (106) getroffen werden.
2. Verfahren (500) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen der Scaneinstellung des Reflexionselementes (112) und dem Auftreffpunkt des Lichtstrahls (106) auf der Oberfläche der Datenbrille (400) ein eindeutiger funktionaler Zusammenhang bestimmt wird.
3. Verfahren (500) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen (520), bei jeweils welcher Scaneinstellung des Reflexionselements (112) die mindestens zwei Justagemarken (132) von dem Lichtstrahl (106) getroffen werden, erfolgt, indem der Lichtstrahl (106) jeweils von auf den Justagemarken (132) angeordneten Detektoren (136) detektiert wird.
4. Verfahren (500) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen (520), bei jeweils welcher Scaneinstellung des Reflexionselements (112) die mindestens zwei Justagemarken (132) von dem Lichtstrahl (106) getroffen werden, erfolgt, indem der Lichtstrahl (106) jeweils von holografischen oder diffraktiven Justageelementen (134), die jeweils auf den Justagemarken (132) angeordneten sind, in jeweils eine vorgegebene Richtung umgelenkt wird und nach der jeweiligen Umlenkung detektiert wird.
Verfahren (500) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtstrahl (106) jeweils von den holografischen oder diffraktiven Justageelementen (134) in Richtung des Reflexionselements (112) zurück reflektiert wird.
Verfahren (500) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtstrahl (106) jeweils von den holografischen oder diffraktiven Justageelementen (134) in Richtung einer Augenlinse (108) eines Nutzers abgelenkt wird.
Verfahren (500) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (104) auch für die Bilderzeugung verwendet wird.
Projektionsvorrichtung (100) für eine Datenbrille (400) zur Durchführung eines Verfahrens (500) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Projektionsvorrichtung (100) folgende Merkmale aufweist:
zumindest eine Lichtquelle (104) zum Aussenden eines
Lichtstrahls (106); und
zumindest ein an einem Brillenglas (402) der Datenbrille (400) angeordnetes oder anordenbares Umlenkelement zum Projizieren eines Bilds auf eine Netzhaut (110) eines Nutzers der Datenbrille (400) durch Umlenken und/oder Fokussieren des Lichtstrahls (106) auf eine Augenlinse (108) des Nutzers,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Projektionsvorrichtung (100) mindestens zwei Justagemarken (132) aufweist, und
dass jede Justagemarke (132) an einer vorgegebenen Position relativ zur Oberfläche des Umlenkelements angeordnet ist.
Datenbrille (400) mit folgenden Merkmalen:
einem Brillenglas (402); und einer Projektionsvorrichtung (100) gemäß Anspruch 8, wobei das Umlenkelement am Brillenglas (402) angeordnet ist.
10. Umlenkelement für eine Projektionsvorrichtung (100) für eine Datenbrille (400) aufweisend:
mindestens zwei Justagemarken (132), wobei jede Justagemarke (132) an einer vorgegebenen Position relativ zur Oberfläche des
Umlenkelements angeordnet ist.
11. Computerprogramm, welches eingerichtet ist, jeden Schritt des
Verfahrens (500) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen.
12. Maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem ein
Computerprogramm nach dem vorhergehenden Anspruch gespeichert ist.
13. Elektronisches Steuergerät, welches eingerichtet ist, eine
Projektionsvorrichtung (100) für eine Datenbrille (400) oder eine Datenbrille (400) mittels eines Verfahrens (500) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zu kalibrieren.
EP18734175.5A 2017-07-12 2018-06-21 Verfahren zur kalibrierung einer projektionsvorrichtung für eine datenbrille sowie projektionsvorrichtung für eine datenbrille zur durchführung eines verfahrens. Withdrawn EP3652579A1 (de)

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PCT/EP2018/066617 WO2019011615A1 (de) 2017-07-12 2018-06-21 Verfahren zur kalibrierung einer projektionsvorrichtung für eine datenbrille sowie projektionsvorrichtung für eine datenbrille zur durchführung eines verfahrens.

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