WO2020165033A1 - Projektionsvorrichtung für eine datenbrille, verfahren zum darstellen von bildinformationen mittels einer projektionsvorrichtung und steuergerät - Google Patents

Projektionsvorrichtung für eine datenbrille, verfahren zum darstellen von bildinformationen mittels einer projektionsvorrichtung und steuergerät Download PDF

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WO2020165033A1
WO2020165033A1 PCT/EP2020/053085 EP2020053085W WO2020165033A1 WO 2020165033 A1 WO2020165033 A1 WO 2020165033A1 EP 2020053085 W EP2020053085 W EP 2020053085W WO 2020165033 A1 WO2020165033 A1 WO 2020165033A1
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WO
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light beam
image information
eye
projection device
viewing area
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PCT/EP2020/053085
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Andreas Petersen
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Robert Bosch Gmbh
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    • G02B2027/0187—Display position adjusting means not related to the information to be displayed slaved to motion of at least a part of the body of the user, e.g. head, eye

Definitions

  • Projection device for data glasses method for displaying
  • the approach is based on a device or a method according to the preamble of the independent claims.
  • the subject of the present approach is also a computer program.
  • Projection device for data glasses a method for displaying image information by means of a projection device, furthermore a control device that uses this method, and finally a corresponding one
  • a projection device for data glasses having the following features: an image generation unit for generating at least one first light beam representing image information and additionally or alternatively a further first light beam representing the image information; and at least one deflection element which is designed to move the first light beam in the form of a second light beam representing first image information and additionally or alternatively the further first light beam in the form of a third light beam representing second image information into a first viewing area and additionally or alternatively into a second Deflecting the field of vision of an eye, the second light beam and the third light beam differing in terms of beam divergence and the second
  • the viewing area and the first viewing area at least overlap.
  • the different beam divergences of the second light beam and the third light beam advantageously allow differently perceptible image sharpness of the image information for the eye.
  • the second light beam can have a beam divergence for perception of a higher image sharpness than the third light beam.
  • the image information transmitted by the second light beam is referred to as first image information and the image information transmitted by the third light beam as second
  • Image information referred to.
  • Image information can only be perceivable in terms of
  • the deflecting element is designed around the first
  • the image generation unit can be designed to generate the first light beam and the further first light beam, wherein the first light beam and the further first light beam can differ from one another with regard to a wavelength.
  • the projection device comprises at least one deflection element which is designed to deflect the first light beam in the form of the second light beam and the further first light beam in the form of the third light beam into the first field of view and also into the second field of view of the eye, the second light beam and the third light beam differ in terms of beam divergence, and the second
  • the viewing area and the first viewing area at least overlap.
  • the task of the different wavelengths is here to be distinguishable for the deflecting element.
  • the sense and purpose is that the deflecting element can distinguish the two first light beams (both cannot be divergent) and then deflects one into the second light beam and deflects the other into the third light beam, the second and the third light beam then in differ in their divergence.
  • Data glasses can be understood to mean glasses for displaying visual information in a field of view of a wearer of the data glasses.
  • Visual information can be understood to mean, for example, an image point or image content.
  • the first or the second Image information represents a monochrome or color image.
  • the two pieces of image information can represent, for example, one and the same image content at different virtual image distances and thus image sharpnesses perceived differently.
  • the first image information can be an image that is perceived as being sharp
  • the second image information can be an image that is perceived as being blurred.
  • the light beams can each be, for example, a laser beam (monochrome image display) or a plurality of approximately superimposed laser beams (multicolored image display).
  • the image sharpness is not to be understood as a physical property of the light beam, but rather a consequence of the distance between the viewer's eye and the distance of the virtual image.
  • the second light beam represents a virtual image at a great distance
  • the third light beam can represent an image on the plane of a spectacle lens. This second image cannot be shown in focus due to the short distance to the eye.
  • a deflecting element can be understood to mean an element for deflecting the first light beam and additionally or alternatively a further first light beam.
  • the deflecting element can be a hologram, a holographic optical element or an optionally partially transparent mirror. Other operating principles are also conceivable, for example.
  • the deflecting element can also be used as an optical phase array, electrical or
  • magneto-optical deflector or as an array of such deflectors.
  • the deflecting element can for example be integrated into a spectacle lens of the data glasses.
  • the deflection element can have at least one first deflection section for deflecting the first light beam in the form of the second light beam into the first field of view and a second
  • Deflection sections can be, for example, hologram or
  • a viewing area can be understood to mean an area that can be perceived by one eye of the wearer when wearing the data glasses.
  • the first and the second viewing area can at least overlap or be arranged congruently.
  • the first viewing area can be a central viewing area of the eye and the second viewing area is a peripheral viewing area of the eye.
  • Each light beam can cover the entire field of vision. Both the image information of the third light beam that is perceived as blurred and the image information of the second light beam that is perceived as being sharp can be selectively switched off or dimmed depending on the direction in which the user is looking, for example to save energy.
  • the first light beam can also be a
  • the further first light beam can also be a beam composed of a plurality of further first light beams.
  • the second light beam can also be a bundle of rays from a plurality of second ones
  • the third light beam can also be a beam composed of a plurality of third light beams.
  • the approach presented here is based on the knowledge that data glasses can use a suitable deflection element, in particular for example a holographic optical element, to project images of different sharpness into several at least overlapping or congruently arranged viewing areas of a viewer's eye.
  • a suitable deflection element in particular for example a holographic optical element
  • sharp image content and also fuzzy image content can be displayed at the same time, for example superimposed.
  • a number of required light sources can be reduced to one or two light sources in the case of monochrome image display and to three to six light sources in the case of full-color image display (RGB). With two basic colors and the one from them
  • resulting mixed colors can, for example, also be two to four
  • Light sources are sufficient.
  • a number of required reflection layers such as for example hologram layers, can be reduced in a corresponding manner.
  • the approach presented here enables Realization of data glasses with a large field of view, also called “field of view”, and a large, effective eyebox. The functionality of the smart glasses can thus be improved.
  • the deflection element can be designed to generate the second light beam from the first light beam by deflecting it in such a way that the first image information is perceived higher
  • the deflecting element can be designed to convert the first image information within a central
  • the deflecting element can be designed to display the first image information within the peripheral visual area of the eye as the second visual area and, additionally or alternatively, to display the second image information within the central visual area of the eye as the first visual area.
  • the first image information can have an image with a higher image sharpness.
  • the different image sharpness can arise in particular through the virtual image distance.
  • the second image information can also be sharply perceptible.
  • a central viewing area can be understood to mean an area in which the eye can see images with high visual acuity, i. H.
  • a peripheral field of vision can be understood to be an area in which the eye sees images with reduced visual acuity, i.e. H. peripheral, perceives.
  • the central viewing area can be at least partially surrounded by the peripheral viewing area. This enables image information to be displayed with high image sharpness in all areas that can be perceived by the eye, ie in those in which the eye can actually see clearly and also in those in which it can see blurred. This can increase the efficiency of the projection device. Thus, the manufacturing cost of the projection apparatus can be reduced.
  • the deflecting element can be designed to divide the first image information within the first viewing area and additionally or alternatively within the second viewing area and additionally or alternatively the second image information divert or display within the second viewing area and additionally or alternatively within the first viewing area, the second
  • the viewing area and the first viewing area can be arranged congruently. This enables a simultaneous display of a sharp image content and also a fuzzy image content in, for example, an entire field of view of the eye. Complex tracking of specific image contents for specific visual areas of the eye can thus advantageously be dispensed with.
  • the deflecting element can be designed to deflect the first light beam in the form of the second light beam representing the first image information and additionally or alternatively at least the further first light beam in the form of the third light beam representing the second image information to a point located behind a pupil of the eye.
  • the deflecting element is designed to deflect at least one additional first light beam generated by the image generating device in the form of a further second light beam representing the first image information to the point. This enables an overall larger field of view compared to a deflection of the first one
  • Light beam and additionally or alternatively the further first light beam for example on a point arranged in or on the pupil.
  • all second light beams can also be deflected onto the point behind the pupil.
  • the deflecting element can be designed, for example, to surround the first light beam in the form of the second light beam and additionally or alternatively the further first light beam in the form of the second image information
  • the deflecting element comprises at least one hologram layer for deflecting the first light beam, in particular wherein the deflecting element can include at least one further hologram layer for deflecting the further first light beam representing the image information, the further hologram layer being arranged in a different position than the hologram layer can be.
  • a hologram layer can be understood as a holographic optical element implemented as a layer.
  • Another layer can be understood as another layer, for example the hologram layer and the further hologram layer can be arranged one behind the other, for example flush, overlapping or offset.
  • the deflecting element can be implemented simply and inexpensively. A particularly large number of deflection options for light rays can be covered by hologram layers in different planes.
  • the projection device can have a spectacle lens.
  • the deflecting element can be implemented as part of the spectacle lens, in particular the deflecting element can be cast into the spectacle lens and additionally or alternatively laminated and additionally or alternatively applied to the spectacle lens and additionally or alternatively exposed.
  • a spectacle lens can be understood to mean, for example, a pane or a lens made of glass or plastic.
  • the spectacle lens can be shaped to correct refractive errors of the eye.
  • This embodiment enables a particularly simple, inconspicuous and inexpensive integration of the deflecting element.
  • the deflecting element can extend over at least a major portion of a surface of the spectacle lens. This enables a field of vision of the eye to be covered over the largest possible area by the deflecting element.
  • the projection device can have an eye position determination unit for determining an eye position of the eye.
  • the image generation unit can be designed to generate the first light beam and / or the further first light beam as a function of the To generate eye position and additionally or alternatively can
  • Deflection element can be designed to deflect the second light beam and additionally or alternatively the third light beam as a function of the eye position.
  • the eye position determination unit can include, for example, a camera for detecting the eye position.
  • the first image information can be in the first using the second light beam as a function of the eye position
  • the visual area can be displayed more intensely, and additionally or alternatively the second image information is displayed less intensively or not at all in the first visual area as a function of the eye position using the third light beam. This enables a more intensive perception of sharp image information in the central field of vision of the eye.
  • the eye position determination unit can additionally or alternatively be designed to determine the eye position using infrared light.
  • the image generation unit can be designed to generate the first light beam and, additionally or alternatively, the further first light beam in such a way that the first image information and, additionally or alternatively, the second image information represent an at least two-colored, in particular multicolored, image. This can improve the quality of the
  • Projection device can be improved.
  • the approach presented here also creates a method for displaying image information by means of a projection device according to one of the preceding embodiments, the method comprising the following steps:
  • the second light beam can be deflected in such a way as to display the first image information within the first viewing area and the second viewing area, and additionally or alternatively the third light beam can be deflected in such a way as to display the second image information within the second viewing area and the first viewing area .
  • the method can have a step of deflecting, in which at least the first light beam and additionally or alternatively the further first light beam are deflected.
  • the first light beam generated by a permanently installed light generating unit and additionally or alternatively further first light beam can be deflected in the step of deflection from a, for example, movable micromirror onto a deflection element, before it is then deflected into the fields of view by the, for example, immovable deflection element / become.
  • This method can be implemented, for example, in software or hardware or in a mixed form of software and hardware, for example in a control device.
  • the approach presented here also creates a control device which is designed to perform the steps of a variant of a method presented here in
  • control device can have at least one processing unit for processing signals or data, at least one storage unit for storing signals or data, at least one interface to a sensor or an actuator for reading in sensor signals from the sensor or for outputting control signals to the actuator and / or at least one
  • the computing unit can for example be a signal processor, a microcontroller or the like, the memory unit being a flash memory, an EPROM or a
  • the magnetic storage unit can be.
  • the communication interface can be designed to read in or output data wirelessly and / or wired, with a communication interface that can input or output wired data, for example, feed this data electrically or optically from a corresponding data transmission line or output it into a corresponding data transmission line.
  • a control device can be understood to mean an electrical device that processes sensor signals and outputs control and / or data signals as a function thereof.
  • the control device can have an interface that can be designed in terms of hardware and / or software. With a hardware design, the interfaces can be part of a so-called system ASIC, for example, which has a wide variety of functions
  • Control unit includes.
  • the interfaces are separate, integrated circuits or at least partially consist of discrete components.
  • the interfaces can be software modules that are present, for example, on a microcontroller alongside other software modules.
  • a computer program product or computer program with program code which can be stored on a machine-readable carrier or storage medium such as a semiconductor memory, a hard disk or an optical memory, and for carrying out, converting and / or controlling the steps of the method according to one of the above is also advantageous
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a functional principle of a near-to-eye display of data glasses
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a functional principle of a near-to-eye display of data glasses
  • FIG. 3 shows a diagram for illustrating visual acuity as a function of an angle on an optical axis
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a functional principle of a retinal scan display of data glasses
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a functional principle of a retinal scan display of data glasses
  • FIG. 6 shows a schematic representation of data glasses with a
  • FIG. 7 shows a schematic representation of a projection device according to an embodiment
  • FIG. 8 shows a schematic representation of a projection device according to an embodiment
  • FIG. 9 shows a schematic illustration of a projection device according to an exemplary embodiment
  • FIG. 10 shows a schematic illustration of a projection device according to an exemplary embodiment
  • 11 shows a schematic illustration of a projection device according to an embodiment
  • FIG. 12 shows a schematic illustration of a projection device according to an exemplary embodiment
  • FIG. 13 shows a flowchart of a method for displaying
  • FIG. 14 shows a schematic illustration of a control device according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a functional principle of a near-to-eye display 100 of data glasses, called NTE display for short.
  • a microdisplay is shown as a near-to-eye display 100 which can be viewed via deflection optics in the form of a prism 102 and a lens 104.
  • the field of view, also called “field of view” or FOV for short, of such a system can be limited by the size of the coupling prism 102.
  • Data glasses show the user image information in his field of vision.
  • data glasses for virtual reality In general, a distinction can be made between data glasses for virtual reality, English virtual reality, and data glasses for augmented reality, or AR for short.
  • data glasses for virtual reality a real environment can be hidden and replaced by a virtual world.
  • Data glasses for augmented reality can superimpose virtual image content on the real environment.
  • AR glasses can therefore, for example, be made transparent or partially transparent. Possible areas of application for AR glasses are for example sports glasses for displaying speed,
  • Home applications such as displaying a virtual control panel or a cooking recipe.
  • AR glasses can, for example, be implemented as NTE displays or as retinal scan displays, or RSD for short.
  • NTE displays a real image is generated very close to the eye of the beholder, for example by means of a microdisplay, and viewed through optics, for example a magnifying glass.
  • Fig. 1 shows an example of such
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of a functional principle of a near-to-eye display 200 of data glasses.
  • a microdisplay 202 is viewed via deflection optics and a lens.
  • the coupling of the image into the eye does not take place here via an additional optical element in front of the spectacle lens, but rather through a light guide within the spectacle lens.
  • Decoupling elements 204 here holograms, integrated.
  • the space required by the coupling and decoupling elements 204 depends on the desired field of view.
  • FIG. 3 shows a diagram for representing visual acuity 900, here plotted on the y-axis, as a function of an angle on an optical axis, here plotted on the x-axis.
  • the highest density of sensory cells is located in the area of the so-called macula of the eye, with the highest visual acuity being achieved in its center, the so-called fovea.
  • the range of sharp vision is very limited. Visual acuity drops to 30 percent of yours within plus / minus 5 degrees
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a functional principle of a retinal scan display 400 of data glasses.
  • a possible technical implementation of AR glasses with the so-called retinal scan display 400 is shown.
  • the retinal scan display 400 an image is written directly onto the retina or retina of an eye 405. The image therefore does not exist at any point in time outside the eye 405.
  • the image is written directly onto the retina by means of a rapidly moving laser beam 410; such a method is also called a light point or flying spot method.
  • holographic optical elements 420 also called HOE, integrated in a spectacle lens 415, such a display system can be implemented in a particularly compact manner.
  • a laser beam 410 is scanned over the spectacle lens 415 by means of a micromirror 425 and is directed by the HOE 420 in the spectacle lens 415 into the eye 405 of the viewer.
  • Such an HOE 420 can be designed in such a way that it only deflects the laser wavelength and otherwise acts transparently to the human eye 405.
  • the presentation of the content is focus-free, i. H. the virtual contents appear sharp regardless of the
  • a basic problem with compact RSDs 400 is the size of the so-called “eyebox”, ie the exit pupil of the optical system. So that an image can be perceived by the eye 405, the exit pupil of the optical system must spatially overlap with the entrance pupil of the eye 405.
  • Figure 4 and 5 show the schematic representation of the problem.
  • the compact optical system here as an example with the micromirror 425 with a small
  • Diameter limits a diameter of the laser beam 410 used for image display.
  • Eye movements e.g. For example, to view this large image in full, the pupil 430 of the eye 405 leaves the exit pupil of the system and the image disappears, as shown in FIG.
  • a holographic optical element 420 steers in the
  • Spectacle lens 415 all incident rays from the micromirror 425 into the pupil 430 of the eye 405.
  • the micromirror 425 is imaged onto the eye pupil 430.
  • the eye 405 looks straight ahead at an exemplary angle of 0 °.
  • the fovea (5 ° extension) of eye 405 is in the center of the field of view. In this way, the full field of view, 60 ° here as an example, can be perceived in FIG. 4.
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a functional principle of a retinal scan display 400 of data glasses. This can be the retinal scan display 400 described in FIG. 4, with the difference that a viewing angle of the eye 405 is shown rotated by 10 °.
  • the aperture of the micromirror 425 limits the
  • Diameter of the laser beam 410 used for image display Therefore, a large image can be displayed with a certain eye position (see Fig.
  • the pupil 430 of the eye 405 leaves the exit pupil of the system and the image disappears.
  • FIG. 6 shows a schematic illustration of data glasses 1000 with a projection device 1002 according to an exemplary embodiment.
  • the projection device 1002 according to this is merely exemplary
  • Embodiment arranged at least partially in or on the data glasses 1000.
  • the projection device 1002 has an image generation unit 1004 and a deflecting element 1008 which is integrated here by way of example in a spectacle lens 1006 of the data glasses 1000 and which is for example in the spectacle lens 1006
  • the deflecting element 1008 can be arranged applied to the spectacle lens 1006.
  • the spectacle lens 1006 is part of the projection device 1002 merely by way of example.
  • the image generation unit 1004 is designed to have a first
  • Image information representing first light beam 1010 or a
  • the projection device 1002 optionally has a movable or immobile micromirror 425 which is arranged and designed to direct the first light beam 1010 and / or the further first light beam 1011 from the image generation unit 1004 to the deflecting element 1008.
  • Hologram layers is designed to convert the first light beam 1010 in the form of a second light beam 1012 representing first image information and / or the further first light beam 1011 in the form of a third light beam 1013 representing a second image information into a first viewing area 1014 and / or a second viewing area 1018 of the eye 405, the second light beam 1012 and the third light beam
  • the first and second image information differ according to this
  • the deflecting element 1008 is designed to deflect the second light beam 1012 into the first viewing area 1014 and the second viewing area 1018 of the eye 405 and the third
  • the deflecting element 1008 extends over a large part of a surface of the spectacle lens 1006 in order to cover the largest possible area of a field of view of the eye 405.
  • the first viewing area 1014 is a central viewing area within which the eye 405 can perceive images with high visual acuity
  • the second viewing area 1018 is a peripheral viewing area within which the eye 405 can perceive images with only poor visual acuity.
  • the first light beam 1010 is deflected by the deflecting element 1008 in such a way that the first image information represented by the second light beam 1012 has a higher perceptible image sharpness than the second represented by the third light beam 1013
  • Image information so that the image information with the greater image sharpness is displayed in at least that of the two viewing areas 1014, 1018 in which the eye 1016 can actually see clearly and / or in both
  • Viewing areas 1014, 1018 is displayed.
  • the image information with the lower image sharpness is displayed in at least that of the two viewing areas 1014, 1018 in which the eye 1016 sees blurred and / or is displayed in both viewing areas 1014, 1018.
  • the image generation unit 1004 is designed to generate the further first light beam 1011 representing the image information in addition to the first light beam 1010 representing the image information, the first light beam 1010 and the further first light beam 1011 differing from one another with regard to a wavelength.
  • the data glasses 1000 furthermore comprise an optional control device 1020 for controlling the
  • control unit 1020 sends a corresponding one Control signal 1022 to the image generation unit 1004, wherein the
  • Image generation unit 1004 is designed to use the
  • Control signal 1022 to generate at least the first light beam 1010 and / or the further first light beam 1011.
  • the control device 1020 can additionally or alternatively output a control signal to the deflecting element 1008, the deflecting element 1008 being designed to generate or deflect at least the second light beam 1012 and / or the third light beam 1013 using the control signal.
  • the image generation unit 1004 and / or the control device 1020 can be attached to a glasses frame of the data glasses 1000.
  • the deflecting element 1008 is optionally designed to divert the first light beam 1010 in the form of the second light beam 1012 and / or the further first light beam 1011 in the form of the third
  • the deflecting element 1008 directs all second light beams 1012 to the point 1025. According to an exemplary embodiment, this deflects
  • Deflecting element 1008 all third light beams 1013 to point 1025.
  • Point 1025 is, according to this exemplary embodiment, a fulcrum of eye 405, for example.
  • the deflection element 1008 is optionally designed to divert the first light beam 1010 in the form of the second light beam 1012 and / or the additional first light beam in the form of the further second light beam 1012 and / or all second light beams 1012 in the form of a collimated second light beam 1012 or in the form of several collimated second light beams 1012.
  • a collimated light beam is to be understood as a non-divergent or hardly divergent light beam, for example at least a laser beam.
  • the deflecting element 1008 is optionally designed to divert the further first light beam 1011 in the form of the third light beam 1013 and / or at least one further third light beam 1013 and / or deflect all third light beams 1012 in the form of a divergent third light beam 1013 or in the form of a plurality of divergent third light beams 1013.
  • the first light beam 1010 and also the further first light beam 1011 according to this exemplary embodiment are merely exemplified in the form of
  • the image generation unit 1004 generates only one of the two light beams 1010, 1011, the
  • Projection device 1002 can have a further image generation unit which is designed to generate the other of the two light beams 1010, 1011.
  • the image generation unit 1004 is in accordance with this
  • Embodiment optionally designed to generate the first light beam 1010 and / or the further first light beam 1011 in such a way that the first image information and / or the second image information represents an at least two-colored, in particular multicolored image.
  • the deflecting element 1008 comprises merely by way of example
  • the deflecting element 1008 can also include at least one further hologram layer which is designed to deflect the further first light beam 1011 representing the or further image information as the third light beam 1013, the further hologram layer being arranged in a different position than the hologram layer can.
  • the projection device 1002 presented here realizes an RSD in which the micromirror 425 is not imaged onto the pupil 430 but onto the pivot point in the interior of the eye.
  • the full field of view here 60 ° as an example
  • the section is largely independent of eye movements of the eye 405.
  • the eye 405 can view the full field of view up to the edge.
  • the projection device 1002 can therefore also be referred to as AR data glasses with a large field of view.
  • the eye 405 is offered sharp image information for each viewing angle.
  • the third light beam 1013 here in the form of a second laser, different but similar wavelengths
  • the further first light beam 1011, or second laser is deflected divergently in the direction of the eye 405 by means of a further holographic function. It is thereby achieved that the laser beams at the eye 405 are sufficiently large and the pupil 430 lies within the illuminated area in every eye position.
  • This image information written with divergent light is perceived by the eye 405 as being out of focus.
  • the fovea lies in the center of the FOV.
  • the FOV is partially visible to the eye 405, here 16.7 °.
  • the divergent light the FOV is completely visible to the eye 405, here 60 °.
  • the projection device 1002 presented here Compared to a possible so-called “exit pupil expansion”, that is, an enlargement of the exit pupil through the use of beam expansion optics such as microlens arrays, the projection device 1002 presented here advantageously requires a significantly smaller installation space and the display in the projection device 1002 presented here is focus-free. In contrast to a possible so-called “exit pupil replication”, that is to say a duplication of the exit pupil, the projection device 1002 presented here advantageously does not require at least three laser sources and per color
  • the projection device 1002 presented here advantageously requires significantly less installation space and no complex tracking mechanics.
  • no contact lens is necessary with the projection device 1002 presented here.
  • Laser beams such a method uses or requires a so-called "foveated projection", i. That is, an adaptation of the projection to the resolution of the human eye (high resolution in the central field of vision and low resolution in the periphery), advantageously no complex holographic function is necessary with the projection device 1002 presented here.
  • Projection device 1002 reduces the required complexity while at the same time having a larger FOV and a larger eyebox. This reduces the size and any design restrictions.
  • the projection device 1002 presented here enables a simple system structure that saves resources (fewer components are necessary)
  • the projection device 1002 realizes a reduction in the number of required laser sources from three laser sources to two or even just one laser source with monochrome image display and from nine laser sources to six or even only three laser sources with color (RGB) image display. Since every laser source requires a holographic function, a reduction in the number of holographic functions required is accordingly made possible.
  • Separate beam expansion optics, tracking mechanisms and contact lenses are also omitted in the projection device 1002. Despite the resource-saving, simple one
  • the projection device 1002 realizes a larger FOV and a larger eyebox at the same time. It is a significantly simplified holographic function and less effort in image data processing as well as greatly reduced tolerance requirements. A functionality is also improved because the projection device 1002 is designed to produce two eyeboxes which, firstly, are not spatially separated and, secondly, differ in their beam divergence.
  • a core of the approach presented here is a division of the field of vision into two areas, the central field of vision, or ZSB for short, with high visual acuity and the peripheral field of vision, PSB for short, with low visual acuity.
  • the image display is adapted to the physiology of the human eye.
  • the central field of vision The spatial resolution of the human eye 405 depends heavily on the density of the light-sensitive cells on the retina. This is greatest in the center of the field of view and drops off rapidly towards the edge (see FIG. 3).
  • peripheral field of vision Outside the fovea centralis, spatial and color resolution of the eye decrease rapidly (see Figure 3). In contrast, the time resolution and thus the perceptibility of faster movements in the periphery increase.
  • the first image projection is used using the projection device 1002, in which the laser beams are deflected in such a way that they converge towards the pupil 430 of the eye 405.
  • the eye 405 in the pivot point of the eye 405, that is to say in the interior of the eye.
  • This section addresses the assembly of the eye.
  • the size of the visible section is largely independent of eye movements.
  • the eye 405 can see the full field of view to the edge.
  • the laser beams of this first image projection are focused as well as possible on the retina using the second light beams 1012 in order to produce a sharp image impression. If only this first image projection were available to the eye 405, the eye 405 could indeed perceive the assembly belonging to this viewing direction sharply for all viewing directions, but image components lying outside the assembly would be invisible.
  • the image information disappears as soon as the eye 405 is moved to another part of the field of view and reappears as soon as the eye 405 is moved back.
  • the effect can best be compared to the restricted field of vision when looking through a toilet roll.
  • the remaining area of the field of view, the PSB is displayed via a further image projection with its own laser and its own HOE using the third light beams 1013 according to an exemplary embodiment. So that the pupil 430 receives image information from the entire field of view in every eye position, the laser beam is deflected divergent by the HOE. This leads to a blurred perception of the projected image.
  • FIG. 7 shows a schematic illustration of a projection device 1002 according to an exemplary embodiment. This can be the projection device 1002 described in FIG. 6, with the difference that, for the sake of clarity, the third light beams are not shown.
  • FIG. 8 shows a schematic illustration of a projection device 1002 according to an exemplary embodiment. This can be the projection device 1002 described with reference to FIG. 6 or 7, with which
  • the eye is shown rotated 10 ° to the right.
  • the fovea (5 °) of the eye is in the center of the field of view. In this way, the field of view is partially visible, here 16.7 ° as an example.
  • FIG. 9 shows a schematic illustration of a projection device 1002 according to an exemplary embodiment.
  • This can be the projection device 1002 described with reference to FIG. 8, with the difference that the eye is shown rotated by a further 10 ° (or by 20 ° compared to FIG. 7) to the right.
  • the fovea (5 °) of the eye is in the center of the field of vision. In this way, the field of view is partially visible, here 16.7 ° as an example.
  • 10 shows a schematic illustration of a projection device 1002 according to an exemplary embodiment.
  • This can be the projection device 1002 described with reference to FIG. 9, with the difference that the eye is shown rotated by a further 10 ° (or by 30 ° compared to FIG. 7) to the right.
  • the fovea (5 °) of the eye lies in the edge of the field of vision. In this way, the field of view is partially visible, here 8.4 ° as an example.
  • FIG. 11 shows a schematic illustration of a projection device 1002 according to an exemplary embodiment. This can be one of the projection devices 1002 described in one of FIGS. 6 to 10, with the difference that the projection device 1002 according to this
  • Embodiment has an eye position determination unit which is designed to determine an eye position of the eye 405.
  • the eye position determination unit which is designed to determine an eye position of the eye 405.
  • the image generation unit is designed to convert the first light beam and / or the further first light beam into
  • the deflecting element is designed to generate the second light beam and / or the third light beam as a function of the eye position.
  • the eye position tracking required for this takes place, for example, directly via an already installed laser scanner as the eye position determination unit.
  • at least one of the already installed light sources in the visible wavelength range or also a further light source in the invisible wavelength range for example in the
  • the eye position determination unit comprises according to one
  • Embodiment a camera for detecting the eye positions.
  • the direction of gaze ie the eye position
  • the direction of gaze can also be determined by measuring the fundus. For this purpose, it can be used, for example, that the fundus of the eye is scanned with a laser beam for the purpose of image generation. If now an optical return channel is provided then an image of the fundus and the blood vessels running through it can be generated. From displacements of this image, as they occur with eye movements, conclusions can be drawn about the eye movement, for example in a manner similar to that of an optical computer mouse.
  • the projection device 1002 is used, for example, by means of
  • Sensor information of the eye position determination unit in the form of an eye tracking system is controlled in such a way that the third light beam in the form of the divergent laser beam in the central field of vision of the eye 405 is switched off or dimmed. Since the diameter of the pupil 430 and thus the perceived size of the ZSB changes as a function of the ambient brightness, the projection device 1002 can additionally have a sensor which is designed to measure the ambient brightness and, depending on this, a size of the blanked Range.
  • the divergent, large eyebox is used for the full field of vision, according to this exemplary embodiment with the exception of the central first field of vision 1014, advantageously no contact lens or other additional optics being necessary for the sharp image display.
  • the projection device 1002 presented here works advantageously with practically every eye 405, even if this actually has correction optics such as, for. B. requires glasses.
  • the projection device 1002 described can have one color
  • the third light beam is advantageously in the form of at least one divergent laser beam in the central first
  • Field of view 1014 which is already in the form of the second light beam
  • the fovea lies in the center of the FOV.
  • the FOV is partially visible to the eye 405, here 16.7 °.
  • the FOV is peripherally visible to the eye 405, here 60 ° -16.7 °.
  • both optical functions that is to say the sharp and the fuzzy projection
  • both optical functions that is to say the sharp and the fuzzy projection
  • a deflection efficiency of the HOE for the unsharp projection in such a case would be designed to be significantly lower than the efficiency for the sharp projection.
  • the PSB would be displayed brighter. According to one embodiment, the
  • Image generating unit designed accordingly to switch off the further first light beam depending on the eye position, for example in the ZSB and / or the first light beam depending on the
  • the eye position for example, in the ZSB more intensely or brighter and / or to generate the further first light beam depending on the eye position, for example in the PSB, more intensely or brighter.
  • a laser beam can be written, for example, directly onto the retina of the eye 1016 by means of the projection device 1002, it is also possible to generate an image or video of the retina by means of the projection device 1002. This is done, for example, by a corresponding
  • FIG. 12 shows a schematic illustration of a projection device 1002 according to an exemplary embodiment. This can be the projection device 1002 described with reference to FIG. 11, with the difference that the eye is shown rotated by 20 ° to the right by way of example. According to this exemplary embodiment, the fovea lies in the center of the FOV. Under
  • the FOV is partially visible to the eye, here 16.7 °.
  • the FOV is peripherally visible to the eye, here 60 ° - 16.7 °.
  • FIG. 13 shows a flow chart of a method 1300 for displaying image information by means of a projection device according to a
  • Embodiment. This can be one of the projection devices that was described with reference to one of FIGS. 6 to 12.
  • the method 1300 comprises a step 1305 of generating and a step 1310 of redirecting.
  • step 1305 of generating at least the first light beam and / or the further first light beam is generated.
  • step 1310 of deflection the first light beam in the form of the second light beam representing the first image information and / or the further first light beam in the form of the third light beam representing the second image information is deflected into the first field of vision and / or the second field of vision of the eye, the first light beam and / or the further first light beam is deflected in such a way that the second light beam and the third light beam differ in terms of beam divergence and wherein the second viewing area and the first viewing area at least overlap.
  • step 1310 of deflecting the second light beam is deflected such that the first image information is or can be displayed within the first viewing area and the second viewing area
  • the third light beam is deflected such that the second image information is within the second Viewing area and the first viewing area is displayed or can be displayed.
  • the method 1300 according to this exemplary embodiment also has an optional deflecting step 1315, in which at least the first light beam and / or the further first light beam is deflected.
  • FIG. 14 shows a schematic illustration of a control device 1020 according to an exemplary embodiment, for example a control device as described above with reference to FIG. 6.
  • the controller 1020 includes a
  • Control device 1020 which is designed to generate the control signal 1022 for controlling the image generation unit.
  • the control device 1020 is implemented as an external unit or as a unit integrated into the image generation unit.
  • an exemplary embodiment comprises an “and / or” link between a first feature and a second feature, this should be read in such a way that the exemplary embodiment according to one embodiment has both the first feature and the second feature and, according to a further embodiment, either only the has the first feature or only the second feature.

Landscapes

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

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Projektionsvorrichtung (1002) für eine Datenbrille (1000). Die Projektionsvorrichtung (1002) umfasst eine Bilderzeugungseinheit (1004) zum Erzeugen zumindest eines eine Bildinformation repräsentierenden ersten Lichtstrahls (1010) und/oder eines die Bildinformation repräsentierenden weiteren ersten Lichtstrahls (1011) und zumindest ein Umlenkelement (1008), das ausgebildet ist, um den ersten Lichtstrahl (1010) in Form eines eine erste Bildinformation repräsentierenden zweiten Lichtstrahls (1012) und/oder den weiteren ersten Lichtstrahl (1011) in Form eines eine zweite Bildinformation repräsentierenden dritten Lichtstrahls (1013) in einen ersten Sichtbereich (1014) und/oder in einen zweiten Sichtbereich (1018) eines Auges (405) umzulenken, wobei sich der zweite Lichtstrahl (1012) und der dritte Lichtstrahl (1013) hinsichtlich einer Strahldivergenz unterscheiden und wobei der zweite Sichtbereich (1018) und der erste Sichtbereich (1018) zumindest überlappen.

Description

Beschreibung
Titel
Projektionsvorrichtung für eine Datenbrille, Verfahren zum Darstellen von
Bildinformationen mittels einer Projektionsvorrichtung und Steuergerät
Stand der Technik
Der Ansatz geht aus von einer Vorrichtung oder einem Verfahren nach Gattung der unabhängigen Ansprüche. Gegenstand des vorliegenden Ansatzes ist auch ein Computerprogramm.
Es sind Datenbrillen zum Einblenden von Informationen in ein Sichtfeld eines Nutzers bekannt.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz eine
Projektionsvorrichtung für eine Datenbrille, ein Verfahren zum Darstellen von Bildinformationen mittels einer Projektionsvorrichtung, weiterhin ein Steuergerät, das dieses Verfahren verwendet, sowie schließlich ein entsprechendes
Computerprogramm gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte
Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
Die mit dem vorgestellten Ansatz erreichbaren Vorteile bestehen darin, dass ein ressourcensparender, einfacher Systemaufbau einer Projektionsvorrichtung für eine Datenbrille mit nur sehr wenigen Komponenten ermöglicht ist. So sind beispielsweise eine deutlich vereinfachte holografische Funktion, ein geringerer Aufwand in der Bilddatenverarbeitung sowie stark reduzierte
Toleranzanforderungen ermöglicht.
Es wird eine Projektionsvorrichtung für eine Datenbrille vorgestellt, wobei die Projektionsvorrichtung folgende Merkmale aufweist: eine Bilderzeugungseinheit zum Erzeugen zumindest eines eine Bildinformation repräsentierenden ersten Lichtstrahls und zusätzlich oder alternativ eines die Bildinformation repräsentierenden weiteren ersten Lichtstrahls; und zumindest ein Umlenkelement, das ausgebildet ist, um den ersten Lichtstrahl in Form eines eine erste Bildinformation repräsentierenden zweiten Lichtstrahls und zusätzlich oder alternativ den weiteren ersten Lichtstrahl in Form eines eine zweite Bildinformation repräsentierenden dritten Lichtstrahls in einen ersten Sichtbereich und zusätzlich oder alternativ in einen zweiten Sichtbereich eines Auges umzulenken, wobei sich der zweite Lichtstrahl und der dritte Lichtstrahl hinsichtlich einer Strahldivergenz unterscheiden und wobei der zweite
Sichtbereich und der erste Sichtbereich zumindest überlappen.
Die unterschiedlichen Strahldivergenzen des zweiten Lichtstrahls und des dritten Lichtstrahls ermöglichen vorteilhafterweise unterschiedlich wahrnehmbare Bildschärfen der Bildinformation für das Auge. Beispielsweise kann der zweite Lichtstrahl eine Strahldivergenz zur Wahrnehmung einer höheren Bildschärfe aufweisen, als der dritte Lichtstrahl. Im Folgenden wird die von dem zweiten Lichtstrahl übermittelte Bildinformation als erste Bildinformation bezeichnet und die von dem dritten Lichtstrahl übermittelte Bildinformation als zweite
Bildinformation bezeichnet. Die erste Bildinformation und die zweite
Bildinformation können sich lediglich hinsichtlich einer wahrnehmbaren
Bildschärfe voneinander unterscheiden. Die unterschiedlichen Strahldivergenzen können durch unterschiedliche Umlenkabschnitte mit unterschiedlichen
Umlenkeffizienzen des Umlenkelements erzeugt werden. So kann die
Umlenkeffizienz zur Erzeugung des dritten Lichtstrahls für die unscharfe
Projektion niedriger sein, als die Umlenkeffizienz zur Erzeugung des zweiten Lichtstrahls für die scharfe Projektion. Anders ausgedrückt ist das Umlenkelement ausgebildet, um die erste
Bildinformation unter Verwendung des zweiten Lichtstrahls innerhalb des ersten Sichtbereichs und des zweiten Sichtbereichs des Auges darzustellen und die zweite Bildinformation unter Verwendung des dritten Lichtstrahls innerhalb des ersten Sichtbereichs und des zweiten Sichtbereichs des Auges darzustellen, wobei das in den ersten Sichtbereich des Auges abgelenkte Licht und das in den zweiten Sichtbereich des Auges abgelenkte Licht sich hinsichtlich ihrer
Strahldivergenz und damit hinsichtlich der wahrnehmbaren Bildschärfe unterscheiden und wobei der zweite Sichtbereich und der erste Sichtbereich zumindest überlappen.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Bilderzeugungseinheit ausgeprägt sein, um den ersten Lichtstrahl und den weiteren ersten Lichtstrahl zu erzeugen, wobei sich der erste Lichtstrahl und der weitere erste Lichtstrahl hinsichtlich einer Wellenlänge voneinander unterscheiden können.
Gemäß dieser Ausführungsform umfasst die Projektionsvorrichtung zumindest ein Umlenkelement, das ausgebildet ist, um den ersten Lichtstrahl in Form des zweiten Lichtstrahls und den weiteren ersten Lichtstrahl in Form des dritten Lichtstrahls in den ersten Sichtbereich und auch in den zweiten Sichtbereich des Auges umzulenken, wobei sich der zweite Lichtstrahl und der dritte Lichtstrahl hinsichtlich einer Strahldivergenz unterscheiden und wobei der zweite
Sichtbereich und der erste Sichtbereich zumindest überlappen.
Die Aufgabe der verschiedenen Wellenlängen ist es hier, für das Umlenkelement unterscheidbar zu sein. Sinn und Zweck ist es, dass das Umlenkelement die beiden ersten Lichtstrahlen (beide können nicht divergent sein) unterscheiden kann und dann den einen in den zweiten Lichtstrahl umlenkt und den anderen in den dritten Lichtstrahl umlenkt, wobei sich der zweite und der dritte Lichtstrahl dann in ihrer Divergenz unterscheiden.
Unter einer Datenbrille kann eine Brille zum Darstellen visueller Informationen in einem Sichtfeld eines Trägers der Datenbrille verstanden werden. Unter einer visuellen Information kann beispielsweise ein Bildpunkt oder ein Bildinhalt verstanden werden. Je nach Ausführungsform kann die erste oder die zweite Bildinformation ein monochromes oder farbiges Bild repräsentieren. Die beiden Bildinformationen können beispielsweise ein und denselben Bildinhalt in unterschiedlichen virtuellen Bildentfernungen und damit unterschiedlich wahrgenommen Bildschärfen repräsentieren. So kann es sich etwa bei der ersten Bildinformation um ein als scharf wahrgenommenes Bild und bei der zweiten Bildinformation um ein als unscharf wahrgenommenes Bild handeln. Bei den Lichtstrahlen kann es sich beispielsweise jeweils um einen Laserstrahl (monochrome Bilddarstellung) oder um jeweils mehrere näherungsweise überlagerte Laserstrahlen (mehrfarbige Bilddarstellung) handeln. Unter der Bildschärfe ist keine physikalische Eigenschaft des Lichtstrahls, sondern eine Folge des Abstands zwischen dem Auge des Betrachters und der Entfernung des virtuellen Bildes zu verstehen. Hierbei stellt etwa der zweite Lichtstrahl ein virtuelles Bild in großer Entfernung dar, während der dritte Lichtstrahl ein Bild auf der Ebene eines Brillenglases darstellen kann. Dieses zweite Bild kann aufgrund der kurzen Distanz zum Auge nicht scharf abgebildet werden.
Unter einem Umlenkelement kann ein Element zum Umlenken des ersten Lichtstrahls und zusätzlich oder alternativ weiteren ersten Lichtstrahls verstanden werden. Insbesondere kann es sich bei dem Umlenkelement um ein Hologramm, ein holografisch optisches Element oder einen ggf. teildurchlässigen Spiegel handeln. Denkbar sind beispielsweise auch andere Wirkprinzipien. So kann das Umlenkelement etwa auch als optisches Phasenarray, elektro- oder
magnetooptischer Umlenker oder als Arrays solcher Umlenker realisiert sein.
Das Umlenkelement kann beispielsweise in ein Brillenglas der Datenbrille integriert sein. Je nach Ausführungsform kann das Umlenkelement zumindest einen ersten Umlenkabschnitt zum Umlenken des ersten Lichtstrahls in Form des zweiten Lichtstrahls in den ersten Sichtbereich und einen zweiten
Umlenkabschnitt zum Umlenken des weiteren ersten Lichtstrahls in Form des dritten Lichtstrahls in den zweiten Sichtbereich umfassen. Bei den
Umlenkabschnitten kann es sich beispielsweise um Hologramm- oder
Spiegelschichten handeln. Unter einem Sichtbereich kann ein beim Tragen der Datenbrille von einem Auge des Trägers wahrnehmbarer Bereich verstanden werden. Der erste und der zweite Sichtbereich können sich zumindest überlappen oder deckungsgleich angeordnet sein. Insbesondere kann es sich etwa bei dem ersten Sichtbereich um einen zentralen Sichtbereich des Auges und bei dem zweiten Sichtbereich um einen peripheren Sichtbereich des Auges handeln.
Jeder Lichtstrahl kann den gesamten Sichtbereich abdecken. Hierbei können sowohl die unscharf wahrgenommene Bildinformation des dritten Lichtstrahls als auch die als scharf wahrgenommene Bildinformation des zweiten Lichtstrahls abhängig von der Blickrichtung des Nutzers selektiv abschaltbar oder dimmbar sein, zum Beispiel zum Energiesparen.
Bei dem ersten Lichtstrahl kann es sich beispielsweise auch um ein
Strahlenbündel aus einer Mehrzahl erster Lichtstrahlen handeln. Ebenso kann es sich bei dem weiteren ersten Lichtstrahl um ein Strahlenbündel aus einer Mehrzahl weiterer erster Lichtstrahlen handeln. Ebenso kann es sich bei dem zweiten Lichtstrahl um ein Strahlenbündel aus einer Mehrzahl zweiter
Lichtstrahlen handeln. Ebenso kann es sich bei dem dritten Lichtstrahl um ein Strahlenbündel aus einer Mehrzahl dritter Lichtstrahlen handeln.
Der hier vorgestellte Ansatz beruht auf der Erkenntnis, dass eine Datenbrille mithilfe eines geeigneten Umlenkelements, insbesondere beispielsweise eines holografischen optischen Elements, unterschiedlich scharfe Bilder in mehrere zumindest überlappende oder deckungsgleich angeordnete Sichtbereiche eines Auges eines Betrachters projizieren kann. Beispielsweise kann hierbei durch Ausnutzung der Physiologie des menschlichen Auges erreicht werden, dass scharfe Bildinhalte und auch unscharfe Bildinhalte gleichzeitig, beispielsweise übereinandergelagert, dargestellt werden können.
Dies ermöglicht einen ressourcensparenden Systemaufbau mit einer möglichst geringen Anzahl an Komponenten. So kann beispielsweise eine Anzahl erforderlicher Lichtquellen bei monochromer Bilddarstellung auf ein bis zwei Lichtquellen und bei vollfarbiger Bilddarstellung (RGB) auf drei bis sechs Lichtquellen reduziert werden. Bei zwei Grundfarben und den daraus
resultierenden Mischfarben können beispielsweise auch zwei bis vier
Lichtquellen ausreichend sein. Somit kann auch eine Anzahl erforderlicher Reflexionsschichten wie etwa Hologrammschichten in entsprechender Weise reduziert werden. Zugleich ermöglicht der hier vorgestellte Ansatz die Realisierung einer Datenbrille mit großem Sichtfeld, auch„field of view“ genannt, und großer effektiver Eyebox. Somit kann die Funktionalität der Datenbrille verbessert werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Umlenkelement ausgebildet sein, um aus dem ersten Lichtstrahl den zweiten Lichtstrahl durch Umlenken derart zu erzeugen, dass die erste Bildinformation eine höhere wahrgenommene
Bildschärfe als die zweite Bildinformation aufweist. Das Umlenkelement kann ausgebildet sein, um die erste Bildinformation innerhalb eines zentralen
Sichtbereichs des Auges als des ersten Sichtbereichs und, zusätzlich oder alternativ, die zweite Bildinformation innerhalb eines peripheren Sichtbereichs des Auges als des zweiten Sichtbereichs darzustellen. Zusätzlich kann das Umlenkelement ausgebildet sein, um die erste Bildinformation innerhalb des peripheren Sichtbereichs des Auges als des zweiten Sichtbereichs und, zusätzlich oder alternativ, die zweite Bildinformation innerhalb des zentralen Sichtbereichs des Auges als des ersten Sichtbereichs darzustellen. Hierbei kann die erste Bildinformation ein Bild mit einer höheren Bildschärfe aufweisen. Die unterschiedliche Bildschärfe kann insbesondere durch die virtuelle Bildentfernung zustande kommen. So kann mit einer entsprechend starken Kontaktlinse für extreme Weitsichtigkeit auch die zweite Bildinformation scharf wahrnehmbar sein. Unter einem zentralen Sichtbereich kann ein Bereich verstanden werden, in dem das Auge Bilder mit hoher Sehschärfe, d. h. foveal, wahrnimmt. Unter einem peripheren Sichtbereich kann ein Bereich verstanden werden, in dem das Auge Bilder mit reduzierter Sehschärfe, d. h. peripher, wahrnimmt. Beispielsweise kann der zentrale Sichtbereich zumindest teilweise von dem peripheren Sichtbereich umgeben sein. Dadurch wird ermöglicht, dass Bildinformationen mit hoher Bildschärfe in allen von dem Auge wahrnehmbaren Bereichen dargestellt werden, also in jenen, in denen das Auge tatsächlich scharf sehen kann und auch in jenen, in denen es unscharf sehen kann. Dadurch kann die Effizienz der Projektionsvorrichtung erhöht werden. Somit können die Herstellungskosten der Projektionsvorrichtung reduziert werden.
Das Umlenkelement kann ausgebildet sein, um die erste Bildinformation innerhalb des ersten Sichtbereichs und zusätzlich oder alternativ innerhalb des zweiten Sichtbereichs und zusätzlich oder alternativ die zweite Bildinformation innerhalb des zweiten Sichtbereichs und zusätzlich oder alternativ innerhalb des ersten Sichtbereichs umzulenken oder darzustellen, wobei der zweite
Sichtbereich und der erste Sichtbereich deckungsgleich angeordnet sein können. Dies ermöglicht eine gleichzeitige Darstellung eines scharfen Bildinhalts und auch unscharfen Bildinhalts in beispielsweise einem gesamten Sichtfeld des Auges. Ein aufwendiges Nachführen von bestimmten Bildinhalten für bestimmte Sichtbereiche des Auges kann somit vorteilhafterweise entfallen.
Das Umlenkelement kann ausgebildet sein, um den ersten Lichtstrahl in Form des die erste Bildinformation repräsentierenden zweiten Lichtstrahls und zusätzlich oder alternativ zumindest den weiteren ersten Lichtstrahl in Form des die zweite Bildinformation repräsentierenden dritten Lichtstrahls an einen hinter einer Pupille des Auges angeordneten Punkt umzulenken.
Es ist weiterhin von Vorteil, wenn das Umlenkelement ausgebildet ist, um zumindest einen von der Bilderzeugungseinrichtung erzeugten zusätzlichen ersten Lichtstrahl in Form eines die erste Bildinformation repräsentierenden weiteren zweiten Lichtstrahls an den Punkt umzulenken. Dies ermöglicht ein insgesamt größeres Sichtfeld gegenüber einer Umlenkung des ersten
Lichtstrahls und zusätzlich oder alternativ des weiteren ersten Lichtstrahls beispielsweise auf einen in oder auf der Pupille angeordneten Punkt. Es können unter Verwendung des Umlenkelements auch alle zweiten Lichtstrahlen auf den Punkt hinter der Pupille umgelenkt werden.
Das Umlenkelement kann beispielsweise dazu ausgebildet sein, um den ersten Lichtstrahl in Form des zweiten Lichtstrahls und zusätzlich oder alternativ den weiteren ersten Lichtstrahl in Form des die zweite Bildinformation
repräsentierenden dritten Lichtstrahls und zusätzlich oder alternativ den zusätzlichen ersten Lichtstrahl in Form des weiteren zweiten Lichtstrahls an den Punkt umzulenken, der einen Drehpunkt des Auges repräsentiert. Somit ist eine besonders große Winkelweite für ein besonders großes Sichtfeld des Auges ermöglicht. Der erste Bildinhalt ist somit vorteilhafterweise auch bei größeren Drehbewegungen des Auges, beispielsweise innerhalb eines Winkelbereichs von 60°, noch sichtbar. Von Vorteil ist auch, wenn das Umlenkelement zumindest eine Hologrammschicht zum Umlenken des ersten Lichtstrahls umfasst, insbesondere wobei das Umlenkelement zumindest eine weitere Hologrammschicht zum Umlenken des die Bildinformation repräsentierenden weiteren ersten Lichtstrahls umfassen kann, wobei die weitere Hologrammschicht in einer anderen Lage als die Hologrammschicht angeordnet sein kann. Unter einer Hologrammschicht kann ein als Schicht realisiertes holografisches optisches Element verstanden werden. Als eine andere Lage kann eine andere Ebene verstanden werden, beispielsweise können die Hologrammschicht und die weitere Hologrammschicht hintereinander angeordnet sein, beispielsweise bündig, überlappend oder versetzt. Durch diese Ausführungsform kann das Umlenkelement einfach und kostengünstig realisiert werden. Hierbei können durch Hologrammschichten in verschiedenen Ebenen besonders viele Umlenkoptionen für Lichtstrahlen abgedeckt werden.
Die Projektionsvorrichtung kann gemäß einer weiteren Ausführungsform ein Brillenglas aufweisen. Hierbei kann das Umlenkelement als Teil des Brillenglases realisiert sein, insbesondere kann das Umlenkelement in das Brillenglas eingegossen und zusätzlich oder alternativ einlaminiert und zusätzlich oder alternativ auf das Brillenglas aufgebracht und zusätzlich oder alternativ einbelichtet sein. Unter einem Brillenglas kann beispielsweise eine Scheibe oder eine Linse aus Glas oder Kunststoff verstanden werden. Je nach
Ausführungsform kann das Brillenglas ausgeformt sein, um Brechungsfehler des Auges zu korrigieren. Diese Ausführungsform ermöglicht eine besonders einfache, unauffällige und kostengünstige Integration des Umlenkelements.
Hierbei kann sich das Umlenkelement über zumindest einen Hauptanteil einer Oberfläche des Brillenglases erstrecken. Dadurch wird eine möglichst großflächige Abdeckung eines Sichtfelds des Auges durch das Umlenkelement ermöglicht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Projektionsvorrichtung eine Augenpositionsermittlungseinheit zum Ermitteln einer Augenposition des Auges aufweisen. Die Bilderzeugungseinheit kann ausgebildet sein, um den ersten Lichtstrahl und/oder den weiteren ersten Lichtstrahl in Abhängigkeit von der Augenposition zu erzeugen und zusätzlich oder alternativ kann das
Umlenkelement ausgebildet sein, um den zweiten Lichtstrahl und zusätzlich oder alternativ den dritten Lichtstrahl in Abhängigkeit von der Augenposition umzulenken. Die Augenpositionsermittlungseinheit kann beispielsweise eine Kamera zum Erfassen der Augenposition umfassen. Durch diese
Ausführungsform kann eine augenpositionsabhängige und somit
energiesparende Darstellung der ersten oder zweiten Bildinformation erreicht werden. Beispielsweise kann die erste Bildinformation in Abhängigkeit von der Augenposition unter Verwendung des zweiten Lichtstrahls in dem ersten
Sichtbereich intensiver dargestellt werden, und zusätzlich oder alternativ die zweite Bildinformation in Abhängigkeit von der Augenposition unter Verwendung des dritten Lichtstrahls in dem ersten Sichtbereich weniger intensiv oder gar nicht dargestellt werden. Somit ist eine intensivere Wahrnehmung einer scharfen Bildinformation in dem zentralen Sichtbereich des Auges ermöglicht.
Die Augenpositionsermittlungseinheit kann zusätzlich oder alternativ dazu ausgebildet sein, um die Augenposition unter Verwendung eines Infrarotlichts zu ermitteln.
Des Weiteren kann die Bilderzeugungseinheit ausgebildet sein, um den ersten Lichtstrahl und, zusätzlich oder alternativ, den weiteren ersten Lichtstrahl derart zu erzeugen, dass die erste Bildinformation und, zusätzlich oder alternativ, die zweite Bildinformation ein zumindest zweifarbiges, insbesondere mehrfarbiges, Bild repräsentiert. Dadurch kann die Darstellungsqualität der
Projektionsvorrichtung verbessert werden.
Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner ein Verfahren zum Darstellen von Bildinformationen mittels einer Projektionsvorrichtung gemäß einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
Erzeugen zumindest des ersten Lichtstrahls und zusätzlich oder alternativ des weiteren ersten Lichtstrahls; und Umlenken des ersten Lichtstrahls in Form des die erste Bildinformation repräsentierenden zweiten Lichtstrahls und zusätzlich oder alternativ des weiteren ersten Lichtstrahls in Form des die zweite Bildinformation
repräsentierenden dritten Lichtstrahls in den ersten Sichtbereich und zusätzlich oder alternativ den zweiten Sichtbereich des Auges, wobei der erste Lichtstrahl und zusätzlich oder alternativ der weitere erste Lichtstrahl derart umgelenkt wird, dass sich der zweite Lichtstrahl und der dritte Lichtstrahl hinsichtlich einer Strahldivergenz unterscheiden und wobei der zweite Sichtbereich und der erste Sichtbereich zumindest überlappen.
Im Schritt des Umlenkens kann der zweite Lichtstrahl derart umgelenkt werden, um die erste Bildinformation innerhalb des ersten Sichtbereichs und des zweiten Sichtbereichs darzustellen, und zusätzlich oder alternativ der dritte Lichtstrahl derart umgelenkt werden, um die zweite Bildinformation innerhalb des zweiten Sichtbereichs und des ersten Sichtbereichs darzustellen.
Vor dem Schritt des Umlenkens kann das Verfahren einen Schritt des Ablenkens aufweisen, in dem zumindest der erste Lichtstrahl und zusätzlich oder alternativ der weitere erste Lichtstrahl abgelenkt wird. So kann der beispielsweise von einer fest installierten Lichterzeugungseinheit erzeugte erste Lichtstrahl und zusätzlich oder alternativ weitere erste Lichtstrahl im Schritt des Ablenkens von einem beispielsweise beweglichen Mikrospiegel auf ein Umlenkelement abgelenkt werden, bevor er/sie dann von dem beispielsweise unbeweglichen Umlenkelement in die Sichtfelder umgelenkt wird/werden.
Dieses Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware, beispielsweise in einem Steuergerät, implementiert sein.
Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner ein Steuergerät, das ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in
entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form eines Steuergeräts kann die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden. Hierzu kann das Steuergerät zumindest eine Recheneinheit zum Verarbeiten von Signalen oder Daten, zumindest eine Speichereinheit zum Speichern von Signalen oder Daten, zumindest eine Schnittstelle zu einem Sensor oder einem Aktor zum Einlesen von Sensorsignalen von dem Sensor oder zum Ausgeben von Steuersignalen an den Aktor und/oder zumindest eine
Kommunikationsschnittstelle zum Einlesen oder Ausgeben von Daten aufweisen, die in ein Kommunikationsprotokoll eingebettet sind. Die Recheneinheit kann beispielsweise ein Signalprozessor, ein Mikrocontroller oder dergleichen sein, wobei die Speichereinheit ein Flash-Speicher, ein EPROM oder eine
magnetische Speichereinheit sein kann. Die Kommunikationsschnittstelle kann ausgebildet sein, um Daten drahtlos und/oder leitungsgebunden einzulesen oder auszugeben, wobei eine Kommunikationsschnittstelle, die leitungsgebundene Daten einiesen oder ausgeben kann, diese Daten beispielsweise elektrisch oder optisch aus einer entsprechenden Datenübertragungsleitung einiesen oder in eine entsprechende Datenübertragungsleitung ausgeben kann.
Unter einem Steuergerät kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Das Steuergerät kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen des
Steuergeräts beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend
beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Funktionsprinzips eines Near-to- eye-Displays einer Datenbrille;
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Funktionsprinzips eines Near-to- eye-Displays einer Datenbrille;
Fig. 3 ein Diagramm zur Darstellung einer Sehschärfe als Funktion eines Winkels an einer optischen Achse;
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Funktionsprinzips eines Retinal- Scan-Displays einer Datenbrille;
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Funktionsprinzips eines Retinal- Scan-Displays einer Datenbrille;
Fig. 6 eine schematische Darstellung einer Datenbrille mit einer
Projektionsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 7 eine schematische Darstellung einer Projektionsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 8 eine schematische Darstellung einer Projektionsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 9 eine schematische Darstellung einer Projektionsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 10 eine schematische Darstellung einer Projektionsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel; Fig. 11 eine schematische Darstellung einer Projektionsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 12 eine schematische Darstellung einer Projektionsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 13 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Darstellen von
Bildinformationen mittels einer Projektionsvorrichtung gemäß einem
Ausführungsbeispiel; und
Fig. 14 eine schematische Darstellung eines Steuergeräts gemäß einem Ausführungsbeispiel.
In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele des vorliegenden Ansatzes werden für die in den verschiedenen Figuren
dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche
Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Funktionsprinzips eines Near- to-eye- Displays 100 einer Datenbrille, kurz NTE-Display genannt. Gezeigt ist ein Mikrodisplay als Near-to-eye- Display 100, das über eine Umlenkoptik in Form eines Prismas 102 und eine Linse 104 betrachtet werden kann. Das Sichtfeld, auch„field of view“ oder kurz FOV genannt, eines solchen Systems kann durch die Größe des Einkoppelprismas 102 begrenzt sein.
Datenbrillen blenden dem Nutzer Bildinformationen in dessen Sichtfeld ein.
Generell kann zwischen Datenbrillen für virtuelle Realität, englisch virtual reality, und Datenbrillen für erweiterte Realität, englisch augmented reality oder kurz AR, unterschieden werden. Bei Datenbrillen für virtuelle Realität kann eine reale Umwelt ausgeblendet und durch eine virtuelle Welt ersetzt werden. Bei
Datenbrillen für erweiterte Realität können virtuelle Bildinhalte der realen Umwelt überlagert werden. AR-Brillen können daher beispielsweise transparent oder teiltransparent ausgeführt sein. Mögliche Anwendungsbereiche von AR-Brillen sind beispielsweise Sportbrillen zum Anzeigen von Geschwindigkeit,
Navigationsdaten, Trittfrequenz oder Pulsschlag, Sicherheitsbrillen für
Werkstätten, Brillen oder Helme im Kontext von Fahrerassistenz- oder
Navigationssystemen, Sicherheitsbrillen zum Anzeigen von Anweisungen, Bedienungsanleitungen oder Kabelverlegungen wie auch Brillen für
Heimanwendungen, etwa zum Anzeigen eines virtuellen Bedienfelds oder eines Kochrezepts.
AR-Brillen können beispielsweise als NTE-Display oder als Retinal-scan-Display, kurz RSD, realisiert sein. Bei NTE-Displays wird ein reales Bild sehr nahe am Auge des Betrachters erzeugt, etwa mittels eines Mikrodisplays, und über eine Optik, etwa eine Lupe, betrachtet. Fig. 1 zeigt ein Beispiel eines solchen
Systems. Hierbei erscheint das virtuelle Bild dem Auge in einer gewissen Entfernung und wird nur dann scharf gesehen, wenn das Auge auf diese
Entfernung scharfstellt.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Funktionsprinzips eines Near- to-eye- Displays 200 einer Datenbrille. Hierbei wird ein Mikrodisplay 202 über eine Umlenkungsoptik und eine Linse betrachtet. Im Unterschied zu dem in Fig. 1 gezeigten System erfolgt die Einkopplung des Bildes in das Auge hier nicht über ein zusätzliches optisches Element vor dem Brillenglas, sondern durch einen Lichtleiter innerhalb des Brillenglases. Zusätzlich sind Ein- und
Auskoppelelemente 204, hier Hologramme, integriert. Der Platzbedarf der Ein- und Auskoppelelemente 204 hängt vom gewünschten Sichtfeld ab.
Bei Retinal-Scan-Displays wird das Bild direkt auf die Netzhaut geschrieben. Außerhalb des Auges existiert das Bild daher zu keinem Zeitpunkt.
Damit das Bild vom Auge wahrgenommen werden kann, ist es erforderlich, dass die Austrittspupille des Systems mit der Eintrittspupille des Auges räumlich überlappt.
Fig. 3 zeigt ein Diagramm zur Darstellung einer Sehschärfe 900, hier auf der y- Achse aufgetragen, als Funktion eines Winkels an einer optischen Achse, hier auf der x-Achse aufgetragen. Die höchste Dichte an Sinneszellen befindet sich im Bereich der sogenannten Makula des Auges, wobei die höchste Sehschärfe in deren Zentrum, der sogenannten Sehgrube oder Fovea, erreicht wird. Wie aus Fig. 3 ersichtlich, ist der Bereich des scharfen Sehens sehr begrenzt. Innerhalb von nur plus/minus 5 Grad fällt die Sehschärfe auf 30 Prozent ihres
Maximalwerts ab. Um den Bereich des scharfen Sehens größer erscheinen zu lassen, bewegt sich das menschliche Auge unbewusst einige Male pro Sekunde, um jeweils einen anderen Bereich der Umgebung auf die Fovea abzubilden.
Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung eines Funktionsprinzips eines Retinal- Scan-Displays 400 einer Datenbrille.
Gezeigt ist eine mögliche technische Realisierung einer AR-Brille mit dem sogenannten Retinal-Scan-Display 400, auch kurz RSD genannt. Bei dem Retinal-Scan-Display 400 wird ein Bild direkt auf die Netzhaut oder Retina eines Auges 405 geschrieben. Außerhalb des Auges 405 existiert das Bild daher zu keinem Zeitpunkt. Das Bild wird mittels eines schnell bewegten Laserstrahls 410 direkt auf die Netzhaut geschrieben, ein solches Verfahren wird auch Lichtpunkt oder Flying-Spot- Verfahren genannt. Durch den Einsatz von, in ein Brillenglas 415 integrierten, holografisch optischen Elementen 420, auch HOE genannt, kann ein solches Anzeigesystem besonders kleinbauend realisiert werden.
Hierbei wird ein Laserstrahl 410 mittels eines Mikrospiegels 425 über das Brillenglas 415 gescannt und von dem HOE 420 im Brillenglas 415 in das Auge 405 des Betrachters gelenkt. Ein solches HOE 420 kann derart ausgelegt werden, dass es nur die Laserwellenlänge ablenkt und ansonsten für das menschliche Auge 405 transparent wirkt. Die Darstellung der Inhalte ist fokusfrei, d. h. die virtuellen Inhalte erscheinen scharf unabhängig von der
Akkomodationsentfernung des Auges 405 sowie von eventuellen Sehschwächen. Außer dem Brillenglas 415, welches gleichzeitig die Sehstärkenkorrektur übernehmen kann, wird kein zusätzliches optisches Element vor dem Auge benötigt.
Ein Grundproblem bei kleinbauenden RSDs 400 ist eine Größe der sogenannten „Eyebox“, d. h. der Austrittspupille des optischen Systems. Damit ein Bild vom Auge 405 wahrgenommen werden kann, muss die Austrittspupille des optischen Systems mit der Eintrittspupille des Auges 405 räumlich überlappen. Figur 4 und 5 zeigen die schematische Darstellung des Problems. Das kleinbauende optische System, hier beispielhaft mit dem Mikrospiegel 425 mit kleinem
Durchmesser, begrenzt einen Durchmesser des zur Bilddarstellung verwendeten Laserstrahls 410. Damit ist zwar bei einer einzigen, hier gezeigten,
Augenstellung ein großes Bild darstellbar aber schon bei kleinen
Augenbewegungen, z. B. um dieses große Bild vollständig zu betrachten, verlässt die Pupille 430 des Auges 405 die Austrittspupille des Systems und das Bild verschwindet, wie in Fig. 5 gezeigt.
Zusammengefasst lenkt ein holografisch optisches Element 420 in dem
Brillenglas 415 alle einfallenden Strahlen vom Mikrospiegel 425 in die Pupille 430 des Auges 405 um. Der Mikrospiegel 425 wird auf die Augenpupille 430 abgebildet. In Fig. 4 schaut das Auge 405 mit einem beispielhaften Winkel von 0°geradeaus. Die Fovea (5° Ausdehnung) des Auges 405 liegt im Zentrum des Sichtfelds. Auf diese Weise ist das volle Sichtfeld, hier beispielhaft 60°, in Fig. 4 wahrnehmbar.
Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung eines Funktionsprinzips eines Retinal- Scan-Displays 400 einer Datenbrille. Dabei kann es sich um das in Fig. 4 beschriebene Retinal-Scan-Displays 400 handeln, mit dem Unterschied, dass ein Blickwinkel des Auges 405 um 10° gedreht dargestellt ist.
Die Apertur des Mikrospiegels 425, hier beispielhaft 1mm, limitiert den
Durchmesser des zur Bilddarstellung verwendeten Laserstrahls 410. Daher ist zwar bei einer bestimmten Augenstellung ein großes Bild darstellbar (siehe Fig.
4) aber schon bei kleinen Augenbewegungen (hier 10°), z. B. um dieses große Bild vollständig zu betrachten, verlässt die Pupille 430 des Auges 405 die Austrittspupille des Systems und das Bild verschwindet.
Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung einer Datenbrille 1000 mit einer Projektionsvorrichtung 1002 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Lediglich beispielhaft ist die Projektionsvorrichtung 1002 gemäß diesem
Ausführungsbeispiel zumindest teilweise in oder an der Datenbrille 1000 angeordnet. Die Projektionsvorrichtung 1002 weist eine Bilderzeugungseinheit 1004 und eine hier beispielhaft in ein Brillenglas 1006 der Datenbrille 1000 integriertes, Umlenkelement 1008 auf, das beispielsweise in das Brillenglas 1006
eingegossen und/oder einlaminiert ist. Gemäß einem alternativen
Ausführungsbeispiel kann das Umlenkelement 1008 auf das Brillenglas 1006 aufgebracht angeordnet sein. Lediglich beispielhaft ist das Brillenglas 1006 gemäß diesem Ausführungsbeispiel Teil der Projektionsvorrichtung 1002.
Die Bilderzeugungseinheit 1004 ist ausgebildet, um einen eine erste
Bildinformation repräsentierenden ersten Lichtstrahl 1010 oder ein
entsprechendes Strahlenbündel und/oder einen die Bildinformation
repräsentierenden weiteren ersten Lichtstrahl 1011 zu erzeugen und in das Umlenkelement 1008 zu lenken. Hierzu weist die Projektionsvorrichtung 1002 optional einen beweglichen oder unbeweglichen Mikrospiegel 425 auf, der angeordnet und ausgebildet ist, um den ersten Lichtstrahl 1010 und/oder den weiteren ersten Lichtstrahl 1011 von der Bilderzeugungseinheit 1004 zu dem Umlenkelement 1008 zu lenken. Das Umlenkelement 1008, beispielsweise eine Hologrammschicht oder ein Verbund aus einer Mehrzahl von
Hologrammschichten, ist ausgebildet, um den ersten Lichtstrahl 1010 in Form eines eine erste Bildinformation repräsentierenden zweiten Lichtstrahls 1012 und/oder den weiteren ersten Lichtstrahl 1011 in Form eines eine zweite Bildinformation repräsentierenden dritten Lichtstrahls 1013 in einen ersten Sichtbereich 1014 und/oder einen zweiten Sichtbereich 1018 des Auges 405 umzulenken, wobei sich der zweite Lichtstrahl 1012 und der dritte Lichtstrahl
1013 hinsichtlich einer Strahldivergenz unterscheiden und wobei der zweite Sichtbereich 1018 und der erste Sichtbereich 1014 zumindest überlappen. Die erste und die zweite Bildinformation unterscheiden sich gemäß diesem
Ausführungsbeispiel hinsichtlich der wahrnehmbaren Bildschärfe, wobei die beiden Bildinformationen ein und denselben Bildinhalt repräsentieren können. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist das Umlenkelement 1008 ausgebildet, um den zweiten Lichtstrahl 1012 in den ersten Sichtbereich 1014 und den zweiten Sichtbereich 1018 des Auges 405 umzulenken und den dritten
Lichtstrahl 1013 in den zweiten Sichtbereich 1018 und den ersten Sichtbereich
1014 des Auges 405 umzulenken. Die beiden Sichtbereiche 1014, 1018 sind im Allgemeinen vollkommen deckungsgleich, d. h., beide Sichtbereiche 1014, 1018 decken das gesamte Sichtfeld bzw. Brillenglas 1006 ab. Das Umlenkelement 1008 erstreckt sich gemäß einem Ausführungsbeispiel über einen Großteil einer Oberfläche des Brillenglases 1006, um einen möglichst großen Bereich eines Sichtfelds des Auges 405 abzudecken. Beispielsweise handelt es sich bei dem ersten Sichtbereich 1014 um einen zentralen Sichtbereich, innerhalb dessen das Auge 405 Bilder mit hoher Sehschärfe wahrnehmen kann, und bei dem zweiten Sichtbereich 1018 um einen peripheren Sichtbereich, innerhalb dessen das Auge 405 Bilder mit nur niedriger Sehschärfe wahrnehmen kann.
Es folgt eine Beschreibung weiterer optionaler Ausführungsbeispiele der Projektionsvorrichtung 1002:
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird der erste Lichtstrahl 1010 derart durch das Umlenkelement 1008 umgelenkt, dass die durch den zweiten Lichtstrahl 1012 repräsentierte erste Bildinformation eine höhere wahrnehmbare Bildschärfe aufweist als die durch den dritten Lichtstrahl 1013 repräsentierte zweite
Bildinformation, sodass die Bildinformation mit der größeren Bildschärfe in zumindest demjenigen der beiden Sichtbereiche 1014, 1018 angezeigt wird, in dem das Auge 1016 tatsächlich scharf sehen kann und/oder in beiden
Sichtbereichen 1014, 1018 angezeigt wird. Entsprechend wird die Bildinformation mit der geringeren Bildschärfe in zumindest demjenigen der beiden Sichtbereiche 1014, 1018 angezeigt, in dem das Auge 1016 unscharf scharf sieht und/oder in beiden Sichtbereichen 1014, 1018 angezeigt.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Bilderzeugungseinheit 1004 ausgebildet, um zusätzlich zum die Bildinformation repräsentierenden ersten Lichtstrahl 1010 den die Bildinformation repräsentierenden weiteren ersten Lichtstrahl 1011 zu erzeugen, wobei sich der erste Lichtstrahl 1010 und der weitere erste Lichtstrahl 1011 hinsichtlich einer Wellenlänge voneinander unterscheiden.
Gemäß dem in Fig. 6 gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst die Datenbrille 1000 ferner ein optionales Steuergerät 1020 zum Ansteuern der
Bilderzeugungseinheit 1004 und des Mikrospiegels 425 und/oder des
Umlenkelements 1008. Hierzu sendet das Steuergerät 1020 ein entsprechendes Steuersignal 1022 an die Bilderzeugungseinheit 1004, wobei die
Bilderzeugungseinheit 1004 ausgebildet ist, um unter Verwendung des
Steuersignals 1022 zumindest den ersten Lichtstrahl 1010 und/oder den weiteren ersten Lichtstrahl 1011 zu erzeugen. Das Steuergerät 1020 kann zusätzlich oder alternativ ein Steuersignal an das Umlenkelement 1008 ausgeben, wobei das Umlenkelement 1008 ausgebildet ist, um unter Verwendung des Steuersignals zumindest den zweiten Lichtstrahl 1012 und/oder den dritten Lichtstrahl 1013 zu erzeugen oder umzulenken.
Je nach Ausführungsbeispiel kann die Bilderzeugungseinheit 1004 und/oder das Steuergerät 1020 an einem Brillengestell der Datenbrille 1000 befestigt sein.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist das Umlenkelement 1008 optional ausgebildet, um den ersten Lichtstrahl 1010 in Form des zweiten Lichtstrahls 1012 und/oder den weiteren ersten Lichtstrahl 1011 in Form des dritten
Lichtstrahls 1013 und/oder zumindest einen von der Bilderzeugungseinheit 1004 erzeugten zusätzlichen Lichtstrahl in Form eines die erste Bildinformation repräsentierenden weiteren zweiten Lichtstrahls 1012 an einen hinter der Pupille 430 des Auges 405 angeordneten Punkt 1025 umzulenken. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel lenkt das Umlenkelement 1008 alle zweiten Lichtstrahlen 1012 an den Punkt 1025. Gemäß einem Ausführungsbeispiel lenkt das
Umlenkelement 1008 alle dritten Lichtstrahlen 1013 an den Punkt 1025. Bei dem Punkt 1025 handelt es sich gemäß diesem Ausführungsbeispiel beispielhaft um einen Drehpunkt des Auges 405.
Das Umlenkelement 1008 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel optional dazu ausgebildet, um den ersten Lichtstrahl 1010 in Form des zweiten Lichtstrahls 1012 und/oder den zusätzlichen ersten Lichtstrahl in Form des weiteren zweiten Lichtstrahls 1012 und/oder alle zweiten Lichtstrahlen 1012 in Form eines kollimierten zweiten Lichtstrahls 1012 oder in Form von mehreren kollimierten zweiten Lichtstrahlen 1012 umzulenken. Als ein kollimierter Lichtstrahl ist ein nicht oder kaum divergenter Lichtstrahl zu verstehen, etwa zumindest ein Laserstrahl. Das Umlenkelement 1008 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel optional dazu ausgebildet, um den weiteren ersten Lichtstrahl 1011 in Form des dritten Lichtstrahls 1013 und/oder zumindest einen weiteren dritten Lichtstrahl 1013 und/oder alle dritten Lichtstrahlen 1012 in Form eines divergenten dritten Lichtstrahls 1013 oder in Form von mehreren divergenten dritten Lichtstrahlen 1013 umzulenken.
Lediglich beispielhaft werden der erste Lichtstrahl 1010 und auch der weitere erste Lichtstrahl 1011 gemäß diesem Ausführungsbeispiel in Form von
Laserstrahlen von der Bilderzeugungseinheit 1004 erzeugt. Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel erzeugt die Bilderzeugungseinheit 1004 lediglich einen der zwei Lichtstrahlen 1010, 1011, wobei die
Projektionsvorrichtung 1002 eine weitere Bilderzeugungseinheit aufweisen kann, die dazu ausgebildet ist, um den anderen der zwei Lichtstrahlen 1010, 1011 zu erzeugen. Die Bilderzeugungseinheit 1004 ist gemäß diesem
Ausführungsbeispiel optional ausgebildet, um den ersten Lichtstrahl 1010 und/oder den weiteren ersten Lichtstrahl 1011 derart zu erzeugen, dass die erste Bildinformation und/oder die zweite Bildinformation ein zumindest zweifarbiges, insbesondere mehrfarbiges Bild repräsentiert.
Lediglich beispielhaft umfasst das Umlenkelement 1008 gemäß diesem
Ausführungsbeispiel zumindest eine Hologrammschicht, die dazu ausgebildet ist, um den ersten Lichtstrahl 1010 als den zweiten Lichtstrahl 1012 umzulenken. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Umlenkelement 1008 zudem zumindest eine weitere Hologrammschicht umfassen, die dazu ausgebildet ist, um den die oder eine weitere Bildinformation repräsentierenden weiteren ersten Lichtstrahl 1011 als den dritten Lichtstrahl 1013umzulenken, wobei die weitere Hologrammschicht in einer anderen Lage als die Hologrammschicht angeordnet sein kann.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der hier vorgestellten
Projektionsvorrichtung 1002 noch einmal mit anderen Worten beschrieben:
Anders als in Fig. 4 und 5 realisiert die hier vorgestellte Projektionsvorrichtung 1002 ein RSD, bei dem der Mikrospiegel 425 nicht auf die Pupille 430, sondern auf den Drehpunkt im Augeninneren abgebildet wird. Auf diese Weise ist nicht mehr das volle Sichtfeld, hier beispielhaft 60°, scharf wahrnehmbar, sondern nur ein Ausschnitt davon, hier beispielhaft 16,7°. Die Größe des sichtbaren Ausschnitts ist dafür allerdings weitgehend unabhängig von Augenbewegungen des Auges 405. Als Resultat kann das Auge 405 das volle Sichtfeld bis zum Rand betrachten. Die Projektionsvorrichtung 1002 kann daher auch als eine AR- Datenbrille mit großem Sichtfeld bezeichnet werden. Im zentralen Sichtfeld wird dem Auge 405 für jeden Blickwinkel eine scharfe Bildinformation angeboten. Zusätzlich wird mittels des dritten Lichtstrahls 1013, hier in Form eines zweiten Lasers, verschiedene aber ähnliche Wellenlänge, der verbleibende Bereich des Sichtfeldes abgedeckt. Dazu wird mittels einer weiteren holografischen Funktion der weitere erste Lichtstrahl 1011, oder zweite Laser, divergent in Richtung des Auges 405 umgelenkt. Dadurch wird erreicht, dass die Laserstrahlen am Auge 405 ausreichend groß sind und die Pupille 430 in jeder Augenstellung innerhalb des beleuchteten Bereichs liegt. Diese mit divergentem Licht geschriebene Bildinformation wird vom Auge 405 als unscharf wahrgenommen. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel liegt die Fovea im Zentrum des FOV. Unter Verwendung des kollimierten Lichts ist das FOV für das Auge 405 teilweise sichtbar, hier 16,7°. Unter Verwendung des divergenten Lichts ist das FOV für das Auge 405 komplett sichtbar, hier 60°.
Gegenüber einer möglichen sogenannten„Exit pupil expansion“, also einer Vergrößerung der Austrittpupille durch den Einsatz von Strahlaufweitungsoptiken wie Mikrolinsenarrays, erfordert die hier vorgestellte Projektionsvorrichtung 1002 vorteilhafterweise einen deutlich geringeren Bauraum und die Darstellung bei der hier vorgestellten Projektionsvorrichtung 1002 ist fokusfrei. Gegenüber einer möglichen sogenannten„Exit pupil replication“, also einer Vervielfältigung der Austrittpupille, benötigt die hier vorgestellte Projektionsvorrichtung 1002 vorteilhafterweise pro Farbe keine mindestens drei Laserquellen und
holografische Funktionen mit leicht unterschiedlichen Wellenlängen. Somit sind deutlich geringere Kosten realisierbar. Gegenüber einem möglichen sogenannten „Exit pupil tracking“, also einer Nachführung der Austrittspupille, erfordert die hier vorgestellte Projektionsvorrichtung 1002 vorteilhafterweise einen deutlich geringeren Bauraum und keine komplexe Nachführungsmechanik. Gegenüber einer möglichen Fixierung der Austrittspupille auf der Augenpupille, wobei eine Nachführung durch das Tragen einer speziellen Kontaktlinse ermöglicht wäre, ist bei der hier vorgestellten Projektionsvorrichtung 1002 vorteilhafterweise keine Kontaktlinse notwendig. Gegenüber einer möglichen Erzeugung eines Arrays von Austrittspupillen für den zentralen Sichtbereich mit jeweils begrenztem Sichtfeld durch ein strukturiertes HOE (scharfe Bildinhalte durch kollimierte Laserstrahlen) und einer gleichzeitig angezeigten divergenten und damit großen Austrittpupille für den peripheren Sichtbereich (unscharfe Bildinhalte durch divergente
Laserstrahlen), ein solches Verfahren nutzt oder erfordert eine sogenannte „foveated projection“, d. h., eine Anpassung der Projektion an die Auflösung des menschlichen Auges (hohe Auflösung im zentralen Sichtbereich und niedrige Auflösung in der Peripherie), ist bei der hier vorgestellten Projektionsvorrichtung 1002 vorteilhafterweise keine komplexe holografische Funktion notwendig.
Aktuelle Konzepte für AR-Datenbrillen weisen im Allgemeinen einen Zielkonflikt zwischen erreichbarem Sichtfeld (field of view, FOV) und einer Größe der Eyebox auf der einen Seite und der Baugröße bzw. der Komplexität des
Systems, vor allem die Anzahl der benötigten Laserquellen und holografischen Funktionen, auf der anderen Seite auf. Die hier vorgestellte
Projektionsvorrichtung 1002 reduziert die erforderliche Komplexität bei gleichzeitig größerem FOV und größerer Eyebox. Dadurch sind die Baugröße und etwaige Designbeschränkungen reduziert.
Im Vergleich zu anderen denkbaren Realisierungsmöglichkeiten ermöglicht die hier vorgestellte Projektionsvorrichtung 1002 einen ressourcensparenden, einfachen Systemaufbau (weniger Komponenten sind notwendig) durch
Ausnutzung der Physiologie des menschlichen Auges (scharfe Bildinhalte werden nur dort angezeigt, wo sie auch wahrgenommen werden können). Die Projektionsvorrichtung 1002 realisiert eine Reduktion einer Anzahl benötigter Laserquellen von drei Laserquellen auf zwei oder sogar nur eine Laserquelle bei monochromer Bilddarstellung und von neun Laserquellen auf sechs oder auch nur drei Laserquellen bei farbiger (RGB) Bilddarstellung. Da jede Laserquelle eine holografische Funktion benötigt, ist entsprechend eine Reduktion der Anzahl benötigter holografischer Funktionen ermöglicht. Auch entfallen gesonderte Strahlaufweitungsoptiken, Nachführungsmechaniken sowie Kontaktlinsen bei der Projektionsvorrichtung 1002. Trotz des ressourcensparenden, einfachen
Systemaufbaus realisiert die Projektionsvorrichtung 1002 gleichzeitig ein größeres FOV und eine größere Eyebox. Es sind eine deutlich vereinfachte holografische Funktion, ein geringerer Aufwand in der Bilddatenverarbeitung sowie stark reduzierte Toleranzanforderungen ermöglicht. Eine Verbesserung einer Funktionalität ist zudem erreicht, da die Projektionsvorrichtung 1002 dazu ausgebildet ist, um zwei Eyeboxen zu erzeugen, die erstens nicht räumlich getrennt sind und sich zweitens in ihrer Strahldivergenz unterscheiden.
Ein Kern des hier vorgestellten Ansatzes ist somit eine Aufteilung des Sichtfeldes in zwei Bereiche, den zentralen Sichtbereich, kurz ZSB, mit hoher Sehschärfe und den peripheren Sichtbereich, kurz PSB, mit niedriger Sehschärfe. Auf diese Weise wird die Bilddarstellung der Physiologie des menschlichen Auges angepasst.
Der zentrale Sichtbereich: Die Ortsauflösung des menschlichen Auges 405 hängt stark von der Dichte der lichtempfindlichen Zellen auf der Netzhaut ab. Dies ist im Zentrum des Sichtfeldes am größten und fällt zum Rand hin schnell ab (siehe Figur 3). Der Bereich auf der Netzhaut mit der höchsten Dichte an Sehzellen, die Fovea centralis nimmt ungefähr einen Winkelbereich von 5° ein.
Der periphere Sichtbereich: Außerhalb der Fovea centralis nehmen Orts- und Farbauflösung des Auges rapide ab (siehe Figur 3). Demgegenüber nehmen die Zeitauflösung und damit die Wahrnehmbarkeit schneller Bewegungen in der Peripherie zu.
Um den ZSB zu adressieren, wird unter Verwendung der Projektionsvorrichtung 1002 erste Bildprojektion genutzt, bei der die Laserstrahlen derart umgelenkt werden, dass sie nach der Pupille 430 des Auges 405 zusammenlaufen.
Vorteilhafterweise gemäß diesem Ausführungsbeispiel im Drehpunkt des Auges 405, d. h., im Augeninneren. Auf diese Weise ist nicht mehr das volle Sichtfeld, sondern nur ein Ausschnitt davon wahrnehmbar. Dieser Ausschnitt adressiert den ZSB des Auges. Dafür ist die Größe des sichtbaren Ausschnitts auf diese Weise weitgehend unabhängig von Augenbewegungen. Als Resultat kann das Auge 405 das volle Sichtfeld bis zum Rand betrachten. Die Laserstrahlen dieser ersten Bildprojektion werden unter Verwendung der zweiten Lichtstrahlen 1012 möglichst gut auf die Netzhaut fokussiert, um einen scharfen Bildeindruck zu erzeugen. Stünde dem Auge 405 nur diese erste Bildprojektion zur Verfügung, so könnte das Auge 405 zwar für alle Blickrichtungen den zu dieser Blickrichtung gehörigen ZSB scharf wahrnehmen, außerhalb des ZSB liegende Bildanteile wären hingegen unsichtbar. Anschaulich bedeutet das, dass die Bildinformation verschwindet, sobald man das Auge 405 auf einen anderen Teil des Sichtfeldes bewegt und wieder auftaucht, sobald man das Auge 405 zurückbewegt. Der Effekt ist am ehesten vergleichbar mit dem eingeschränkten Sichtfeld beim Blick durch eine Toilettenpapierrolle. Um dieses Problem zu umgehen, wird der verbleibende Bereich des Sichtfeldes, der PSB, über eine weitere Bildprojektion mit gemäß einem Ausführungsbeispiel eigenem Laser und eigenem HOE unter Verwendung der dritten Lichtstrahlen 1013 dargestellt. Damit die Pupille 430 in jeder Augenstellung Bildinformationen aus dem gesamten Sichtfeld erhält, wird der Laserstrahl vom HOE divergent abgelenkt. Dies führt zu einer unscharfen Wahrnehmung des projizierten Bildes.
Fig. 7 zeigt eine schematische Darstellung einer Projektionsvorrichtung 1002 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um die in Figur 6 beschriebene Projektionsvorrichtung 1002 handeln, mit dem Unterschied, dass aus Gründen der Übersichtlichkeit auf eine Darstellung der dritten Lichtstrahlen verzichtet wurde.
Fig. 8 zeigt eine schematische Darstellung einer Projektionsvorrichtung 1002 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um die anhand von Figur 6 oder 7 beschriebene Projektionsvorrichtung 1002 handeln, mit dem
Unterschied, dass das Auge um 10° nach rechts gedreht dargestellt ist. Wie auch in den Figuren 6 bis 7 liegt die Fovea (5°) des Auges im Zentrum des Sichtfelds. Auf diese Weise ist das Sichtfeld teilweise sichtbar, hier beispielhaft 16,7°.
Fig. 9 zeigt eine schematische Darstellung einer Projektionsvorrichtung 1002 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um die anhand von Figur 8 beschriebene Projektionsvorrichtung 1002 handeln, mit dem Unterschied, dass das Auge um weitere 10° (oder gegenüber Figur 7 um 20°) nach rechts gedreht dargestellt ist. Die Fovea (5°) des Auges liegt im Zentrum des Sichtfelds. Auf diese Weise ist das Sichtfeld teilweise sichtbar, hier beispielhaft 16,7°. Fig. 10 zeigt eine schematische Darstellung einer Projektionsvorrichtung 1002 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um die anhand von Figur 9 beschriebene Projektionsvorrichtung 1002 handeln, mit dem Unterschied, dass das Auge um weitere 10° (oder gegenüber Figur 7 um 30°) nach rechts gedreht dargestellt ist. Die Fovea (5°) des Auges liegt im Rand des Sichtfelds. Auf diese Weise ist das Sichtfeld teilweise sichtbar, hier beispielhaft 8,4°.
Fig. 11 zeigt eine schematische Darstellung einer Projektionsvorrichtung 1002 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um eine der in einer der Figuren 6 bis 10 beschriebenen Projektionsvorrichtungen 1002 handeln, mit dem Unterschied, dass die Projektionsvorrichtung 1002 gemäß diesem
Ausführungsbeispiel eine Augenpositionsermittlungseinheit aufweist, die dazu ausgebildet ist, um eine Augenposition des Auges 405 zu ermitteln. Die
Bilderzeugungseinheit ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel dazu ausgebildet, um den ersten Lichtstrahl und/oder den weiteren ersten Lichtstrahl in
Abhängigkeit von der Augenposition zu erzeugen. Das Umlenkelement ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel dazu ausgebildet, um den zweiten Lichtstrahl und/oder den dritten Lichtstrahl in Abhängigkeit von der Augenposition zu erzeugen.
Die dazu erforderliche Augenpositionsverfolgung erfolgt beispielsweise direkt über einen bereits verbauten Laserscanner als Augenpositionsermittlungseinheit. Hierzu wird gemäß einem Ausführungsbeispiel zumindest eine der bereits verbauten Lichtquellen im sichtbaren Wellenlängenbereich oder auch eine weitere Lichtquelle im unsichtbaren Wellenlängenbereich, etwa im
Infrarotbereich, verwendet. Eine Rückmessung erfolgt beispielsweise über einen optischen Sendepfad, d. h. etwa über einen Mikrospiegel oder über einen an anderer Stelle im System verbauten geeigneten Detektor. Zusätzlich oder alternativ umfasst die Augenpositionsermittlungseinheit gemäß einem
Ausführungsbeispiel eine Kamera zum Erfassen der Augenpositionen.
Die Ermittlung der Blickrichtung, d. h. der Augenposition, kann auch über eine Messung des Augenhintergrundes erfolgen. Hierzu kann zum Beispiel ausgenutzt werden, dass der Augenhintergrund zwecks Bilderzeugung mit einem Laserstrahl abgerastert wird. Wenn nun ein optischer Rückkanal vorgesehen wird, dann kann ein Bild des Augenhintergrundes und der darin verlaufenden Blutgefäße erzeugt werden. Aus Verschiebungen dieses Bildes, wie sie bei Augenbewegungen auftreten, kann beispielsweise in ähnlicher Weise wie bei einer optischen Computermaus auf die Augenbewegung zurückgeschlossen werden.
Um eine Überlagerung von scharfer und unscharfer Darstellung im zentralen Sichtbereich des Auges zu vermeiden, ist es vorteilhaft, wenn die große Eyebox mit der unscharfen zweiten Bildinformation im ZSB des Auges dunkelgetastet wird. Da der ZSB sich abhängig von der Augenstellung verschiebt, ist es notwendig, auch den dunkelgetasteten Bereich entsprechend zu verschieben. Hierzu wird die Projektionsvorrichtung 1002 beispielsweise mittels
Sensorinformationen der Augenpositionsermittlungseinheit in Form eines Eyetracking-Systems derart gesteuert, dass der dritte Lichtstrahl in Form des divergenten Laserstrahls im zentralen Sichtbereich des Auges 405 abgeschaltet oder gedimmt wird. Da sich der Durchmesser der Pupille 430 und damit die wahrgenommene Größe des ZSB in Abhängigkeit von der Umgebungshelligkeit verändert, kann die Projektionsvorrichtung 1002 zusätzlich einen Sensor aufweisen, der dazu ausgebildet ist, um die Umgebungshelligkeit zu messen und, in Abhängigkeit dieser, eine Größe des dunkelgetasteten Bereichs anzupassen.
Die divergente, große Eyebox wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel also für den vollen Sichtbereich, gemäß diesem Ausführungsbeispiel unter Ausnahme des zentralen ersten Sichtbereichs 1014, eingesetzt, wobei vorteilhafterweise für die scharfe Bilddarstellung keine Kontaktlinse oder anderweitige Zusatzoptik notwendig ist. Die hier vorgestellte Projektionsvorrichtung 1002 funktioniert vorteilhafterweise mit praktisch jedem Auge 405, selbst wenn dieses eigentlich eine Korrekturoptik wie z. B. eine Brille benötigt.
Die beschriebene Projektionsvorrichtung 1002 kann mit einer Farbe
(monochrom), mit zwei Farben und den sich ergebenen Mischfarben oder als Vollfarbsystem (RGB) ausgestaltet sein. Für jede Farbe sind zwei Laser notwendig, die sich leicht in der Wellenlänge unterscheiden. Vorteilhaft ist ein Unterschied von ca. 20nm. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird vorteilhafterweise der dritte Lichtstrahl in Form zumindest eines divergenten Laserstrahls im zentralen ersten
Sichtbereich 1014, der ja bereits durch den zweiten Lichtstrahl in Form
zumindest eines kollimierten Laserstrahl mit scharfen Bildinformationen versorgt wird, abgeschaltet. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel liegt die Fovea im Zentrum des FOV. Unter Verwendung des kollimierten Lichts ist das FOV für das Auge 405 teilweise sichtbar, hier 16,7°. Unter Verwendung des divergenten Lichts ist das FOV für das Auge 405 peripher sichtbar, hier 60°- 16,7°.
Um die Anzahl der benötigten Laserquellen zu halbieren, ist es denkbar, dass beide optischen Funktionen, also die scharfe und die unscharfe Projektion gemäß einem Ausführungsbeispiel über den gleichen Laser adressiert werden. Um Kontrastverluste zu minimieren, wäre eine Umlenkeffizienz des HOEs für die unscharfe Projektion in einem solchen Fall deutlich niedriger ausgelegt als die Effizienz für die scharfe Projektion. Statt einer Ausblendung des ZSB würde der PSB heller dargestellt werden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die
Bilderzeugungseinheit entsprechend dazu ausgebildet, um den weiteren ersten Lichtstrahl in Abhängigkeit von der Augenposition beispielsweise im ZSB abzuschalten und/oder den ersten Lichtstrahl in Abhängigkeit von der
Augenposition beispielsweise im ZSB intensiver oder heller zu erzeugen und/oder den weiteren ersten Lichtstrahl in Abhängigkeit von der Augenposition beispielsweise im PSB intensiver oder heller zu erzeugen.
Da mittels der Projektionsvorrichtung 1002 ein Laserstrahl beispielsweise direkt auf die Netzhaut des Auges 1016 geschrieben werden kann, ist es zudem möglich, ein Abbild oder Video der Netzhaut mittels der Projektionsvorrichtung 1002 zu erzeugen. Dies erfolgt beispielsweise durch eine entsprechende
Rückmessung über den optischen Sendepfad. Mit einem derartigen System kann beispielsweise der Träger der Datenbrille anhand einer Aderstruktur der Netzhaut geometrisch identifiziert werden. Denkbar wäre auch die Bestimmung eines Pulsschlags in Abhängigkeit vom Pulsieren der in der Netzhaut verlaufenden Adern oder einer Sauerstoffsättigung über eine Farbe des in den Adern fließenden Bluts. Fig. 12 zeigt eine schematische Darstellung einer Projektionsvorrichtung 1002 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um die anhand von Figur 11 beschriebene Projektionsvorrichtung 1002 handeln, mit dem Unterschied, dass das Auge beispielhaft um 20° nach rechts gedreht dargestellt ist. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel liegt die Fovea im Zentrum des FOV. Unter
Verwendung des kollimierten Lichts ist das FOV für das Auge teilweise sichtbar, hier 16,7°. Unter Verwendung des divergenten Lichts ist das FOV für das Auge peripher sichtbar, hier 60°- 16,7°.
Fig. 13 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 1300 zum Darstellen von Bildinformationen mittels einer Projektionsvorrichtung gemäß einem
Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um eine der Projektionsvorrichtungen handeln, welche anhand einer der Figuren 6 bis 12 beschrieben wurde.
Das Verfahren 1300 umfasst einen Schritt 1305 des Erzeugens und einen Schritt 1310 des Umlenkens.
Im Schritt 1305 des Erzeugens wird zumindest der erste Lichtstrahl und/oder der weitere erste Lichtstrahl erzeugt. Im Schritt 1310 des Umlenkens wird der erste Lichtstrahl in Form des die erste Bildinformation repräsentierenden zweiten Lichtstrahls und/oder der weitere erste Lichtstrahl in Form des die zweite Bildinformation repräsentierenden dritten Lichtstrahls in den ersten Sichtbereich und/oder den zweiten Sichtbereich des Auges umgelenkt, wobei der erste Lichtstrahl und/oder der weitere erste Lichtstrahl derart umgelenkt wird, dass sich der zweite Lichtstrahl und der dritte Lichtstrahl hinsichtlich einer Strahldivergenz unterscheiden und wobei der zweite Sichtbereich und der erste Sichtbereich zumindest überlappen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird im Schritt 1310 des Umlenkens der zweite Lichtstrahl derart umgelenkt, dass die erste Bildinformation innerhalb des ersten Sichtbereichs und des zweiten Sichtbereichs dargestellt wird oder darstellbar ist, und zusätzlich oder alternativ der dritte Lichtstrahl derart umgelenkt, dass die zweite Bildinformation innerhalb des zweiten Sichtbereichs und des ersten Sichtbereichs dargestellt wird oder darstellbar ist. Vor dem Schritt 1310 des Umlenkens weist das Verfahren 1300 zudem gemäß diesem Ausführungsbeispiel einen optionalen Schritt 1315 des Ablenkens auf, in dem zumindest der erste Lichtstrahl und/oder der weitere erste Lichtstrahl abgelenkt wird.
Die hier vorgestellten Verfahrensschritte können wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.
Fig. 14 zeigt eine schematische Darstellung eines Steuergeräts 1020 gemäß einem Ausführungsbeispiel, etwa eines Steuergeräts, wie es vorangehend anhand von Fig. 6 beschrieben ist. Das Steuergerät 1020 umfasst eine
Erzeugungseinheit 1610, die ausgebildet ist, um das Steuersignal 1022 zum Steuern der Bilderzeugungseinheit zu erzeugen. Je nach Ausführungsbeispiel ist das Steuergerät 1020 als eine externe Einheit oder als eine in die Bilderzeugungseinheit integrierte Einheit realisiert.
Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine„und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.

Claims

Ansprüche
1. Projektionsvorrichtung (1002) für eine Datenbrille (1000), wobei die
Projektionsvorrichtung (1002) folgende Merkmale aufweist: eine Bilderzeugungseinheit (1004) zum Erzeugen zumindest eines eine Bildinformation repräsentierenden ersten Lichtstrahls (1010) und/oder eines die Bildinformation repräsentierenden weiteren ersten Lichtstrahls (1011); und zumindest ein Umlenkelement (1008), das ausgebildet ist, um den ersten Lichtstrahl (1010) in Form eines eine erste Bildinformation repräsentierenden zweiten Lichtstrahls (1012) und/oder den weiteren ersten Lichtstrahl (1011) in Form eines eine zweite Bildinformation repräsentierenden dritten Lichtstrahls (1013) in einen ersten
Sichtbereich (1014) und/oder einen zweiten Sichtbereich (1018) eines Auges (405) umzulenken, wobei sich der zweite Lichtstrahl (1012) und der dritte Lichtstrahl (1013) hinsichtlich einer Strahldivergenz
unterscheiden und wobei der zweite Sichtbereich (1018) und der erste Sichtbereich (1014) zumindest überlappen.
2. Projektionsvorrichtung (1002) gemäß Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass das Umlenkelement (1008) ausgebildet ist, um die erste Bildinformation in den ersten Sichtbereich (1014) und/oder den zweiten Sichtbereich (1018) und die zweite Bildinformation in den ersten Sichtbereich (1014) und/oder zweiten Sichtbereich (1018) umzulenken, wobei der zweite Sichtbereich (1018) und der erste Sichtbereich (1014) deckungsgleich angeordnet sind.
3. Projektionsvorrichtung (1002) gemäß einem der vorangegangenen
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Umlenkelement (1008) ausgebildet ist, um den ersten Lichtstrahl (1010) derart umzulenken, dass die erste Bildinformation eine höhere wahrgenommene Bildschärfe als die zweite Bildinformation aufweist, wobei das Umlenkelement (1008) ausgebildet ist, um die erste Bildinformation und/oder die zweite Bildinformation innerhalb eines zentralen Sichtbereichs des Auges (405) als des ersten Sichtbereichs (1014) und/oder innerhalb eines peripheren Sichtbereichs des Auges (405) als des zweiten Sichtbereichs (1018) darzustellen.
4. Projektionsvorrichtung (1002) gemäß einem der vorangegangenen
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Umlenkelement (1008) ausgebildet ist, um den ersten Lichtstrahl (1010) in Form des die erste Bildinformation repräsentierenden zweiten Lichtstrahls (1012) und/oder zumindest den weiteren ersten Lichtstrahl (1011) in Form des die zweite Bildinformation repräsentierenden dritten Lichtstrahls (1013) an einen hinter einer Pupille (430) des Auges (405) angeordneten Punkt (1025) umzulenken.
5. Projektionsvorrichtung (1002) gemäß Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet, dass das Umlenkelement (1008) ausgebildet ist, um den ersten Lichtstrahl (1010) in Form des zweiten Lichtstrahls (1012) und/oder den weiteren ersten Lichtstrahl (1011) in Form des dritten Lichtstrahls (1013) an den Punkt (1025) umzulenken, der einen
Drehpunkt des Auges (405) repräsentiert.
6. Projektionsvorrichtung (1002) gemäß einem der vorangegangenen
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Umlenkelement (1008) zumindest eine Hologrammschicht zum Umlenken des ersten
Lichtstrahls (1010) umfasst, insbesondere wobei das Umlenkelement (1008) zumindest eine weitere Hologrammschicht zum Umlenken des die Bildinformation repräsentierenden weiteren ersten Lichtstrahls (1011) umfasst, wobei die weitere Hologrammschicht in einer anderen Lage als die Hologrammschicht angeordnet ist.
7. Projektionsvorrichtung (1002) gemäß einem der vorangegangenen
Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Brillenglas (1006), wobei das Umlenkelement (1008) als Teil des Brillenglases (1006) realisiert ist, insbesondere eingegossen und/oder einlaminiert, und/oder auf das Brillenglas (1006) aufgebracht ist.
8. Projektionsvorrichtung (1002) gemäß Anspruch 7, dadurch
gekennzeichnet, dass sich das Umlenkelement (1008) über zumindest einen Hauptanteil einer Oberfläche des Brillenglases (1006) erstreckt.
9. Projektionsvorrichtung (1002) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine
Augenpositionsermittlungseinheit zum Ermitteln einer Augenposition des Auges (405), wobei die Bilderzeugungseinheit (1004) ausgebildet ist, um den ersten Lichtstrahl (1010) und/oder den weiteren ersten Lichtstrahl (1011) in Abhängigkeit von der Augenposition zu erzeugen und/oder das Umlenkelement (1008) ausgebildet sein, um den zweiten Lichtstrahl (1012) und/oder den dritten Lichtstrahl (1013) in Abhängigkeit von der Augenposition umzulenken und/oder wobei die
Augenpositionsermittlungseinheit ausgebildet ist, um die Augenposition unter Verwendung eines Lasers zu ermitteln.
10. Projektionsvorrichtung (1002) gemäß Anspruch 9, dadurch
gekennzeichnet, dass die Augenpositionsermittlungseinheit ausgebildet ist, um die Augenposition unter Verwendung eines
Infrarotlichts zu ermitteln.
11. Projektionsvorrichtung (1002) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bilderzeugungseinheit (1004) ausgebildet ist, um den ersten Lichtstrahl (1010) und/oder den weiteren ersten Lichtstrahl (1011) derart zu erzeugen, dass die erste Bildinformation und/oder die zweite Bildinformation ein zumindest zweifarbiges, insbesondere mehrfarbiges Bild repräsentiert.
12. Verfahren (1300) zum Darstellen von Bildinformationen mittels einer Projektionsvorrichtung (1002) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Verfahren (1300) folgende Schritte umfasst: Erzeugen (1305) zumindest des ersten Lichtstrahls (1010) und/oder des weiteren ersten Lichtstrahls (1011); und
Umlenken (1310) des ersten Lichtstrahls (1010) in Form des die erste Bildinformation repräsentierenden zweiten Lichtstrahls (1012) und/oder des weiteren ersten Lichtstrahls (1011) in Form des die zweite
Bildinformation repräsentierenden dritten Lichtstrahls (1013) in einen ersten Sichtbereich (1014) und/oder einen zweiten Sichtbereich (1018) des Auges (405), wobei der erste Lichtstrahl (1010) und/oder der weitere erste Lichtstrahl (1011) derart umgelenkt wird, dass sich der zweite Lichtstrahl (1012) und der dritte Lichtstrahl (1013) hinsichtlich einer Strahldivergenz unterscheiden und wobei der zweite Sichtbereich (1018) und der erste Sichtbereich (1014) zumindest überlappen.
13. Steuergerät (1020) mit einer Einheit (1610), die ausgebildet ist, um das Verfahren (1300) gemäß Anspruch 12 auszuführen und/oder
anzusteuern.
14. Computerprogramm, das ausgebildet ist, um das Verfahren (1300)
gemäß Anspruch 12 auszuführen und/oder anzusteuern.
15. Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 14 gespeichert ist.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102023200307A1 (de) 2023-01-17 2024-07-18 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Datenbrille und Verfahren zum Projizieren eines Projektionsbildes

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100149073A1 (en) * 2008-11-02 2010-06-17 David Chaum Near to Eye Display System and Appliance
US20150362734A1 (en) * 2013-01-28 2015-12-17 Ecole Polytechnique Federale De Lausanne (Epfl) Transflective holographic film for head worn display
US20180275410A1 (en) * 2017-03-22 2018-09-27 Magic Leap, Inc. Depth based foveated rendering for display systems

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9846307B2 (en) * 2013-03-25 2017-12-19 Intel Corporation Method and apparatus for head worn display with multiple exit pupils
US10175488B2 (en) * 2015-05-04 2019-01-08 North Inc. Systems, devices, and methods for spatially-multiplexed holographic optical elements
US20170285343A1 (en) * 2015-07-13 2017-10-05 Mikhail Belenkii Head worn display with foveal and retinal display
DE102016124538A1 (de) * 2016-12-15 2018-06-21 tooz technologies GmbH Datenbrille, Brillenglas für eine Datenbrille und Verfahren zum Generieren eines Bildes auf der Netzhaut

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100149073A1 (en) * 2008-11-02 2010-06-17 David Chaum Near to Eye Display System and Appliance
US20150362734A1 (en) * 2013-01-28 2015-12-17 Ecole Polytechnique Federale De Lausanne (Epfl) Transflective holographic film for head worn display
US20180275410A1 (en) * 2017-03-22 2018-09-27 Magic Leap, Inc. Depth based foveated rendering for display systems

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