DE102018204627A1

DE102018204627A1 - Projektionsvorrichtung für eine Datenbrille, eine solche Datenbrille sowie Verfahren zum Betrieb einer solchen Projektionsvorrichtung

Info

Publication number: DE102018204627A1
Application number: DE102018204627.1A
Authority: DE
Inventors: Simone Hoeckh; Reinhold Fiess; Stefanie Mayer; Tobias Graf
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-03-27
Filing date: 2018-03-27
Publication date: 2019-10-02
Also published as: WO2019185229A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Projektionsvorrichtung (100) für eine Datenbrille (400). Die die Projektionsvorrichtung (100) weist folgende Merkmale auf:eine Lichtquelle (104) zum Aussenden eines Lichtstrahls (106);ein an einem Brillenglas (402) der Datenbrille (400) angeordnetes oder anordenbares Umlenkelement (102) zum Projizieren eines Bilds auf eine Netzhaut (110) eines Nutzers der Datenbrille (400) durch Umlenken des einen Lichtstrahls (106) in Richtung einer Augenlinse (108) des Nutzers und/oder Fokussieren des einen Lichtstrahls (106); und ein Reflexionselement (112) zum Reflektieren des Lichtstrahls (106) auf das Umlenkelement (102). Die Projektionsvorrichtung (100) ist dadurch gekennzeichnet, dass das Umlenkelement (102) mindestens zwei hintereinander angeordnete RHOE (150) aufweist; und mindestens ein RHOE (150) der mindestens zwei hintereinander angeordneten RHOE ein schaltbares RHOE (160) ist. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Datenbrille (400) sowie ein Verfahren zum Betrieb einer Projektionsvorrichtung (100).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Projektionsvorrichtung für eine Datenbrille, eine solche Datenbrille sowie ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Projektionsvorrichtung.
Stand der Technik
Die Entwicklung von Helmet-Mounted- bzw. Head-Mounted- (HMD) oder Head-Worn-Displays (HWD) ist seit den Sechzigerjahren des 20. Jahrhunderts ein aktives Forschungsgebiet. Eine Ausprägung sind Virtual Reality (VR) Systeme. Vor allem ist es aber die Entwicklung von Augmented Reality (AR) oder Mixed-Reality-Geräten, die interessante Möglichkeiten zur situationsbedingten und individualisierten Informationsbereitstellung in Beruf und Alltag in Aussicht stellt.
Aufgrund hoher Kosten und sperriger Optiken sind HMDs bis heute vorrangig im militärischen Bereich im Einsatz. Allerdings können auch zivile Berufsgruppen und Konsumenten in Alltag und Freizeit von einem handlichen und kostengünstigen HMD-Gerät profitieren. Bislang konnte aber noch kein Verbraucherprodukt in Großserie erfolgreich am Markt platziert werden. Eine große Herausforderung sind hierbei z.B. sich wechselseitig beeinflussende Anforderungen an die optischen und mechanischen Spezifikationen. Es gibt derzeit zwei unterschiedliche Arten von HMDs auf dem Markt. Einerseits sind dies leichte, handliche HMDs, deren bildgebendes und sensorisches System möglichst klein gehalten wird, weshalb sie auch nur einen begrenzten Funktionsumfang aufweisen. Andererseits gibt es HMDs mit relativ voluminösen Optiken gegebenenfalls in Kombination mit mehreren Sensoren und Kameras, die anspruchsvollere Bilddarstellungen und Interaktionen zwischen der Umgebungswahrnehmung und der überlagerten Bildinformation ermöglichen, jedoch deutlich größer, schwerer und weniger ergonomisch in der Handhabung sind.
Ein Ansatz, um anspruchsvolle Bildgebung mit einer möglichst platzsparenden Bauform zu realisieren, besteht in einem laserbasierten Retinascanner (engl.: retina scanner device = RSD). Im Gegensatz zu den meisten anderen Konzepten wird hierbei nicht eine abbildende Optik verwendet, die ein Bild einer Displayfläche über ein abbildendes System in das Blickfeld des Nutzers einblendet. Stattdessen wird hier mittels mindestens einer, bei polychromatischen Systemen auch mittels mehrerer Laserquellen, ein Strahl erzeugt, der über einen MEMS (Micro-Electro-Mechanical-System)-Spiegel gelenkt und mittels Auslenkung des Spiegels über die Netzhaut gescannt werden kann. Durch die Latenzzeit im menschlichen visuellen System kann somit durch gezielte Ansteuerung von Spiegel und Laserquelle der Eindruck eines flächigen Bildes oder von überlagerten Bildinhalten erzeugt werden. Der Vorteil dieses Systemkonzepts besteht in der geringen Anzahl an optischen Komponenten, die zudem nur geringen Bauraum beanspruchen.
Eine Möglichkeit zur Realisierung eines vollfarbigen RSDs besteht darin, Licht mehrerer Farben, z.B. rot, grün und blau, zu einem Strahl zu überlagern, der dann auf den MEMS-Spiegel fällt. Dabei ist das Schalten der einzelnen Lichtquellen mit der Bewegung des Spiegels synchronisiert. Es sind aber auch Konzepte denkbar, bei denen Licht verschiedener Wellenlängen unter unterschiedlichen Winkeln und zu einem bestimmten Zeitpunkt an unterschiedlichen Positionen auf dem Brillenglas auftrifft.
Der Augenabstand eines Erwachsenen liegt in den meisten Fällen zwischen 56 und 75 mm. Das Auge rotiert um etwa ± 15°, bevor der Kopf bewegt wird. Außerdem ändern sich die horizontale und insbesondere die vertikale Position der Pupille relativ zum Brillenglas, wenn z.B. die Brille rutscht. Die Anzeige des HMD soll für den Nutzer immer sichtbar sein, seine Pupille, deren Durchmesser sich je nach Helligkeit um ein Vielfaches ändert, muss sich also immer innerhalb mindestens einer sogenannten Eyebox befinden.
Holografische optische Elemente (HOE) gewinnen zunehmend an Bedeutung, insbesondere auch bei der Realisierung von HMDs. Im Stand der Technik sind als Volumenhologramme realisierte Reflexionshologramme (RHOE) bekannt. Volumenhologramme weisen eine Wellenlängen- und Winkelselektivität auf. Sie können so gestaltet sein, dass sie nur auf Licht eines kleinen Wellenlängenbereiches wirken, wobei Licht einer anderen Wellenlänge nicht beeinflusst wird. Der Begriff HOE ist ein Überbegriff für RHOE oder sRHOE (schaltbares RHOE). Jedes RHOE oder sRHOE ist somit ein HOE. Ein RHOE kann entweder als statisches oder als schaltbares HOEs ausgeführt sein.
Die optische Funktion eines HOE lässt sich über die Materialparameter, z.B. die Periode des Beugungsgitters oder des Brechungsindexunterschieds, gestalten. Damit ergibt sich eine große Designfreiheit. Unter anderem können HOE so gestaltet werden, dass sie z.B. die Funktion eines Spiegels übernehmen, jedoch muss das Reflexionsgesetz hierbei nicht gelten, da die Umlenkung nicht auf Reflexion, sondern auf Beugung beruht. Das bedeutet, dass der Einfallswinkel nicht dem Ausfallswinkel entsprechen muss. Auch sehr viel komplexere Funktionen als nur die spiegelähnliche Umlenkung sind möglich. Darüber hinaus lassen sich HOE pixelweise gestalten, z.B. mit Hologrammdruckern.
In speziellen Flüssigkristallmaterialen lassen sich mit holografischen Belichtungsverfahren Volumenhologramme erzeugen. Das Belichtungsverfahren kann zum Beispiel eine Interferenz zwischen einer kohärenten Referenz- und Objektwelle sein. D.h. man schreibt ein Volumenhologramm quasi in eine Flüssigkristallzelle, bzw. Flüssigkristalldisplay (engl.: liquid crystal display). Möglich wird dies z.B. bei Verwendung von PDLC-Zellen (engl.: PDLC = polymer dispersed liquid crystal) mit speziellen Photopolymer-Zumischungen. Man erhält dann sogenannte H-PDLCs (engl: holographic polymer dispersed liquid crystal). In diese Materialsysteme lassen sich Volumenhologramme belichten. Falls solche Zellen mit Elektroden versehen sind, so lassen sich durch Anlegen von elektrischer Spannung die Flüssigkristalle ausrichten und somit auch die eingeschriebene Hologrammstruktur stark beeinflussen. Bei entsprechender Spannung kann hiermit z.B. die optische Funktion der Volumenhologramme reversibel ein- und ausgeschaltet werden. Somit ist eine steuerbare komplexe optische Funktionalität realisierbar.
Offenbarung der Erfindung
Die Projektionsvorrichtung für eine Datenbrille weist eine Lichtquelle zum Aussenden eines Lichtstrahls auf.
Unter einer Datenbrille kann ein HMD verstanden werden. Unter dem Begriff Datenbrille soll ebenfalls eine Videobrille, ein Helmdisplay oder ein VR-Helm verstanden werden.
Unter einer Lichtquelle kann ein lichtemittierendes Element wie etwa eine Leuchtdiode, insbesondere eine organische Leuchtdiode, eine Laserdiode oder eine Anordnung aus mehreren solcher lichtemittierenden Elemente verstanden werden. Insbesondere kann die Lichtquelle ausgebildet sein, um Licht unterschiedlicher Wellenlängen auszustrahlen. Der Lichtstrahl kann zum Erzeugen einer Mehrzahl von Bildpunkten auf der Netzhaut dienen, wobei der Lichtstrahl die Netzhaut beispielsweise in Zeilen und Spalten oder in Form von Lissajous-Mustern überstreicht und entsprechend gepulst sein kann. Unter einem Brillenglas kann ein aus einem transparenten Material wie etwa Glas oder Kunststoff gefertigtes Scheibenelement verstanden werden. Je nach Ausführungsform kann das Brillenglas etwa als Korrekturglas ausgeformt sein oder eine Tönung zum Filtern von Licht bestimmter Wellenlängen wie beispielsweise UV-Licht aufweisen.
Da auch Laserlicht verwendet werden kann, kann unter einem Lichtstrahl in der paraxialen Näherung auch ein Gauß-Strahl verstanden werden.
Die Projektionsvorrichtung weist ferner ein an einem Brillenglas der Datenbrille angeordnetes oder anordenbares Umlenkelement zum Projizieren eines Bilds auf eine Netzhaut eines Nutzers der Datenbrille durch Umlenken des einen Lichtstrahls in Richtung einer Augenlinse des Nutzers und/oder Fokussieren des einen Lichtstrahls auf. Das Umlenkelement kann z.B. ein holografisches Element oder ein Freiformspiegel sein.
Unter einem holografischen Element kann beispielsweise ein holografischoptisches Bauelement, kurz HOE, verstanden werden, das z.B. die Funktion einer Linse, eines Spiegels oder eines Prismas erfüllen kann. Je nach Ausführungsform kann das holografische Element für bestimmte Farben und Einfallswinkel selektiv sein. Insbesondere kann das holografische Element optische Funktionen erfüllen, die mit einfachen Punktlichtquellen in das holografische Element einbelichtet werden können. Dadurch kann das holografische Element sehr kostengünstig hergestellt werden.
Das holografische Element kann transparent sein. Dadurch können Bildinformationen mit der Umwelt überlagert werden.
Durch ein an einem Brillenglas einer Datenbrille angeordnetes holografisches Element kann ein Lichtstrahl derart auf eine Netzhaut eines Trägers der Datenbrille gelenkt werden, dass der Träger ein scharfes virtuelles Bild wahrnimmt. Beispielsweise kann das Bild durch Scannen eines Laserstrahls über einen Mikrospiegel und das holografische Element direkt auf die Netzhaut geschrieben werden.
Eine derartige Projektionsvorrichtung kann auf geringem Bauraum vergleichsweise kostengünstig realisiert werden und ermöglicht es, einen Bildinhalt in eine ausreichende Distanz zum Träger zu bringen. Dadurch wird die kontaktanaloge Überlagerung des Bildinhalts mit der Umgebung ermöglicht. Dadurch, dass das Bild mittels des holografischen Elements direkt auf die Netzhaut geschrieben werden kann, kann auf ein flächiges Anzeigeelement wie z.B. ein LCD- oder DMD-basiertes System, verzichtet werden. Ferner kann dadurch eine besonders große Tiefenschärfe erreicht werden.
In der Regel ist das Umlenkverhalten auf der Oberfläche des holografischen Elements an jedem Punkt unterschiedlich. Wie bereits oben erwähnt gilt in der Regel nicht, dass der Einfallswinkel gleich dem Ausfallswinkel ist. Der Teilbereich der Oberfläche des holografischen Elements, welcher dazu dient, den Lichtstrahl zum Auge eines Benutzers um zu lenken, wird als funktionale Region bezeichnet.
Ein Vorteil der Verwendung eines HOEs besteht darin, dass die optische Funktion unabhängig von der Flächennormale realisiert werden kann. Prinzipiell können einige optische Funktionen statt mit einem HOE auch mit einem Freiformspiegel realisiert werden. Beispielsweise kann ein Ellipsoidsegment als Freiformspiegel interpretiert werden, der Licht einer Punktquelle im ersten Brennpunkt in den zweiten Brennpunkt fokussiert. Die Flächennormale eines solchen Freiformspiegels ändert sich lokal, da hier lokal das Reflexionsgesetz gelten muss. Im Gegensatz dazu kann eine vergleichbare optische Funktion mit einem Volumenhologramm auf einem ebenen Substrat realisiert werden. In diesem Fall bleibt die Flächennormale über die gesamte Substratfläche konstant. Stattdessen ändert sich der Gittervektor der lokalen Bragg-Struktur über das Substrat.
Ferner weist die Projektionsvorrichtung mindestens ein Reflexionselement zum Reflektieren des Lichtstrahls auf das Umlenkelement auf. Unter einem Reflexionselement kann beispielsweise ein Spiegel, insbesondere ein Mikrospiegel oder ein Array aus Mikrospiegeln, oder ein Hologramm verstanden werden. Mittels des Reflexionselements kann ein Strahlengang des Lichtstrahls an gegebene Raumverhältnisse angepasst werden. Beispielsweise kann das Reflexionselement als Mikrospiegel realisiert sein. Der Mikrospiegel kann beweglich ausgeformt sein, etwa eine um zumindest eine Achse neigbare Spiegelfläche aufweisen. Ein solches Reflexionselement bietet den Vorteil einer besonders kompakten Bauform. Es ist ferner vorteilhaft, wenn das Reflexionselement ausgebildet ist, um einen Einfallswinkel und, zusätzlich oder alternativ, einen Auftreffpunkt des Lichtstrahls auf dem holografischen Element zu ändern. Dadurch kann das Umlenkelement flächig, insbesondere etwa in Zeilen und Spalten, mit dem Lichtstrahl überstrichen werden.
Ferner kann das Reflexionselement ein Spiegel mit verformbarer Oberfläche sein. Dies hat den Vorteil, dass das Reflexionselement nicht nur den Lichtstrahl umlenken kann, sondern auch Strahlparameter verändern kann. Hierdurch kann die Anzahl der optischen Elemente reduziert und alternativ oder ergänzend die wahrgenommene Bildqualität beeinflusst werden.
Das Umlenkelement weist mindestens zwei hintereinander angeordnete Reflexionshologramme auf, welche auch als RHOE abgekürzt werden. Zwei RHOE sind dann hintereinander angeordnet, wenn der Lichtstrahl beide hintereinander durchläuft. Bei entsprechender Ausgestaltung des Systems, die im Folgenden in mehreren Ausführungsformen beschrieben wird, kann damit erreicht werden, dass mehrere Eyeboxen bedient werden können.
Mindestens ein RHOE der mindestens zwei hintereinander angeordneten RHOE ist ein schaltbares RHOE (sRHOE) oder weist ein solches auf. Dies hat den Vorteil, dass Licht in einem Wellenlängenbereich, den das schaltbare RHOE beeinflussen kann, von einer Eyebox in eine andere Eyebox umgeschaltet werden kann. Mit diesem Merkmal kann man ebenfalls erreichen, dass Licht in einem bestimmten Wellenlängenbereich sequenziell zwei unterschiedliche Eyeboxen bedient.
Ein sRHOE kann für Licht eines bestimmten Wellenlängenbereiches, das unter einem bestimmten Einfallswinkelbereich auftrifft, ausgelegt werden. Dies bedeutet, dass abhängig vom Schaltzustand, in dem sich das sRHOE befindet, solches Licht, d. h. Licht, welches im passenden Einfallswinkel und im passenden Wellenlängenbereich liegt entweder in seiner Ausbreitungsrichtung unbeeinflusst transmittiert oder am sRHOE umgelenkt wird. Dabei bestimmt das Design des sRHOE wie die Ausbreitung des umgelenkten Lichtes beeinflusst wird. Hierbei ist zu beachten, dass der Einfallswinkel α im Falle des angeschalteten sRHOE nicht dem Ausfallswinkel β entsprechen muss, da ein sRHOE ebenso wie ein RHOE beugt und nicht reflektiert.
Wenn in der vorliegenden Beschreibung davon die Rede ist, dass Licht an einem HOE, insbesondere an einem RHOE oder an einem sRHOE, reflektiert wird, so versteht der Fachmann, dass physikalisch eine Beugung gemeint ist.
Hierbei ist es weiter bevorzugt, dass das letzte RHOE ein RHOE ist und alle anderen RHOE sRHOE sind. Hierbei wird unter dem letzten RHOE das in Blickrichtung des Nutzers letzte, also das am weitesten vom Auge entfernt liegende HOE verstanden. Hierdurch kann vorteilhafterweise erreicht werden, dass das gesamte Licht von den RHOE zum Auge des Benutzers reflektiert wird und kein Licht komplett durch alle Schichten und das Trägersubstrat, die das Brillenglas des HMDs bilden, hindurch transmittiert. Da jede erzeugte Wellenlänge benutzt werden soll, darf am letzten RHOE kein Licht hindurch gelassen werden. Zum einen wäre das Verschwendung des vorhandenen Lichtes und damit Energie eines tragbaren Geräts, wo Akkulaufzeit ein kritischer Punkt sein könnte. Zum anderen könnten ungewollte Blendungen, gerade auch unbeteiligter Dritter, oder Ähnliches auftreten, was sicherheitskritisch sein könnte. Da das letzte Element nicht schaltbar ist, bleibt diese Intransparenz hinsichtlich des eingestrahlten Lichtes auch in einem Fehlerfall, der z.B. so aussehen könnte, dass sich die sRHOE nicht mehr ansteuern lassen, erhalten.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform überlappen sich ein Wellenlängenbereich eines RHOE der mindestens zwei hintereinander angeordneten RHOE und ein Wellenlängenbereich eines anderen RHOE der mindestens zwei hintereinander angeordneten RHOE nicht. Der Wellenlängenbereich eines RHOE ist als der Wellenlängenbereich definiert, den einen RHOE beeinflussen kann. Durch das vorstehend genannte Merkmal kann vorteilhafterweise erreicht werden, dass es eine Wellenlänge gibt, welche von einem RHOE der mindestens zwei hintereinander angeordneten RHOE beeinflusst wird und eine andere Wellenlänge gibt, welche ein anderes RHOE der mindestens zwei hintereinander angeordneten RHOE beeinflusst, wobei das andere RHOE die eine Wellenlänge nicht beeinflusst und das eine RHOE die andere Wellenlänge nicht beeinflusst. Gemäß einer noch mehr bevorzugten Ausführungsform gibt es eine Vielzahl hintereinander angeordneter RHOE, wobei jedes RHOE einen Wellenlängenbereich beeinflusst und keines der restlichen RHOE diesen Wellenlängenbereich beeinflussen kann. Dies hat den Vorteil, dass jedes RHOE in seinem jeweiligen Wellenlängenbereich unabhängig von den anderen RHOE arbeitet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das Umlenkelement an mindestens einem Pixel des Umlenkelements mindestens zwei hintereinander angeordnete RHOE auf. Die in vorliegender Beschreibung genannten Vorteile und Merkmale können somit für jeden Pixel des Umlenkelements unterschiedlich sein. Dies hat den Vorteil, dass die Eigenschaften des Umlenkelements für jeden Pixel unterschiedlich sein können. Dies kann zum Beispiel bewirken, dass jeder Pixel eine andere Eyebox bedient.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform verwendet die Lichtquelle mindestens zwei unterschiedliche Wellenlängenbereiche. Vorliegend versteht der Fachmann, wenn von einer Wellenlänge die Rede ist, in der Regel einen Wellenlängenbereich. Gemäß dieser Ausführungsform ist es weiter bevorzugt, dass die Anzahl der mindestens zwei hintereinander angeordneten RHOE mindestens so groß, bevorzugt genauso groß, ist wie die Anzahl der mindestens zwei unterschiedlichen Wellenlängen und dass für jede Wellenlänge der mindestens zwei unterschiedlichen Wellenlängen mindestens ein RHOE existiert, das diese Wellenlänge reflektieren kann. Weiter bevorzugt existiert für jede Wellenlänge der mindestens zwei unterschiedlichen Wellenlängen genau ein RHOE, das diese Wellenlänge reflektieren kann, wobei es bevorzugt ist, dass für jede Wellenlänge das genau eine RHOE, das diese Wellenlänge reflektieren kann, jeweils unterschiedlich ist. Durch dieses Merkmal kann vorteilhafterweise zum Beispiel erreicht werden, dass für jede verwendete Wellenlänge genau eine Eyebox existiert.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Projektionsvorrichtung drei Lichtquellen zum Aussenden jeweils eines Lichtstrahls auf, wobei die drei Lichtquellen jeweils unterschiedliche Wellenlängen aufweisen. Bevorzugt bilden die drei unterschiedlichen Wellenlängen der drei Lichtquellen einen RGB-Farbraum. Jede Lichtquelle ist bevorzugt monochromatisch oder quasimonochromatisch. Ein RGB-Farbraum ist ein additiver Farbraum, der Farbwahrnehmungen durch das additive Mischen dreier Grundfarben, also Rot, Grün und Blau, nachbildet. Die drei unterschiedlichen Wellenlängen sind geeignet, bei einem Nutzer einen Eindruck einer vollfarbigen Darstellung, wie er durch additive Farbmischung erzeugt werden kann, zu erwecken.
Insbesondere wird bei Verwendung von Laserlichtquellen ein extrem großer Farbraum (Mischfarben) ermöglicht. Die Erfindung erlaubt bei geeigneter Ausführungsform auch prinzipiell die Verwendung von mehr als drei Lichtquellen, z.B. mehr als eine Wellenlänge für Rot. Hiermit könnte dann ein noch größerer Farbraum aufgespannt werden (z.B. RR'GB). Wenn man dieses Prinzip weiterdenkt, wäre dann nahezu jede für den Menschen erkennbare Farbe darstellbar.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform benutzen mindestens zwei der mindestens zwei hintereinander angeordneten RHOE eine Wellenlänge, welche in allen Wellenlängenbereichen der mindestens zwei der mindestens zwei hintereinander angeordneten RHOE liegt, sequentiell. Gemäß dieser Ausführungsform ist mindestens ein RHOE ein sRHOE, welches geschaltet werden muss, was eine zeitliche Änderung erfordert.
Gemäß dieser Ausführungsform ist es bevorzugt, dass die anderen der mindestens zwei hintereinander angeordneten RHOE diese Wellenlänge nicht beeinflussen können. Durch dieses Merkmal kann vorteilhafterweise die Anzahl der Eyeboxen erhöht werden. Dieses Merkmal erfordert in der Regel ein Eyetracking-System.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform verwendet die Lichtquelle drei unterschiedliche Wellenlängen, weist der mindestens eine Pixel des Umlenkelements eine Anordnung von drei hintereinander angeordneten RHOE auf, welche jeweils unterschiedliche Wellenlängenbereiche aufweisen, wobei jeder Wellenlängenbereich jeweils eine der drei unterschiedlichen Wellenlängen aufweist, und werden die drei unterschiedlichen Wellenlängen an dem Pixel auf denselben Punkt auf der Netzhaut reflektiert. Die drei unterschiedlichen Wellenlängen bilden bevorzugt einen RGB-Farbraum. Hierdurch kann vorteilhafterweise erreicht werden, dass für einen vorgegebenen Pixel des Umlenkelements ein vollfarbiger Punkt auf eine vorgegebene Eyebox abgebildet wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der mindestens eine Pixel des Umlenkelements mindestens zwei Anordnungen von jeweils drei hintereinander angeordneten RHOE auf, verwendet die Lichtquelle eine Anzahl von unterschiedlichen Wellenlängen, welche gleich der Anzahl der Anordnungen multipliziert mit drei ist, überlappen sich die Wellenlängenbereiche einer Anordnung und einer anderen Anordnung der mindestens zwei Anordnungen nicht, und werden die zu einer Anordnung gehörenden drei unterschiedlichen Wellenlängen an dem mindestens einen Pixel jeweils auf denselben Punkt auf der Netzhaut reflektiert. Bevorzugt bilden die zu einer Anordnung gehörenden Wellenlängen jeweils einen RGB-Farbraum. Durch dieses Merkmal kann vorteilhafterweise erreicht werden, dass ein Pixel mehrere unterschiedliche Eyeboxen vollfarbig bedient.
Allgemein gilt, dass sich die Anzahl der parallel bedienbaren Eyeboxen durch den Einsatz einer größeren Anzahl an unterschiedlichen Wellenlängen und zugehörigen HOE, insbesondere RHOE oder sRHOE, erhöhen lässt. Die so erreichte Anzahl an Eyeboxen kann dann durch das Stapeln mehrerer solcher Anordnungen sequentiell wiederrum um den Faktor der Anzahl dieser gestapelten Anordnungen erhöht werden. Bei der sequentiellen Benutzung wirken die HOE jeweils auf dieselbe Wellenlänge. Bei der parallelen Benutzung wirken die HOE jeweils auf unterschiedliche Wellenlängen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform bewirken eine zu einer Anordnung gehörende Wellenlänge und eine zu einer anderen Anordnung gehörende Wellenlänge bei einem Menschen einen ununterscheidbaren Farbeindruck.
Durch dieses Merkmal kann vorteilhafterweise erreicht werden, dass die mehreren unterschiedlichen vollfarbigen Eyeboxen, die von einem Pixel bedient werden, bei geeigneter Mischung der jeweiligen Intensitäten bei einem Menschen denselben Farbeindruck bewirken.
Die Erfindung umfasst weiterhin eine Datenbrille. Diese weist ein Brillenglas und eine oben beschriebene Projektionsvorrichtung auf, wobei das Umlenkelement am oder im Brillenglas angeordnet ist.
Die Erfindung umfasst weiterhin ein Verfahren zum Betrieb der oben beschriebenen Projektionsvorrichtung, bei dem mindestens ein RHOE der mindestens zwei hintereinander angeordneten RHOE umgeschaltet wird. Durch dieses Verfahren kann vorteilhafterweise erreicht werden, dass mehrere Eyeboxen bedient werden können.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweiligen angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Figurenliste
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Projektionsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines schaltbaren Reflexionshologramms (sRHOE), welches in einer Projektionsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung benutzt wird.
3 zeigt eine schematische Darstellung einer Hintereinanderschaltung eines schaltbaren Reflexionshologramms sRHOE und eines konventionellen, nicht schaltbaren Reflexionshologramm RHOE, welche in einer Projektionsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung benutzt wird.
4 bis 8 zeigen jeweils eine schematische Darstellung einer Hintereinanderschaltung mit mehreren sRHOE, welche in einer Projektionsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung benutzt wird.
9 zeigt eine schematische Darstellung einer pixelweisen HOE-Struktur, welche in einer Projektionsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung benutzt wird.
10 zeigt schematisch eine Datenbrille gemäß einer Ausführungsform in isometrischer Darstellung.

Ausführungsbeispiele der Erfindung
1 zeigt die prinzipielle Funktionsweise der Projektionsvorrichtung 100. Ein von einer Laserdiode als Lichtquelle 104 emittierter Lichtstrahl 106 wird mittels einer Linse als Kollimationselement 114 kollimiert und in Richtung eines Mikrospiegels als Reflexionselement 112 geführt. Das Reflexionselement 112 lenkt das Licht in Richtung des als holografisches Element aufgeführten Umlenkelements 102 um. Das Umlenkelement 102 ist auf einem Brillenglas 402 aufgebracht. Der vom Umlenkelement 102 umgelenkte Lichtstrahl 106 trifft sodann auf das Auge und eine Augenlinse 108, von wo der Lichtstrahl 106 auf die Netzhaut 110 eines Augapfels 107 eines Nutzers fokussiert wird.
Die Lichtquelle 104 ist in einem am Brillengestell 120 befestigten Gehäuse 105 angeordnet. Am Ausgang des Gehäuses 105 ist das Kollimationselement 114 angeordnet. Die Lichtquelle 104, das Kollimationselement 114 und das Reflexionselement 112 können in einem gemeinsamen nicht dargestellten Gehäuse untergebracht sein, wobei der vom Reflexionselement 112 reflektierte Lichtstrahl 106 durch ein an einer Seite des Gehäuses angeordnetes Fenster ausgekoppelt wird. Dieses Gehäuse kann am Brillenbügel 118 oder am Brillengestell 120 befestigt sein.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines von einem schaltbaren Reflexionshologramm (sRHOE) 160 beeinflussbaren Lichtpfades, welches in einer Projektionsvorrichtung 100 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung benutzt wird. Das sRHOE 160 ist auf einem Brillenglas 402 eines HMD angebracht. Ein Lichtstrahl 200 fällt unter dem Winkel α auf das sRHOE 160. Das Reflexionsverhalten des sRHOE 160 hängt von dessen Schaltzustand ab. Falls das sRHOE 160 eingeschaltet ist, also eine Spannung am sRHOE 160 anliegt, so wirkt das sRHOE 160 als Reflexionshologramm und beugt den Lichtstrahl 200 so, dass er unter einem Winkel β, welcher sich in der Regel vom Winkel α unterscheidet, umgelenkt wird. Der umgelenkte Lichtstrahl ist mit dem Bezugszeichen 204 bezeichnet. Falls das sRHOE 160 ausgeschaltet ist, so tritt der Lichtstrahl 200 unabgelenkt durch das sRHOE 160 und das Brillenglas 402 hindurch. Der unabgelenkt, transmittierte Lichtstrahl ist mit dem Bezugszeichen 202 bezeichnet.
Der Lichtstrahl 200 wird vom Reflexionselement 112 in Richtung des Brillenglases 402 abgelenkt. Der umgelenkte Lichtstrahl 204 breitet sich in Richtung Augapfel 107 des Nutzers aus. Somit kann mit dieser Anordnung eine sich unter dem Winkel β befindliche Eyebox bedient werden. In diesem Raumbereich muss sich die Pupille befinden, um die Anzeige wahrnehmen zu können. Der transmittierte Lichtstrahl 202 verlässt die Datenbrille in Richtung vom Nutzer weg. Da dies ein Sicherheitsrisiko ist, ist es bevorzugt, dass das in Ausbreitungsrichtung des Lichts gesehen letzte Reflexionshologramm das Licht in jedem Fall in Richtung des Nutzers umlenkt.
Zu beachten ist, dass der Einfallswinkel α im Falle des angeschalteten sRHOE 160 wie in 2 dargestellt nicht dem Ausfallswinkel β entsprechen muss, weil ein sRHOE 160 ebenso wie ein RHOE beugt und nicht reflektiert.
3 zeigt eine schematische Darstellung einer Hintereinanderschaltung eines schaltbaren Reflexionshologramms sRHOE 160 und eines konventionellen, nicht schaltbaren Reflexionshologramm RHOE 150, welche in einer Projektionsvorrichtung 100 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung benutzt wird.
Ein Lichtstrahl 200 fällt unter dem Winkel α auf das sRHOE 160. Falls das sRHOE 160 eingeschaltet ist, so wird der Lichtstrahl 200 unter dem Winkel β reflektiert und fällt als reflektierter Lichtstrahl 204 aus. Falls das sRHOE 160 ausgeschaltet ist, so tritt der Lichtstrahl 200 unabgelenkt durch das sRHOE 160 hindurch und verlässt dieses als transmittierter Lichtstrahl 202. der transmittierter Lichtstrahl 202 trifft unter dem Winkel γ, welcher in 2 gleich dem Winkel α ist, auf ein RHOE 150, wird unter dem Winkel δ von diesem reflektiert und fällt als zweiter reflektierter Lichtstrahl 206 aus.
Ebenso wie in 2 gilt auch hier, dass, da die Umlenkung am RHOE durch Beugung und nicht durch Reflexion erfolgt, das Reflexionsgesetz nicht gelten muss. Die Einfallswinkel α bzw. γ unterscheiden sich in der Regel sich von den jeweiligen Ausfallswinkeln β bzw. δ.
Das RHOE 150 ist auf dem Brillenglas 402 angebracht. Das sRHOE 160 ist hier zur Verdeutlichung mit einem Abstand zum RHOE 150 dargestellt. In der Praxis sind diese Schichten des sRHOE 160 und des RHOE 150 jedoch übereinander oder hintereinander, je nach Betrachtungsrichtung, angeordnet. Die Schichten können mit Abstand oder aber auch direkt hintereinander mit optischem Bonding (z.B. optischer Kleber) angeordnet sein.
Wie bereits erläutert sind für die vorliegende Projektionsvorrichtung der Datenbrille für jeden Augenabstand mehrere Eyeboxen notwendig, um den gewünschten Seheindruck für jede mögliche Stellung des Auges, sowohl was die Bewegung des Auges als auch die Positionen von Auge und Brillenglas zueinander angeht, zu erhalten. Mit einer Anordnung entsprechend der 3 lassen sich zwei verschiedene Eyeboxen sequentiell mit Licht einer Wellenlänge und damit einer Lichtquelle bedienen.
Falls das sRHOE 160 angeschaltet ist, sowie der reflektierte Lichtstrahl 204 in eine erste Eyebox gelenkt. Falls das sRHOE 160 abgeschaltet ist, so wird der transmittierte Lichtstrahl 202, nachdem er von dem nicht schaltbaren RHOE 150 reflektiert wurde und als zweiter reflektierter Lichtstrahl 206 ausfällt, in eine andere Eyebox, eine zweite Eyebox, gelenkt.
4 zeigt eine schematische Darstellung einer Hintereinanderschaltung von vier sRHOE 160 und einem RHOE 150.
Falls alle sRHOE 160 ausgeschaltet sind, so wird der Lichtstrahl 200 durch diese unabgelenkt transmittiert. Nach dem in Ausbreitungsrichtung gesehen ersten sRHOE 160 wird der transmittierte Lichtstrahl mit dem Bezugszeichen 202 bezeichnet. Nach dem in Ausbreitungsrichtung gesehen zweiten sRHOE 160 wird der transmittierte Lichtstrahl mit dem Bezugszeichen 208 bezeichnet. Nach dem in Ausbreitungsrichtung gesehen dritten sRHOE 160 wird der transmittierte Lichtstrahl mit dem Bezugszeichen 210 bezeichnet. Nach dem in Ausbreitungsrichtung gesehen vierten sRHOE 160 wird der transmittierte Lichtstrahl mit dem Bezugszeichen 214 bezeichnet.
Der von dem in Ausbreitungsrichtung gesehen ersten sRHOE 160 reflektiert Lichtstrahl wird mit dem Bezugszeichen 204 bezeichnet. Der von dem in Ausbreitungsrichtung gesehen zweiten sRHOE 160 reflektiert Lichtstrahl wird mit dem Bezugszeichen 206 bezeichnet. Der von dem in Ausbreitungsrichtung gesehen dritten sRHOE 160 reflektiert Lichtstrahl wird mit dem Bezugszeichen 212 bezeichnet. Der von dem in Ausbreitungsrichtung gesehen vierten sRHOE 160 reflektiert Lichtstrahl wird mit dem Bezugszeichen 216 bezeichnet.
Ein auf ein sRHOE 160 treffender Lichtstrahl wird, falls das sRHOE 160 ausgeschaltet ist, nicht abgelenkt und, falls das sRHOE 160 angeschaltet ist, reflektiert.
Der Lichtstrahl 214 trifft auf den RHOE 150 und wird nach der Reflexion von dem RHOE 150 als Lichtstrahl 218 bezeichnet.
Mit der Ausführungsform der 4 lassen sich fünf Eyeboxen mit Licht einer Wellenlänge sequentiell bedienen. Der Lichtstrahl 204 bedient die erste Eyebox, der Lichtstrahl 206 bedient die zweite Eyebox, der Lichtstrahl 212 bedient die dritte Eyebox, der Lichtstrahl 216 bedient die vierte Eyebox und der Lichtstrahl 218 bedient die fünfte Eyebox. Man beachte, dass der jeweilige Ausfallswinkel der sRHOE 160 und des RHOE 150 jeweils unterschiedlich sind und vom ersten sRHOE 160 zum RHOE 150 hin jeweils abnimmt.
Die Anzahl der sRHOE 160 kann gemäß anderen Ausführungsformen eine ganze Zahl größer als Eins betragen, wodurch die Anzahl an Eyeboxen, die die gesamte Anordnung mit einem RHOE 150 am Ende bedienen kann, um Eins größer ist als die Anzahl der sRHOE 160.
5 zeigt eine Anordnung 180 von drei hintereinander angeordneten sRHOE 160, welche gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in einer Projektionsvorrichtung 100 verwendet wird.
In den 2 bis 4 wurde implizit davon ausgegangen, dass monochromatisch gearbeitet wird. Im Folgenden werden Konzepte beschrieben, bei denen Licht verschiedener, definierter Wellenlängen eingesetzt wird. Dabei ist vorteilhafterweise für jede der eingesetzten Wellenlängen eine nicht schaltbare HOE-Struktur als in Blickrichtung letztes auf Licht der betreffenden Wellenlänge wirkendes Element vorgesehen.
Bei den in den 5 und 6 dargestellten Ausführungsformen wird mit mehreren Wellenlängen gearbeitet, die einerseits spektral so weit auseinander liegen, dass sich Beugungsstrukturen in den sRHOE 160 gestalten lassen, die nur auf Licht jeweils einer der eingesetzten Wellenlängen wirken, andererseits aber spektral so eng beieinander liegen, dass das menschliche Auge sie als gleichfarbig wahrnimmt.
Der Lichtstrahl 200, welcher auf die Anordnung 180 fällt, weist vorliegend drei unterschiedliche Wellenlängen λA, λB und λC auf, zum Beispiel drei unterschiedliche grüne Wellenlängen, welche für den Menschen ununterscheidbar sind. Das in Ausbreitungsrichtung gesehen erste sRHOE 160 wirkt nur auf die Wellenlänge λA, der in Ausbreitungsrichtung gesehen zweite sRHOE 160 wirkt nur auf die Wellenlänge λB und das in Ausbreitungsrichtung gesehen dritte sRHOE 160 wirkt nur auf die Wellenlänge λC. Somit kann das in Ausbreitungsrichtung gesehen erste sRHOE 160 je nach Schaltzustand Licht der Wellenlänge λA in die erste Eyebox, welche der Richtung des Lichtstrahls 204 entspricht, leiten oder dieses Licht durchlassen. Das in Ausbreitungsrichtung gesehen zweite sRHOE 160 kann je nach Schaltzustand Licht der Wellenlänge λB in die zweiter Eyebox, welche der Richtung des Lichtstrahls 206 entspricht, leiten oder dieses Licht durchlassen. Das in Ausbreitungsrichtung gesehen dritte sRHOE 160 kann je nach Schaltzustand Licht der Wellenlänge λC in die dritte Eyebox, welche der Richtung des Lichtstrahls 212 entspricht, leiten oder dieses Licht durchlassen.
Bei der Ausführungsform der 5 werden die unterschiedlichen Eyeboxen idealerweise als monochromatisch wahrgenommen, es werden aber tatsächlich leicht unterschiedliche Wellenlängen benutzt, um verschiedene Eyeboxen parallel zu bedienen. Für den in der Ausgangsform der 5 wiedergegebenen Umfang dieses Konzeptes müssten die RHOE 150 nicht schaltbar sein, da die unterschiedlichen Wellenlängen nicht miteinander wechselwirken.
Falls jedoch solche Anordnungen wie in 6 angedeutet mehrfach hintereinander geschaltet werden, um eine größere Zahl an Eyeboxen zu bedienen, ist die Schaltbarkeit erforderlich.
Man beachte, dass das in Blickrichtung letzte HOE, also das nicht schaltbare, in diesem Fall so ausgestaltet werden kann, dass es für jede der verwendeten Wellenlängen einen anderen Umlenkwinkel realisiert. Damit lässt sich wiederum jeweils eine Eyebox beleuchten. Also werden, auch wenn alle sRHOEs ausgeschaltet sind, so viele Eyeboxen beleuchtet, wie unterschiedliche Wellenlängen, die aber ein und denselben Farbeindruck hervorrufen, verwendet werden. Entsprechend sinngemäß gilt das auch für den unten beschriebenen polychromatischen Fall.
6 zeigt eine schematische Darstellung einer Hintereinanderschaltung zweier in 5 abgebildet Anordnungen 180 zur Bedienung von doppelt so vielen Eyeboxen bei gleichbleibender Anzahl an Wellenlängen bzw. Lichtquellen. Bei der Zählung der Eyeboxen wurden lediglich die von den Anordnungen 180 umgelenkten Lichtstrahlen berücksichtigt.
Die Bezugszeichen entsprechend denen der 4 oder 5. Zusätzlich gibt es den Lichtstrahl 220, welcher der von dem fünften sRHOE 160 transmittierte Lichtstrahl ist, den Lichtstrahl 224, welcher der von dem sechsten sRHOE 160 transmittierte Lichtstrahl ist, sowie den Lichtstrahl 222, welcher der von dem fünften sRHOE 160 reflektierte Lichtstrahl ist.
Die in Ausbreitungsrichtung gesehenen ersten drei sRHOE 160 bilden die erste Anordnung 180 und die in Ausbreitungsrichtung gesehenen zweiten drei sRHOE, d.h. der vierte, fünfte und sechste sRHOE 160, bilden die zweite Anordnung 180.
Der in Ausbreitungsrichtung gesehen erste und vierte sRHOE 160 wirken nur auf die Wellenlänge λA, der in Ausbreitungsrichtung gesehen zweite und fünfte sRHOE 160 wirken nur auf die Wellenlänge λB und der in Ausbreitungsrichtung gesehen dritte und sechste sRHOE 160 wirkt nur auf die Wellenlänge λC.
Da die in dieser Ausführungsform verwendete Anzeige monochrom wahrgenommen werden soll, müssen die Wellenlängen sich so weit voneinander unterscheiden, dass jeweils nur eine der drei HOE-Arten wirkt, aber gleichzeitig spektral so eng zusammenliegen, dass sie für das menschliche Auge nicht zu unterscheiden sind. Die drei HOE-Arten beziehen sich auf die drei Wellenlängen λA, λB und λC. Die Ausführungsform der 6 entspricht einer Kombination der in 4 und 5 dargestellten Konzepte. Mit der Ausführungsform der 6 können drei Eyeboxen, für jede Wellenlänge eine, parallel bedient werden. Dabei muss es sich nicht notwendigerweise um die von direkt benachbarten HOE bedienten Eyeboxen oder um direkt benachbarte Eyeboxen handeln. Eyeboxen, die von ein und derselben Wellenlänge bedient werden, können sequentiell bedient werden z.B. die erste und vierte Eyebox, entsprechend den Lichtstrahlen 204 und 216.
7 zeigt eine Anordnung 180 von drei hintereinander angeordneten sRHOE 160, welche gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in einer Projektionsvorrichtung 100 verwendet wird. Die Ausgangsform der 7 dient einem polychromatischen Ansatz. Vorliegend wird mit RGB-Licht gearbeitet werden, um eine vollfarbige Darstellung zu erreichen. Ein alle Wellenlängen enthaltender Spot landet in einer Position P der Eyebox. Der einfallende Lichtstrahl 200, welcher polychromatisches Licht der Wellenlängen λ1, λ2 und λ3 aufweist, fällt auf die Anordnung 180 der drei sRHOE 160. Im Gegensatz zur Ausführungsform der 5, liegen jedoch die Wellenlängen λ1, λ2 und λ3 weit auseinander. Der in Ausbreitungsrichtung gesehen erste sRHOE 160 wirkt nur auf die Wellenlänge λ1, der in Ausbreitungsrichtung gesehen zweite sRHOE 160 wirkt nur auf die Wellenlänge λ2 und der in Ausbreitungsrichtung gesehen dritte sRHOE 160 wirkt nur auf die Wellenlänge λ3. Da der Abstand zwischen den einzelnen sRHOE 160 im Verhältnis wesentlich viel kleiner ist als hier dargestellt, können die ausfallenden Lichtstrahlen 204, 206 und 212 näherungsweise als ein paralleles Strahlenbündel, in dem Licht aller Wellenlängen überlagert ist, vergleichbar zum auf das Brillenglas 402 einfallenden Strahlenbündel, betrachtet werden. Die nahezu parallel ausfallenden Lichtstrahlen 204, 206 und 212 durchlaufen einen gemeinsamen Punkt P in der Eyebox und werden auf denselben Punkt auf der Netzhaut 110 des Benutzers abgebildet. Für den in 7 wiedergegebenen Umfang dieses Konzeptes müssten die RHOE nicht schaltbar sein. Sollen solche Anordnungen jedoch so oft wie der Anzahl der zu bedienenden Eyeboxen entsprechend hintereinander geschaltet werden, ist die Schaltbarkeit erforderlich.
8 zeigt zwei Anordnungen 180 von jeweils drei hintereinander angeordneten sRHOE 160, wobei zwei Anordnungen 180 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in einer Projektionsvorrichtung 100 verwendet werden. Die Ausgangsform der 8 dient einem polychromatischen Ansatz. Der einfallende Lichtstrahl 200, welcher polychromatisches Licht der Wellenlängen λA1, λA2, λA3, λB1, λB2 und λB3 aufweist, fällt auf die beiden Anordnung 180.
Der in Ausbreitungsrichtung gesehen erste sRHOE 160 wirkt nur auf die Wellenlänge λA1, der in Ausbreitungsrichtung gesehen zweite sRHOE 160 wirkt nur auf die Wellenlänge λA2, der in Ausbreitungsrichtung gesehen dritte sRHOE 160 wirkt nur auf die Wellenlänge λA3, der in Ausbreitungsrichtung gesehen vierte sRHOE 160 wirkt nur auf die Wellenlänge λB1, der in Ausbreitungsrichtung gesehen fünfte sRHOE 160 wirkt nur auf die Wellenlänge λB2 und der in Ausbreitungsrichtung gesehen sechste und letzte sRHOE 160 wirkt nur auf die Wellenlänge λB3. Die drei Wellenlängen λA1, λA2 und λA3, welche auf einem ersten Punkt P₁ in einer ersten Eyebox abgebildet werden, sind RGB-Licht. Für die drei Wellenlängen λB1, λB2 und λB3, die auf einen zweiten Punkt P₂ in einer zweiten Eyebox abgebildet werden, gilt dies entsprechend. λA1 und λB1 entsprechen einer roten Wellenlänge, λA2 und λB2 einer grünen Wellenlänge und λA3 und λB3 einer blauen Wellenlänge. Hierbei sind die sRHOE 160 so gestaltet, dass sie jeweils nur auf eine Wellenlänge, zum Beispiel die rote Wellenlänge λA1, und nicht auf die jeweils andere Wellenlänge derselben Farbe, zum Beispiel λB1, wirkt. Die Lichtstrahlen mit den drei Wellenlängen, welche die Punkte P₁ oder P₂ abgebildet werden, sind allernährend parallel. Es gilt sinngemäß dasselbe was für den Punkt P im Zusammenhang mit 7 offenbart wurde.
Gemäß anderen Ausführungsformen können nicht nur zwei Anordnungen, sondern so viele wie technisch möglich sind hintereinander angeordnet werden. Dabei werden die sRHOE so gestaltet, dass sie in jeder Wiederholung auf leicht unterschiedliche Wellenlängen wirken. Der Farbeindruck für das menschliche Auge sollte aber - entweder, weil die verwendeten Wellenlängen so ähnlich sind, dass visuell kein Unterschied zu erkennen ist oder weil die Farbmischung softwareseitig entsprechend angepasst wird - in jeder Eyebox gleich sein. Die Anzahl an Eyeboxen, die parallel bedient werden können, ist so groß wie die Anzahl der verwendeten hintereinander angeordneten Anordnungen 180. Hierfür müssten die RHOE nicht schaltbar sein. Sollen solche Anordnungen jedoch mehrfach hintereinander angebracht werden, um eine größere Zahl an Eyeboxen sequentiell zu bedienen, ist die Schaltbarkeit erforderlich. Dann können sequentiell entsprechend mehr Eyeboxen parallel bedient werden.
9 zeigt eine schematische Darstellung einer pixelweisen HOE-Struktur, wobei jeder Pixel 170 eine andere Beugungsstruktur enthält. Jede Zeile enthält sechs Pixel 170. Die jeweils ersten Pixel 170 in jeder Zeile bedienen die erste Eyebox und die jeweils zweiten Pixel 170 in jeder Zeile bedienen die zweite Eyebox. Dies gilt entsprechend für die dritten, vierten, fünften und sechsten Pixel 170. Die Spotgröße des Strahlenbündels auf dem Brillenglas entspricht der Pixelgröße.
10 zeigt eine schematische Darstellung einer Datenbrille 400 mit einer Projektionsvorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Projektionsvorrichtung 100 weist hierbei eine Scanneroptik 152 und das Umlenkelement 102 auf. Die Scanneroptik 152 ist im Gehäuse 105 angeordnet und sendet einen nicht dargestellten Lichtstrahl 106 durch das Auftrittsfenster 148 auf das Umlenkelement 102. Die Datenbrille 400 weist ein Brillenglas 402 auf, auf dem das Umlenkelement 102 angeordnet ist. Beispielsweise ist das Umlenkelement 102 als Teil des Brillenglases 402 realisiert. Alternativ ist das Umlenkelement 102 als ein separates Element realisiert und mittels eines geeigneten Fügeverfahrens mit dem Brillenglas 402 verbunden.

Claims

Projektionsvorrichtung (100) für eine Datenbrille (400), wobei die Projektionsvorrichtung (100) folgende Merkmale aufweist: eine Lichtquelle (104) zum Aussenden eines Lichtstrahls (106); ein an einem Brillenglas (402) der Datenbrille (400) angeordnetes oder anordenbares Umlenkelement (102) zum Projizieren eines Bilds auf eine Netzhaut (110) eines Nutzers der Datenbrille (400) durch Umlenken des einen Lichtstrahls (106) in Richtung einer Augenlinse (108) des Nutzers und/oder Fokussieren des einen Lichtstrahls (106); und ein Reflexionselement (112) zum Reflektieren des Lichtstrahls (106) auf das Umlenkelement (102); gekennzeichnet dadurch, dass das Umlenkelement (102) mindestens zwei hintereinander angeordnete RHOE (150) aufweist; und mindestens ein RHOE (150) der mindestens zwei hintereinander angeordneten RHOE ein schaltbares RHOE (160) ist.
Projektionsvorrichtung (100) nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass ein Wellenlängenbereich eines RHOE (150) der mindestens zwei hintereinander angeordneten RHOE (150) und ein Wellenlängenbereich eines anderen RHOE (150) der mindestens zwei hintereinander angeordneten RHOE sich nicht überlappen.
Projektionsvorrichtung (100) nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, dass das Umlenkelement (102) an mindestens einem Pixel (170) des Umlenkelements (102) mindestens zwei hintereinander angeordnete RHOE (150) aufweist.
Projektionsvorrichtung (100) nach einem der vorangegangen Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass die Lichtquelle (104) mindestens zwei unterschiedliche Wellenlängen verwendet; und dass die Anzahl der mindestens zwei hintereinander angeordneten RHOE (150) mindestens so groß ist wie die Anzahl der mindestens zwei unterschiedlichen Wellenlängen; und dass für jede Wellenlänge der mindestens zwei unterschiedlichen Wellenlängen mindestens ein RHOE (150) existiert, das diese Wellenlänge reflektieren kann.
Projektionsvorrichtung (100) nach einem der vorangegangen Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass mindestens zwei der mindestens zwei hintereinander angeordneten RHOE (150) eine Wellenlänge, welche in allen Wellenlängenbereichen der mindestens zwei der mindestens zwei hintereinander angeordneten RHOE (150) liegt, sequentiell benutzen.
Projektionsvorrichtung (100) nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet dadurch, dass die Lichtquelle (104) drei unterschiedliche Wellenlängen verwendet, dass der mindestens eine Pixel (170) des Umlenkelements (102) eine Anordnung (180) von drei hintereinander angeordneten RHOE (150) aufweist, welche jeweils unterschiedliche Wellenlängenbereiche aufweisen, wobei jeder Wellenlängenbereich jeweils eine der drei unterschiedlichen Wellenlängen aufweist, und dass die drei unterschiedlichen Wellenlängen an dem Pixel (170) auf denselben Punkt auf der Netzhaut (110) reflektiert werden.
Projektionsvorrichtung (100) nach dem vorangegangenen Anspruch gekennzeichnet dadurch, dass der mindestens eine Pixel (170) des Umlenkelements (102) mindestens zwei Anordnungen (180) von jeweils drei hintereinander angeordneten RHOE (150) aufweist, dass die Lichtquelle (104) eine Anzahl von unterschiedlichen Wellenlängen verwendet, welche gleich der Anzahl der Anordnungen (180) multipliziert mit der Anzahl der verwendeten Wellenlängen ist, dass die Wellenlängenbereiche einer Anordnung (180) und einer anderen Anordnung (180) der mindestens zwei Anordnungen (180) sich nicht überlappen, dass die zu einer Anordnung (180) gehörenden drei unterschiedlichen Wellenlängen an dem mindestens einen Pixel (170) jeweils auf denselben Punkt auf der Netzhaut (110) reflektiert werden.
Projektionsvorrichtung (100) nach dem vorangegangenen Anspruch gekennzeichnet dadurch, dass eine zu einer Anordnung (180) gehörende Wellenlänge und eine zu einer anderen Anordnung (180) gehörende Wellenlänge bei einem Menschen einen ununterscheidbaren Farbeindruck bewirken.
Datenbrille (400) mit folgenden Merkmalen: einem Brillenglas (402); und einer Projektionsvorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Umlenkelement (102) am oder im Brillenglas (402) angeordnet ist.
Verfahren zum Betrieb einer Projektionsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Verfahren folgenden Schritt aufweist: Umschalten mindestens eines RHOE (150) der mindestens zwei hintereinander angeordneten RHOE.