DE10127366A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Laserprojektion eines Bildes auf die Netzhaut des Auges, überlagert mit einem Weitwinkelgesichtsfeld - Google Patents
Vorrichtung und Verfahren zur Laserprojektion eines Bildes auf die Netzhaut des Auges, überlagert mit einem WeitwinkelgesichtsfeldInfo
- Publication number
- DE10127366A1 DE10127366A1 DE2001127366 DE10127366A DE10127366A1 DE 10127366 A1 DE10127366 A1 DE 10127366A1 DE 2001127366 DE2001127366 DE 2001127366 DE 10127366 A DE10127366 A DE 10127366A DE 10127366 A1 DE10127366 A1 DE 10127366A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- eye
- lens
- ellipsoid
- retina
- mirror
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/01—Head-up displays
- G02B27/017—Head mounted
- G02B27/0172—Head mounted characterised by optical features
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B17/00—Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
- G02B17/004—Systems comprising a plurality of reflections between two or more surfaces, e.g. cells, resonators
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B17/00—Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
- G02B17/08—Catadioptric systems
- G02B17/0804—Catadioptric systems using two curved mirrors
- G02B17/0816—Catadioptric systems using two curved mirrors off-axis or unobscured systems in which not all of the mirrors share a common axis of rotational symmetry, e.g. at least one of the mirrors is warped, tilted or decentered with respect to the other elements
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B17/00—Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
- G02B17/08—Catadioptric systems
- G02B17/0852—Catadioptric systems having a field corrector only
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/01—Head-up displays
- G02B27/017—Head mounted
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
Abstract
Die Anordnung dient zur Laserprojektion von Videobildern auf die Netzhaut des Auges mit einem Bildwinkel von typisch bis zu 60 DEG , wobei das Laserbild mit einem extrem großen Weitwinkelbild (bis zu 120 DEG ) des Gesichtsfeldes überlagert werden kann, bei Berücksichtigung der Eigenbewegung des Auges. DOLLAR A Der mit Videobilddaten in der Helligkeit modulierte Laserstrahl wird divergent über einen Zweiachsen-Winkelablenkspiegel in der Nähe des ersten Brennpunktes eines äußeren Ellipsoids über ein Linearsystem, zur Korrektur der Bildfeldkrümmung, zur Mehrfachreflexion in den Raum zwischen zwei spiegelnden Ellipsoiden eingestrahlt und trifft als paralleler Lichtstrahl in der Nähe des zweiten Brennpunktes das Beobachterauge und wird auf dessen Netzhaut fokussiert. DOLLAR A Durch einen Bildsensor oder Mehrfachsegmentsensor kann die Augenbewegung detektiert und das Projektionssystem dieser Bewegung nachgeführt werden.
Description
Die Erfindung betrifft eine optische Anordnung und ein
Verfahren zur Projektion von ein- oder mehrfarbigen
Videobildern auf die Netzhaut des Menschenauges mit
Hilfe eines in der Helligkeit und seiner Farbe
modulierten Lichtstrahles (z. B. Laserstrahlgemisch),
der aber ein oder mehrere elektrisch gesteuerte Ablenk
spiegel (Spiegelscanner) zweidimensional über die
Netzhaut geführt wird, zur sequentiellen scharfen Ab
bildung der Bildpunkte. Je nach Anwendung wird dabei
entweder nur das Videobild (Anwendung: Videobrille)
auf die Netzhaut projiziert, oder das Videobild zu
sätzlich mit dem Bild des Blickfeldes des Auges durch
das äußere Ellipsoid (4) überlagert (Anwendung:
Pilotenbrille).
Nach dem Stand der Technik sind verschiedene optische
Anordnungen zur Lösung dieses Problems bekannt, z. B.:
- 1. "Helmet-Mounted-Displays and Sights", Mordekhai Velger, Artech House, Boston/London, 1998
- 2. "Der Fernseher in der Brille", Elektronik S.18,20,1999
- 3. US-Pat.Nr. 6 140 979, Microvision Inc. 31.10.2000
Bei allen bisherigen Projektionssystemen werden auf
grund der optischen Abbildungsfehler und der Anordungen
dieser Systeme häufig nur geringe maximale Videobild
winkel zwischen 20°-40° erreicht, oder die Bildschärfe
ist nicht zufriedenstellend (siehe unter 2.).
Unter 3. wird im Gegensatz zu dieser Patentanmeldung
ein optisches Systeme erwähnt, das aus einem Paar
gekrümmter und teildurchlässiger Spiegel besteht, wobei
das Auge durch beide Teilflächen blicken muß, ohne
nähere Beschreibung der Art des Laserstrahls und der
Art der gekrümmten Flächen, aus der sich die Funktions
fähigkeit des Systems schließen läßt.
Es war daher das Ziel dieser Erfindung ein optisches
System zu schaffen mit einem Videobildfeld bis maximal
ca. 0°, überlagert mit einem extremen Weitwinkelblick
feld von bis zu ca. 120° z. B. für die Anwendung in
Helmdisplaysystemen für Hubschrauberpiloten.
Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichnungsteil des
Anspruches 1 niedergelegten Maßnahmen gelöst. In den
Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen
angegeben und in der nachfolgenden Beschreibung wird
die Erfindung an einigen Beispielen erläutert und der
zugehörige optische Aufbau und sein Strahlengang in den
Zeichnungen Fig. 1 und Fig. 2 schematisch dargestellt.
Vorausgesetzt wird ein ein- oder mehrfarbiger
paralleler Lichtstrahl (z. B. Laserstrahlgemisch),
dessen Farbkomponenten in ihrer Helligkeit von den
seriellen Bildpunktdaten eines Videosignals moduliert
sind. Ferner wird ein elektronisches Steuergerät
vorausgesetzt, das aus den Zeilen- und Bildsysnchro
nisablonssignalen oder sonstigen Daten zu den Koordi
naten der Bildpunkte die erforderlichen Steuersignale
erzeugt, um den kardanisch aufgehängten Zweiachsen-
Ablenkspiegel (Spiegelscanner) (7) elektrisch anzu
steuern, sodaß der Lichtstrahl für jeden Bildpunkt des
Videosignals vom Ablenkspiegel (7) um den erforder
lichen Azimut- und Elevationswinkel abgelenkt wird,
sodaß der Bildpunkt auf der Netzhaut (9) des Beobach
terauges an der gewünschten Stelle im projizierten
Videobild abgebildet wird.
Das Beobachterauge ist in Fig. 1 und Fig. 2 durch ein
ideales Auge ersetzt, mit der idealen dünnen Linse (8)
und der zugeordneten Bildebene, d. h. der Netzhaut (9).
Der vorausgesetzte modulierte Lichtstrahl, dargestellt
durch zwei Randstrahlen und einen Zentralstrahl wird in
Fig. 1. und Fig. 2 an der Einkoppelstelle (1) einer ein-
oder mehrlinsigen Linsenanordnung (2) zugeführt, die
den parallelen Lichtstrahl in einen divergenten Licht
strahl mit dem gewünschten Strahlquerschnitt trans
formiert und über einen Umlenkspiegel (6) dem zwei
achsigen Ablenkspiegel (7) zuführt. In Fig. 1 und
Fig. 2 ist der Ablenkspiegel (7) gleichzeitig in fünf
verschiedenen Ablenkwinkelpositionen mit den zuge
hörigen reflektierten Strahlenbündeln gezeichnet.
Jedem vom Ablenkspiegel (7) für eine Winkelstellung
reflektierten divergenten Strahlbündel ist hinter dem
Ablenkspiegel (7) ein virtueller Strahlschnittpunkt
zugeordnet. Diese virtuellen Schnittpunkte aller
Winkelstellungen des Ablenkspiegels (7) liegen auf
einer Kugelfläche, die das virtuelle Objekt darstellt,
das als Videobild auf der Netzhaut (9) abgebildet
werden muß.
Zur Bildfeldentkrümmung durchlaufen die divergenten
Lichtbündel nach dem Ablenkspiegel (7) die ein- oder
mehrlinsige Linsengruppe (3) und treten dann in einen
Reflexionskanal ein, der aus dem innen verspiegelten
äußeren Ellipsoid (4) und einem außen verspiegelten
inneren Ellipsoid (5) besteht. Der Ablenkspiegel (7)
befindet sich in oder in der Nähe des linken Brenn
punktes des äußeren Ellipsoids (5). Die genaue
Position des Ablenkspiegels (7) ist abhängig von der
optischen Weglänge der Lichtstrahlen durch das
Linsensystem (3).
Das zu einer Winkelstellung des Ablenkspiegels (7)
gehörende reflektierte Strahlenbündel durchläuft
m = 1, 2, 3, 4, . . . Reflexionen am äußeren Ellipsoid (4) und
m-1 Reflexionen am inneren Ellipsoid (5). In Fig. 1
ist der Fall mit m = 2 und in Fig. 2 der Fall mit m = 3
gezeigt. In Fig. 1 und Fig. 2 fallen die Mittelpunkte der
beiden Ellipsoide (4) und (5) und die Richtungen
ihrer großen bzw. kleinen Hauptachsen zusammen.
In oder in der Nähe des rechten Brennpunktes des
äußeren Ellipsoids (4) schneiden sich die Lichtbündel
in der Austrittspupille des Systems, dort ist die
Pupille und die Linse (8) des Beobachterauges ange
ordnet. Das Strahlenbündel das zu einer Ablenkwinkel
position des Ablenkspiegels (7) gehört ist vor Eintritt
in die Augenlinse (8) parallel und wird somit von der
Augenlinse (8) auf der Netzhaut (9) punktförmig abge
bildet.
Zur Korreketur von Fehlsichtigkeit des Beobachterauges
bestehend aus Linse (8) und Netzhaut (9) kann vor der
Augenlinse (8) eine Korrekturoptik angeordnet sein,
zur Erzeugung geringer Strahlkonvergenz oder Strahl
divergenz. Falls das Videobild auf der Netzhaut mit
dem Bild des Gesichtsfeldes des Auges überlagert
werden soll (z. B. Anwendung: Pilotenbrille) wird das
äußere Ellipsoid (4) in einem Flächenbereich zwischen
den Punkten P1 und P2 nur teildurchlässig verspiegelt.
Falle bei der Beobachtung des projizierten Videobildes
eine Bewegung des Beobachterauges (Verdrehung der
optischen Achse des Auges) zugelassen werden soll,
dann ist es empfehlenswert einen Bildsensor (10) oder
einen Mehrsegment-Lichtdetektor mit Abbildungsobjektiv
vorzusehen, zur Beobachtung der Augenoberfläche im
Bereich der Augenlinse (8). Aus den Sensorsignalen
läßt sich dann die Position der Pupille des
Beobachterauges bestimmen und diese Position verfolgen.
Daraus lassen sich Steuersignale für ein zwei
dimensionales lineares Antriebssystem gewinnen, das
die ganze optische Anordnung bestehend aus den Kompo
nenten (1), (2), (6), (7), (3), (4), (5), (10) so ver
schiebt, daß die Austrittspupille des Systems in oder
in der Nähe des rechten Brennpunktes des äußeren
Ellipsoids (4) der Pupillenbewegung des Beobachter
auges nachgeführt wird.
Diese Verschiebung des Systems wird typischerweise
senkrecht zur Richtung des Lichtstrahls an der Ein
koppelstelle (1) durchgeführt. Ist der Querschnitt des
feststehenden angebotenen modulierten Lichtstrahls dort
hinreichend groß gegen den Querschnitt des an der Ein
koppelstelle (1) aufgenommenen Lichtstrahles, dann ist
auch bei der Systemverschiebung die Einkopplung des
modulierten Lichtstrahls problemlos möglich.
Am Beispiel von Fig. 1 erreicht die Bilddiagonale für
das Beobachterauge einen Bildfeldwinkel von ca. 120°
und einen Videobildfeldwinkel von ca. 60°.
Claims (5)
1. Optische Anordnung und Verfahren zur Projektion
elektronischer Bilddaten (z. B. ein- oder mehr
farbige Videobilder) auf die Netzhaut des Auges,
dadurch gekennzeichnet,
laß ein ein- oder mehrfarbiger Lichtstrahl (z. B.
Laserstrahlgemisch), der in der Helligkeit seiner
Farbanteile für jeden einzelnen sequentiell pro
jizierten Bildpunkt vom Inhalt eines Videosignals
moduliert ist, von einem in oder in der Nähe des
ersten Brennpunktes eines äußeren Ellipsoids (4)
angeordneten elektrisch ansteuerbaren zweiachsigen
Ablenkspiegel (Spiegelscanner) (7) auf den zur
Projektion jedes einzelnen Bildpunktes erforder
lichen Azimut- und Elevationswinkels abgelenkt
wird, dann ein ein- oder mehrlinsiges System (3)
zur Korrektur des Bildfeldkrümmungsfehlers auf der
Netzhaut (9) durchläuft und dann divergent in
einen Spiegelkanal, bestehend aus dem innen ver
spiegelten äußeren Ellipsoid (4) und dem außen
verspiegelten inneren Ellipsoid (5) eingekoppelt
wird und nach m = 1, 2, 3, 4, . . . Reflexionen am äußeren
Ellipsoid (4) und nach m-1 Reflexionen am
inneren Ellipsoid (5) in der Nähe des zweiten
Brennpunktes des äußeren Ellipsoids (4) die Augen
linse (8) trifft und auf der Netzhaut (9) als
Bildpunkt fokussiert wird.
2. Anordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die beiden Ellipsoide (4) und (5) einen ge
meinsamen Mittelpunkt haben.
3. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das optische System einen ortsauflösenden
Dichtdetektor (10) (Bildsensor oder Mehrfach
segment-Lichtdetektor) mit Abbildungsoptik zur
Bobachtung der Augenbewegung enthält, sodaß aus
den Detektorsignalen die Lage der Augenpupille
ermittelt werden kann, und daraus Steuersignale für
Stellmotoren erzeugt werden, welche das ganze
optische Projektionssystem, bestehend aus den Kom
ponenten (1), (2), (6), (7), (3), (4), (5), (10) so
verschieben, daß der Schnittpunkt aller Licht
strahlen in der Augenlinse (8) der Bewegung der
Augenpupille nachgeführt wird.
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3
dadurch gekennzeichnet,
daß das äußere Ellipsoid (4) im Bereich einer
Teilfläche zwischen den Punkten P1 und P2 ein
teildurchlässiger Spiegel ist, zur Überlagerung des
projizierten Videobildes auf der Netzhaut mit dem
Bildfeld des Auges, beobachtet durch das äußere
Ellipsoid (4).
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Lichtstrahlen vor Eintritt in die Augen
linse (8) ein ein- oder mehrlinsiges optisches
System mit fester oder variabler Brennweite
durchlaufen, das der Korrektur möglicher Fehl
sichtigkeit des Auges dient, oder es ermöglicht,
daß der Betrachter den Abstand zwischen dem Auge
und dem virtuellen Gegenstand der Bildprojektion
auf die Netzhaut zwischen endlicher und unendlicher
Entfernung einstellen kann.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2001127366 DE10127366A1 (de) | 2001-06-06 | 2001-06-06 | Vorrichtung und Verfahren zur Laserprojektion eines Bildes auf die Netzhaut des Auges, überlagert mit einem Weitwinkelgesichtsfeld |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2001127366 DE10127366A1 (de) | 2001-06-06 | 2001-06-06 | Vorrichtung und Verfahren zur Laserprojektion eines Bildes auf die Netzhaut des Auges, überlagert mit einem Weitwinkelgesichtsfeld |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE10127366A1 true DE10127366A1 (de) | 2002-12-12 |
Family
ID=7687327
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2001127366 Withdrawn DE10127366A1 (de) | 2001-06-06 | 2001-06-06 | Vorrichtung und Verfahren zur Laserprojektion eines Bildes auf die Netzhaut des Auges, überlagert mit einem Weitwinkelgesichtsfeld |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE10127366A1 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102010034217A1 (de) | 2010-08-07 | 2012-02-09 | Daimler Ag | Vorrichtung zum Erzeugen von aus Bildpunkten zusammengesetzten Bildern |
CN107367842A (zh) * | 2017-08-30 | 2017-11-21 | 深圳超多维科技有限公司 | 一种头戴式显示设备 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0660155A1 (de) * | 1993-12-27 | 1995-06-28 | Canon Kabushiki Kaisha | Vorrichtung zum Anzeigen von Bildern |
WO1998005992A2 (de) * | 1996-08-05 | 1998-02-12 | Daimlerchrysler Ag | Vorrichtung zur aufnahme des netzhautreflexbildes und überlagerung von zusatzbildern im auge |
US5943171A (en) * | 1998-06-03 | 1999-08-24 | International Business Machines Corporation | Head mounted displays utilizing reflection light valves |
-
2001
- 2001-06-06 DE DE2001127366 patent/DE10127366A1/de not_active Withdrawn
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0660155A1 (de) * | 1993-12-27 | 1995-06-28 | Canon Kabushiki Kaisha | Vorrichtung zum Anzeigen von Bildern |
WO1998005992A2 (de) * | 1996-08-05 | 1998-02-12 | Daimlerchrysler Ag | Vorrichtung zur aufnahme des netzhautreflexbildes und überlagerung von zusatzbildern im auge |
US5943171A (en) * | 1998-06-03 | 1999-08-24 | International Business Machines Corporation | Head mounted displays utilizing reflection light valves |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102010034217A1 (de) | 2010-08-07 | 2012-02-09 | Daimler Ag | Vorrichtung zum Erzeugen von aus Bildpunkten zusammengesetzten Bildern |
WO2012019685A2 (de) | 2010-08-07 | 2012-02-16 | Daimler Ag | Vorrichtung zum erzeugen von aus bildpunkten zusammengesetzten bildern |
CN107367842A (zh) * | 2017-08-30 | 2017-11-21 | 深圳超多维科技有限公司 | 一种头戴式显示设备 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP1393118B1 (de) | Vorrichtung und verfahren zur laserprojektion hochauflösender bilder auf die netzhaut des auges, überlagert mit dem bildinhalt des gesichtsfeldes | |
DE69420813T2 (de) | Dreidimensionales Projektionsanzeigegerät | |
DE69433556T2 (de) | Bildanzeigevorrichtung | |
DE69503640T2 (de) | Am kopf montierte anzeigeoptik | |
DE3851353T2 (de) | Helm mit Anzeigesystem. | |
DE69411185T2 (de) | Stereoskopische bildformungs- und betrachtungsvorrichtung | |
DE60203068T2 (de) | Auf dem Kopf aufsetzbare optische Vorrichtungen für stereoskopische Displays | |
DE19851000C2 (de) | Projektionsanordnung | |
EP3411747B1 (de) | Projektionsvorrichtung für eine datenbrille, verfahren zum darstellen von bildinformationen mittels einer projektionsvorrichtung und steuergerät | |
DE69108452T2 (de) | Anzeigevorrichtung von simulierten Bildern für einen Helm. | |
DE3101854C2 (de) | ||
DE68914755T2 (de) | System zur Wiedergabe der visuellen Umgebung eines Piloten im Simulator. | |
DE69614387T2 (de) | Mit anzeigesystem versehene kopfbedeckung | |
DE2753321C2 (de) | Head-Up-Display-System | |
DE4140786A1 (de) | Schwenkbares projektionssystem mit lichtwellenleiterelementen | |
DE102011010262B4 (de) | Optisches Beobachtungsgerät mit wenigstens zwei jeweils einen Teilstrahlengang aufweisenden optischen Übertragungskanälen | |
DE4123279A1 (de) | Stereomikroskop | |
DE60031348T2 (de) | Bild-Beobachtungsvorrichtung und Bild-Beobachtungssystem | |
DE60202641T2 (de) | Raumsparende optische Architektur für Helmvisier mit grossem Sichtfeld | |
DE2921215C2 (de) | ||
DE60113793T2 (de) | An vorgegebene Ausrüstungsgegenstände anpassbare Head-up-Anzeige | |
DE69908561T2 (de) | Optische vorrichtung mit rohrförmigen spiegel für am helm befestigtes sichtgerät | |
DE2150570B2 (de) | Anordnung bei Reflexvisieren für Flugzeuge | |
DE10249338A1 (de) | Anordnung zum Projizieren eines Bildes auf eine Projektionsfläche und zugehörige Transformationsoptik | |
DE102018209886B4 (de) | Einrichtung zur Projektion eines Laserstrahls zur Erzeugung eines Bildes auf der Netzhaut eines Auges und Brilleneinrichtung mit zwei derartigen Einrichtungen |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OM8 | Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law | ||
8180 | Miscellaneous part 1 |
Free format text: PATENTANSPRUCH 1, SPALTE 3, ZEILE 14 "LASS" AENDERN IN "DASS" |
|
8180 | Miscellaneous part 1 |
Free format text: IN DER BESCHREIBUNG SP.1, Z.7, "ABER" AENDERN IN "UEBER"; SP.1, Z.40,"MAL CA. 0-O- AENDERN IN "MAL CA. 60-O-"; SP.2, Z.49, "FALLE" AENDERN IN "FALLS" |
|
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |