DE102021006676A1

DE102021006676A1 - Kopftragbare Anzeigevorrichtung

Info

Publication number: DE102021006676A1
Application number: DE102021006676.6A
Authority: DE
Inventors: Ivo Yves de Matos Pereira Vieira; João Rendeiro Marques Mendes Lopes; João Carlos de Sousa Gouveia Pereira Ricarte
Original assignee: LUSOSPACE PROJECTOS ENGENHARIA Lda
Current assignee: LUSOSPACE PROJECTOS ENGENHARIA Lda
Priority date: 2021-11-12
Filing date: 2021-11-12
Publication date: 2023-06-22

Abstract

Es wird eine kopftragbare Anzeigevorrichtung vorgestellt, welche gemäß bestimmter Ausführungsformen umfasst: ein Durchsichtelement, welches einen transparenten Durchsichtbereich bereitstellt; eine Mehrzahl von mehr als zwei Anzeigesegmenten zur Ausstrahlung von Teilbildstücken eines Anzeigebilds, wobei die Mehrzahl der Anzeigesegmente auf dem Durchsichtelement über einen Anzeigebereich des Durchsichtelements hinweg verteilt angeordnet sind, wobei jedes der Anzeigesegmente eine Mehrzahl Pixelelemente umfasst, wobei ein Intrasegment-Pixelabstand kleiner als ein Intersegment-Pixelabstand ist; und ein an dem Durchsichtelement angeordnetes kollimierendes optisches System, um die Teilbildstücke zu einer Austrittspupille der Anzeigevorrichtung hin zu richten, wobei das kollimierende optische System in Zuordnung zu jedem der Mehrzahl Anzeigesegmente eine jeweilige Mehrzahl kollimierender optischer Elemente umfasst, von denen jedes dazu eingerichtet ist, das von dem zugeordneten Anzeigesegment ausgestrahlte Teilbildstück in im wesentlichen gleicher Richtung zu der Austrittspupille hin zu richten.

Description

Die vorliegende Offenbarung betrifft Verbesserungen bei kopftragbaren Anzeigevorrichtungen. Insbesondere betrifft die vorliegende Offenbarung Verbesserungen bei kopftragbaren Anzeigevorrichtungen für Anwendungen der Augmented Reality (AR).
Auf die Entwicklung kopftragbarer Anzeigevorrichtungen werden derzeit in Forschung und Industrie große Anstrengungen gerichtet. Zum Stand der Technik bezüglich kopftragbarer Anzeigevorrichtungen kann beispielsweise verwiesen werden auf die US 9,964,767 B2 . Solche kopftragbaren Anzeigevorrichtungen werden gelegentlich auch als kopfmontierbare Anzeigevorrichtungen, abgekürzt HMD, bezeichnet. Bei kopftragbaren Anzeigevorrichtungen für AR-Anwendungen umfasst die Anzeigevorrichtung regelmäßig mindestens ein Durchsichtelement, welches bei ordnungsgemäßer, bestimmungsgemäßer Trageposition der Anzeigevorrichtung vor (mindestens) einem Auge des Trägers (Benutzer) angeordnet ist. Durch das Durchsichtelement hindurch kann der Benutzer ein Realbild der physischen Umwelt wahrnehmen. Durch Einblendung eines künstlich erzeugten Bilds in das Sichtfeld des Auges kann der Benutzer das Kunstbild in Überblendung mit dem Realbild der Umwelt wahrnehmen. Das Kunstbild kann dem Benutzer beispielsweise Informationen vermitteln, die für die Ausführung einer Tätigkeit hilfreich sein können. Das eingeblendete Kunstbild kann beispielsweise textliche Bestandteile oder/und grafische Bestandteile umfassen.
Es besteht oftmals der Wunsch, die Austrittspupille einer kopftragbaren Anzeigevorrichtung möglichst groß zu gestalten, damit z.B. trotz etwaiger Positionierungsungenauigkeiten beim Aufsetzen der Anzeigevorrichtung der Benutzer dennoch das vollständige Kunstbild erfassen kann. Auch kann nicht gewährleistet werden, dass der Benutzer immer präzise in die gleiche Richtung blickt, um das Kunstbild sehen zu können. Eine hinreichend große Austrittspupille kann gewährleisten, dass der Benutzer das Kunstbild auch dann noch vollständig sieht, wenn er seine Blickrichtung (leicht) ändert.
Für eine große Austrittspupille (manchmal auch als Eye-Box bezeichnet) können die an dem Durchsichtelement angeordneten optischen Elemente eines kollimierenden optischen Systems, mittels dessen das von lichterzeugenden Elementen (Pixelelementen) der Anzeigevorrichtung erzeugte Kunstbild kollimiert und auf das Auge gerichtet wird, entsprechend groß gestaltet werden. Werden auch die Pixelelemente an dem Durchsichtelement angebracht, kann der dann regelmäßig sehr geringe Abstand zwischen den Pixelelementen und den optischen Elementen des kollimierenden optischen Systems aufgrund kleiner f-Zahl zu vergleichsweise starken Aberrationen des auf das Auge treffenden Kunstbilds führen. Solche Aberrationen stören die visuelle Wahrnehmung und können unter Umständen sogar die Bedeutungswahrnehmung eingeblendeter Informationen beeinträchtigen.
Es ist deshalb eine Aufgabe zumindest bestimmter Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung, eine kopftragbare Anzeigevorrichtung zu schaffen, welche eine vergleichsweise große Austrittspupille bietet, aber dennoch ein Kunstbild vergleichsweise aberrationsarm in das Sichtfeld eines Benutzers der kopftragbaren Anzeigevorrichtungen einblenden kann.
Für die Lösung dieser Aufgabe sieht die vorliegende Offenbarung nach einem ersten Gesichtspunkt eine kopftragbare Anzeigevorrichtung vor, umfassend: ein Durchsichtelement, welches einen transparenten Durchsichtbereich bereitstellt; eine Mehrzahl von mehr als zwei Anzeigesegmenten zur Ausstrahlung von Teilbildstücken eines Anzeigebilds, wobei die Mehrzahl der Anzeigesegmente auf dem Durchsichtelement über einen Anzeigebereich des Durchsichtelements hinweg verteilt angeordnet sind, wobei jedes der Anzeigesegmente eine Mehrzahl Pixelelemente umfasst, wobei ein Intrasegment-Pixelabstand kleiner als ein Intersegment-Pixelabstand ist; und ein an dem Durchsichtelement angeordnetes kollimierendes optisches System, um die Teilbildstücke zu einer Austrittspupille der Anzeigevorrichtung hin zu richten, wobei das kollimierende optische System in Zuordnung zu jedem der Mehrzahl Anzeigesegmente eine jeweilige Mehrzahl kollimierender optischer Elemente umfasst, von denen jedes dazu eingerichtet ist, das von dem zugeordneten Anzeigesegment ausgestrahlte Teilbildstück in im wesentlichen gleicher Richtung zu der Austrittspupille hin zu richten.
Das kollimierende optische System dient zur Kollimierung, d.h. zumindest weitestgehenden Parallelisierung, der von den Pixelelementen ausgesendeten Strahlenbündel. Jedem der Anzeigesegmente ist eine jeweils eigene Mehrzahl kollimierender optischer Elemente zugeordnet. Jedes der optischen Elemente, die einem betreffenden der Anzeigesegmente zugeordnet sind, erzeugt ein optisches Abbild des von den Pixelelementen des betreffenden Anzeigesegments erzeugten Teilbildstücks, wobei die zugeordneten optischen Elemente des betreffenden Anzeigesegments das abgebildete Teilbildstück alle im wesentlichen in der gleichen Richtung zu der Austrittspupille hin richten.
Mit im wesentlichen gleicher Richtung ist dabei folgendes gemeint: Es sei ein bestimmtes Pixelelement des betreffenden Anzeigesegments betrachtet. Von diesem betrachteten Pixelelement trifft ein divergentes Strahlenbündel auf jedes der dem betreffenden Anzeigesegment zugeordneten optischen Elemente. Diese geben ein kollimiertes, divergenzreduziertes Strahlenbündel in Richtung auf die Austrittspupille aus. Dabei verlaufen die kollimierten Strahlenbündel des betrachteten Pixelelements alle im wesentlichen parallel zueinander, sie sind also im wesentlichen in gleicher Richtung orientiert. Es sei nun ein anderes Pixelelement des betreffenden Anzeigesegments betrachtet. Auch von diesem anderen Pixelelement trifft ein divergentes Strahlenbündel auf jedes der optischen Elemente, die dem Anzeigesegment zugeordnet sind. Erneut werden von den optischen Elementen kollimierte Strahlenbündel in Richtung auf die Austrittspupille ausgegeben, wobei diese kollimierenden Strahlenbündel wiederum im wesentlichen parallel zueinander verlaufen. Entsprechendes gilt für die Strahlenbündel aller Pixelelemente des betrachteten Anzeigesegments. Da die Strahlenbündel der verschiedenen Pixelelemente zusammen das betreffende Teilbildstück ergeben, kann man sagen, dass die abgebildeten Teilbildstücke von den (dem betreffenden Anzeigesegment zugeordneten) optischen Elementen in im wesentlichen der gleichen Richtung auf die Austrittspupille gerichtet werden. Dies bedeutet jedoch nicht, dass die kollimierten Strahlenbündel verschiedener Pixelelemente des betreffenden Anzeigesegments auch parallel zueinander verlaufen müssen. Da die Strahlenbündel verschiedener Pixelelemente unter einem jeweils unterschiedlichen Winkel auf ein jeweiliges der optischen Elemente treffen, werden auch die von dem jeweiligen optischen Element ausgegebenen kollimierten Strahlenbündel dieser Pixelelemente unter einem Winkel anstatt parallel zueinander verlaufen. Jedes von einem optischen Element in Richtung auf die Austrittspupille ausgegebene abgebildete Teilbildstück setzt sich insoweit aus einer Mehrzahl kollimierter Strahlenbündel zusammen. Diese verlaufen zwar im Verhältnis zueinander unter verschiedenen Winkeln; sie sind jedoch für alle optischen Elemente, die dem betrachteten Anzeigesegment zugeordnet sind, von optischem Element zu optischen Element im wesentlichen gleich orientiert. Daraus ergibt sich die Aussage, dass die abgebildeten Teilbildstücke der einem Anzeigesegment zugeordneten optischen Elemente alle im wesentlichen in der gleichen Richtung auf die Austrittspupille projiziert werden.
Dadurch, dass jedem Anzeigesegment eine Mehrzahl kollimierender optischer Elemente zugeordnet ist, können bei gegebener Größe der Austrittspupille die einzelnen optischen Elemente in ihrer Ausdehnung parallel zu dem Anzeigebereich vergleichsweise klein gehalten werden und insbesondere erheblich kleiner als bei herkömmlichen Ausgestaltungen mit nur je einem kollimierenden optischen Element je Anzeigesegment. Umgekehrt kann durch Vorsehung einer entsprechend großen Anzahl kollimierender optischer Elemente pro Anzeigesegment eine vergleichsweise große Austrittspupille der Anzeigevorrichtung realisiert werden, wobei die einzelnen kollimierenden optischen Elemente immer noch eine geringere Größe als bei herkömmlichen Anzeigevorrichtungen mit einer Eins-zu-Eins-Zuordnung zwischen Anzeigesegmenten und kollimierenden optischen Elementen haben können. Eine verringerte Größe der kollimierenden optischen Elemente geht einher mit einer erhöhten f-Zahl und folglich geringeren Aberrationen. Die Anzahl der kollimierenden optischen Elemente pro Anzeigesegment kann beispielsweise 2x2, 3x3, 4x4 oder 5x5 betragen. Es versteht sich, dass dies nur Beispiele ohne Beschränkungswirkung für die vorliegende Offenbarung sind.
Die Zuordnung eines kollimierenden optischen Elements zu einem Anzeigesegment manifestiert sich in einer solchen Positionierung oder/und Orientierung oder/und Ausgestaltung des betreffenden optischen Elements, dass ein von dem Anzeigeelement ausgestrahltes Teilbildstück von dem optischen Element in Richtung zu der Austrittspupille gerichtet wird. Bei fehlender Zuordnung wird das Teilbildstück hingegen in eine Richtung abseits der Austrittspupille gelenkt; die entsprechenden Lichtstrahlen gelangen dann nicht in das Auge des Benutzers.
Die kollimierenden optischen Elemente des kollimierenden optischen Systems sind entlang des Anzeigebereichs verteilt angeordnet, wobei sie alle in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sein können oder auf verschiedene Ebenen aufgeteilt sein können. Benachbarte kollimierende optische Elemente des kollimierenden optischen Systems (d.h. benachbart bei Betrachtung entlang der Oberfläche des Durchsichtelements) können gegenseitigen Abstand haben, aneinander angrenzen oder - vor allem bei Realisierung der kollimierenden optischen Elemente durch holographische optische Elemente - sogar ineinanderfließen. Bei bestimmten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass solche benachbarten kollimierenden optischen Elemente verschiedenen Anzeigesegmenten zugeordnet sind. Auf diese Weise kann ein verschachteltes Anordnungsbild der verschiedenen Anzeigesegmenten zugeordneten kollimierenden optischen Elemente realisiert werden.
Bei den im Rahmen der vorliegenden Offenbarung betrachteten kopftragbaren Anzeigevorrichtungen sind lichterzeugende Elemente (die Pixelelemente), mittels deren das Kunstbild erzeugt wird, an dem Durchsichtelement angeordnet. Dabei geht die vorliegende Offenbarung von einer segmentierten Verteilung der Pixelelemente aus, d.h. die Pixelelemente sind nicht alle in einer regelmäßigen Matrixanordnung mit über den gesamten Anzeigebereich gleichbleibendem Pixelabstand verteilt, sondern sie sind gewissermaßen lokal gehäuft angeordnet (wie dies beispielsweise in WO 2014/063716 A1 gezeigt und beschrieben ist, siehe dort insbesondere 3a; der Inhalt dieser WO-Schrift wird hiermit durch ausdrückliche Bezugnahme vollumfänglich einbezogen). Jede lokale Häufung bildet ein sogenanntes Anzeigesegment. Die Anzeigesegmente kann man auch als Pixelfelder bezeichnen. Innerhalb jedes Anzeigesegments ist der gegenseitige Abstand jeweils benachbarter Pixelelemente (Intrasegment-Pixelabstand) kleiner als der Abstand von Pixelelementen, welche benachbarten Anzeigesegmenten zugehören (Intersegment-Pixelabstand). Man kann sagen, der Segmentabstand zwischen benachbarten Anzeigesegmenten ist größer als der Pixelabstand zwischen benachbarten Pixelelementen innerhalb eines Anzeigesegments. Der Segmentabstand ist beispielsweise mindestens dreimal oder mindestens fünfmal oder mindestens zehnmal oder mindestens 20 mal so groß wie der (größte) Pixelabstand innerhalb eines Anzeigesegments.
Innerhalb eines Anzeigesegments können die Pixelelemente des betreffenden Anzeigesegments beispielsweise an Gitterpunkten eines (gedachten) regelmäßigen zweidimensionalen x,y-Gitters angeordnet sein, wobei der Pixelabstand in x-Richtung des Gitters gleich oder verschieden zu dem Pixelabstand in y-Richtung des Gitters sein kann.
Die Anzahl der Pixelelemente pro Anzeigesegment kann gleich oder verschieden sein. Zumindest eine Teilanzahl der Anzeigesegmente kann beispielsweise von einer 2x2 oder 3x3 oder 4x4 oder 5x5-Anordnung von Pixelelementen gebildet sein. Auch diese Zahlenangaben sind selbstverständlich nur beispielhaft und in keiner Weise beschränkend zu verstehen. Die Gesamtzahl der Pixelelemente eines Anzeigesegments kann beispielsweise im einstelligen oder im zweistelligen Bereich liegen.
Jedes Pixelelement dient zur Erzeugung eines Pixels (Bildpunkt) eines von der Anzeigevorrichtung erzeugten Anzeigebilds. Im Fall einer monochromatischen Ausgestaltung der Anzeigevorrichtung erlaubt jedes Pixelelement die Erzeugung eines monochromatischen Pixels des Anzeigebilds. Sofern die Anzeigevorrichtung die Erzeugung polychromatischer Anzeigebilder erlaubt, kann jedes Pixelelement ein polychromatisches Pixel des Anzeigebilds erzeugen. Beispielsweise kann hierzu jedes Pixelelement eine Mehrzahl Subpixelelemente umfassen, die zusammen das betreffende polychromatische Pixel erzeugen und jeweils eine unterschiedliche Grundfarbe ausstrahlen (zum Beispiel Rot, Grün und Blau).
Das Durchsichtelement kann sich wie z.B. bei einem Visier eines Helms über beide Augen des Benutzers erstrecken. In diesem Fall kann an dem Durchsichtelement in Zuordnung zu jedem der beiden Augen eine jeweilige Mehrzahl Anzeigesegmente gebildet sein. Ebenso ist es denkbar, dass bei derartiger visierartiger Ausgestaltung des Durchsichtelements eine Mehrzahl Anzeigesegmente nur auf einer Visierhälfte gebildet ist (rechte Hälfte oder linke Hälfte), sodass ein Kunstbild nur in das Sichtfeld eines der Augen eingeblendet werden kann. Alternativ ist auch eine Ausgestaltung der kopftragbaren Anzeigevorrichtung nach Art einer Brille mit zwei getrennten Brillengläsern denkbar. Hier kann jedes Brillenglas als Anzeigeglas mit einer jeweiligen Mehrzahl Anzeigesegmente ausgeführt sein oder es kann nur eines der Brillengläser mit einer Mehrzahl Anzeigesegmente ausgeführt sein. Nochmals alternativ ist es vorstellbar, dass die kopftragbare Anzeigevorrichtung nur ein einzelnes Durchsichtelement umfasst, das in der Trageposition der Anzeigevorrichtung vor nur einem der Augen des Benutzers sitzt; das andere Auge des Benutzers kann dann freie Sicht auf die umgebende Realbild haben. Bei Anzeigevorrichtungen mit einem solchen Ein-Augen-Anzeigeglas kann das einzige Anzeigeglas beispielsweise klappbar ausgestaltet sein, sodass es bei Nichtbedarf aus dem Sichtfeld des betreffenden Auges hochgeklappt und bei Bedarf in das Sichtfeld heruntergeklappt werden kann.
Nach einem weiteren, zweiten Gesichtspunkt sieht die vorliegende Offenbarung eine kopftragbare Anzeigevorrichtung vor, umfassend: ein Durchsichtelement, welches einen transparenten Durchsichtbereich bereitstellt; eine Mehrzahl von mehr als zwei Anzeigesegmenten zur Ausstrahlung von Teilbildstücken eines Anzeigebilds, wobei die Mehrzahl der Anzeigesegmente auf dem Durchsichtelement über einen Anzeigebereich des Durchsichtelements hinweg verteilt angeordnet sind, wobei jedes der Anzeigesegmente eine Mehrzahl Pixelelemente umfasst, wobei ein Intrasegment-Pixelabstand kleiner als ein Intersegment-Pixelabstand ist; ein an dem Durchsichtelement angeordnetes kollimierendes optisches System, um die Teilbildstücke zu einer Austrittspupille der Anzeigevorrichtung hin zu richten, wobei das kollimierende optische System in Zuordnung zu jedem der Mehrzahl Anzeigesegmente mindestens ein kollimierendes optisches Element umfasst, welches dazu eingerichtet ist, das von dem zugeordneten Anzeigesegment ausgestrahlte Teilbildstück in Richtung zu der Austrittspupille zu richten; steuerbares Strahllenkmaterial, welches an dem Durchsichtelement zwischen den Anzeigesegmenten und den kollimierenden optischen Elementen in mindestens einer Strahllenkschicht im Ausbreitungsweg der Teilbildstücke angeordnet ist; und eine Steuerschaltung zur Steuerung des Strahllenkmaterials zwischen verschiedenen Lenkzuständen.
Das Strahllenkmaterial umfasst bei bestimmten Ausführungsformen ein Flüssigkristallmaterial. Die vorliegende Offenbarung ist hierauf selbstverständlich nicht beschränkt; andere vorstellbare Strahllenkmaterialien umfassen beispielsweise elektrooptisches Kristallmaterial.
Das Strahllenkmaterial ist bei dem zweiten Gesichtspunkt an dem Durchsichtelement räumlich zwischen den Anzeigesegmenten und den kollimierenden optischen Elementen angeordnet. Dies erlaubt eine kompakte Bauweise. Sofern die kollimierenden optischen Elemente als Reflektoren wirken, wird das Strahllenkmaterial dann zweimal von den Strahlenbündeln der Pixelelemente durchlaufen, das erste Mal auf dem Weg von den Pixelelementen zu den kollimierenden optischen Elementen und das zweite Mal auf dem Weg von den kollimierenden optischen Elementen zu der Austrittspupille der Anzeigevorrichtung. Sofern die kollimierenden optischen Elemente transmissiv wirken, wird das Strahllenkmaterial nur einmal von den Strahlenbündeln der Pixelelemente durchlaufen, nämlich auf dem Weg von den Pixelelementen zu den kollimierenden optischen Elementen.
Es kann eine einzige Schicht des Strahllenkmaterials vorgesehen sein oder es können mehrere solcher Schichten vorgesehen sein, auch unmittelbar aneinander angrenzend. Im Fall einer mehrschichtigen Anordnung des Strahllenkmaterials können mindestens zwei Schichten materialverschieden sein, insbesondere solche Schichten, die benachbart zueinander angeordnet sind. Jede Schicht des Strahllenkmaterials kann sich durchgehend zusammenhängend über im wesentlichen die gesamte Ausdehnung des Anzeigebereichs erstrecken.
Die Steuerbarkeit des Strahllenkmaterials kann beispielsweise eine elektrische Steuerbarkeit sein. Zum Beispiel kann durch Veränderung eines an das Strahllenkmaterial angelegten elektrischen Potentials dessen Lenkverhalten beeinflusst werden.
Die Vorsehung des Strahllenkmaterials erlaubt weitere Verbesserungen bzw. Erweiterungen der Funktionalität der kopftragbaren Anzeigevorrichtung. So ist gemäß bestimmter Ausführungsformen eine Vergrößerung der Austrittspupille der Anzeigevorrichtung dadurch erzielbar, dass die Steuerschaltung dazu eingerichtet ist, ein erstes Anzeigesegment zur Ausstrahlung eines Teilbildstücks zu einem ersten Zeitpunkt zu steuern, ein zweites Anzeigesegment zur Ausstrahlung des gleichen Teilbildstücks zu einem zweiten Zeitpunkt zu steuern und das Strahllenkmaterial solchermaßen zu steuern, dass es zu dem zweiten Zeitpunkt einen anderen Lenkzustand einnimmt als zu dem ersten Zeitpunkt, derart, dass das von dem zweiten Anzeigesegment zu dem zweiten Zeitpunkt ausgestrahlte Teilbildstück die Anzeigevorrichtung im wesentlichen in der gleichen Richtung verlässt wie das von dem ersten Anzeigesegment zu dem ersten Zeitpunkt ausgestrahlte Teilbildstück.
Diesen Ausführungsformen liegt folgender Gedanke zugrunde: Betrachtet seien zwei Anzeigesegmente, beispielsweise zwei benachbarte Anzeigesegmente. Ohne das steuerbare Strahllenkmaterial wird ein von einem ersten der beiden Anzeigesegmente ausgestrahltes Teilbildstück von einem dem ersten Anzeigesegment zugeordneten kollimierenden optischen Element in einer ersten Richtung zu der Austrittspupille gerichtet; ein von dem zweiten der Anzeigesegmente ausgestrahltes Teilbildstück wird von einem dem zweiten Anzeigesegment zugeordneten kollimierenden optischen Element dagegen in einer anderen, zweiten Richtung zu der Austrittspupille gerichtet. Wird nun das Strahllenkmaterial vorgesehen, kann durch Steuerung des Strahllenkmaterials erreicht werden, dass das von dem zweiten Anzeigesegment ausgestrahlte Teilbildstück bei Durchgang durch das Strahllenkmaterial eine solche Ablenkung erfährt, dass es im wesentlichen in der ersten Richtung die Anzeigevorrichtung verlässt. Diese Wirkung des Strahllenkmaterials kann genutzt werden, um das gleiche Teilbildstück zeitversetzt von zwei verschiedenen Anzeigesegmenten auszusenden und durch entsprechende Steuerung des Strahllenkmaterials dafür Sorge zu tragen, dass die beiden inhaltsgleichen Teilbildstücke die Anzeigevorrichtung im wesentlichen in der gleichen Richtung verlassen. Auf diese Weise kann die wirksame Austrittspupille der Anzeigevorrichtung vergrö-ßert werden. Der Zeitabstand zwischen den beiden Ausstrahlungen des Teilbildstücks (einmal von dem ersten Anzeigesegment, das andere Mal von dem zweiten Anzeigesegment) beträgt beispielsweise nicht mehr als eine halbe Sekunde oder nicht mehr als 300 Millisekunden oder nicht mehr als 100 Millisekunden und liegt bei bestimmten Ausführungsformen im zweistelligen oder sogar einstelligen Millisekundenbereich.
Zu einem Zeitpunkt t0 kann also beispielsweise das erste Anzeigesegment ein erstes Teilbildstück ausstrahlen und das zweite Anzeigesegment ein zweites Teilbildstück mit anderem Bildinhalt als das erste Teilbildstück ausstrahlen. Das Strahllenkmaterial nimmt zum Zeitpunkt t0 einen ersten Lenkzustand ein. Zu einem anschließenden Zeitpunkt t1 wird das erste Teilbildstück nochmals ausgestrahlt, diesmal jedoch von dem zweiten Anzeigesegment, wobei das Strahllenkmaterial in einen anderen, zweiten Lenkzustand eingestellt ist. Die Umstellung des Lenkzustands des Strahllenkmaterials zwischen den Zeitpunkten t0 und t1 bewirkt, dass das erste Teilbildstück zu beiden Zeitpunkten die Anzeigevorrichtung im wesentlichen in der gleichen Richtung verlässt. Ohne Umstellung des Lenkzustands des Strahllenkmaterials würde dagegen das erste Teilbildstück die Anzeigevorrichtung zum Zeitpunkt t1 in einer anderen Richtung verlassen als zum Zeitpunkt t0. Aufgrund des geringen zeitlichen Abstands zwischen den Zeitpunkten t0 und t1 nimmt der Benutzer die zeitversetzte Ausstrahlung des ersten Teilbildstücks nicht oder jedenfalls nicht störend wahr.
Die Lenkwirkung des Strahllenkmaterials kann nicht nur zur Vergrößerung der Austrittspupille genutzt werden (indem, wie erläutert, inhaltsgleiche Teilbildstücke, die von verschiedenen, insbesondere benachbarten Anzeigesegmenten ausgestrahlt werden, die Anzeigevorrichtung in im wesentlichen gleicher Richtung verlassen, d.h. mit im wesentlichen parallelen kollimierten Strahlenbündeln entsprechender Pixel der beiden Teilbildstücke). Sie kann alternativ oder zusätzlich auch zur Erzeugung eines Kunstbilds mit erhöhter Auflösung genutzt werden, nämlich erhöht gegenüber der durch die Anzahl der Pixelelemente vorgegebenen physischen Auflösung der Anzeigevorrichtung. Diesbezüglich sehen bestimmte Ausführungsformen vor, dass die Steuerschaltung dazu eingerichtet ist, ein Anzeigesegment zu einem ersten Zeitpunkt zur Ausstrahlung eines ersten Teilbildstücks zu steuern, das Anzeigesegment zu einem zweiten Zeitpunkt zur Ausstrahlung eines zweiten Teilbildstücks zu steuern und das Strahllenkmaterial solchermaßen zu steuern, dass es zu dem zweiten Zeitpunkt einen anderen Lenkzustand einnimmt als zu dem ersten Zeitpunkt, derart, dass die beiden von dem Anzeigesegment zu dem ersten und dem zweiten Zeitpunkt ausgestrahlten Teilbildstücke die Anzeigevorrichtung mit ineinander verschachtelten Pixelrastern verlassen. Der Zeitabstand zwischen den Ausstrahlungen der beiden Teilbildstücke beträgt beispielsweise nicht mehr als 300 ms oder nicht mehr als 200 ms oder nicht mehr als 100 ms oder nicht mehr als 75 ms oder nicht mehr als 50 ms oder nicht mehr als 30 ms oder nicht mehr als 20 ms.
Mit ineinander verschachtelten Pixelrastern ist gemeint, dass das Pixelraster des zu dem ersten Zeitpunkt von dem Anzeigesegment ausgestrahlten Teilbildstücks und das Pixelraster des zu dem zweiten Zeitpunkt von dem Anzeigesegment ausgestrahlten Teilbildstücks bei Verlassen der Anzeigevorrichtung etwas gegeneinander versetzt sind. Die Pixel der beiden Teilbildstücke sind also nicht deckungsgleich. Der Versatz ist weniger als der Intrasegment-Pixelabstand und beträgt beispielsweise etwa den halben Intrasegment-Pixelabstand. Aufgrund des Versatzes der Pixelraster kann bei hinreichend schneller Aufeinanderfolge der Ausstrahlung der beiden Teilbildstücke beim Betrachter der Eindruck einer erhöhten Auflösung der Anzeigevorrichtung erreicht werden.
Ein weiterer, dritter Gesichtspunkt der vorliegenden Offenbarung betrifft eine kopftragbare Anzeigevorrichtung, umfassend: ein Durchsichtelement, welches einen transparenten Durchsichtbereich bereitstellt; eine Mehrzahl von mehr als zwei Anzeigesegmenten zur Ausstrahlung von Teilbildstücken eines Anzeigebilds, wobei die Mehrzahl der Anzeigesegmente auf dem Durchsichtelement über einen Anzeigebereich des Durchsichtelements hinweg verteilt angeordnet sind, wobei jedes der Anzeigesegmente eine Mehrzahl Pixelelemente umfasst, wobei ein Intrasegment-Pixelabstand kleiner als ein Intersegment-Pixelabstand ist; ein an dem Durchsichtelement angeordnetes kollimierendes optisches System, um die Teilbildstücke zu einer Austrittspupille der Anzeigevorrichtung hin zu richten, wobei das kollimierende optische System in Zuordnung zu jedem der Mehrzahl Anzeigesegmente mindestens ein kollimierendes optisches Element umfasst, welches dazu eingerichtet ist, das von dem zugeordneten Anzeigesegment ausgestrahlte Teilbildstück in Richtung zu der Austrittspupille zu richten; und eine Steuerschaltung zur Steuerung der Anzeigesegmente, wobei die Steuerschaltung dazu eingerichtet ist, mindestens eines der Anzeigesegmente zur Ausstrahlung eines Teilbildstücks an einer gewählten einer ersten Intrasegmentposition und einer zweiten Intrasegmentposition basierend auf einem erwarteten Augenfokussierungszustand auszustrahlen, wobei die zweite Intrasegmentposition um mindestens ein Pixelelement relativ zu der ersten Intrasegmentposition verschoben ist.
Hinter diesem Gesichtspunkt steht die Erkenntnis, dass ein kollimierendes optisches Element ein von einem zugeordneten Anzeigesegment ausgestrahltes Teilbildstück dann, wenn das Auge des Benutzers auf einen weit entfernten Punkt fokussiert (Punkt in der Unendlichkeit), so auf das Auge des Benutzers richten kann, dass die Lichtstrahlen dieses Teilbildstücks gewissermaßen „wohlpositioniert“ in die Pupille des Auges eintreten und das Teilbildstück hinreichend scharf auf der Retina abgebildet wird. Wenn das Auge des Benutzers hingegen auf einen nähergelegenen Punkt fokussiert, kann es sein, dass die Lichtstrahlen des Teilbildstücks nicht mehr „wohlpositioniert“ in das Auge eintreten. Es kann dann sein, dass das Teilbildstück nicht mehr auf eine Stelle scharfen Sehens auf der Retina abgebildet wird. Abhilfe kann schaffen, wenn in dem Zustand der Nahfokussierung des Auges das Teilbildstück innerhalb des Anzeigesegments um mindestens ein Pixelelement verschoben wird. Wird also bei Fernfokussierung des Auges ein bestimmtes Pixel des Teilbildstücks von einem bestimmten Pixelelement des Anzeigesegments erzeugt, kann es zum Zwecke einer gleichermaßen scharfen Abbildung des Teilbildstücks auf der Retina des Auges nützlich sein, wenn bei Nahfokussierung des Auges das betreffende Pixel des Teilbildstücks von einem anderen Pixelelement des Anzeigesegments erzeugt wird. Dieses andere Pixelelement kann beispielsweise ein benachbartes Pixelelement sein oder es kann zwei oder mehr Pixelpositionen von dem bestimmten Pixelelement entfernt sein. Man kann sagen, bei Nahfokussierung des Auges wird das Teilbildstück an einer anderen Position innerhalb des Anzeigesegments (d.h. Intrasegmentposition) ausgestrahlt als bei Fernfokussierung. Die Ausstrahlposition des Teilbildstücks bei Nahfokussierung des Auges ist gegenüber der Position bei Fernfokussierung um mindestens eine Pixelposition verschoben.
Ob das Auge einen Zustand der Fernfokussierung oder einen Zustand der Nahfokussierung einnimmt, kann aus den Bilddaten vorhergesagt werden, welche die anzuzeigenden Anzeigebilder repräsentieren und von der Steuerschaltung entsprechend analysiert werden können. Anhand der Bilddaten kann die Steuerschaltung demnach einen bestimmten Fokussierungszustand des Auges erwarten. Basierend auf dem erwarteten Fokussierungszustand steuert die Steuerschaltung dann die Intrasegmentposition des von dem betreffenden Anzeigesegment auszustrahlenden Teilbildstücks.
Die Steuerung der Ausstrahlposition eines Teilbildstücks innerhalb eines Anzeigesegments abhängig vom erwarteten Fokussierungszustand des Auges kann insbesondere, aber nicht nur dann sinnvoll sein, wenn ein Teilbildstück nicht nur von einem einzelnen Anzeigesegment ausgestrahlt wird, sondern wenn das gleiche Teilbildstück in mehrfacher Replikation von mehreren Anzeigesegmenten ausgestrahlt wird. Bezüglich derartiger Replikationstechniken wird auf die am 16. Juli 2020 eingereichte internationale Patentanmeldung Nr. PCT/ EP2020/070145 verwiesen, deren Inhalt hiermit durch ausdrückliche Bezugnahme vollumfänglich einbezogen wird. Bei bestimmten Ausführungsformen kann es genügen, wenn nur bei einer Teilanzahl der die verschiedenen Repliken eines Teilbildstücks anzeigenden Anzeigesegmente eine Anpassung der Intrasegment-Ausstrahlposition abhängig vom Augenfokussierungszustand vorgenommen wird. Bei anderen Ausführungsformen kann eine solche Anpassung bei allen Anzeigesegmenten, die die verschiedenen Repliken eines Teilbildstücks anzeigen, sinnvoll oder erforderlich sein.
Ein weiterer, vierter Gesichtspunkt der vorliegenden Offenbarung sieht eine kopftragbare Anzeigevorrichtung vor, umfassend: ein Durchsichtelement, welches einen transparenten Durchsichtbereich bereitstellt; eine Mehrzahl von mehr als zwei Anzeigesegmenten zur Ausstrahlung von Teilbildstücken eines Anzeigebilds, wobei die Mehrzahl der Anzeigesegmente auf dem Durchsichtelement über einen Anzeigebereich des Durchsichtelements hinweg verteilt angeordnet sind, wobei jedes der Anzeigesegmente eine Mehrzahl Pixelelemente umfasst, wobei ein Intrasegment-Pixelabstand kleiner als ein Intersegment-Pixelabstand ist; und ein an dem Durchsichtelement angeordnetes kollimierendes optisches System, um die Teilbildstücke zu einer Austrittspupille der Anzeigevorrichtung hin zu richten, wobei das kollimierende optische System in Zuordnung zu jedem der Mehrzahl Anzeigesegmente ein erstes optisches Element und ein zweites optisches Element umfasst, welche hintereinander im Ausbreitungsweg des von dem zugeordneten Anzeigesegment ausgestrahlten Teilbildstücks angeordnet sind, wobei das erste und das zweite optische Element jeweils ausgelegt sind, die Divergenz eines das Teilbildstück führenden Strahls zu verringern, wobei eines von dem ersten und dem zweiten optischen Element zur Reflexion des Strahls wirksam ist und und das andere von dem ersten und dem zweiten optischen Element zur Transmission des Strahls wirksam ist.
Die kollimierenden optischen Elemente des kollimierenden optischen Systems umfassen bei bestimmten Ausführungsformen holographische optische Elemente. Alternativ oder zusätzlich können die kollimierenden optischen Elemente diffraktive optische Elemente oder/und Linsenelemente oder/und Spiegelreflektoren umfassen. Bei bestimmten Ausführungsformen umfasst das kollimierende optische System kollimierende Reflektoren. Bei anderen Ausführungsformen umfasst das kollimierende optische System kollimierende Elemente mit Transmissionsfunktion.
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden nachstehend anhand der Zeichnungen weiter erläutert. Es stellen dar:

1 in Perspektive eine kopftragbare Anzeigevorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel,
2 schematisch einen Ausschnitt eines Anzeigeglases der Anzeigevorrichtung der 1 mit Anzeigesegmenten und Pixelelementen,
3 schematisch ein Ausführungsbeispiel einer kopftragbaren Anzeigevorrichtung mit einem Anzeigesegment, dem mehrere kollimierende optische Elemente zugeordnet sind,
4 schematisch ein Ausführungsbeispiel einer kopftragbaren Anzeigevorrichtung mit verschachtelt angeordneten kollimierenden optischen Elementen,
5a und 5b schematisch ein Ausführungsbeispiel einer kopftragbaren Anzeigevorrichtung mit elektrisch steuerbarem Strahllenkmaterial in zwei verschiedenen Lenkzuständen des Strahllenkmaterials,
6 schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer kopftragbaren Anzeigevorrichtung mit elektrisch steuerbarem Strahllenkmaterial,
7 schematisch noch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer kopftragbaren Anzeigevorrichtung mit elektrisch steuerbarem Strahllenkmaterial,
8 schematisch ein Ausführungsbeispiel einer kopftragbaren Anzeigevorrichtung mit mehreren im Strahlengang hintereinander angeordneten divergenzreduzierenden optischen Elementen pro Anzeigesegment, und
9a, 9b, 9c schematisch ein Ausführungsbeispiel einer kopftragbaren Anzeigevorrichtung mit einer Fern/Nah- Anpassungsfunktion.

Es wird zunächst auf 1 verwiesen. Die dort dargestellte kopftragbare Anzeigevorrichtung ist allgemein mit 10 bezeichnet. Sie weist ein am Kopf eines Benutzers der Anzeigevorrichtung 10 montierbares Gestell 12 auf, welches als Fassung für mindestens ein Anzeigeglas 14 dient. Im gezeigten Beispielfall ist die Anzeigevorrichtung 10 als Anzeigebrille ausgestaltet, das Gestell 12 ist dementsprechend als Brillenrahmen mit zwei darin eingefassten Brillengläsern ausgestaltet. Mindestens eines der Brillengläser ist als Anzeigeglas 14 mit einer Funktion zur Einblendung eines künstlichen Bilds ausgestaltet; im gezeigten Beispielfall sind beide Brillengläser der Anzeigebrille 10 mit solcher Anzeigefunktion ausgeführt. Das Gestell 12 umfasst einen Nasenbügel 16 und zwei seitliche Ohrbügel 18; vermittels der Bügel 16, 18 kann die Anzeigebrille 10 nach Art einer üblichen, als Sehhilfe dienenden optischen Brille von einem Benutzer auf Nase und Ohren getragen werden.
Es versteht sich, dass andere Ausgestaltungen der Anzeigevorrichtung 10 denkbar sind, zum Beispiel mit einem einzigen, vor nur einem Auge des Benutzers positionierbaren Anzeigeglas oder mit einer in Form eines Visiers sich über beide Augen hinweg erstreckenden Anzeigescheibe.
Im gezeigten Beispielfall ist die Anzeigebrille 10 zur Realisierung einer AR- (Augmented Reality) Funktion ausgelegt, bei welcher die Anzeigegläser 14 dem Benutzer eine Durchsicht auf die umgebende Realwelt gestatten und das von den Anzeigegläsern 14 erzeugte Kunstbild in Überlagerung zu dem vom Benutzer gesehenen Realweltbild eingeblendet wird.
Jedes Anzeigeglas 14 der Anzeigebrille 10 weist einen von dem Gestell (Brillenrahmen) 12 gehaltenen transparenten Glaskörper 20 auf, der ein Durchsichtelement im Sinne der vorliegenden Offenbarung bildet und einen transparenten Durchsichtbereich 22 für den Blick auf die Realwelt bereitstellt. Wenn hier das Wort „Glas“ im Zusammenhang mit den Begriffen Brillenglas, Anzeigeglas oder Glaskörper verwendet wird, versteht es sich, dass hiermit nicht notwendig die Verwendung eines Glasmaterials impliziert ist; als Material kann selbstverständlich auch ein transparentes Kunststoffmaterial zum Einsatz kommen.
Der Glaskörper 20 bildet einen aktiven Bereich 24, der in 1 schematisch durch ein gestrichelt eingezeichnetes Rechteck angedeutet ist und denjenigen Bereich des Glaskörpers 20 bezeichnet, in welchem der Glaskörper 20 mit einer Mehrzahl schematisch dargestellter Anzeigesegmente 26 bestückt ist. Dementsprechend kann der aktive Bereich 24 auch als Anzeigebereich des Anzeigeglases 14 bezeichnet werden. Die Anzeigesegmente 26 sind in dem aktiven Bereich 24 in einer - im gezeigten Beispielfall - regelmäßigen Anordnung verteilt, sodass zwischen jedem Paar benachbarter Anzeigesegmente 26 ein Bereich des Glaskörpers 20 vorhanden ist, in welchem der Benutzer freie Sicht auf die vor ihm liegende Realwelt hat. Im Bereich der Anzeigesegmente 26 kann es sein, dass die direkte Durchsicht eingeschränkt oder behindert ist. Bei genügend kleinen Abmessungen der Anzeigesegmente 26 wird dies jedoch vom Benutzer nicht als störend wahrgenommen werden.
Es wird nun ergänzend auf 2 verwiesen, die schematisch in vergrößerter Darstellung einen Ausschnitt eines Anzeigeglases 14 zeigt. Wie in 2 zu erkennen ist, setzt sich jedes Anzeigesegment 26 aus einer Mehrzahl von Pixelelementen 28 zusammen, die innerhalb jedes Anzeigesegments 26 in einer - im gezeigten Beispielfall - regelmäßigen Anordnung über den Bereich des betreffenden Anzeigesegments 26 verteilt sind. Jedes Pixelelement 28 dient zur Erzeugung eines monochromatischen oder polychromatischen Bildpunkts (Pixel) eines von der Anzeigevorrichtung 10 erzeugten Kunstbilds. Die Pixelelemente 28 sind bei bestimmten Ausführungsformen von Leuchtdioden, beispielsweise organischen Leuchtdioden (OLED) gebildet. Sie können auf eine Außenseite des betreffenden Anzeigeglases 14 aufgebracht oder - bei mehrschichtiger Ausgestaltung des Anzeigeglases 14 - in dieses eingebracht sein.
Ein in 2 eingezeichneter Pixelabstand d1 bezeichnet den Abstand zwischen zwei in einer bestimmten Richtung benachbarten Pixelelementen 28 innerhalb eines Anzeigesegments 26; ein Pixelabstand d2 bezeichnet den Abstand zwischen zwei in der gleichen Richtung benachbarten Pixelelementen 28, die jedoch benachbarten Anzeigesegmenten 26 angehören. Bereits aus der schematischen Darstellung der 2 erkennt man, dass der Pixelabstand d2 erheblich größer, nämlich um ein Mehrfaches größer (beispielsweise um mindestens das Dreifache oder mindestens das Fünffache oder mindestens das Zehnfache größer) ist als der Pixelabstand d1. Der Pixelabstand d1 bezeichnet einen Intrasegment-Pixelabstand, während der Pixelabstand d2 einen Intersegment-Pixelabstand bezeichnet. Die angegebene Grö-ßenbeziehung zwischen dem Intrasegment-Pixelabstand und dem Intersegment-Pixelabstand gilt in jeder Richtung der Ausdehnung des aktiven Bereichs 24. Mit Blick auf 2 gilt die angegebene Größenbeziehung deshalb zum Beispiel auch in der Zeichenebene senkrecht zu der Richtung, in welcher die Abstände d1, d2 aufgetragen sind. Es muss jedoch der Intrasegment-Pixelabstand nicht in allen Richtungen der Ausdehnung des aktiven Bereichs 24 den gleichen Wert d1 haben, ebenso muss der Intersegment-Pixelabstand nicht in allen Richtungen der Ausdehnung des aktiven Bereichs 24 den gleichen Wert d2 haben.
Die erläuterte Unterschiedlichkeit des Intrasegment-Pixelabstands und des Intrasegment-Pixelabstands führt zu einem Erscheinungsbild der Gesamtheit der Pixelelemente 28 mit lokalen Häufungen, wobei jede dieser Häufungen eines der Anzeigesegmente 26 bildet.
Eine elektronische Steuerschaltung 30 vereint alle hardware- und softwaremäßigen Bestandteile, um die Pixelelemente 28 individuell und segmentweise zur Lichtausstrahlung zu steuern. Die Tatsache, dass in 2 die Steuerschaltung 30 nur als einzelner Block gezeigt ist, ist der schematischen Darstellungsweise geschuldet und soll eine räumlich oder/und funktional verteilte Anordnung verschiedener Bestandteile der Steuerschaltung 30 keineswegs ausschließen. Zumindest Teile der Steuerschaltung 30 können unmittelbar an der Anzeigevorrichtung 10 angeordnet sein, zum Beispiel an dem Gestell 12 oder/und an einem oder beiden der Anzeigegläser 14. Es ist im Rahmen der vorliegenden Offenbarung indessen nicht ausgeschlossen, zumindest Teile der Steuerschaltung 30 außerhalb der Anzeigevorrichtung 10 in einem gesonderten Gerät unterzubringen (zum Beispiel zusammen mit einer batteriegestützten elektrischen Stromversorgung) und entsprechende Steuerinformationen über eine nicht näher dargestellte Kabelverbindung oder alternativ über eine Funkverbindung der Anzeigevorrichtung 10 zuzuführen.
Jedes Anzeigeglas 14 trägt ein kollimierendes optisches System (in den 1 und 2 nicht näher dargestellt, jedoch in den weiteren Figuren in verschiedenen Ausgestaltungen schematisch gezeigt), welches der Kollimierung, d.h. zumindest weitestgehenden Parallelisierung der von den Pixelelementen 28 ausgestrahlten Lichtbündel dient und kollimierte Lichtbündel auf eine Austrittspupille der Anzeigevorrichtung 10 und somit auf das betreffende Auge des die Anzeigevorrichtung 10 tragenden Benutzers richtet. In der folgenden Beschreibung wird davon ausgegangen, dass das kollimierende optische System in Zuordnung zu jedem der Anzeigesegmente 26 je mindestens ein holographisches optisches Element, kurz HOE, umfasst. Es versteht sich, dass holographische optische Elemente nur ein Beispiel optischer Elemente sind, die zu Kollimierungszwecken einsetzbar sind, und dass alternativ beispielsweise optische Linsen (einschließlich Mikrolinsenanordnungen) oder diffraktive Elemente verwendet werden können.
Des weiteren wird in der folgenden Beschreibung davon ausgegangen, dass die Lichtemission der Pixelelemente 28 (gemeint ist die Emission des Nutzlichts, d.h. des die eigentliche Pixelinformation tragenden Lichts) in Richtung weg vom Auge des Benutzers erfolgt, nämlich aus der Perspektive des die Anzeigevorrichtung 10 tragenden Benutzers in Richtung nach vorne. Dementsprechend umfasst das genannte kollimierende optische System in Zuordnung zu jedem der Anzeigesegmente 26 je mindestens ein reflektierend wirkendes, kollimierendes HOE, welches die von den Pixelelementen 28 ausgestrahlten Lichtbündel in Richtung zum Auge des Betrachters mit verringerter Divergenz zurückwirft. Es versteht sich jedoch, dass die vorliegende Offenbarung hierauf nicht beschränkt ist und dass stattdessen die Lichtemission der Pixelelemente 28 in entgegengesetzter Richtung, nämlich zum Auge hin, erfolgen kann. In diesem Fall kann das kollimierende optische System in Zuordnung zu jedem der Anzeigesegmente 26 je mindestens ein transmittierendes kollimierendes HOE umfassen, welches die von den Pixelelementen 28 ausgestrahlten Lichtbündel mit verringerter Divergenz zum Auge hin transmittiert. Die optischen Elemente des kollimierenden optischen Systems können ebenfalls an einer Außenseite (Vorderseite, Rückseite) des betreffenden Anzeigeglases 14 angeordnet oder in das Anzeigeglas 14 eingebettet sein.
Die von den Pixelelementen 28 eines Anzeigesegments 26 ausgestrahlten Lichtbündel bilden zusammen ein Teilbildstück, d.h. ein Teilstück eines von der Anzeigevorrichtung 10 erzeugten künstlichen Bilds. Die Steuerschaltung 30 kann die Anzeigesegmente 26, genauer deren jeweilige Pixelelemente 28, so steuern, dass jedes Anzeigesegment 26 ein anderes Teilbildstück des Augmented Reality-Kunstbilds ausstrahlt. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass die Steuerschaltung 30 die Anzeigesegmente 26 so steuern kann, dass mehrere Anzeigesegmente jeweils das gleiche Teilbildstück dieses Kunstbilds ausstrahlen. In letzterem Fall wird der gleiche Bildinhalt mehrfach, nämlich von verschiedenen Anzeigesegmenten 26, ausgestrahlt. Inhaltsverschiedene Teilbildstücke des Gesamtbilds können so jeweils mehrfach, nämlich von je einer anderen Gruppe von Anzeigesegmenten 26, ausgestrahlt werden. Eine derartige Replizierung von Bildinhalten kann nützlich sein, um eine vergrößerte Austrittspupille der Anzeigevorrichtung 10 zu realisieren.
Anhand der weiteren Figuren werden nachstehend verschiedene Konzepte für die strukturelle oder/und funktionale Ausgestaltung der Anzeigevorrichtung 10 erläutert. Es ist zu betonen, dass diese Figuren hochgradig schematisch sind und ihre Darstellungsform mit besonderem Blick darauf gewählt wurde, die betreffenden Konzepte verständlich zu erläutern. Gleiche oder gleichwirkende Elemente sind in den weiteren Figuren jeweils mit gleichen Bezugszeichen versehen wie in den 1 und 2, jedoch ergänzt um einen Kleinbuchstaben. Soweit sich nachstehend nichts anderes ergibt, wird zur Erläuterung solcher gleicher oder gleichwirkender Elemente auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen.
Es wird als nächstes auf das Ausführungsbeispiel der 3 verwiesen. In dieser Figur sind drei benachbarte Pixelelemente 28a gezeigt, die demselben Anzeigesegment 26a angehören. Die gezeigten drei Pixelelemente 28a sind rein repräsentativ zu verstehen; in einer realen Ausgestaltung kann das Anzeigesegment 26a jede andere Mehrzahl von Pixelelementen 28a enthalten. Zur besseren Unterscheidung sind die drei gezeigten Pixelelemente 28a noch durch einen angehängten Buchstaben individualisiert. Das in 3 gezeigte Anzeigesegment 26a steht repräsentativ für jedes der Anzeigesegmente 26 einer kopftragbaren Anzeigevorrichtung 10a, beispielsweise der Anzeigebrille 10 der 1. Das nachfolgend erläuterte Konzept kann für jedes einzelne der Anzeigesegmente 26 der Anzeigevorrichtung 10a implementiert werden.
Dem Anzeigesegment 26a der 3 sind mehrere reflektierend wirkende HOEs 32a mit Kollimierungsfunktion für die von den Pixelelementen 28a des Anzeigesegments 26a ausgestrahlten Lichtbündel zugeordnet. Die HOEs 32a sind in einer Ebene verteilt, welche der Ausdehnung des aktiven Bereichs 24 folgt, und sie sind im gezeigten Beispielfall in gegenseitigem Abstand voneinander angeordnet. Wiederum sind die gezeigten drei HOEs 32a nur repräsentativ zu verstehen; dem Anzeigesegment 26a kann jede andere Mehrzahl von HOEs 32a zugeordnet sein. Die Zuordnung der HOEs 32a zu dem Anzeigesegment 26a äußert sich darin, dass jedes der HOEs 32a dazu ausgelegt ist, ein von dem Anzeigesegment 26a ausgestrahltes Teilbildstück auf die Austrittspupille der Anzeigevorrichtung 10a zu richten. Dagegen haben die HOEs 32a keine derartige Richtfunktion für Lichtstrahlen anderer Anzeigesegmente 26a der Anzeigevorrichtung 10a. Solches Licht, das von anderen Anzeigesegmenten 26a der Anzeigevorrichtung 10a ausgestrahlt wird und auf die HOEs 32a trifft, kann zwar ebenfalls zumindest zum Teil von den HOEs 32a reflektiert werden, es wird jedoch nicht in Form kollimierter Lichtbündel auf die Austrittspupille der Anzeigevorrichtung 10a gerichtet und steht deswegen nicht für die benutzerseitige Wahrnehmung des AR-Kunstbilds zur Verfügung. Die anderen Anzeigesegmente 26a der Anzeigevorrichtung 10a können alle jeweils einen eigenen Satz zugeordneter HOEs 32a haben.
Jedes der HOEs 32a weist eine optische Achse 33a auf, welche auf das dem betreffenden HOE 32a zugeordnete Anzeigesegment 26a gerichtet ist. Beispielsweise sind die optische Achsen 33a der einem bestimmten Anzeigesegment 26a zugeordneten HOEs 32a alle im wesentlichen auf ein bestimmtes Pixelelement 28a des Anzeigesegments 26a, z.B. ein segmentzentrales Pixelelement, gerichtet. Der Winkel der optischen Achse 33a zur Fläche der Ausdehnung des betreffenden HOE 32a kann demnach für verschiedene HOEs 32a, die demselben Anzeigesegment 26a zugeordnet sind, unterschiedlich sein.
In 3 sind mehrere Lichtbündel 34a eingezeichnet, welche jeweils von einem der drei gezeigten Pixelelemente 28a ausgehen und auf eines der dargestellten drei HOEs 32a treffen. Die Lichtbündel 34a werden von den HOEs 32a reflektiert und als kollimierte Lichtbündel 36a zurückgeworfen. Diejenigen Lichtbündel 34a, die von dem mittleren Pixelelement 28a-m ausgehen, sind gestrichelt eingezeichnet und mit 34a-m bezeichnet, die zugehörigen kollimierten Lichtbündel mit 36a-m. Man erkennt, dass die reflektierten, kollimierten Lichtbündel 36a-m im wesentlichen parallel zueinander in Richtung zu einer schematisch angedeuteten Austrittspupille 38a der Anzeigevorrichtung 10a verlaufen. Jedes dem Anzeigesegment 26a zugeordnete HOE 32a produziert aus einem von einem bestimmten Pixelelement 28a des Anzeigesegments 26a ausgestrahlten Lichtbündel 34a ein kollimiertes Lichtbündel 36a, welches im wesentlichen parallel zu den kollimierten Lichtbündeln 36a verläuft, die von allen übrigen dem Anzeigesegment 26a zugeordneten HOEs 32a aus dem ausgestrahlten Licht des betreffenden Pixelelements 28a erzeugt werden. Dies gilt gleichermaßen für alle anderen Pixelelemente 28a des Anzeigesegments 26a. Auch deren ausgestrahltes Licht wird von den zugeordneten HOEs 32a jeweils in kollimierte Lichtbündel 36a umgesetzt, die für ein bestimmtes Pixelelement 28a von HOE 32a zu HOE 32a im wesentlichen parallel zueinander verlaufen.
Es müssen jedoch die kollimierten Lichtbündel 36a verschiedener Pixelelemente 28a des Anzeigesegments 26a nicht notwendig ebenfalls parallel zueinander verlaufen. Solche kollimierten Lichtbündel 36a können stattdessen unter einem Winkel zueinander verlaufen. So ist in 3 zum Zwecke der Veranschaulichung für das obere Pixelelement 28a-u der drei gezeigten Pixelelemente 28a ein Lichtbündel 34a-u strichpunktiert gezeigt, welches von diesem oberen Pixelelement 28a-u ausgestrahlt wird und auf das obere der drei gezeigten HOEs 32a trifft. Das obere HOE 32a erzeugt aus diesem Lichtbündel 34a-u des oberen Pixelelements 28a-u ein kollimiertes Lichtbündel 36a-u, welches nicht parallel, sondern unter einem vergleichsweise kleinen spitzen Winkel zu den kollimierten Lichtbündeln 36a-m des mittleren Pixelelements 28a-m verläuft. Obgleich in 3 zeichnerisch nicht dargestellt, erzeugen auch die übrigen dem Anzeigesegment 26a zugeordneten HOEs 32a (d.h. in 3 das mittlere HOE 32a und das untere HOE 32a) aus dem Licht des oberen Pixelelements 28a-u jeweils ein kollimiertes Lichtbündel 36a, das unter im Wesentlichen dem gleichen (kleinen) Winkel zu den kollimierten Lichtbündeln 36a-m des mittleren Pixelelements 28a-m verläuft.
Zusätzlich ist in 3 - wiederum rein zum Zwecke der Veranschaulichung - für das untere Pixelelement 28a-1 der drei gezeigten Pixelelemente 28a ein Lichtbündel 34a-l strichpunktiert gezeigt, welches von diesem unteren Pixelelement 28a-l ausgestrahlt wird und auf das obere der drei gezeigten HOEs 32a trifft. Das obere HOE 32a erzeugt aus diesem Lichtbündel 34a-l des unteren Pixelelements 28a-l ein kollimiertes Lichtbündel 36a-l, welches nicht parallel, sondern unter einem vergleichsweise kleinen spitzen Winkel zu den kollimierten Lichtbündeln 36a-m des mittleren Pixelelements 28a-m verläuft und außerdem unter einem Winkel zu dem kollimierten Lichtbündel 36a-u das oberen Pixelelements 28a-u verläuft. Obgleich in 3 zeichnerisch wiederum nicht dargestellt, erzeugen auch die übrigen dem Anzeigesegment 26a zugeordneten HOEs 32a (d.h. in 3 das mittlere HOE 32a und das untere HOE 32a) aus dem Licht des unteren Pixelelements 28a-l jeweils ein kollimiertes Lichtbündel 36a, das unter im Wesentlichen dem gleichen Winkel zu den kollimierten Lichtbündeln 36a-m des mittleren Pixelelements 28a-m und unter im Wesentlichen dem gleichen Winkel zu den kollimierten Lichtbündeln 36a-u des oberen Pixelelements 28a-u verläuft.
Auf diese Weise reflektiert jedes der dem Anzeigesegment 26a zugeordneten HOEs 32a das von dem Anzeigesegment 26a ausgestrahlte Teilbildstück in im wesentlichen der gleichen Richtung. Weil jedoch das betreffende Teilbildstück - gesehen über die Ausdehnung des aktiven Bereichs der Anzeigevorrichtung 10a - nicht nur einmal, sondern mehrmals an verschiedenen Stellen des aktiven Bereichs 24a reflektiert wird, kann insgesamt eine vergrößerte Austrittspupille 38a der Anzeigevorrichtung 10a realisiert werden. Weil die einzelnen HOEs 32a eine vergleichsweise geringe Ausdehnung haben können, können sie dennoch eine vergleichsweise große f-Zahl haben, was vorteilhaft für geringere Aberrationen ist. Je nach Anzahl der einem Anzeigesegment 26a zugeordneten HOEs 32a und je nach Ausdehnung der zugeordneten Gruppe von HOEs 32a innerhalb des aktiven Bereichs 24a der Anzeigevorrichtung 10a kann eine mehr oder weniger große Austrittspupille 38a realisiert werden.
4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, welches auf dem Konzept des Ausführungsbeispiels der 3 mit je einer Gruppe von HOEs in Zuordnung zu je einem Anzeigesegment beruht. Zur besseren Unterscheidbarkeit der Zuordnung der HOEs zu den Anzeigesegmenten sind in 4 sowohl die Anzeigesegmente 26b als auch die HOEs 32b durch eine angehängte Nummer gekennzeichnet. Gleiche angehängte Nummern bezeichnen wechselseitige Zuordnung, verschiedene angehängte Nummern kennzeichnen fehlende wechselseitige Zuordnung.
In 4 sind die einem bestimmten Anzeigesegment 26b zugeordneten HOEs 32b entlang der Ausdehnung des aktiven Bereichs 24b verschachtelt angeordnet mit den HOEs 32b eines oder mehrerer anderer Anzeigesegmente 26b. Zwischen zwei nächsten HOEs 32b des gleichen Anzeigesegments 26b ist jeweils ein HOE 32b eines anderen Anzeigesegments 26b angeordnet. Zum Beispiel ist zwischen zwei nächsten HOEs 32b-2 des in 4 mittleren Anzeigesegments 26b-2 entweder ein HOE 32b-1 des oberen Anzeigesegments 26b-1 oder ein HOE 32b-3 des unteren Anzeigesegments 26b-3 angeordnet. Es versteht sich, dass dies nur beispielhaft ist und dass stattdessen zwischen zwei nächsten HOEs 32b eines Anzeigesegments 26b zwei oder mehr HOEs 32b anderer Anzeigesegmente 26b angeordnet sein können.
Die Verschachtelung kann derart ausgestaltet sein, dass die HOEs 32b alle in der gleichen Ebene angeordnet sind (also nebeneinander mit oder ohne wechselseitigem Überlapp). Alternativ ist es vorstellbar, dass die HOEs 32b auf verschiedene Ebenen verteilt sind, etwa so, dass die HOEs 32b einer Teilanzahl der Anzeigesegmente 26b in einer ersten Ebene nebeneinander angeordnet sind und die HOEs 32b einer anderen Teilanzahl der Anzeigesegmente 26b in einer anderen, zweiten Ebene nebeneinander angeordnet sind.
Es wird nun auf das Ausführungsbeispiel der 5a und 5b verwiesen. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist im Lichtausbreitungsweg zwischen den Anzeigesegmenten 26c und den reflektierenden HOEs 32c ein elektrisch steuerbares Strahllenkmaterial 40c, beispielsweise auf Basis von Flüssigkristallen, angeordnet. Das Strahllenkmaterial 40c ist im gezeigten Beispielfall zeichnerisch als Einzelschicht dargestellt, es kann jedoch in der Praxis wahlweise einschichtig oder mehrschichtig ausgebildet sein. Auch räumlich ist das Strahllenkmaterial 40c zwischen den Anzeigesegmenten 26c und den reflektierenden HOEs 32c angeordnet. Mittels einer steuerbaren Spannungsquelle 42c können zwei hinsichtlich ihrer Polarität oder/und Stärke unterschiedliche elektrische Potentiale an das Strahllenkmaterial 40c angelegt werden, z.B. ein positives und ein negatives elektrisches Potential. Eines der beiden elektrischen Potentiale kann jedenfalls bei bestimmten Ausführungsformen ein Neutralpotential (Massepotential) sein. Je nach angelegtem elektrischen Potential hat das Strahllenkmaterial 40c eine andere Lichtlenkwirkung auf Licht, welches von den Anzeigesegmenten 26c ausgestrahlt wird und das Strahllenkmaterial 40c durchläuft (auf der Strecke von den Pixelelementen 28c zu den HOEs 32c und von dort in Richtung zur Austrittspupille der Anzeigevorrichtung 10c). Dementsprechend entspricht jedes der angelegten elektrischen Potentiale einem unterschiedlichen Lenkzustand des Strahllenkmaterials 40c. Zur Steuerung der Spannungsquelle 42c dient eine in den 5a, 5b nicht näher dargestellte Steuerschaltung, bei der es sich beispielsweise um die Steuerschaltung 30 der 2 handelt.
5a betrifft eine Situation zu einem Zeitpunkt t0, 5b eine Situation zu einem späteren Zeitpunkt t1, der nicht später als höchstens einige hundert Millisekunden als der Zeitpunkt t0 liegt. Zur besseren Unterscheidbarkeit der Zuordnung der HOEs 32c zu den Anzeigesegmenten 26c sind in den 5a, 5b die Anzeigesegmente 26c und die HOEs 32c wiederum jeweils durch eine angehängte Nummer gekennzeichnet.
Zu dem Zeitpunkt t0 gemäß 5a strahlt das Anzeigesegment 26c-1 ein erstes Teilbildstück aus, das benachbarte Anzeigesegment 26c-2 strahlt ein zweites Teilbildstück aus. Die beiden Teilbildstücke repräsentieren bei bestimmten Ausführungsformen unterschiedliche Bildinhalte eines von der Anzeigevorrichtung 10c produzierten Kunstbilds. Das von dem Anzeigesegment 26c-1 ausgestrahlte Teilbildstück ist in 5a durch ein Lichtbündel 34c-1, welches von einem der Pixelelemente 28c des Anzeigesegments 26c-1 ausgestrahlt wird, und ein nach Reflexion an dem zugeordneten HOE 32c-1 resultierendes kollimiertes Lichtbündel 36c-1 repräsentiert; das von dem Anzeigesegment 26c-2 ausgestrahlte Teilbildstück ist analog durch ein Lichtbündel 34c-2 und ein resultierendes kollimiertes Lichtbündel 36c-2 repräsentiert. Das betreffende Pixelelement 28c des Anzeigesegments 26c-2 ist an der gleichen Position innerhalb des Anzeigesegments 26c-2 angeordnet wie das betreffende Pixelelement 28c des Anzeigesegments 26c-1; im gezeigten Beispielfall werden Lichtbündel betrachtet, die vom jeweils mittleren Pixelelement 28c der Anzeigesegmente 26c-1, 26c-2 ausgestrahlt werden.
Zu beachten ist, dass Brechungseffekte der Lichtstrahlen bei Eintritt in und Austritt aus dem Strahllenkmaterial 40c in der zeichnerischen Darstellung der verschiedenen Lichtbündel in den 5a, 5b nicht im Detail berücksichtigt und gezeigt sind. Es geht in diesen Figuren nur um die schematische Veranschaulichung einer beispielhaften Nutzungsmöglichkeit des Strahllenkmaterials 40c im Kontext einer Anzeigevorrichtung, wie sie beispielhaft in den 1 und 2 gezeigt ist.
Man erkennt, dass in dem ersten Lenkzustand des Strahllenkmaterials 40c gemäß 5a die Ausbreitungsrichtung der kollimierten Lichtbündel 36c-1, 36c-2 nicht identisch ist; stattdessen breiten sich die kollimierten Lichtbündel 36c-1, 36c-2 in etwas unterschiedlicher Richtung aus. Dies steht repräsentativ für eine entsprechend unterschiedliche Richtung, in welcher die von den Anzeigesegmenten 26c-1, 26c-2 ausgestrahlten Teilbildstücke die Anzeigevorrichtung 10c an der Austrittspupille verlassen.
In dem zweiten Lenkzustand des Strahllenkmaterials 40c gemäß 5b ist dagegen die Lenkwirkung des Strahllenkmaterials 40c derart, dass die Ausbreitungsrichtung des kollimierten Lichtbündels 36c-2 des Anzeigesegments 26c-2 im wesentlichen parallel ist zu der Ausbreitungsrichtung des kollimierten Lichtbündels 36c-1 des Anzeigesegments 26c-1 in dem ersten Lenkzustand gemäß 5a. Dies ist in 5b schematisch dargestellt, wobei ergänzend und zum Vergleich das kollimierte Lichtbündel 36c-1 aus 5a (d.h. zum Zeitpunkt t0) eingezeichnet ist. Diese Lenkwirkung des Strahllenkmaterials 40c kann genutzt werden, um zum Zeitpunkt t1 ein Teilbildstück von dem Anzeigesegment 26c-2 auszustrahlen, das inhaltsgleich zu dem Teilbildstück ist, welches zum Zeitpunkt t0 von dem Anzeigesegment 26c-1 ausgestrahlt wurde. Das zum Zeitpunkt t1 ausgestrahlte Teilbildstück des Anzeigesegments 26c-2 verlässt dann die Anzeigevorrichtung 10c im wesentlichen in der gleichen Richtung, jedoch räumlich versetzt, wie das zum Zeitpunkt t0 von dem Anzeigesegment 26c-1 ausgestrahlte Teilbildstück. Dem kollimierten Lichtbündel 36c-2 zum Zeitpunkt t1 kann eine virtuelle Pixelposition am Ort des Anzeigesegments 26c-1 zugeordnet werden; der Benutzer hat den Eindruck, das zum Zeitpunkt t1 von dem Anzeigesegment 26c-2 ausgestrahlte Teilbildstück sei am Ort des Anzeigesegments 26c-1 erzeugt worden.
Der Lenkzustand des Strahllenkmaterials 40c ist bei bestimmten Ausführungsformen nur global, d.h. einheitlich für alle Anzeigesegmente 26c, steuerbar. Bei anderen Ausführungsformen ist es vorstellbar, dass der Lenkzustand des Strahllenkmaterials 40c segmentweise, d.h. für jedes Anzeigesegment 26c individuell, einstellbar ist.
6 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel, bei welchem das Strahllenkmaterial 40d genutzt wird, um die Auflösung des von der Anzeigevorrichtung 10d erzeugten Kunstbilds gegenüber der tatsächlichen physikalischen Auflösung (gegeben durch die Anzahl der Pixelelemente 28d pro Anzeigesegment 26d) zu erhöhen. Die Pixelelemente 28d des dargestellten Anzeigesegments 26d sind in 6 zeichnerisch mit einem gewissen gegenseitigen Abstand gezeigt, was den in der Praxis regelmäßig unvermeidbaren physischen Abstand zwischen benachbarten Pixelelementen 28d eines Anzeigesegments 26d verdeutlichen soll. Durch geeignete Ausgestaltung und Steuerung des Strahllenkmaterials 40d kann erreicht werden, dass die virtuelle Pixelposition (angedeutet bei vP) eines Pixelelements 28d in einem zweiten Lenkzustand des Strahllenkmaterials 40d um etwa den halben Intrasegment-Pixelabstand oder einen anderen Bruchteil des Intrasegment-Pixelabstands verschoben ist gegenüber der virtuellen Pixelposition des Pixelelements 28d in einem ersten Lenkzustand des Strahllenkmaterials 40d. Auf diese Weise kann in dem zweiten Lenkzustand von dem Anzeigesegment 26d ein Teilbildstück mit einem Pixelraster angezeigt werden, das gegenüber dem Pixelraster eines in dem ersten Lenkzustand von dem Anzeigesegment 26d angezeigten Teilbildstücks um einen entsprechenden Bruchteil des Intrasegment-Pixelabstands verschoben ist. Bei hinreichend schneller Abfolge der Anzeige der beiden Teilbildstücke ergibt sich für den Benutzer der Eindruck eines resultierenden Teilbildstücks erhöhter Auflösung.
Auch bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 7 ist im Raumbereich zwischen den Anzeigesegmenten 26e und den HOEs 32e ein Strahllenkmaterial 40e angeordnet. Das Strahllenkmaterial 40e ist hier jedoch auf mehrere (hier: drei) Schichten S1, S2, S3 verteilt, die individuell, d.h. unabhängig voneinander, durch eine in 7 nicht näher dargestellte Steuerschaltung (beispielsweise die Steuerschaltung 30 der 2) hinsichtlich ihres Lenkzustands steuerbar sind. Die Schichten S1, S2, S3 können aus dem gleichen Material oder zumindest zum Teil aus unterschiedlichen Materialien bestehen. Durch Verteilung des Strahllenkmaterials 40e auf mehrere individuell steuerbare Strahllenkschichten können komplexere Ablenkmuster der von den Pixelelementen 28e der Anzeigesegmente 26e ausgestrahlten Lichtbündel realisiert werden. Je nach Kombination der Lenkzustände der verschiedenen Strahllenkschichten können mehrere verschiedene virtuelle Pixelpositionen der Pixelelemente 28e eines Anzeigesegments 26e realisiert werden. Dies erhöht die Bandbreite möglicher Anwendungen. Innerhalb jeder Strahllenkschicht S1, S2, S3 ist zudem wiederum eine segmentindividuelle Steuerbarkeit des Strahllenkmaterials 40e vorstellbar, d.h. individuell für jedes Anzeigesegment 26e.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach 8 ist jedem Anzeigesegment 26f wiederum eine Mehrzahl holographischer optischer Elemente zugeordnet. Diese umfassen jedoch - im Unterschied zu den Ausführungsbeispielen nach den 3 und 4, wo jedem Anzeigesegment mehrere im Lichtausbreitungsweg nebeneinander angeordnete reflektierende HOEs zugeordnet sind - ein reflektierend wirkendes HOE 32f sowie ein transmittierend wirkendes HOE 44f, die im Strahlengang des von dem betreffenden Anzeigesegment 26f ausgestrahlten Lichts hintereinander angeordnet sind. Das betreffende Anzeigesegment 26f ist, wie in 8 gut erkennbar, räumlich zwischen den HOEs 32f, 44f angeordnet. Beide HOEs 32f, 44f zusammen bewirken die Kollimierung des von einem Pixelelement 28f des betreffenden Anzeigesegments 26f ausgestrahlten Lichtbündels 34f. Weil auch das HOE 44f divergenzreduzierende Wirkung hat, muss die zur Kollimierung des Lichtbündels 34f erforderliche Divergenzreduktionskraft nicht allein von dem HOE 32f aufgebracht werden. Ein Teil dieser Divergenzreduktionskraft kann von dem HOE 44f übernommen werden. Bei gegebener Größe der Austrittspupille der Anzeigevorrichtung 10f kann auf diese Weise dennoch eine insgesamt hohe Abbildungsqualität des kollimierenden optischen Systems mit geringeren Aberrationen erreicht werden.
Bei einer Abwandlung des Ausführungsbeispiels der 8 können die HOEs 44f durch Linsenelemente oder transmittierende diffraktive Elemente ersetzt werden. Auch die HOEs 44f (oder deren Ersatzelemente) können unmittelbar an dem betreffenden Durchsichtelement der Anzeigevorrichtung 10f angebracht sein, an dem auch die Anzeigesegmente 26f und die HOEs 32f angebracht sind.
Abschließend wird auf das Ausführungsbeispiel gemäß den 9a, 9b, 9c erwiesen. Dort wird der Fall betrachtet, dass das von einem der Anzeigesegmente 26g der Anzeigevorrichtung 10g ausgestrahlte Teilbildstück bei Fernfokussierung des Auges des Benutzers korrekt auf die Makula und insbesondere die Fovea fokussiert wird. Bei Nahfokussierung des Auges kann allerdings eine Fehlfokussierung des von dem betreffenden Anzeigesegment 26g ausgestrahlten Teilbildstücks auftreten, wobei sich diese Fehlfokussierung insbesondere darin manifestieren kann, dass das Auge das betreffende Teilbildstück auf einen anderen retinalen Ort fokussiert als Teilbildstücke, die von anderen Anzeigesegmenten 26g ausgestrahlt werden. Eine solche Fehlfokussierung kann sich insbesondere dann als störend erweisen, wenn ein Teilbildstück gleichzeitig in mehrfacher Replikation von verschiedenen Anzeigesegmenten ausgestrahlt wird und die verschiedenen Kopien bei Fernfokussierung des Auges alle auf im wesentlichen den gleichen retinalen Ort fokussiert werden, bei Nahfokussierung die Fokusorte jedoch auseinanderlaufen.
Diesbezüglich ist in 9a die Situation zeichnerisch dargestellt, dass von zwei durch mindestens ein anderes Anzeigesegment 26g getrennten Anzeigesegmenten 26g-1, 26g-2 jeweils das gleiche Teilbildstück ausgestrahlt wird. Als Repräsentation der ausgestrahlten Teilbildstücke ist in 9a bei beiden Anzeigesegmenten 26g-1, 26g-2 jeweils ein von einem mittleren der Pixelelemente 28g ausgestrahltes Lichtbündel 34g-1, 34g-2 gezeigt, das von einem dem betreffenden Anzeigesegment zugeordneten HOE 32g-1, 32g-2 zu einem entsprechenden kollimierten Lichtbündel 36g-1, 36g-2 geformt wird. Die beiden kollimierten Lichtbündel 36g-1, 36g-2 treten in ein Auge 46g des Benutzers ein und werden auf die Retina fokussiert. Man erkennt, dass die kollimierten Lichtbündel 36g-1, 36g-2 bei Fernfokussierung des Auges 46g auf den gleichen retinalen Ort, in 9 mit 48g bezeichnet, fokussiert werden.
9b veranschaulicht dagegen den Fall der Nahfokussierung des Auges 46g. Die retinalen Fokusorte der beiden kollimierten Lichtbündel 36g-1, 36g-2 sind in dieser Situation nicht mehr deckungsgleich; stattdessen wird jedes der kollimierten Lichtbündel 36g-1, 36g-2 auf einen eigenen retinalen Fokusort 48g-1 bzw. 48g-2 fokussiert. Das vom Benutzer wahrgenommene Bild erscheint nicht mehr scharf.
Zur Behebung dieser Fehlfokussierung kann bei mindestens einem der in Rede stehenden Anzeigesegmente 26g-1, 26g-2 die Anzeigeposition des Teilbildstücks um mindestens eine Pixelposition verschoben werden. Dies ist in 9c dargestellt. Dort ist die Anzeigeposition (Ausstrahlungsposition) des von dem Anzeigesegment 26g-1 ausgestrahlten Teilbildstücks um eine Pixelposition verschoben. Veranschaulicht ist dies in 9c dadurch, dass das Lichtbündel 34g-1, das den gleichen Pixelinhalt transportiert wie das Lichtbündel 34g-2, nicht mehr von dem mittleren Pixelelement 28g des Anzeigesegments 26g-1 ausgestrahlt wird, sondern von dem oberen der drei dargestellten Pixelelemente 28g. Die Anzeigeposition des von dem Anzeigesegment 26g-1 ausgestrahlten Teilbildstücks ist dementsprechend um eine Pixelposition verschoben. Man kann sagen, dass die segmentinterne Position (Intrasegmentposition) des angezeigten Teilbildstücks um eine Pixelposition verschoben wurde. Aufgrund der Verschiebung der Intrasegmentposition des Teilbildstücks bei dem Anzeigesegment 26g-1 verlagert sich auch der retinale Fokusort 48g-1. Im gezeigten Beispielfall ist diese Verlagerung ausreichend, um den retinalen Fokusort 48g-1 wieder in zumindest weitestgehende Deckung mit dem retinalen Fokusort 48g-2 zu bringen. Trotz veränderten Fokussierungszustands des Auges 46g (Nahfokussierung statt Fernfokussierung) erscheint das vom Benutzer wahrgenommene Bild wieder scharf.
Den zu erwartenden Fokussierungszustand des Auges 46g kann eine in den 9a, 9b, 9c nicht näher dargestellte Steuerschaltung der Anzeigevorrichtung 10g (beispielsweise die Steuerschaltung 30 der 2) aus den Bilddaten ableiten, welche die von der Anzeigevorrichtung 10g anzuzeigenden Bildinhalte repräsentieren. Ist eine Fernfokussierung bzw. eine Fokussierung auf Unendlichkeit zu erwarten, steuert die Steuerschaltung das Anzeigesegment 26g-1 dergestalt, dass das anzuzeigende Teilbildstück an einer ersten Intrasegmentposition des Anzeigesegments 26g-1 (zum Beispiel entsprechend 9a) angezeigt wird. Ist dagegen eine Nahfokussierung des Auges 46g zu erwarten, steuert die Steuerschaltung das Anzeigesegment 26g-1 derart, dass das anzuzeigende Teilbildstück an einer zweiten Intrasegmentposition, welche um mindestens eine Pixelposition gegenüber der ersten Intrasegmentposition verschoben ist, angezeigt wird (zum Beispiel entsprechend 9c).
Es versteht sich, dass das erläuterte Prinzip der Verschiebung der segmentinternen Anzeigeposition eines Teilbildstücks abhängig vom erwarteten Fokussierungszustand des Auges 46g mehrerer verschiedene Anzeigesegmente 26g der Anzeigevorrichtung 10g betreffen kann und dass das erforderliche Ausmaß der Verschiebung für unterschiedliche Anzeigesegmente 26g unterschiedlich sein kann.
Nachfolgend werden noch Beispiele zum Verständnis der vorliegenden Erfindung aufgezeigt:

1. Kopftragbare Anzeigevorrichtung, umfassend:
- ein Durchsichtelement, welches einen transparenten Durchsichtbereich bereitstellt;
- eine Mehrzahl von mehr als zwei Anzeigesegmenten zur Ausstrahlung von Teilbildstücken eines Anzeigebilds, wobei die Mehrzahl der Anzeigesegmente auf dem Durchsichtelement über einen Anzeigebereich des Durchsichtelements hinweg verteilt angeordnet sind, wobei jedes der Anzeigesegmente eine Mehrzahl Pixelelemente umfasst, wobei ein Intrasegment-Pixelabstand kleiner als ein Intersegment-Pixelabstand ist;
- ein an dem Durchsichtelement angeordnetes kollimierendes optisches System, um die Teilbildstücke zu einer Austrittspupille der Anzeigevorrichtung hin zu richten, wobei das kollimierende optische System in Zuordnung zu jedem der Mehrzahl Anzeigesegmente mindestens ein kollimierendes optisches Element umfasst, welches dazu eingerichtet ist, das von dem zugeordneten Anzeigesegment ausgestrahlte Teilbildstück in Richtung zu der Austrittspupille zu richten;
- steuerbares Strahllenkmaterial, welches an dem Durchsichtelement zwischen den Anzeigesegmenten und den kollimierenden optischen Elementen in mindestens einer Strahllenkschicht im Ausbreitungsweg der Teilbildstücke angeordnet ist; und
- eine Steuerschaltung zur Steuerung des Strahllenkmaterials zwischen verschiedenen Lenkzuständen.
2. Kopftragbare Anzeigevorrichtung nach Beispiel 1, wobei die Steuerschaltung dazu eingerichtet ist, ein erstes Anzeigesegment zur Ausstrahlung eines Teilbildstücks zu einem ersten Zeitpunkt zu steuern, ein zweites Anzeigesegment zur Ausstrahlung des gleichen Teilbildstücks zu einem zweiten Zeitpunkt zu steuern und das Strahllenkmaterial solchermaßen zu steuern, dass es zu dem zweiten Zeitpunkt einen anderen Lenkzustand einnimmt als zu dem ersten Zeitpunkt, derart, dass das von dem zweiten Anzeigesegment zu dem zweiten Zeitpunkt ausgestrahlte Teilbildstück die Anzeigevorrichtung im wesentlichen in der gleichen Richtung verlässt wie das von dem ersten Anzeigesegment zu dem ersten Zeitpunkt ausgestrahlte Teilbildstück.
3. Kopftragbare Anzeigevorrichtung nach Beispiel 1 oder 2, wobei die Steuerschaltung dazu eingerichtet ist, ein Anzeigesegment zu einem ersten Zeitpunkt zur Ausstrahlung eines ersten Teilbildstücks zu steuern, das Anzeigesegment zu einem zweiten Zeitpunkt zur Ausstrahlung eines zweiten Teilbildstücks zu steuern und das Strahllenkmaterial solchermaßen zu steuern, dass es zu dem zweiten Zeitpunkt einen anderen Lenkzustand einnimmt als zu dem ersten Zeitpunkt, derart, dass die beiden von dem Anzeigesegment zu dem ersten und dem zweiten Zeitpunkt ausgestrahlten Teilbildstücke die Anzeigevorrichtung mit ineinander verschachtelten Pixelrastern verlassen.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 9964767 B2 [0002]
WO 2014063716 A1 [0012]
EP 2020070145 [0030]

Claims

Kopftragbare Anzeigevorrichtung, umfassend: ein Durchsichtelement, welches einen transparenten Durchsichtbereich bereitstellt; eine Mehrzahl von mehr als zwei Anzeigesegmenten zur Ausstrahlung von Teilbildstücken eines Anzeigebilds, wobei die Mehrzahl der Anzeigesegmente auf dem Durchsichtelement über einen Anzeigebereich des Durchsichtelements hinweg verteilt angeordnet sind, wobei jedes der Anzeigesegmente eine Mehrzahl Pixelelemente umfasst, wobei ein Intrasegment-Pixelabstand kleiner als ein Intersegment-Pixelabstand ist; und ein an dem Durchsichtelement angeordnetes kollimierendes optisches System, um die Teilbildstücke zu einer Austrittspupille der Anzeigevorrichtung hin zu richten, wobei das kollimierende optische System in Zuordnung zu jedem der Mehrzahl Anzeigesegmente eine jeweilige Mehrzahl kollimierender optischer Elemente umfasst, von denen jedes dazu eingerichtet ist, das von dem zugeordneten Anzeigesegment ausgestrahlte Teilbildstück in im wesentlichen gleicher Richtung zu der Austrittspupille hin zu richten.
Kopftragbare Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, wobei kollimierende optische Elemente des kollimierenden optischen Systems, die längs des Anzeigebereichs in Nachbarbeziehung angeordnet sind, verschiedenen Anzeigesegmenten zugeordnet sind.
Kopftragbare Anzeigevorrichtung, umfassend: ein Durchsichtelement, welches einen transparenten Durchsichtbereich bereitstellt; eine Mehrzahl von mehr als zwei Anzeigesegmenten zur Ausstrahlung von Teilbildstücken eines Anzeigebilds, wobei die Mehrzahl der Anzeigesegmente auf dem Durchsichtelement über einen Anzeigebereich des Durchsichtelements hinweg verteilt angeordnet sind, wobei jedes der Anzeigesegmente eine Mehrzahl Pixelelemente umfasst, wobei ein Intrasegment-Pixelabstand kleiner als ein Intersegment-Pixelabstand ist; ein an dem Durchsichtelement angeordnetes kollimierendes optisches System, um die Teilbildstücke zu einer Austrittspupille der Anzeigevorrichtung hin zu richten, wobei das kollimierende optische System in Zuordnung zu jedem der Mehrzahl Anzeigesegmente mindestens ein kollimierendes optisches Element umfasst, welches dazu eingerichtet ist, das von dem zugeordneten Anzeigesegment ausgestrahlte Teilbildstück in Richtung zu der Austrittspupille zu richten; und eine Steuerschaltung zur Steuerung der Anzeigesegmente, wobei die Steuerschaltung dazu eingerichtet ist, mindestens eines der Anzeigesegmente zur Ausstrahlung eines Teilbildstücks an einer gewählten einer ersten Intrasegmentposition und einer zweiten Intrasegmentposition basierend auf einem erwarteten Augenfokussierungszustand auszustrahlen, wobei die zweite Intrasegmentposition um mindestens ein Pixelelement relativ zu der ersten Intrasegmentposition verschoben ist.
Kopftragbare Anzeigevorrichtung, umfassend: ein Durchsichtelement, welches einen transparenten Durchsichtbereich bereitstellt; eine Mehrzahl von mehr als zwei Anzeigesegmenten zur Ausstrahlung von Teilbildstücken eines Anzeigebilds, wobei die Mehrzahl der Anzeigesegmente auf dem Durchsichtelement über einen Anzeigebereich des Durchsichtelements hinweg verteilt angeordnet sind, wobei jedes der Anzeigesegmente eine Mehrzahl Pixelelemente umfasst, wobei ein Intrasegment-Pixelabstand kleiner als ein Intersegment-Pixelabstand ist; und ein an dem Durchsichtelement angeordnetes kollimierendes optisches System, um die Teilbildstücke zu einer Austrittspupille der Anzeigevorrichtung hin zu richten, wobei das kollimierende optische System in Zuordnung zu jedem der Mehrzahl Anzeigesegmente ein erstes optisches Element und ein zweites optisches Element umfasst, welche hintereinander im Ausbreitungsweg des von dem zugeordneten Anzeigesegment ausgestrahlten Teilbildstücks angeordnet sind, wobei das erste und das zweite optische Element jeweils ausgelegt sind, die Divergenz eines das Teilbildstück führenden Strahls zu verringern, wobei eines von dem ersten und dem zweiten optischen Element zur Reflexion des Strahls wirksam ist und und das andere von dem ersten und dem zweiten optischen Element zur Transmission des Strahls wirksam ist.
Kopftragbare Anzeigevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das kollimierende optische System holographische optische Elemente umfasst.