VORRICHTUNG ZUR DATEN EINSPIEGELUNG

Die vorliegende Anmeldung betrifft Vorrichtungen zur Dateneinspiegelung, insbesondere für sogenannte Datenbrillen, und optische Element für derartige Vorrichtungen.

Gattungsgemäße Vorrichtungen werden allgemein dazu verwendet, einem Benutzer Daten zur Betrachtung bereitzustellen. Der Begriff„Daten" ist dabei breit zu verstehen. Bereitgestellte Daten können beispielsweise Zeichen, Wörter, Zahlen, Bilder oder Videos umfassen. Derartige Verfahren und Vorrichtungen werden beispielsweise in sogenannten Head-Up-Displays (HUDs), beispielsweise im Automobilbereich, oder in sogenannten Datenbrillen eingesetzt. Allgemein wird dabei ein Bild entsprechend den einzuspiegelnden Daten erzeugt, welches von einem oder beiden Augen eines Benutzers betrachtet werden kann.

Eine Möglichkeit ist dabei die Verwendung eines Displays, welches ein einzuspiegelndes Bild darstellt, wobei das Bild dann durch entsprechende optische Komponenten zu einem Auge oder beiden Augen des Betrachters hin gelenkt wird, bei vielen Anwendungen überlagert mit einem Blick auf die Umgebung. In diesem Fall ist die Netzhaut eines Auges (oder beider Augen) konjugiert zu dem Display angeordnet, sodass eine bijektive Funktion zwischen Orten auf dem Display und Orten auf der Netzhaut existiert. Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise in der US 2012/0086623 A1 oder der US 2014/0226215 A1 beschrieben.

Eine weitere Möglichkeit zur Bilderzeugung ist die Verwendung einer Scannereinrichtung, bei welcher ein von einer Lichtquelle emittierter stark kollimierter Lichtstrahl, beispielsweise ein Laserstrahl, mittels einer Ablenkungseinrichtung abgelenkt wird, um so ein Bild durch Abrastern (Scannen) zu erzeugen. Durch eine derartige Ablenkungseinrichtung wird insbesondere im Endeffekt ein gesamter gewünschter Nutzbereich auf einer Netzhaut eines Auges abgescannt und dabei zeitlich synchronisiert die Intensität und/oder Farbe der Lichtquelle angepasst. Eine Bilderzeugung mit einer derartigen Scannereinrichtung ist beispielsweise in der bereits erwähnten US 2014/0226215 A1 oder der US 2014/0139404 A1 beschrieben. Die Fig. 1 zeigt ein Beispiel einer derartigen Vorrichtung. Bei der Vorrichtung der Fig. 1 erzeugt eine Lichtquelle 10, beispielsweise eine Laserlichtquelle, einen Lichtstrahl. Der Lichtstrahl wird zu einem beweglichen Spiegel 1 1 hin gelenkt, welcher als Ablenkungseinrichtung dient, um letztendlich eine Netzhaut 16 eines Auges 14 abzurastern. Hierzu wird der von dem Spiegel 1 1 reflektierte Lichtstrahl bei der Vorrichtung der Fig. 1 in ein Brillenglas 12 einer Datenbrille eingekoppelt. Der Begriff„Brillenglas" ist hier der Einfachheit halber gewählt und ist hinsichtlich des Materials nicht als einschränkend zu werten.

Insbesondere kann das Brillenglas 12 auch aus einem oder mehreren Kunststoffen gefertigt sein. Der in das Brillenglas 12 eingekoppelte Lichtstrahl wird über einen Strahlteiler 16 wieder ausgekoppelt und zu einer Pupille 15 des Auges 14 hin gelenkt. Mit 17 ist ein Punkt bezeichnet, in dem sich alle Lichtstrahlen kreuzen. Der Strahlteiler 16 kann bei anderen

Ausführungsbeispielen auch so ausgeführt sein, dass sämtliches auf ihn auftreffendes Licht zu einer Pupille 15 des Auges 14 hin gelenkt wird.

Bei derartigen Vorrichtungen existiert im Wesentlichen eine bijektive Funktion zwischen dem Ort auf der Netzhaut 16 und einer Ausrichtung (beispielsweise ausgedrückt durch einen oder mehrere Winkel) des Spiegels 1 1. Die Netzhaut 16 ist dabei Fourier-konjugiert zu der

Strahlablenkungseinrichtung, in diesem Fall dem Spiegel 1 1 , angeordnet. Für ein gegebenes optisches Design und eine gegebene Anordnung der Netzhaut relativ zur Vorrichtung ist damit der Strahlverlauf im Wesentlichen eindeutig durch einen jeweiligen Ort auf der Netzhaut festgelegt. Dies gilt zumindest lokal. Für sehr große Winkelabweichungen des Spiegels 1 1 könnte es vorkommen, dass wieder derselbe Punkt auf der Netzhaut erreicht würde, sofern die Pupille 15 hinreichend groß ist, zum Beispiel durch zwei Reflexionen mehr im Inneren des Brillenglases 12. Diese Einschränkung der obigen Eineindeutigkeit (bijektiven Funktion) ist jedoch in der Praxis üblicherweise nicht relevant und wird daher im Folgenden vernachlässigt.

Je nach optischem Design ist der Strahlverlauf für einen festen Ort auf der Netzhaut 16 unterschiedlich. Durch das Optikdesign kann insbesondere die Lage eines Schnittpunkts der Strahlen, soweit vorhanden, festgelegt werden. In Fig. 1 befindet sich der Schnittpunkt 17 beispielsweise im Wesentlichen in der Pupille 15. Bei anderen Varianten kann der Schnittpunkt auch hinter der Pupille 15 liegen. Eine derartige Variante ist in Fig. 2 dargestellt. Hier liegt der Schnittpunkt 20 innerhalb des Auges 14. Die US 2014/0139404 A1 beschreibt Vorteile einer Anordnung wie in Fig. 2, bei der sich der Schnittpunkt 20 zwischen der Pupille 15 und einem Augendrehmittelpunkt bei einer Bewegung der Augen befindet. In diesem Fall werden Strahlen, die nur außerhalb eines zentralen Seebereichs größter Schärfe der Netzhaut 16 ein Bild erzeugen würden, an der Augenpupille vignettiert. Hierdurch werden periphere Bildbestandteile, die unter Umständen irritierend wirken würden, auch ohne Augentracking, d.h. ohne Nachverfolgung einer Augenbewegung, vermieden.

In diesem Fall ist also eine Vignettierung bestimmter Teile gewünscht. Unter einer Vignettierung ist dabei wie in der Optik üblich eine Abdunklung gewisser Bildbereich zu verstehen.

In den Figuren 1 und 2 sind im Wesentlichen unendlich dünne Lichtstrahlen angenommen. In der Praxis haben Strahlen jedoch einen endlichen Durchmesser größer als Null. Je nach Strahlendurchmesser kann dies ebenfalls zu Vignettierungen führen. Dies wird nunmehr unter Bezugnahme auf die Fig. 3 erläutert.

Die Fig. 3 zeigt in den Teilfiguren A-C jeweils das Auge 14 in einer Position, in der die Pupille geradeaus gerichtet ist. Dabei sind in den Figuren A-C drei verschieden breite Lichtstrahlen 30, 31 und 32 dargestellt. Die Teilfiguren A-C zeigen beispielsweise eine Referenzsituation, d.h. eine Referenzlage und Referenzorientierung für Auge und Datenbrille. Hier ergibt sich jeweils ein Bild bestimmter Intensität auf der Netzhaut 16.

Die Teilfiguren D-F zeigen das Auge 14 in einer jeweils leicht rotierten Position relativ zu der Einfallsrichtung des Lichtstrahls, wiederum für die drei verschieden breiten Lichtstrahlen 30, 31 und 32.

Im Falle des vergleichsweise dünnen Lichtstrahls 30, dessen Strahldurchmesser viel kleiner als der Durchmesser der Pupille 15 ist, gelangt unabhängig von der Position des Auges 14 der gesamte Lichtstrahl zur Netzhaut 16. Somit erfolgt keine Vignettierung.

Der Strahl 31 entspricht in seiner Breite näherungsweise der Breite der Pupille 15. In der Fig. 3B gelangt die gesamte Strahlintensität zur Netzhaut 16. Im Gegensatz hierzu wird durch die Lageänderung des Auges 14 in Fig. 3E ein Teil des Strahldurchmessers abgeschattet, was zu einer Vignettierung, d.h. zu einer Verringerung der Bildintensität auf Netzhaut 16, führt. Eine derartige Intensitätsveränderung kann für einen Benutzer störend sein und sollte vermieden werden.

Im Falle der Figuren C und F ist der Strahldurchmesser des Strahls 32 deutlich größer als der Durchmesser der Pupille 15. Hier wird in den Fällen der Figuren 3C und 3F jeweils ein Teil des Strahls abgeschattet, wobei sich der durch die Pupille 15 abgeschattete Anteil prozentual im Wesentlichen nicht verändert. Somit tritt in diesem Fall im Wesentlichen keine Veränderung der Vignettierung und damit im Wesentlich keine Veränderung der Bildintensität auf der Netzhaut 16 eines Benutzers auf.

Um eine Vignettierung zu vermeiden, ist es also hilfreich, den Strahldurchmesser eines verwendeten Strahles bei der Pupille 15 entweder hinreichend kleiner oder hinreichend größer als den Durchmesser der Pupille 15 zu wählen. Ist der Strahldurchmesser hinreichend größer als der Pupillendurchmesser, geht jedoch relativ viel Nutzlicht durch Abschattung verloren. Außerdem muss die optische Qualität der Vorrichtung im Regelfall besser sein, um eine unerwünschte Auswaschung des Punktbildes auf der Netzhaut zu vermeiden. Daher ist es für Vorrichtungen, bei welchen das Bild durch Scannen wie in Fig. 2 dargestellt erzeugt wird, allgemein bevorzugt, einen Strahldurchmesser kleiner als der Pupillendurchmesser zu verwenden.

Bei den in Figur 1 und 2 dargestellten Vorrichtungen wird ein Strahlteiler 13 in dem Brillenglas 12 verwendet. Bei einer anderen Herangehensweise, die in Fig. 4 dargestellt ist, wird statt des Strahlteilers 13 ein Fresnel-Element 40 zur Auskopplung verwendet. Abgesehen von der Verwendung des Fresnel-Elements 40 statt des Strahlteilers 13 entspricht die Vorrichtung der Fig. 4 der Vorrichtung der Fig. 1. Zu beachten ist, dass auch hier je nach Auslegung des Fresnel-Elements 40 ein Schnittpunkt der Strahlen an unterschiedlichen Orten sein kann.

Bei einem derartigen Fresnel-Element kann es jedoch zu zusätzlichen Vignettierungen kommen. Dies ist in Fig. 5 dargestellt. Die Fig. 5 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 4 mit dem Fresnel-Element 40 und zur Veranschaulichung fünf mögliche Strahlen 50A-50F, die auf eine Facette 40A des Fresnel-Elements treffen können. Wie zu sehen ist, werden die Strahlen 50A und 50B durch die vorhergehende Facette des Fresnel-Elements zumindest abgeschwächt, was dann zu einer Vignettierung auf der Netzhaut 16 führt. In anderen Worten wird beispielsweise bei der Konfiguration der Fig. 5 ungefähr die Hälfte der Strahlen vignettiert. Somit bleibt etwa die Hälfte der„Bildpunkte" auf der Netzhaut dunkel bzw. abgedunkelt. Bei einer Verwendung eines Displays, welches optisch konjugiert zur Netzhaut 16 angeordnet ist, wäre dies weniger kritisch, da solche Displays typischerweise einen großen Lichtleitwert besitzen und bei einem großen Lichtleitwert des Displays (Quelle) ein Punkt auf der Netzhaut über viele Facetten des Fresnel-Elements beleuchtet würde. Bei der Verwendung einer Scanner-Vorrichtung wie in Fig. 4, d.h. einer Fourier-konjugierten Anordnung, gilt dies jedoch im Allgemeinen nicht. Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Möglichkeiten bereitzustellen, eine Vignettierung bei der Verwendung von Fresnel-Elementen in derartigen Vorrichtungen zu vermeide oder zumindest zu verringern. Diese Aufgabe wird gelöst durch ein optisches Element nach Anspruch 1 oder 2. Die

Unteransprüche definieren weitere Ausführungsformen des optischen Elements sowie eine Vorrichtung zur Dateneinspiegelung mit einem derartigen optischen Element.

Gemäß einem ersten Aspekt wird ein optisches Element für eine Vorrichtung zur

Dateneinspiegelung bereitgestellt, umfassend einen Träger und ein in dem Träger

bereitgestelltes Fresnel-Element zum Lenken von in dem Träger eingekoppelten Licht zu einem Auge eines Betrachters, wobei das Fresnel-Element eine Vielzahl von Facetten aufweist, wobei das Fresnel-Element derart geformt ist, dass über Beleuchtung nur von Teilbereichen der Facetten ein zusammenhängender Bereich auf einer Netzhaut des Auges beleuchtbar ist.

Gemäß einem zweiten Aspekt wird ein optisches Element für eine Vorrichtung zur

Dateneinspiegelung bereitgestellt, umfassend einen Träger, und ein in dem Träger

bereitgestelltes Fresnel-Element zum Lenken von in dem Träger eingekoppelten Licht zu einem Auge eines Betrachters, wobei das Fresnel-Element eine Vielzahl von Facetten aufweist, wobei zumindest ein Teil der Facetten des Fresnel-Elements eine negative Krümmung aufweisen kann, wobei der Krümmungsradius der negativen Krümmung für jede Facette betragsmäßig mindestens doppelt so groß ist wie ein gemittelter Krümmungsradius einer Außenseite und einer Innenseite des Trägers. Der gemittelte Krümmungsradius für den Träger kann durch die Radien des Trägers

insbesondere in einem Bereich, in dem Licht durch den Träger zu dem Fresnel-Element hingeleitet wird, und/oder in einem Bereich, in dem sich das Fresnel-Element befindet, bestimmt werden. Der Krümmungsradius der negativen Krümmung für jede Facette kann betragsmäßig mindestens doppelt so groß sein wie der gemittelte Krümmungsradius der Außenseite und der Innenseite des Trägers in dem Bereich, in dem Licht durch den Träger zu dem Fresnel-Element hingeleitet wird, und/oder in dem Bereich, in dem sich das Fresnel-Element befindet.

Durch eine derartige Ausgestaltung des Fresnel-Elements nach dem ersten oder zweiten Aspekt kann insbesondere nur ein Teilbereich des Fresnel-Elements ohne Vignettierung benutzt werden und trotzdem eine gesamte Netzhaut erfasst werden. Das Fresnel-Element des zweiten Aspekts kann derart geformt sein, dass über Beleuchtung nur von Teilbereichen der Facetten ein zusammenhängender Bereich auf einer Netzhaut des Auges beleuchtbar ist. Das Fresnel-Element des ersten oder zweiten Aspekts kann derart geformt sein, dass sich nicht alle Strahlen zwischen dem Fresnel-Element und der einer Netzhaut des Auges in einem Punkt schneiden.

Für mindestens einen Teil der Vielzahl von Facetten können sich die von einer jeweiligen Facette ausgehenden Strahlen in einem Punkt schneiden.

Ein Durchtrittspunkt von von dem Fresnel-Element ausgehenden Strahlen durch eine

Augeneintrittspupille des Auges kann nur vom Ort des Auftreffpunktes auf eine der Facetten relativ zu der jeweiligen Facette abhängen, und z.B. nicht vom Ort des Auftreffpunkts relativ zu dem gesamten Fresnel-Element abhängen.

Das Fresnel-Element kann so geformt sein, dass durch in den Träger eingekoppelte

Lichtstrahlen jeder Punkt eines gewünschten Bereichs auf einer Netzhaut des Auges erreichbar ist, ohne dass es zu Abschattungen der Lichtstrahlen durch das Fresnel-Element kommt.

Der Träger kann ein Brillenglas einer Datenbrille sein.

Des Weiteren wird eine Vorrichtung zur Dateneinspiegelung bereitgestellt, umfassend ein optisches Element wie oben beschrieben, und eine Scanner-Einrichtung zum Bereitstellen eines einstellbar ablenkbaren Lichtstrahls zum Einkoppeln in das optische Element.

Die Scanner-Einrichtung kann eine Lichtquelle und einen beweglichen Spiegel umfassen.

Das Fresnel-Element des optischen Elements kann dabei derart eingerichtet sein, dass durch Bewegung des Lichtstrahls jeder Punkt eines Zielbereichs auf einer Netzhaut eines Auges erreicht werden kann, ohne dass die von der Scanner-Einrichtung ausgehenden Lichtstrahlen durch das Fresnel-Element abgeschattet werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Vorrichtung zur Dateneinspiegelung gemäß dem Stand der Technik, Fig. 2 eine weitere Vorrichtung zur Dateneinspiegelung gemäß dem Stand der Technik, Fig. 3 Diagramme zur Erläuterung der Auswirkung verschiedener Strahldurchmesser, Fig. 4 eine weitere Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik, Fig. 5 eine vergrößerte Darstellung eines Teils der Vorrichtung der Fig. 4,

Fig. 6 eine Teilansicht einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel,

Fig. 7A und 7B Diagramme zur Erläuterung von optischen Elementen gemäß

Ausführungsbeispielen,

Fig. 8 ein Diagramm zur Erläuterung der Funktionsweise von manchen Ausführungsbeispielen,

Fig. 9 ein weiteres Diagramm zur Erläuterung der Funktionsweise von manchen

Ausführungsbeispielen,

Fig. 10A und 10B Ansichten einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel,

Fig. 1 1 A und 1 1 B Ansichten eines Vergleichsbeispiels, und Fig. 12A und 12B Ansichten von einer Vorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.

Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsbeispiele detailliert erläutert. Diese

Ausführungsbeispiele dienen lediglich der Veranschaulichung und sind nicht als einschränkend auszulegen. Insbesondere ist eine Beschreibung eines Ausführungsbeispiels mit einer Vielzahl von Merkmalen nicht dahingehend auszulegen, dass alle diese Merkmale zur Ausführung des jeweiligen Ausführungsbeispiels notwendig sind. Vielmehr können bei anderen

Ausführungsbeispielen manche der dargestellten Merkmale weggelassen sein und/oder durch alternative Merkmale ersetzt werden. Zudem oder alternativ können auch weitere Merkmale oder Elemente abgesehen von den dargestellten bereitgestellt sein. Merkmale verschiedener Ausführungsbeispiele können miteinander kombiniert werden, sofern nichts anderes angegeben ist. Zur Vereinfachung tragen in den Figuren gleiche oder einander entsprechende Elemente die gleichen Bezugszeichen. Die im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele beziehen sich insbesondere auf eine Vorrichtung zur Dateneinspiegelung mit einer Scanner-Einrichtung, d.h. einer Lichtquelle und einer Ablenkungseinrichtung, wie sie in der Beschreibungseinleitung bereits detailliert beschrieben wurde. Elemente von nachfolgend beschriebenen

Ausführungsbeispielen, welche bereits in der Beschreibungseinleitung diskutiert wurden, tragen die gleichen Bezugszeichen und werden nicht nochmals detailliert erläutert. Insbesondere beziehen sich Ausführungsbeispiele auf eine besondere Ausgestaltung eines Fresnel-Elements, das beispielsweise das Fresnel-Element 40 der Fig. 4 ersetzen kann. Verbunden hiermit ist bei Ausführungsbeispielen eine Ansteuerung der Ablenkeinrichtung 1 1 derart, dass nur noch ein Teil der Facetten zur Erzeugung eines Bilds auf einer Netzhaut eines Auges berücksichtigt wird.

Die Fig. 6 zeigt einen Teil einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel. Insbesondere zeigt die Vorrichtung der Fig. 6 ein Brillenglas 12 mit einem Fresnel-Element 60, welches entsprechend einem Ausführungsbeispiel ausgestaltet ist. Das Brillenglas 12 zusammen mit dem Fresnel-Element 60 bilden zusammen ein optisches Element gemäß einem

Ausführungsbeispiel. Des Weiteren sind als Beispiel Lichtstrahlen 63 dargestellt, welche beispielsweise von einer (in Fig. 6 nicht explizit gezeigten) Scanner-Einrichtung, z.B. wie sie in der Beschreibungseinleitung diskutiert wurde und wie sie in den Figuren 1 , 2 und 4 dargestellt ist (Lichtquelle 10 und Spiegel 1 1 ) erzeugt werden. Die Lichtstrahlen 63 beleuchten dabei nur einen Teilbereich auf einer oder mehrerer Facetten des Fresnel-Elements 60.

Die Facetten des Fresnel-Elements 60 sind dabei so ausgestaltet, dass trotz der nur teilweisen Nutzung der Facetten dennoch ein gesamter gewünschter Bereich der Netzhaut 16 des Auges kontinuierlich ausgeleuchtet wird. Dies führt bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 6 dazu, dass es keinen einzigen gemeinsamen Schnittpunkt für alle Strahlen mehr gibt. Vielmehr gibt es für die Strahlengänge der beiden eingezeichneten Facetten nun zwei Schnittpunkte 61 , 62, in welchen sich jeweils nur ein Teil der Strahlen schneidet. Bei anderen Ausführungsbeispielen können auch mehr als zwei derartige Schnittpunkte vorhanden sein, z.B. ein Schnittpunkt je genutzter Facette des Fresnel-Elements 60. Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 6 liegen die Schnittpunkte 61 , 62 vor der Pupille 15 des Auges 14. Bei anderen Ausführungsbeispielen ist auch eine andere Lage der Schnittpunkte 61 , 62 möglich. Insbesondere müssen Strahlen am Rand jeder Facette zur Beleuchtung der gesamten Netzhaut anders als Strahlen in der Mitte jeder Facette des Fresnel-Elements 60 abgelenkt werden. Einige konkrete Implementierungsbeispiele für derartige Fresnel-Elemente werden später erläutert.

Um dies zu veranschaulichen, zeigen die Figuren 7A und 7B einen Strahlengang für einen Fall, dass Vignettierung erlaubt wäre (Fig. 7A) sowie einen Strahlengang, wie er in

Ausführungsbeispielen verwendet wird, um Vignettierung zu vermeiden (Fig. 7B). Strahlen von verschiedenen Facetten eines Fresnel-Elements sind verschieden gekennzeichnet. Dabei wird jeweils der Strahlengang zwischen dem Fresnel-Element (Fresnel-Fläche; jeweils oben in den Diagrammen der Figuren 7A und 7B) und der Netzhaut (unten in Figuren 7A und 7B) dargestellt. Die Figuren 7A und 7B vernachlässigen dabei zur Veranschaulichung die endliche Pfeilhöhe des Fresnel-Elements, Grundkrümmung des Elements sowie die Brechkraft des Auges. Wie zu sehen ist, schneiden sich im Fall der Fig. 7A alle Strahlen in einem Punkt, während es in Fig. 7B für jede Facette einen Schnittpunkt gibt.

Bei derartigen Ausführungsbeispielen ist also jeder Facette ein bestimmter Bereich der

Netzhaut zugeordnet. Dies wird unter Bezugnahme auf Fig. 8 näher erläutert. In Fig. 8 ist ein Teil eines Fresnel-Elements 40 aus Fig. 4 bzw. 60 aus Fig. 6 dargestellt, insbesondere ein Bereich 84 einer Facette 86. Mittels dieser Facette wird ein Bereich 85 der Netzhaut 16 beleuchtet.

Bei dem herkömmlichen Fresnel-Element 40 wird ein Strahl, welcher in der Mitte des Bereichs 84 auf die Facette 86 trifft, entsprechend einem Strahl 80 auch in die Mitte des Bereichs 85 der Netzhaut gelenkt. Ein Strahl, der auf den Rand der Facette 86 trifft, wird entsprechend einem Strahl 82 auch an den Rand des Bereichs 85 gelenkt.

Bei dem Fresnel-Element 60 gemäß einem Ausführungsbeispiel wird hingegen der in Fig. 8 linke Teil des Bereichs 84 nicht genutzt. Ein Strahl, der in die Mitte des Bereichs 84 trifft, wird daher entsprechend einem eingezeichneten Strahl 81 an den rechten Rand des Bereichs 85 gelenkt. Ein Lichtstrahl, der an den rechten Rand des Bereichs 84 trifft, wird entsprechend dem Strahl 83 (welcher dem Strahl 82 entspricht) zum linken Rand des Bereichs 85 gelenkt, sodass insgesamt der gesamte Bereich 85 ausgeleuchtet werden kann. In Fig. 9 sind zusätzlich zu den bereits in Fig. 8 dargestellten Komponenten schematisch Oberflächenverläufe für die Facette 86 sowohl für den herkömmlichen Fall (z.B. Fresnel- Element 40) als auch für den Fall gemäß einem Ausführungsbeispiel (z.B. Fresnel-Element 60) dargestellt. Eine Kurve 91 zeigt dabei den Verlauf der Oberfläche einer Facette bei einem Ausführungsbeispiel von der Mitte bis zum Rand an, während eine Kurve 92 ein Beispiel für einen Verlauf einer herkömmlichen Facette zeigt. Am rechten Rand der Facette 86 (rechter durchgezogener Teil der Kurven 91 , 92) ist bei dem dargestellten Beispiel der Verlauf identisch, da auch der Verlauf der Strahlen 82, 83 im Wesentlichen identisch ist. In der Mitte (linker durchgezogener Teil der Kurven 91 , 92) unterscheidet sich jedoch die Steigung deutlich, entsprechend dem unterschiedlichen Verlauf der Lichtstrahlen 80, 81 . Der gestrichelte Teil zwischen den durchgezogenen Teilen der Kurven 91 , 92 zeigt schematisch die Verbindung der Oberflächenneigungen. Somit ergibt sich bei der herkömmlichen Lösung (Kurve 92) tendenziell eine konvexe Form der Facetten, während sich bei erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen (Kurve 91 ) in dem optisch genutzten Bereich der Facette tendenziell eine konkave Form, jeweils bei Betrachtung von einer Seite, von der die Strahlen auf die Facette treffen.

Die obigen konvexen und konkaven Formen werden modifiziert basierend auf der örtlichen Richtungsverteilung der auf das Fresnel-Element von der Lichtquelle her einfallenden Strahlen, was den in den Kurven 91 und 92 gezeigten Verlauf ändert. Dieser Effekt liegt in der

Größenordnung der Krümmung beispielweise des Brillenglases 12 der vorhergehenden

Figuren. Der Unterschied zwischen der Krümmung gemäß der Kurve 91 und der Kurve 92 ist jedoch größer als dieser Effekt.

Im Folgenden werden nun unter Bezugnahme auf die Figuren 10 und 12 noch konkrete

Beispiele von Ausführungsbeispielen von Fresnel-Elemente erläutert. Fig. 1 1 zeigt ein

Vergleichsbeispiel.

Die Figuren 10A und 10B zeigen ein Ausführungsbeispiel eines Fresnel-Elements 100, dessen Grundfläche eine Ebene ist. D.h., dass bei diesem Fall eine Grundkrümmung eines Trägers, beispielsweise eines Brillenglases 101 , nicht in einer Grundkrümmung des Fresnel-Elements berücksichtigt ist. Fig. 10B ist eine vergrößerte Teilansicht des Ausführungsbeispiels der Fig. 10A. Wie zu sehen ist, wird von jeder Facette des Fresnel-Elements 100 nur ein Teil genutzt, was eine Vignettierung verhindert und zu einer Vielzahl von einzelnen Strahlenbündeln führt. Die folgende Tabelle gibt Steigungen und Krümmungen des Fresnel-Elements der Figuren 10A und 10B an. Die erste Zeile( Facettennr. 1 ) entspricht dabei der Facette, die einer Nase eines Benutzers im Falle einer Datenbrille am nächsten liegt, im Fall der Figuren 10A und 10B also der am weitesten rechts liegenden Facette.

Eine positive Krümmung entspricht einer konvexen Anordnung (Kuppel), eine negative

Krümmung einer Schüssel. Das Vorzeichen der Krümmung bezieht sich hierbei auf die

Betrachtung von einer Seite, von der die Strahlen auf die Facette treffen. Die Figuren 1 1A und 1 1 B zeigen ein Vergleichsbeispiel eines Fresnel-Elements 1 10 in einem Träger 1 1 1 (beispielsweise einem Brillenglas), wobei jeweils eine Gesamtfläche der Facetten des Fresnel-Elements 1 10 genutzt wird. Insbesondere in der vergrößerten Darstellung der Fig. 1 1 B ist zu sehen, dass ein signifikanter Anteil der Strahlen vignettiert wird und daher nicht oder nur stark abgeschwächt zum Auge übertragen werden würde.

In dem Fall, dass die Grundfläche des Fresnel-Elements 1 10 eine Ebene ist (wie bei dem Fresnel-Element 100 der Fig. 10), beträgt die Krümmung der einzelnen Facetten bei dem dargestellten Beispiel -0,01 19253542239191 mm ^-1 , ist also um einen Faktor größer als 2 kleiner als die Krümmung der Facetten im Beispiel der Fig. 10. Somit ist hier das Ausführungsbeispiel deutlich„konvexer" als das Vergleichsbeispiel.

In den Figuren 12A und 12B ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Fresnel-Elements 120 dargestellt, welches ein einem Träger 121 , beispielsweise einem Brillenglas, angeordnet ist. Die Fig. 12B zeigt wiederum eine vergrößerte Ansicht der Fig. 12A. Im Falle der Fig. 12 ist die Grundfläche des Fresnel-Elements einer Sphäre, d.h., die Grundkrümmung des Brillenglases ist in einer Grundkrümmung des Fresnel-Elements. Die Steigungen und Krümmungen der

Facetten des Fresnel-Elements 120 der Fig. 12 sind in folgender Tabelle angegeben: Fresnel-

Steigung Krümmung [mm ^-1 ]

Elementnr.

1 0.6186428000366064 -0.03013769086033679

2 0.593778321 1209934 -0.02829216591286912

3 0.5699066335891513 -0.02669946640810734

4 0.5468785058999022 -0.02532952759859883

5 0.5245565207532827 -0.02415426712589405

6 0.5028179252428867 -0.02314560478997109

7 0.4815557452649128 -0.02227658558182128

Im Falle des Vergleichsbeispiels der Fig. 1 1 für den Fall, in dem die Grundfläche eine Sphäre ist, wäre die Krümmung jeder Facette -0,007693623733758157 mm ^"1 . Die Grundkrümmung der Sphäre entspricht bei diesem Beispiel -0,0078740157480315 mm ^"1 . Auch in diesem Fall ist die Krümmung des Ausführungsbeispiels der Fig. 12 mehr als einen Faktor 2 größer als die Krümmung des Vergleichsbeispiels.

Insbesondere kann die Krümmung bei manchen Ausführungsbeispielen negativ und

betragsmäßig mindestens doppelt so groß wie ein gemittelter Krümmungsradius von Außen- und Innenseite der Brille sein.

Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen ist das Fresnel-Element so geformt, dass zwar nur ein Teil der Facette benutzt werden, jedoch durch eine entsprechende Ablenkeinrichtung jeder Punkt eines Zielbereichs auf der Netzhaut erreicht werden kann, ohne dass es zu Abschattung kommt. Ein Sichtbereich (field of view) bei den Beispielen der Figuren 10-12 kann

beispielsweise einen Gesamtwinkel von 20 Grad umfassen. Die Dicke der Träger 101 , 1 1 1 und 121 kann 7,5 mm sein.

Die Strahlen zwischen Fresnel-Element und Netzhaut schneiden sich wie erwähnt bei manchen Ausführungsbeispielen in mehr als einem Punkt. Der Durchtrittspunkt der Strahlen durch die Augeneintrittspupille kann dabei im Wesentlichen nur vom Ort des Auftreffens auf eine Fresnel- Facette relativ zur Fresnel-Facette, nicht aber vom Ort des Auftreffens relativ zum gesamten Fresnel-Element abhängen. Das Fresnel-Element in den dargestellten Ausführungsbeispielen ist so geformt, dass jeder Facette ein Bereich der Netzhaut zugeordnet ist, benachbarte Facetten benachbarte Bereiche der Netzhaut zugeordnet sind und die Zuordnung auf der Netzhaut keine Lücken aufweist (also die gesamte Netzhaut bzw. ein gesamter gewünschter Bereich der Netzhaut kontinuierlich beleuchtet werden kann. Überlappungen sind grundsätzlich möglich. Dabei wird bei den dargestellten Ausführungsbeispielen nur ein Teil jeder Facette genutzt. Die oben dargestellten Beispiele dienen lediglich der Veranschaulichung und sind nicht als einschränkend auszulegen.