DE102008002809A1 - Micromechanical device for e.g. binoculars, has image processing units, and imaging element and position, orientation or movement detecting system that are mechanically and fixedly connected with each other at common component - Google Patents

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Abstract

The device has imaging elements e.g. micro opto electromechanical systems, for deflecting light beams (2), and systems for detecting position, orientation or movement of the device. Modification of imaging is performed based on data related to the position, the orientation or the movement of the device. One of the elements and one of the systems are mechanically and fixedly connected with each other at a common component. Image processing units are provided for image section selection, image selection, image stabilization and/or image correction.

Description

Die Erfindung betrifft eine mikromechanische Vorrichtung bestehend aus bildgebenden Elementen zur Ablenkung von Lichtstrahlen sowie einem System zur Erfassung von Position, Orientierung oder Bewegung der Vorrichtung, indem durch die Position, Orientierung oder Bewegung eine Beeinflussung auf die Bildgebung erzielt wird. Insbesondere ist es Gegenstand der vorliegenden Erfindung, ein integriertes System zur Bilderzeugung, Bewegungserkennung und schnellen Bildstabilisierung anzubieten.The The invention relates to a micromechanical device consisting of imaging elements for the deflection of light rays and a System for detecting position, orientation or movement of the Device by moving through the position, orientation or movement an influence on the imaging is achieved. Especially It is the subject of the present invention, an integrated system for image generation, motion detection and fast image stabilization offer.

Mit Mikromechanik wird ein Bereich der Mikrosystemtechnik bezeichnet, der die Konstruktion, Herstellung und Anwendung kleinster mechanischer Bauelemente von wenigen bis mehreren 100 μm betrifft.With Micromechanics is an area of microsystem technology called the design, manufacture and application of the smallest mechanical components from a few to several 100 microns.

Digitale „Multimediabrillen” sind seit einigen Jahren immer wieder auf den Markt gekommen.Digital "multimedia lozenges" are been on the market again and again for several years.

Bisher wurden meist kombinierte Systeme mit LCD Bildquellen und komplex geformten Spiegeln benutzt, die eine virtuelle Leinwand vor dem Betrachter erscheinen lassen.So far were mostly combined systems with LCD image sources and complex used shaped mirrors that create a virtual screen in front of the Let the viewer appear.

Das entworfene Bild erscheint dem Betrachter virtuell etwa so groß wie ein 40 Zoll Flachbildschirm in einigen Metern Abstand.The designed image appears to the viewer virtually as big as a 40 inch flat screen at a few meters distance.

Das Videosignal wird über ein Kabel oder Drahtlos zugeführt. Da die beiden Bildquellen für das linke bzw. rechte Auge prinzipiell getrennt ansteuerbar sind, können auch Stereobilder/3D Projektionen realisiert werden, indem links und rechts entsprechend stereografisch unterschiedliche Bilder eingespeist werden.The Video signal is supplied via a cable or wireless. Because the two image sources for the left and right eye in principle separately controllable, can also stereo images / 3D Projections are realized by corresponding left and right stereotypically different images are fed.

In allen bisherigen Videobrillen für den Konsumermarkt war und ist das Bild bezogen auf die Videobrille ortsfest, und wenn die Brille fest auf dem Kopf sitzt, ebenso fix bezogen auf die Kopfposition. D. h. wenn der Nutzer den Kopf bewegt, bewegt sich das beobachtbare Bild mit.In all previous video glasses for the consumer market was and is the image fixed relative to the video glasses, and if the glasses are firmly on the head, also fix based on the head position. D. H. when the user moves his head, the observable moves Picture with.

In komplexeren Videobrillen für „Virtual Reality Anwendungen” und/oder Nachtsichtgeräten etc. kommen zudem Methoden zur Bildstabilisierung zum Einsatz. Diese nutzen Sensorsignale, die von der Bewegung ausgelöst werden, um die Bildachsen zu stabilisieren. Auf diese Weise kann auch ein künstlicher Horizont geschaffen werden.In more complex video glasses for "Virtual Reality Applications "and / or night vision devices, etc. come In addition, image stabilization methods are used. Use these Sensor signals that are triggered by the movement to to stabilize the image axes. In this way can also be an artificial horizon be created.

Bisherige Systeme beinhalten separate Sensoren, separate Bildgebende Systeme und separate Rechnereinheiten zur Errechnung der digital stabilisierten Bilder. Diese sind vergleichsweise groß im Raumvolumen und zudem wenig effizient in der Energie.Previous Systems include separate sensors, separate imaging systems and separate computer units for calculating the digitally stabilized Images. These are comparatively large in volume and also less efficient in energy.

Eine weitere Möglichkeit zur Bilderzeugung für tragbare Geräte wie Videobrillen bietet die Lasertechnologie. In den Jahren zwischen 2001 und 2003 projektierte man Bildprojektoren mit ultraschwachen dreifarbigen Laserlichtquellen, die mittels holografischer Spiegel, die durch das „Brillenglas” entworfen werden, auf die Netzhaut des Auges projizieren sollten. Als Ablenkeinrichtungen sollten in Resonanz schwingende Mikrospiegel benutzt werden. Diese aber erzeugen einen kreis- bzw. spiralförmig fortschreitenden Bildaufbau und dies wiederum erfordert eine komplexe Umrechnung herkömmlicher orthogonal formatierter Bilddaten.A another way to image for portable Devices such as video glasses offers the laser technology. In Between the years 2001 and 2003 projected projectors with ultra-bright tri-color laser light sources using holographic Mirrors designed by the "spectacle lens" should project onto the retina of the eye. As deflectors should be used in resonating micromirrors. These, however create a circular or spiral progressing Image construction and this in turn requires a complex conversion conventional orthogonal formatted image data.

Alternativ zu den zweiachsig schwingenden Mirospiegeln kennt man aus der Projektorentechnik seit den 90er Jahren die flächig angeordneten Mikrospiegel-Arrays zur Bilderzeugung, das sog. Digitale Modulationsverfahren DLP (Digital Light Processing). Die Masse und Baugröße für solche DLP Systeme sind jedoch so hoch, dass ein Einsatz in einem kopfgebundenen bildgebenden System oder gar einer leichten Videobrille nicht sinnvoll ist.alternative since the two-axis oscillating mirrors are known from the projector technology since The 1990s, the areal micro-mirror arrays for image generation, the so-called digital modulation method DLP (Digital Light processing). The mass and size for However, such DLP systems are so high that one use in one Head-mounted imaging system or even a light video glasses does not make sense.

Basis vieler bildgebender Technologien sind, wie oben beschrieben, M(O)EMS Optiken, also Mikro(Opto)Elektro-Mechanische Systeme. Dabei gibt es unterschiedlichste Ausführungen, teils mit sehr speziellen, teils auch mit sehr universellen Anwendungsmöglichkeiten.Base Many imaging technologies are, as described above, M (O) EMS Optics, ie micro (opto) electro-mechanical systems. There are various designs, some with very special, sometimes also with very universal applications.

In DE 19523886 und US 6016217 wird ein System an Chip mit Streifenspiegeln („micro swivel actuator”) vorgestellt. Die kleinen Spiegelstreifen werden durch elektrische Kräfte ausgelenkt und können so zu Bildgebung durch Lichtablenkung benutzt werden.In DE 19523886 and US 6016217 a system is presented to chip with micro mirrors ("micro swivel actuator"). The small mirror strips are deflected by electrical forces and can thus be used for imaging by light deflection.

Ein anderes Sytem ist in DE 4229507 und US 5408355 beschrieben und beinhaltet eine vor allem dreidimensional bewegliche Anordnung eines Mikrospiegels, mit entsprechend ausgeführter Lagerung. Diese Systeme sind nicht auf die DLP Modulationstechnik ausgerichtet, sondern auf analoge Führung der Strahlwinkel in typischerweise zwei Raumwinkel und zudem direkte Anpassung der Strahlweglänge und der Spiegelposition.Another system is in DE 4229507 and US 5408355 described and includes a particularly three-dimensionally movable arrangement of a micromirror, with appropriately executed storage. These systems are not geared to the DLP modulation technique, but to analogue guidance of the beam angles in typically two solid angles and, in addition, direct adaptation of the beam path length and the mirror position.

Seit 2000 werden – ebenso auf Basis von speziellen Mikrospiegeln – Projektionssysteme erforscht, die Bilder direkt auf die Netzhaut des Auges projizieren sollte. Sie verwenden 2-achsig in Eigenresonanz schwingender M(O)EMS Spiegel. Deshalb erzeugen sie z. B. zirkular formatierte Bilder. Dabei werden sehr schwache und folglich ungefährliche Laserstrahlen auf die Netzhaut fokussiert. Um dies zu ermöglichen ist ein echter oder ein holografischen virtueller Reflektor erforderlich, um die Lichtstrahlen von hinten am Kopf kommend zurück zum Auge zu reflektieren. Der Rechenaufwand zur Umformatierung der Videobilder erforderte die maximale Geschwindigkeit mobiler Prozessoren und die Lauffähigkeit der mobilen Systeme.Since 2000, projection systems have also been researched on the basis of special micromirrors, which should project images directly onto the retina of the eye. They use 2-axis self-resonant M (O) EMS mirrors. Therefore, they generate z. B. circular formatted images. Very weak and thus harmless laser beams are focused on the retina. To make this possible, a real or a holographic virtual reflector is required to reflect the light rays coming from behind the head back to the eye. The computational effort for reformatting The video images required the maximum speed of mobile processors and the viability of mobile systems.

So weit hatte keines der bisher beschriebenen Systeme eine Bildstabilisierung. Diesen Aufwand betrieb man aber für spezifische Anwendungen, zumindest in der Planung und Konzeptionierung:
Aus WO 1998/037691 ist ein als Nachtsichtgerät benutzbares adaptives Kamerasystem bekannt, bei der die Eigenbewegung der Kameraeinheit durch Kopfbewegungssensoren zur Stabilisierung der Blickachse benutzt wird.
So far, none of the systems described so far had an image stabilization. However, this effort was spent on specific applications, at least in planning and conceptual design:
Out WO 1998/037691 An adaptive camera system which can be used as a night vision device is known, in which the proper movement of the camera unit by head movement sensors is used to stabilize the visual axis.

Zur Bildstabilisierung werden Gyrometer und Accelerometer eingesetzt. Siese sind in Sensoren montiert. Alternativ kann die Kopfposition auch von aussen optisch oder mitels anderer Sensoren bestimmt werden. Zudem lässt sich die Augenposition aus Reflexionsmessungen an der Hornhaut erfassen. Daraus kann man mit mathematischen Methoden die erforderliche Richtung und den Bildausschnitt für die stabilisierte Bilderzeugung errechnen. In sen modernen Fällen stammen die Messsignale von MEMS basierten Sensoren (Mikro Elektro-Mechanische Systeme), wie sie ähnlich auch in Navigationsgeräten im Auto Einsatz finden, also Bewegungssensoren, Beschleunigungssensoren und Gyrometer etc.. Diese senden Signale an die separate Recheneinheit, die daraufhin die Bildmanipulation im separaten Bildgebenden Element (z. B. Bildschirm) durchführt.to Image stabilization gyrometer and accelerometer are used. These are mounted in sensors. Alternatively, the head position also be determined from the outside visually or with other sensors. In addition, the eye position can be derived from reflection measurements on the cornea. This can be done with mathematical methods the required direction and the image detail for the calculate stabilized image generation. In sen modern cases The measurement signals come from MEMS-based sensors (micro electro-mechanical Systems), as they are similar in navigation devices find use in the car, so motion sensors, acceleration sensors and gyrometer etc. These send signals to the separate arithmetic unit, then the image manipulation in the separate imaging element (eg screen).

In allen Fällen bisher aufgetauchten Systemen sind die funktionellen Einheiten, die diese Leistung gemeinsam erbringen, separat aufgebaut:

  • – Bilderzeugungssystem
  • – Sensorisches System
  • – Rechensystem zur Bildmanipulation
In all cases of systems that have appeared so far, the functional units that perform this service together are organized separately:
  • - Image generation system
  • - Sensory system
  • - Computer system for image manipulation

Grund für den bisher sehr mangelhaften Erfolg von Videobrillen im Markt waren insbesondere, dass

  • – die Raum-Bildstabilisierung fehlt
  • – oder nicht zufriedenstellend funktioniert
  • – insbesondere zu langsam wäre
  • – und zu hohen Preisen führen würde
  • – und sehr viel Energie verbraucht
  • – und viel Platz beansprucht
  • – was zu erheblichen Einschränkungen der Mobilität führt
Reason for the so far very poor success of video glasses in the market were in particular that
  • - the space-image stabilization is missing
  • - or not working satisfactorily
  • - especially too slow
  • - and lead to high prices
  • - and consumes a lot of energy
  • - and claimed a lot of space
  • - which leads to significant restrictions on mobility

Der Markt wird also bisher nur mit Videobrillen versorgt, die zwar inzwischen preiswert und leicht geworden sind, und auch angemessene Mobilitätsdauer erreichen, doch muss aus oben genannten Gründen bis heute auf eine effiziente Bildstabilisierung verzichtet werden, weil dies nicht wirtschaftlich darstellbar wäre.Of the So market is so far only supplied with video glasses, although now cheap and easy, and also reasonable mobility duration Achieve, but for the reasons mentioned above until today to be dispensed with an efficient image stabilization, because this would not be economically feasible.

Den Benutzer stört es erheblich, dass das virtuelle Bild nicht fest im Raum steht, oder nicht schnell genug der Bewegung des Kopfs folgt. Der Körper versucht also das Bild zu stabilisieren, was zu Verkrampfungen im Nackenbereich führt. Eine langfristige Nutzung solcher Videobrillen war deshalb bisher nicht ratsam, ja sogar schädlich.The User bothers considerably that the virtual image is not standing firmly in the room, or not fast enough the movement of the head follows. The body tries to stabilize the image, which leads to cramps in the neck area. A long-term Use of such video glasses was therefore not advisable, yes even harmful.

Das Marketing und der Markterfolg solcher Videobrillen war bislang also sehr behindert.The Marketing and the market success of such video glasses has been so far very disabled.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine mikromechanische Vorrichtung anzubieten, die besonders vorteilhafte Gebrauchs- und/oder Herstelleigenschaften aufweist.Of the Invention is based on the object, a micromechanical device offering particularly advantageous utility and / or manufacturing properties having.

Die Aufgabe wird gelöst durch die mikromechanische Vorrichtung nach Schutzanspruch 1. Vorteilhafte Ausführungsformen der mikromechanischen Vorrichtung werden in den Unteransprüchen 2–9 beschrieben.The Task is solved by the micromechanical device for protection claim 1. Advantageous embodiments of Micromechanical device are in the subclaims 2-9 described.

Erfindungsgemäß ist die mikromechanische Vorrichtung, insbesondere für eine Videobrille mit Bildstabilisierung dergestalt aufgebaut:

  • – die sensorischen Einheiten (z. B. Bewegungssensoren, MEMS Elemente oder andere) sind in den Baustein integriert
  • – die das Bild manipulierenden Einheiten (z. B. Mikrospiegel, MOEMS Elemente oder andere) sind in den Baustein integriert
According to the invention, the micromechanical device, in particular for a video lens with image stabilization, is constructed in such a way:
  • - The sensory units (eg motion sensors, MEMS elements or others) are integrated in the device
  • - The units manipulating the image (eg micromirrors, MOEMS elements or others) are integrated into the device

Vorteilhafte Ausführungsformen können folgendende Merkmale enthalten:

  • – Die bildberechnenden Einheiten (z. B. Videoprozessoren, CPUs, ASICs oder andere) sind in den Baustein integriert.
  • – Die Schnittstelle für Benutzer-Kontrolleinrichtungen des Systems ist in den Baustein integriert.
Advantageous embodiments may include the following features:
  • The image-calculating units (eg video processors, CPUs, ASICs or others) are integrated in the module.
  • - The interface for user control devices of the system is integrated in the block.

Dabei wird ein an sich herkömmliches Videosignal eingespielt, anhand der sensorischen Information in der integrierten Rechnereinheit digital so manipuliert, dass ein wie gewünscht bildstabilisiertes Bild entsteht. Im Bezugssystem der Brille betrachtet wird der Bildausschnitt und ggfs auch die Positionen und Winkel der Bildgebung so verändert, dass der gewünschte Eindruck entsteht, insbesondere der Eindruck eines bewegungsunabhängig stabilisierten Bildes, das im Raum fest zu stehen scheint oder eines künstlichen Horizonts, der auch bei Kopfbewegung nicht wankt oder zittert.there If a conventional video signal is played, based on the sensory information in the integrated computer unit digitally manipulated so that a picture-stabilized image as desired arises. In the reference frame of the glasses is considered the image section and if necessary also the positions and angles of the imaging changed so that the desired impression is created, especially the impression of a motion - independent stabilized image, which in the Space seems to be fixed or of an artificial horizon, which does not stagger or shake even when moving your head.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann das angezeigte Bild mit real sichtbaren Bildern überlagert werden, z. B. mittels halbdurchlässiger Brillengläser. Dies kann dazu dienen, im sichtbaren Bild hinweise einzublenden oder bestimmte Elemente hervorzuheben oder auch abzuschwächen bzw. auszublenden und vieles mehr.In a particularly advantageous embodiment, the superimposed displayed image with real visible images be, for. B. by means of semipermeable lenses. This can be used to show hints in the visible image or to highlight or mitigate certain elements or hide and much more.

Kennzeichnend ist die Integration in ein kompaktes und energieeffizientes sowie massearmes System, vorzugsweise in einen Baustein, der leicht und sicher an einer kopfgebundenen Vorrichtung, wie z. B. einer Videobrille, Montiert werden kann.characteristic is the integration into a compact and energy efficient as well low-mass system, preferably in a building block, easy and safe on a head-mounted device, such. A video glasses, Can be mounted.

Ob die Lichtquelle für die Bilderzeugung dabei aus Lasern besteht, oder aus anderen Lichtquellen, ist dafür unerheblich.If the light source for the imaging of lasers exists, or from other sources of light, is irrelevant.

Für den Fall, dass Laser oder andere Punktlichtquellen zur Anwendung kommen, sind diese dem Bildaufbau entsprechend abzulenken.For the case that laser or other point light sources are used come, these are to distract the image structure accordingly.

Ohne schnelle und präzise Real-Time Bildstabilisierung kommt es zu folgenden störenden Effekten:

  • – Das Bild bewegt sich mit dem Kopf mit, was unnatürlich ist
  • – Der Nutzer versucht krampfhaft den Kopf zu stabilisieren, um einen virtuellen Horizont einzustellen
  • – Überlagerungen eingespielter Bilder mit echten Sichbildern sind nicht möglich uder führen zu Geisterbildern bei Bewegung, weil das Bild nicht schnell genug nachgeführt werden kann.
  • – Die Nutzer leiden unter Orientierungsverlust und so genannter Simulatorenkrankheit
  • – Die Nutzer leiden unter Verkrampfungen der Skelettmuskulatur und der Augenmuskeln
  • – Die Hersteller müssen die Geräte, Videobrillen mit deutlich sichtbaren Warnungen versehen, dass die Augen und das Sehzentrum bei längerer Nutzung ogne Bildstabilisierung Schaden leiden können (wie z. B. bei Olympus 2001)
  • – Die Nutzungsdauer der Videobrillen muss ggfs technisch auf erträgliche Zeiten beschränkt werden (wie z. B. bei Olympus 2001)
Without fast and precise real-time image stabilization, the following disturbing effects occur:
  • - The picture moves with the head, which is unnatural
  • - The user desperately tries to stabilize the head to set a virtual horizon
  • - Overlays of recorded images with real images are not possible or lead to ghosting when moving, because the image can not be tracked fast enough.
  • - Users suffer from loss of orientation and so-called simulator disease
  • - Users suffer from cramping of the skeletal muscles and the eye muscles
  • - The manufacturers must provide the devices, video glasses with clearly visible warnings that the eyes and the visual center may suffer image stabilization during prolonged use (as in the case of Olympus 2001)
  • - The useful life of the video glasses must be technically limited to tolerable times (such as in Olympus 2001)

Ursächlich ist, dass die separate Ausführung der Sensoren, Bilderzeuger und Rechnereinheiten mit den dazwischen liegenden Schnittstellen und Leitungswegen zu langen Rechenzeiten, Verzögerter Nachführung und hohem Energieverbrauch führt.causal is that the separate version of the sensors, imagers and computer units with the intervening interfaces and conduction paths for long calculation times, delayed tracking and high energy consumption.

Insbesondere sind bisherige Systeme mit Stabilisierung der Blickachse nicht auf schnelle kleine Bildänderungen angepasst, da dies durch die Systemarchitektur (getrennte Module der bildgebenden Einheit, der Sensoren, der Steuermodule und der Stromversorgung) nicht gewährleistet wurde.Especially Previous systems with stabilization of the visual axis are not on fast small image changes adapted as this is due the system architecture (separate modules of the imaging unit, the sensors, the control modules and the power supply) is not guaranteed has been.

Die mikromechanische Vorrichtung ist anhand eines Ausführungsbeispieles in der Zeichnungsfigur weiter erläutert. Es zeigtThe Micromechanical device is based on an embodiment further explained in the drawing figure. It shows

1 eine schematische Darstellung einer mikromechanischen Vorrichtung. 1 a schematic representation of a micromechanical device.

1 beschreibt ein integriertes System auf einem Chip bzw. einem massiven integrierten Baustein. Die Lichtquelle 1, z. B. ein oder mehrere Laser, senden Lichtstrahlen 2 auf das erste als ablenkende Spiegel ausgestaltete optische Elemente 3, 4, 5. Dabei findet eine Strahlablenkung und z. B. Bilderzeugung statt. Das beispielhafte System nutzt z. B. zwei vorzugsweise orthogonal gekreuzte Spiegel. Man könnte auch eine andere Kombination mehrachsiger Spiegel verwenden. Angesteuert werden die mikromechanischen optischen Elemente 3 und 5 über die integrierte Schnittstelle und Signal 7, ausgehend von der CPU bzw. dem ASIC 8. Das Resultat ist das erzeugte Bild 6. 1 describes an integrated system on a chip or a solid integrated component. The light source 1 , z. As one or more lasers, send light rays 2 to the first designed as a deflecting mirror optical elements 3 . 4 . 5 , There is a beam deflection and z. B. image taking place. The exemplary system uses z. B. two preferably orthogonally crossed mirror. You could also use a different combination of multi-axis mirrors. The micromechanical optical elements are controlled 3 and 5 via the integrated interface and signal 7 , starting from the CPU or the ASIC 8th , The result is the generated image 6 ,

Um im erzeugten Bild 6 das Bild zu stabilisieren und gegen Kopfbewegungen invariant zu machen, verfügt das integrierte System über entsprechende sensorische Elemente 13 bis 14, im Beispiel dargestellt durch gekreuzte mikromechanische Sensorelemente.In the generated picture 6 To stabilize the image and make it invariable against head movements, the integrated system has corresponding sensory elements 13 to 14 , represented in the example by crossed micromechanical sensor elements.

Vorzugsweise verfügen die sensorischen Elemente 13 und 14 über ähnliche oder analoge Eigenschaften der mechanischen Beeinflussbarkeit wie die aktiven optischen mikromechanischen Elemente 3 und 5.Preferably, the sensory elements have 13 and 14 on similar or analogous properties of mechanical influenceability as the active optical micromechanical elements 3 and 5 ,

Insbesondere kann der mechanische sensorische Teil 13 und 14 in die mechanisch optisch aktiven Teile 3 und 5 integriert sein.In particular, the mechanical sensory part 13 and 14 into the mechanically optically active parts 3 and 5 be integrated.

Die sensorischen Signale der sensorischen Einheiten 13 und 14 gelangen über die integrierte Schnittstelle 11 zur CPU/zum ASIC 8 und ermöglichen so die sehr schnelle Kompensation der mechanischen Bewegung des Gesamtsystems.The sensory signals of the sensory units 13 and 14 arrive via the integrated interface 11 to the CPU / ASIC 8th and thus enable the very fast compensation of the mechanical movement of the entire system.

Das Videosignal wird einerseits aus einer z. B. externen Medienquelle über externes Interface 12 geliefert und dem Data bzw. Multimedia Interface 10, oder aus ebenso integrierten Kamerasystemen (Teil von 9).The video signal is on the one hand from a z. B. external media source via external interface 12 delivered and the data or multimedia interface 10 , or from equally integrated camera systems (part of 9 ).

Weitere Informationen z. B. zur Bildauswahl, Helligkeit, Kontrast, etc, erfolgen über die Eingabemittel im User Controll Interface 9.Further information z. B. for image selection, brightness, contrast, etc, via the input means in the user control interface 9 ,

Durch die integrierte Anordnung von aktiven Bildgebenden optischen Elementen 3 und 5 einerseits und den analog ausgestatteten sensorischen Elementen 13 und 14 wird eine direkt wirkende und sehr schnell berechenbare digitale Bildkompensation möglich. Im Grenzfall kann diese Kompensation sogar direkt in die Ansteuerleitung integriert werden, also analog ausgeführt werden.Due to the integrated arrangement of active imaging optical elements 3 and 5 on the one hand and the analogue equipped sensory elements 13 and 14 a direct acting and very fast computable digital image compensation becomes possible. In the limiting case, this compensation can even be integrated directly into the control line, so be carried out analogously.

Die Ausführung als kombinierter MEMS/MOEMS Baustein erscheint ideal.The Execution as combined MEMS / MOEMS module appears ideal.

Auf der einen Seite werden die Bilder mittels MOEMS (Mikro-Opto-Elektromechanische Systeme) projiziert. Diese MOEMS unterliegen als mikromechansche Systeme der Beeinflussung durch Bewegung, Beschleunigung, Erschütterung etc.On the one hand, the images are using MOEMS (Micro-Opto-Electromechanical Systems) projected. As micro-mechanical systems, these MOEMS are subject to the influence of movement, acceleration, vibration, etc.

Auf der anderen Seite werden deshalb die beeinflussenden Bewegungen unmittelbar durch analog wirkende MEMS erfasst. Diese erleiden die gleichen Beeinflussungen in unmittelbarer räumlicher Nähe. Deshalb ist die Berechnung der notwendigen Bildkompensation aus den sensorischen Signalen dieser MEMS am wenigsten Aufwändig und am schnellsten mit minimalem Energieaufwand durchzuführen.On the other side becomes the influencing movements detected directly by analogous acting MEMS. These suffer the same Influences in the immediate vicinity. Therefore, the calculation of the necessary image compensation is off least sensible to the sensory signals of these MEMS and to perform fastest with minimal energy.

Die Integrierte CPU bzw. der spezielle ASIC ist auf die Kompensationsberechnung ausgelegt und optimiert, so dass diese mit minimalen Aufwendungen an Zeit und Energie durchgeführt werden können. Der ASIC übernimmt die Berechnung der erforderlichen Bildkorrektur beinhalten, um jegliche Bewegung des Kopfes und jegliche Mitbewegung des Projektionsbildes zu Kompensieren.The Integrated CPU or special ASIC is on the compensation calculation designed and optimized so that these with minimal expenses time and energy can be done. The ASIC takes over the calculation of the required image correction involve any movement of the head and any movement of the projection image to compensate.

In einer erweiterten Ausführung können die Sensoren auch die Augenposition und Augenbewegungen und ggfs. auch die Pupillenweite erfassen. Die Anpassung des Bildes auf diese Größen kann sehr zweckmäßig sein und wird mit dieser Vorrichtung energieoptimiert und in kürzester Reaktionszeit erreicht.In an advanced version, the sensors also the eye position and eye movements and, if necessary, also the pupil width to capture. The adaptation of the image to these sizes can be very useful and will be with this Device energy-optimized and achieved in the shortest possible reaction time.

Folglich wird das Bild bei jeder Brillenbewegung und damit jeder eigentlichen Verlagerung der Brille relativ zum Raum stabilisiert. D. h. sowohl bei Kopfbewegungen relativ zum Raum als auch bei Brillenbewegungen relativ zum Kopf.consequently The picture becomes with every movement of the glasses and thus each actual Displacement of the glasses stabilized relative to the room. Ie. either with head movements relative to the room as well as with glasses movements relative to the head.

Schlussendlich entsteht infolge der Integration von aktiven Elementen, sensorischer Elemente und digitaler und z. T. auch analoger Kompensation in einem Chip bzw. einem kompakten Baustein ein optimiertes mikro-(opto)-elektromechanisches System mit u. a. folgenden Eigenschaften:

  • – reduziertes Gewicht
  • – reduzierter Materialaufwand
  • – reduzierte Kosten
  • – reduzierter Energieaufwand
  • – schnellere Nachfolgezeit
  • – verbesserte Bildstabilisierung
  • – längere Laufzeit bei Batterieversorgung
  • – erhöhte Mobilität
  • – längere zulässige Benutzungsdauer
  • – Vermeidung von Schäden am visuellen System
Finally, as a result of the integration of active elements, sensory elements and digital and z. T. also analog compensation in a chip or a compact device an optimized micro (opto) -electromechanical system with the following characteristics:
  • - reduced weight
  • - reduced material costs
  • - reduced costs
  • - reduced energy consumption
  • - faster succession time
  • - improved image stabilization
  • - longer battery life
  • - increased mobility
  • - longer permitted period of use
  • - Avoidance of damage to the visual system

Komplexe Ausführungsformen solcher Brillen dienen nicht nur einfacher Bildprojektion, sondern der Darstellung sogenannter Augmented Reality, bei der die Realbilder im Auge des Betrachters durch projizierte virtuelle Bilder überlagert, ergänzt oder verdeutlicht werden. Die projizierten virtuellen Bilder können wahlweise die Umgebung abbilden, wobei die Aufnahmetechnologien weitere Informationen bereitstellen können, die ohne technische Hilfe nicht sichtbar wären.complex Embodiments of such glasses are not only easier Image projection, but the representation of so-called augmented reality, where the real images in the eye of the beholder projected through superimposed, supplemented or clarified virtual images become. The projected virtual images can optionally map the environment, with the recording technologies more information can not deploy without technical assistance would.

Wichtig ist insbesondere eine mechanisch feste starre Verbindung, damit sich z. B. bildgebendes Element und System zur Erfassung von Position, Orientierung oder Bewegung der Vorrichtung (also z. B. ein MEMS und ein MOEMS) genau gleich bewegen. Zudem wichtig ist eine elektronisch hochwertige schnelle Anbindung der (Bau-)teile mit geringem Widerstand.Important is in particular a mechanically strong rigid connection, so z. As imaging element and system for detecting position, orientation or movement of the device (eg, a MEMS and a MOEMS) move exactly the same. Also important is an electronically high quality fast Connection of (construction) parts with low resistance.

11
Lichtquellelight source
22
Lichtstrahlenlight rays
33
optisches Elementoptical element
44
optisches Elementoptical element
55
optisches Elementoptical element
66
erzeugtes Bildgenerated image
77
Signalsignal
88th
ASICASIC
99
User Control InterfaceUser Control Interface
1010
Data bzw. Multimedia InterfaceData or multimedia interface
1111
integrierte Schnittstelleintegrated interface
1212
externes Interfaceexternal interface
1313
sensorisches Elementsensory element
1414
sensorisches Elementsensory element

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (9)

Mikromechanische Vorrichtung bestehend aus bildgebenden Elementen zur Ablenkung von Lichtstrahlen sowie Systemen zur Erfassung von Position, Orientierung oder Bewegung der Vorrichtung, wobei abhängig von Daten der Position, Orientierung und/oder Bewegung der Vorrichtung eine Veränderung der Bildgebung erfolgt, wobei mindestens eines der bildgebenden Elemente und mindestens eines der Systeme zur Erfassung von Position, Orientierung oder Bewegung der Vorrichtung auf einem gemeinsamen Bauelement mechanisch starr miteinander verbunden sind.Micromechanical device consisting of imaging Elements for the deflection of light rays and systems for detection of position, orientation or movement of the device, being dependent data of the position, orientation and / or movement of the device a change in imaging occurs, with at least one of the imaging elements and at least one of the systems for detecting position, orientation or movement of the device mechanically rigidly connected to each other on a common component are. Mikromechanische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung integrierte Einrichtungen zur aktiven Bildbeeinflussung enthält und/oder Einrichtungen zur integrierten sensorischen Bewegungserfassung und/oder integrierte Einrichtungen zur Bildverarbeitung zum Zweck der Bildausschnittsauswahl und/oder der Bildauswahl und/oder der Bildstabilisierung bzw. Bildkorrektur.Micromechanical device according to claim 1, wherein the device has integrated devices for active image control contains and / or integrated sensory devices Motion detection and / or integrated image processing equipment for the purpose of image selection and / or image selection and / or the image stabilization or image correction. Mikromechanische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Ablenkung der Lichtstrahlen zumindest teilweise durch ein MOEMS (Mikro Opto Elektromechanisches System) realisiert wird.Micromechanical device according to one of the preceding Claims in which the deflection of the light rays at least partially realized by a MOEMS (Micro Opto Electromechanical System) becomes. Mikromechanische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die sensorische Erfassung der Bewegung, Beschleunigung und Erschütterung zumindest teilweise durch ein MEMS (Mikro Elektromechanisches System) realisiert wird.Micromechanical device according to one of the preceding Claims in which the sensory detection of the movement, Acceleration and vibration at least partially a MEMS (Micro Electromechanical System) is realized. Mikromechanische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Bildbeeinflussung zumindest teilweise digital mittels applikationsspezifischer integrierter Elemente zur Bildverarbeitung realisiert ist, die vorzugsweise räumlich nah bei den aktiven und sensorischen Elementen angebracht sind, vorzugsweise auf einem Baustein.Micromechanical device according to one of the preceding Claims in which the image influence at least partially digital by means of application specific integrated elements for Image processing is realized, preferably spatially close attached to the active and sensory elements, preferably on a building block. Mikromechanische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der eine Bildstabilisierung stattfinden, wobei kein externer Prozessor zur Bildstabilisierung vorgesehen ist.Micromechanical device according to one of the preceding Claims in which image stabilization takes place no external processor is provided for image stabilization is. Mikromechanische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Vorrichtung in Form eines Fernglases, einer Brille oder eines ähnlich wirkenden Sichtgerätes ausgestaltet ist.Micromechanical device according to one of the preceding Claims in which the device is in the form of binoculars, a pair of glasses or a similar-looking viewer is designed. Mikromechanische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Augenbewegung des Beobachters erfasst zum Zweck von Bildausschnittsauswahl und/oder Bildauswahl und/oder Bildstabilisierung bzw. Bildkorrektur.Micromechanical device according to one of the preceding Claims in which the eye movement of the observer detected for the purpose of image selection and / or image selection and / or Image stabilization or image correction. Mikromechanische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die sogenannten Realbilder im Auge des Betrachters durch projizierte virtuelle Bilder überlagert, ergänzt und/oder verdeutlicht werden, insbesondere nach dem Prinzip der „Augmented Reality”.Micromechanical device according to one of the preceding Claims in which the so-called real images in the eye of Observers overlaid by projected virtual images, be supplemented and / or clarified, in particular according to the Principle of Augmented Reality.
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