Ein Beitrag zur Realisierung von Systemarchitekturen für Head-Mounted Displays auf Basis bidirektionaler OLED-Mikrodisplays

Die vorliegende Arbeit liefert einen Beitrag zur Realisierung von Systemarchitekturen für Head-Mounted Displays auf Basis bidirektionaler OLED-Mikrodisplays Es wird eine Systemarchitektur vorgeschlagen, welche die Integration eines neuartigen CMOS-Einzelchips mit Bildanzeige- und Kamerafunktion in eine mobile Datenbrille ermöglicht. Unter Nutzung dieser Datenbrille können dem Anwender virtuelle Informationen, wie z. B. ein Kartenausschnitt des aktuellen Standortes, zusätzlich zur realen Umgebung angezeigt werden. Weiterhin hat der Nutzer die Möglichkeit, innerhalb der angezeigten virtuellen Umgebung durch blickgesteuerte Betätigung virtueller Tasten zu interagieren. Innerhalb der vorliegenden Arbeit wird dargestellt, welche Herausforderungen sich hinsichtlich der Systemintegration ergeben. Basierend auf einer Methodik zum iterativen Systementwurf werden Vorgehensweisen zur Definition der Schnittstellen und zur Realisierung von Systemkomponenten der Entwicklungsbereiche Elektrotechnik, Optik und Informationstechnik vorgestellt. Zu den Neuigkeitsaspekten, die in dieser Arbeit präsentiert werden, gehört eine Vorgehensweise zur Spezifikation des Gesamtsystems sowie zum Entwurf der Teilkomponenten mit anschließender Systemintegration. Zur Sicherstellung einer robusten Blicksteuerung wird eine Systemsignalflusskette zur Augenbilderfassung aufgestellt. Diese zeigt alle optischen und elektrischen Signalabhängigkeiten sowie Störeinflüsse bis hin zur digitalen Bildverarbeitung auf. Basierend auf dieser Signalflusskette werden alle begrenzenden Faktoren der Teilkomponenten diskutiert und Dimensionierungsvorschläge zur Sicherung der Systemfunktion abgeleitet. Für ein bidirektionales OLED-Mikrodisplay werden die Entwurfsaspekte und theoretischen Grundlagen aufbereitet. Unter Berücksichtigung der Entwurfsaspekte werden eine allgemeine Systemarchitektur für bidirektionale OLED-Mikrodisplays sowie eine Vorgehensweise zum Entwurf dieser vorgestellt. Unter Anwendung der vorgeschlagenen Methodiken werden zwei bidirektionale OLED-Mikrodisplays realisiert, optimiert und charakterisiert. Es werden die Anforderungen an eine bidirektionale Optik analysiert, die Eigenschaften der Objektabbildung, Bildprojektion und Strahlungstransmission diskutiert sowie darauf basierend eine Vorgehensweise zum Optikentwurf erarbeitet. Für ein eigens entwickeltes mobiles Computersystem werden die Softwarekonzeption zur Umsetzung der Blickrichtungsbestimmung sowie die Nutzerinteraktion mit Anwendungen vorgestellt. Zur Verifikation der Systemfunktionalität werden zwei realisierte HMD-Demonstratoren vorgestellt und charakterisiert.