DE102013011461A1

DE102013011461A1 - Vorrichtung zur somatosensorischen Übertragung bildhafter Darstellungen mittels flächenhaft angeordneter vibrotaktiler Aktoren.

Info

Publication number: DE102013011461A1
Application number: DE102013011461.6A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-07-10
Filing date: 2013-07-10
Publication date: 2015-01-15

Abstract

Vorrichtung zur somatosensorischen Übertragung bildhafter Darstellungen (4) analogen oder digitalen Ursprungs, dadurch gekennzeichnet, dass mittels flächenhaft angeordneter vibrotaktiler Aktoren (5) zeitgleich eine Vielzahl von Sinneszellen differenziert angeregt werden kann und dadurch dem Benutzer (1) ein dem Sehsinn vergleichbarer Sinneseindruck vermittelt wird. Dabei fungiert jeder in die Fläche integrierte Aktor als Bildzelle. Abhängig vom Anregungszustand jedes einzelnen Aktors, wird dementsprechend eine bildhafte Darstellung erreicht. Dabei kann eine Bildzelle inaktiv sein (6), mit maximaler Intensität und/oder Frequenz vibrieren (8) oder einen energetisch beliebigen Zustand dazwischen einnehmen (7).

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine neuartige Vorrichtung zur Übertragung von visuellen Informationen und bildhaften Darstellungen über einen anderen Wahrnehmungskanal als den Sehsinn. Mittels einer durch vibrotaktile Aktoren ausgelösten differenzierten und flächenhaften Anregung menschlicher Mechanorezeptoren kann ein dem Sehsinn vergleichbarer Sinneseindruck von bildhaften Informationen vermittelt werden.
Stand der Technik
Vibrotaktile Aktoren haben in zahlreichen Alltagsgegenständen Einzug gehalten. Mobiltelefone signalisieren über Vibrationen ein Klingelsignal, Spielkonsolensteuerungen geben mittels Vibrationsaktoren eine fühlbare Rückmeldung zum Spielgeschehen und in Lenkrädern und Sitzen von Fahrzeugen werden Vibrationen zur Vermittlung von Hinweisen an den Fahrzeugführer eingesetzt.
Zudem wurden flächenhaft angeordnete Vibrationselemente zur Übermittlung von Umgebungsinformationen in verschiedenen Anwendungsbereichen beschrieben.
Beispiel Hinweissystem: "A Tactile Seat for Direction Coding in Car Driving: Field Evaluation", Jeroen H. Hogema et al. (October-December 2009, vol. 2 no. 4, pp. 181–188)
Für Blinde und Sehbehinderte werden Vibrationen zur Unterstützung der Umgebungserkennung verwendet. Die Einsatzbereiche erstrecken sich dabei von einfachen Hinderniswarngeräten bis hin zu Anordnungen, die komplexe Umgebungsinformationen vermitteln.
Beispiel Hinderniswarngerät: Gebrauchsmuster DE 202 05 183.8 : ”Orientierungs- und Hinderniswarn-Einrichtung für Blinde und Sehbehinderte”, RTB GmbH & Co. KG, 33175 Bad Lippspringe, DE
Beispiel komplexe Umgebungsinformationen:

Patent DE 695 04 957 T2 , ”Sehhilfe für Blinde”, Rene Alfred Farcy, Verrieres Le Buisson, FR

Gemein ist allen beschriebenen Systemen, dass Informationen lediglich symbolhaft dargestellt werden. Eine Vorrichtung, die eine ganzheitliche Wahrnehmung bildhafter Informationen über vibrotaktile Reize realisiert, existiert bisher nicht.
Die vielfach beschriebenen ”Aktor-Arrays” (unter anderem in "Entwicklung Haptischer Geräte: Ein Einstieg für Ingenieure", Thorsten A. Kern Springer, 22.10.2008, Seiten 278ff) erlauben zwar die flächenhafte Darstellung bildhafter Informationen, jedoch sind diese Lösungen nicht in der Lage, komplexe Bildinformationen ganzheitlich als Sinneseindruck zu erzeugen.
Weitere geprüfte, relevante Patentschriften, Gebrauchsmuster und Veröffentlichungen

Vorstehende Patente beschreiben unterschiedliche Verfahren, Umgebungsinformationen taktil erlebbar zu machen. Keines der Verfahren ist jedoch in der Lage, einen dem Sehsinn vergleichbaren Umgebungseindruck zu erzeugen.
Darstellung der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die die Wahrnehmung bildhafter Darstellungen über einen anderen Sinn als den Sehsinn ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird die voranstehende Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und 2 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung sind in den weiteren Unteransprüchen angegeben.
Besonders vorteilhafte Ausprägungen der Erfindung sind, dass die bildhafte Darstellung dem von einer Kamera und/oder Sensoren gelieferten Signal entspricht und der wahrgenommene Eindruck zeitlich unmittelbar erzeugt werden kann, also mit einer Verzögerung, die geringer ist, als die menschliche Wahrnehmungslatenz von 0,3 Sekunden. Dadurch entsteht die Möglichkeit, dass eine in Blickrichtung geführte Kamera in Echtzeit eine dem Sehen vergleichbare Wahrnehmung erzeugen kann.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von der Zusammenfassung in einzelnen Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
1 zeigt den grundsätzlichen Aufbau: Der Benutzer (1) nimmt über ein Kamera- bzw. Sensorsystem (3) Bilder der Umgebung auf (4). Diese werden auf eine am Körper getragene somatosensorische Übertragungseinheit (2) mit flächenhaft angeordneten, vibrotaktilen Aktoren als bildhafte Darstellung übertragen.
2 zeigt die Art der Umsetzung der Bildinformationen (4) auf die am Körper getragene somatosensorische Übertragungseinheit (2) mittels der flächenhaft angeordneten, vibrotaktilen Aktoren (5). Dabei fungiert jeder in die Fläche integrierte Aktor als Bildzelle. Abhängig vom Anregungszustand jedes einzelnen Aktors, wird dementsprechend eine bildhafte Darstellung erreicht. Dabei kann eine Bildzelle inaktiv sein (6), mit maximaler Intensität und/oder Frequenz vibrieren (8) oder einen energetisch beliebigen Zustand dazwischen einnehmen (7).
Ausführung der Erfindung
Die Vorrichtung besteht aus drei Komponenten:

– Bildaufnahmeeinheit
– Berechnungseinheit zur Bildverarbeitung
– Somatosensorische Übertragungseinheit

Die Bildaufnahmeeinheit nimmt Bilddaten auf. Diese werden von der Berechnungseinheit entgegen genommen, in Hinblick auf die darzustellenden Inhalte (Farbe, Formen, Entfernungen, Schall, Temperatur oder Kombinationen des vorgenannten) ausgewertet und an die somatosensorische Übertragungseinheit zur Darstellung übermittelt.
Die Bildaufnahmeeinheit besteht aus einem Speichereingang und/oder einer Kamera und/oder Sensoren zur Aufnahme flächenhafter Messdaten zu Entfernung, Temperatur und/oder Schall. Die gesammelten Bilddaten können als Einzelbild statisch sein und/oder als bewegte, veränderliche Bilder filmartige Darstellungen beinhalten.
Die Berechnungseinheit verarbeitet die von der Bildaufnahmeeinheit gelieferten Eingangsdaten. Durch bekannte statistische Bildanalyseverfahren und mathematische Mustererkennung werden Objekte erkannt, Entfernungen zum Benutzer errechnet und Veränderungen/Bewegungen in den flächenhaften Sensordaten/Bildinformationen ermittelt. Aus den Ergebnissen leitet die Logik der Berechnungseinheit das Schema eines zu erzeugenden Ausgabeeindrucks ab.
Der zu erzeugende Ausgabeeindruck wird als bildhafte Repräsentation der Kamera- bzw. Sensordaten an die somatosensorische Übertragungseinheit übermittelt. Sie steuert die flächenhaft angeordneten, vibrotaktilen Aktoren dergestalt an, dass der Bildeindruck mechanosensorisch wahrnehmbar an den Benutzer übermittelt wird.
Das heißt, jeder von der Bildaufnahmeeinheit gelieferte Bildpunkt bekommt in der Zusammenfassung mit den ihn umgebenden Bildpunkten eine Entsprechung als vibrierende Stimulation in der somatosensorische Übertragungseinheit.
Beispielhaft kann man in Bezug auf Entfernungsinformationen sagen, ”nah und weit” entspricht ”hell und dunkel” und das wiederum entspricht ”starke Vibration und schwache Vibration”.
Die somatosensorische Übertragungseinheit wird am Körper getragen. Als beispielhafte Anwendung, aber nicht darauf beschränkt – könnte sie in eine Weste eingearbeitet sein, die der Nutzer überstreifen und auf der Vorderseite verschließen kann.
Die Aktuatorik der somatosensorischen Übertragungseinheit wird mit den aus Mobiltelefonen bekannten Motoren zur Erzeugung des ”Vibrationsalarms” erzeugt. Die Vibrationsstärke kann von 0% (Aus) bis 100% (volle Stärke) geregelt werden. In obigem Beispiel entspricht 0% der Information ”weit weg” und 100% ”ganz nah”.
Bezugszeichenliste

1: Benutzer
2: Somatosensorische Übertragungseinheit
3: Bildaufnahmeeinheit
4: beispielhafte Bildinformation
5: flächenhaft angeordnete vibrotaktile Aktoren mit unterschiedlichen Anregungszuständen
6: Symbol für Aktor ohne Anregungszustand
7: Symbol für Aktor mit Anregungszustand 50%
8: Symbol für Aktor mit Anregungszustand 100%

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 20205183 U [0004]
DE 69504957 T2 [0005]
DE 102007016912 [0008]
DE 102005009110 [0008]
DE 10334009 [0008]
DE 19820176 [0008]
DE 202012006247 [0008]
DE 102009043252 [0008]
DE 19853915 [0008]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

”A Tactile Seat for Direction Coding in Car Driving: Field Evaluation”, Jeroen H. Hogema et al. (October-December 2009, vol. 2 no. 4, pp. 181–188) [0003]
”Entwicklung Haptischer Geräte: Ein Einstieg für Ingenieure”, Thorsten A. Kern Springer, 22.10.2008, Seiten 278ff [0007]

Claims

Vorrichtung zur somatosensorischen Übertragung bildhafter Darstellungen (4) analogen oder digitalen Ursprungs, dadurch gekennzeichnet, dass mittels flächenhaft angeordneter vibrotaktiler Aktoren (5) zeitgleich eine Vielzahl von Sinneszellen differenziert angeregt werden kann und dadurch dem Benutzer (1) ein dem Sehsinn vergleichbarer Sinneseindruck vermittelt wird. Dabei fungiert jeder in die Fläche integrierte Aktor als Bildzelle. Abhängig vom Anregungszustand jedes einzelnen Aktors, wird dementsprechend eine bildhafte Darstellung erreicht. Dabei kann eine Bildzelle inaktiv sein (6), mit maximaler Intensität und/oder Frequenz vibrieren (8) oder einen energetisch beliebigen Zustand dazwischen einnehmen (7).
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die flächenhaft angeordneten, vibrotaktilen Aktoren mittels einer Halterung in Hüftgurt- oder Westenform (2) so am Körper befestigt werden, dass die Aktoren die menschlichen Mechanosensoren dergestalt anregen, dass Lokalisation und/oder Stärke der Anregung der einzelnen Aktoren (6, 7, 8) vom Benutzer (1) zeitgleich, aber differenziert wahrgenommen werden können.
Vorrichtung nach dem Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die bildhaft dargestellten Informationen (4) der digitalen Repräsentation a) eines Farb- und/oder Schwarz-Weiß-Bildes b) einer tiefenräumlichen Darstellung c) einer Temperaturverteilung d) einer oder mehrerer Schallquellen e) einer Darstellung von Bewegungen f) einer Differenzierung von Kanten und/oder Objekten g) einer Kombination der Aspekte a) bis f) entsprechen. Dabei entspricht die Position eines jeden Aktors innerhalb der flächenhaften Anordnung dem korrespondierenden Areal des darzustellenden Bildes. Die Stärke der Anregung des Aktors entspricht der Ausprägung der Merkmale nach den Ziffern a) bis g).
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Quelle der bildhaft dargestellten Informationen durch ein elektronisches, flächenhaftes Aufzeichnungsverfahren gebildet wird. Hierzu können digitale oder analoge Bildinformationen entweder durch elektronische Kameras oder spezifische Sensoren für Entfernung, Schall und/oder Temperatur (3) gesammelt werden oder werden durch die digital gespeicherten Informationen einer früheren Aufzeichnung von vorgenannten Sensoren oder Kameras repräsentiert.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Konstruktion der Vorrichtung sichergestellt wird, dass der wahrgenommene Eindruck unmittelbar entsteht, also mit einer Verzögerung, die geringer ist als die menschliche Wahrnehmungslatenz.