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Die
Erfindung betrifft eine Projektionsvorrichtung mit einem Projektor
zur Projektion eines Bildes auf eine Projektionsfläche. Solche
Projektoren sind häufig
digitale Projektoren, mit denen beispielsweise Datenpräsentationen,
die auf einem Computer gespeichert sind, auf der Projektionsfläche dargestellt werden
können.
Die Steuerung der Präsentation
erfolgt dabei entweder über
die Tastatur des Computers oder eine am Computer angeschlossene
Eingabeeinheit, wie beispielsweise eine Maus.
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Die
Einstellung der Eigenschaften des Projektors, wie z.B. die Farbtemperatur
oder die Wahl der Datenquelle, erfolgt über am Projektor vorgesehene
Bedienelemente.
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Somit
ist mit einem solchen Projektor eine interaktive Präsentation,
bei der dargestellte Schaltknöpfe
angeklickt werden können
oder Freihandzeichnungen in das projizierte Bild eingefügt werden, nur
dann möglich,
wenn man sich am Computer befindet, um die Tastatur oder die Eingabeeinheit
bedienen zu können.
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Ausgehend
hiervon ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Projektionsvorrichtung
bereit zu stellen, bei der die Einstellung des Projektors oder die
Steuerung einer Präsentation
mit dem Projektor anwenderfreundlicher möglich ist.
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Die
Aufgabe wird durch eine Projektionsvorrichtung gelöst, die
einen Projektor zur Projektion eines Bildes auf eine Projektionsfläche, eine
Markiereinheit, mit der ein Leuchtfleck im projizierten Bild erzeugbar
ist, und eine Erfassungseinheit aufweist, die die Position des Leuchtflecks
im projizierten Bild erfaßt
und dem Projektor mitteilt, der in Abhängigkeit der erfaßten Position
eine Eigenschaft der Bildprojektion und/oder das projizierte Bild ändert.
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Da
die Steuerung des Projektors somit mittels des im projizierten Bild
erzeugten Leuchtflecks durchgeführt
werden kann, muß der
Anwender nicht mehr in unmittelbarer Nähe des Projektors sein, sondern
kann sich frei im Raum bewegen und muß lediglich mit der Markiereinheit
den Leuchtfleck im projizierten Bild erzeugen.
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Eigenschaften
der Bildprojektion sind beispielsweise die Helligkeit, Vergrößerung und
Farbeinstellungen. Eine Änderung
des Bildes liegt z.B. dann vor, wenn der dargestellte Bildinhalt
verändert wird.
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In
einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Projektionsvorrichtung
enthält
der Projektor einen Bildspeicher, in dem die Bilddaten des projizierten
Bildes gespeichert sind, und die Erfassungseinheit umfaßt eine
Kamera zur Aufnahme zumindest eines Teils des projizierten Bildes
sowie ein Auswertemodul, das aus einem Vergleich der Kameraaufnahme
mit den gespeicherten Bilddaten die Position des Leuchtflecks erfaßt. Durch
diese Weiterbildung kann in einfachster Art und Weise die Position
des Leuchtflecks ermittelt werden.
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Insbesondere
kann die Kamera so mit dem Projektor verbunden sein, daß sich der
Aufnahmebereich der Kamera und der Projektionsbereich des Projektors
zumindest teilweise überlappen.
Die Kamera kann sogar innerhalb des Projektorgehäuses angeordnet werden. Durch
diese Weiterbildung sind keine Justierungen notwendig, um die Kamera
relativ zum Projektor einzustellen. Die erfindungsgemäße Projektionsvorrichtung
ist somit sofort betriebsbereit und kann sehr kompakt ausgebildet
werden.
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Ferner
kann die Erfassungseinheit die Farbe und/oder die Form des Leuchtflecks
oder auch den Polarisationszustand der Strahlung des Leuchtflecks zur
Erfassung seiner Position berücksichtigen.
Damit läßt sich
die Erfassung der Leuchtfleckposition leicht realisieren, da ein
eindeutiges Kriterium zur Identifizierung des Leuchtflecks in der
Kameraaufnahme vorliegt.
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Bei
einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Projektionsvorrichtung
erfaßt
die Erfassungseinheit nur in vorbestimmten Bereichen des projizierten
Bildes die Position des Positionsleuchtflecks. Alternativ kann auch
der Projektor so ausgebildet sein, daß eine Eigenschaft der Bildprojektion
und/oder das projizierte Bild nur geändert wird, wenn der Leuchtfleck
in vorbestimmten Bereichen des projizierten Bildes erfaßt wird.
Dabei kann es sich beispielsweise um Schaltflächen bei einer (Daten) Präsentation
handeln, die bei Auswählen
der entsprechenden Schaltfläche
den weiteren Verlauf der Präsentation
beeinflussen.
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Die
Markiereinheit der erfindungsgemäßen Projektionsvorrichtung
kann einen Lichtstrahl erzeugen, der auf die Projektionsfläche gerichtet
werden kann. Dabei handelt es sich bevorzugt um einen Laserstrahl.
Dies bringt den Vorteil mit sich, daß die Strahlaufweitung in der
Regel sehr gering ist, so daß die
Größe des Leuchtflecks
im wesentlichen unabhängig
vom Abstand der Markiereinheit von der Projektionsfläche ist.
Die Markiereinheit kann ein sogenannter Laser-Pointer sein, der häufig bei Datenprojektionen
zur Markierung im projizierten Bild verwendet wird.
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Insbesondere
kann die Markiereinheit so ausgebildet sein, daß für den Benutzer frei wählbar zumindest
einer von zwei Lichtstrahlen mit unterschiedlichen Wellenlängen erzeugt
wird. Man kann somit zwischen beiden Lichtstrahlen hin- und herschalten
(oder kann den zweiten Lichtstrahl zum ersten zuschalten) und kann
den Lichtstrahl mit der ersten Wellenlänge zur Erzeugung des Leuchtflecks
verwenden, während
der Lichtstrahl mit der zweiten Wellenlänge nur als Zeiger während der
Datenprojektion eingesetzt wird, dessen Leuchtfleck auf der Projektionsfläche jedoch
nicht als auszuwertender Leuchtfleck von der Erfassungseinheit berücksichtigt wird.
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Um
nun beispielsweise eine Schaltfläche auszuwählen, kann
man darauf mit dem Lichtstrahl der zweiten Wellenlänge zeigen
und dann zur ersten Wellenlänge
umschalten. Alternativ ist es auch möglich, ein Anwählen der
Schaltfläche
nur dann anzunehmen, wenn der Leuchtfleck mit der ersten Wellenlänge auf
der Schaltfläche
liegt und dann der Lichtstrahl kurz unterbrochen bzw. ausgeschaltet
und danach wieder eingeschaltet wird (dann muß die Markiereinheit auch nur
den Lichtstrahl mit der ersten Wellenlänge erzeugen). Diese Abfolge
von hellem Leuchtfleck, dunklem Leuchtfleck und hellem Leuchtfleck,
wenn dies innerhalb eines vorbestimmten Zeitraums erfolgt, wird
dann als Auswählen
der Schaltfläche
angesehen, ähnlich
wie beim Drücken
einer Maustaste, wenn der Mauszeiger auf einer Schaltfläche ist.
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Neben
den beschriebenen Hell-Dunkel-Hell-Abfolge des Leuchtflecks, die
als Drücken
einer Schaltfläche,
auf der der Leuchtfleck liegt, vorgegeben werden kann, kann die
Markiereinheit einen z.B. per Knopfdruck betätigbaren Sender aufweisen, der
bei Betätigung
drahtlos ein Signal zum Projektor oder zu einem mit dem Projektor
verbundenen Computer überträgt, das
angibt, daß die
mit dem Leuchtfleck markierte Schaltfläche gedrückt bzw. ausgewählt werden
soll. Alternativ kann die Markiereinheit so ausgebildet sein, daß der Leuchtfleck
mit einer festen Frequenz moduliert wird. Die Erfassung mittels
der Erfassungseinheit kann mit üblichen
nachrichtentechnischen Mitteln besonders einfach durchgeführt werden.
Natürlich
ist es auch möglich,
die Markiereinheit einzuschalten, um etwas mittels des dann erzeugten
Leuchtflecks zu markieren (dies entspricht einer Dunkel-Hell-Abfolge).
Eine Hell-Dunkel-Abfolge (Leuchtfleck wird ausgeschaltet) ist auch möglich, um
eine Schaltfläche
auszuwählen.
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Ferner
kann, wenn der Leuchtfleck moduliert wird (z.B. seine Helligkeit),
als Signal des Auswählens
einer Schaltfläche
die Modulation geändert
werden.
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Insbesondere
kann die Markiereinheit so ausgebildet sein, daß eine Eigenschaft des Leuchtflecks,
insbesondere die Intensität,
die Modulationstiefe, die Modulationsfrequenz, die Farbe, die Form des
Leuchtflecks und/oder der Polarisationszustand der Strahlung zur
Erzeugung des Leuchtflecks, veränderbar
ist. Damit läßt sich
mit der veränderbaren Eigenschaft
des Leuchtflecks ein Signal erzeugen, das beispielsweise als Drücken einer
Schaltfläche oder
Bestätigen
einer Auswahl angesehen wird.
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Die
Markiereinheit enthält
somit eine Auslöseeinrichtung,
die bei Betätigung
ein Signal (z.B. die Hell-Dunkel-Hell-Abfolge, eine Änderung
einer Leuchtfleckeigenschaft oder drahtlos ausgesendetes Signal)
erzeugt und auch abgibt, das von der Erfassungseinheit und/oder
vom Projektor als Auswählen des
markierten Bildabschnitts (z.B. Schaltfläche) angesehen wird.
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Mit
der erfindungsgemäßen Projektionsvorrichtung
wird somit eine eine Feedbackfunktion aufweisende Projektionsvorrichtung
bereitgestellt, die eine interaktive Steuerung bei einer Datenpräsentation
ermöglicht,
so daß beispielsweise
Freihandzeichnungen in das projizierte Bild eingefügt werden
können
oder so daß Eigenschaften
des Projektors über dargestellte
Einstellungsmenüs
des Projektors geändert
werden können.
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Als
Kamera für
die Erfassungseinheit kann insbesondere eine Digitalkamera, wie
z.B. eine CCD-Kamera eingesetzt werden, wobei deren Bildaufnahmewiederholungsrate
(deutlich) geringer sein kann als die Bildwiederholungsrate der
Bildprojektion mittels des Projektors. Eine typische Bildwiederholungsrate
des Projektors beträgt
50-60 Hz, während die
Wiederholungsrate der Kamera im Bereich von 0,5-1 Sekunde (oder
auch sehr viel kürzer)
liegen kann.
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Bei
dem Projektor handelt es sich bevorzugt um einen Digitalprojektor,
der zumindest einen flächigen
Lichtmodulator, wie z.B. ein LCD-Modul, ein LCoS-Modul oder eine
Kippspiegelmatrix, der eine Vielzahl von in Reihen und Spalten angeordneten und
voneinander unabhängig
ansteuerbaren Pixeln aufweist, eine Beleuchtungseinheit zum Beleuchten des
Lichtmodulators, eine Projektionseinheit zum Projizieren des Lichtmodulators
auf die Projektionsfläche,
um dort das Bild zu erzeugen, sowie eine Ansteuereinheit aufweist,
die den Lichtmodulator auf der Basis vorgegebener Bilddaten ansteuert,
um das gewünschte
Bild zu erzeugen. Die Bilddaten stammen bevorzugt von einem Computer
oder sind auf einem Speichermedium im Projektor vorhanden.
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In
einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Projektionsvorrichtung nutzt
die Erfassungseinheit gleiche optische Elemente, wie der Projektor
zur Bildprojektion. Damit kann eine sehr kompakte Projektionsvorrichtung
ausgebildet werden. Insbesondere kann die Erfassungseinheit vollständig in
den Projektor integriert werden, so daß ein sehr kompakter Projektor
mit darin integrierter Erfassungseinheit vorgesehen wird.
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Die
Markiereinheit kann auch einen sichtbaren Leuchtfleck und einen
mit diesem Leuchtfleck zusammenfallenden zweiten Leuchtfleck mit
Licht im nahen Infrarotbereich erzeugen, wobei der zweite Leuchtfleck
wahlweise zugeschaltet werden kann. Der zweite Leuchtfleck bzw.
seine Eigenschaften können
zur Positionsbestimmung des ersten Leuchtflecks und/oder als Merkmal
zur Bestimmung des Auswählens
einer Schaltfläche
dienen.
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Ferner
kann bei der erfindungsgemäßen Projektionsvorrichtung
die Erfassungseinheit einen Detektor mit vorgeschaltetem Spektralfilter
aufweisen, wobei der Spektralfilter für Strahlungen der Markiereinheit
transmissiv oder reflektiv ist und zumindest für einen spektralen Teil der
Strahlung des Projektors entsprechend nicht transmissiv (wenn der Spektralfilter
für Strahlung
der Markiereinheit transmissiv ist) oder nicht reflektiv (wenn der
Spektralfilter für
Strahlung der Markiereinheit reflektiv ist) ist. Der Filter kann
beispielsweise ein Kurzpaßfilter
sein, der nur Strahlung in dem Bereich durchläßt, in dem der Projektor selbst
keine Farbe liefert. Wenn der Projektor als ein Projektor mit zeitsequentiellem
Bildaufbau ist, bei dem unterschiedliche Farbteilbilder zeitlich nacheinander
erzeugt werden, kann ein Filter vorgesehen werden, der das Licht
eines (beispielsweise nur eines) Farbteilbildes des Projektors wegfiltert. Der
Leuchtfleck wird dann mit Strahlung bzw. mit Licht einer Wellenlänge erzeugt,
die den Filter passieren kann, so daß die Position der Leuchtflecks
immer zu den Zeitpunkten bestimmt werden kann, wenn das Farbteilbild
projiziert wird, das durch den Filter weggefiltert wird. Der Detektor
sieht dann nur den Leuchtfleck und das projizierte Farbteilbild
ist unterdrückt.
Bei dem Filter kann es sich beispielsweise um einen Langpaßfilter
handeln, welcher bei einem Rot-, Grün-, Blau-Projektor, der rote,
grüne und
blaue Farbteilbilder projiziert, nur grünes und rotes Licht transmittiert.
Die Position des Leuchtflecks wird dann jeweils zu solchen Zeiten
bestimmt, zu denen der Projektor gerade das blaue Farbteilbild projiziert.
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Des
weiteren kann bei der erfindungsgemäßen Projektionsvorrichtung
die Erfassungseinheit einen Detektor mit vorgeschaltetem Polarisationsfilter aufweisen,
wobei der Filter für
Strahlung der Markiereinheit transmissiv oder reflektiv ist (aufgrund
des Polarisationszustandes der Strahlung der Markiereinheit) und
für Strahlung
mit einem anderen Polarisationszustand als den der Markiereinheit
entsprechend nicht transmissiv (wenn der Filter für Strahlung der
Markiereinheit transmissiv ist) oder nicht reflektiv (wenn der Filter
für Strahlung
der Markiereinheit reflektiv ist) ist. Die Trennung des Projektionslichts
und dem Markierungslicht über
den Polarisationszustand bietet sich insbesondere bei Projektoren
an, die aufgrund ihrer Bilderzeugung das Bild auf der Projektionsfläche mit
Strahlung (Licht) eines bestimmten Polarisationszustandes projizieren.
Dabei kann es sich beispielsweise um einen linearen Polarisationszustand
oder auch einen zirkularen bzw. einen epiliptischen Zustand handeln.
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Des
weiteren wird ein Verfahren zur Steuerung eines Projektors, der
ein Bild auf eine Projektionsfläche
projizieren kann, bereitgestellt, bei dem im projizierten Bild ein
zusätzliche
Leuchtfleck erzeugt wird, die Position des Leuchtflecks im projizierten
Bild erfaßt
wird und in Abhängigkeit
der erfaßten
Position eine Eigenschaft der Bildprojektion und/oder das projizierte
Bild geändert
wird.
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Mit
dem Verfahren lassen sich in einfachster Art und Weise interaktive
Datenpräsentationen
verwirklichen.
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Insbesondere
wird die Position des Leuchtflecks im projizierten Bild dadurch
erfaßt,
daß zumindest
ein Teil des projizierten Bildes aufgenommen wird und mit gespeicherten
Bilddaten für
die Bildprojektion verglichen wird. Dabei kann insbesondere die Intensität, die Modulationstiefe,
die Modulationsfrequenz, die Farbe und/oder die Form des Leuchtflecks berücksichtigt
werden. Auch der Polarisationszustand des Lichts des Leuchtflecks
kann zur Positionserfassung genutzt werden. Mit diesen Schritten
ist eine besonders einfache und sichere Erfassung der Position des
Leuchtflecks möglich.
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Ferner
können
bei der Erfassung der Position des Leuchtflecks nur vorbestimmte
Bereiche des projizierten Bildes berücksichtigt werden. Dadurch kann
die Geschwindigkeit der Positionserfassung erhöht werden. Dies ist besonders
dann vorteilhaft, wenn beispielsweise Schaltflächen, die bei Auswahl zu einer Änderung
des projizierten Bildes oder der Bildprojektionseigenschaften führen, immer
im gleichen Bildabschnitt liegen.
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Die
Endung wird nachfolgend beispielshalber anhand der Zeichnungen noch
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Projektionsvorrichtung,
und
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2 eine alternative Ausführungsform
des in 1 gezeigten Projektors.
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Die
erfindungsgemäße Projektionsvorrichtung
umfaßt
bei der in 1 gezeigten
Ausführungsform
einen Projektor 1 zur Projektion eines Bildes 2 auf
eine Projektionsfläche
(nicht gezeigt).
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An
dem Projektor ist eine CCD-Kamera 3 befestigt, mit der
das projizierte Bild 2 aufgenommen werden kann. Ferner
ist noch ein Auswertemodul 4 vorgesehen, das hier mit dem
Projektor 1 und der CCD-Kamera 3 verbunden ist.
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Als
Datenquelle für
die zu projizierenden Bilder wird ein Computer 5, nämlich ein
Notebook eingesetzt.
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Des
weiteren enthält
die Projektionsvorrichtung einen Laser-Pointer 6 (Markiereinheit),
mit dem ein Leuchtfleck 7 im projizierten Bild 2 erzeugt
werden kann, wie in der schematischen Darstellung in der beigefügten Figur
zu entnehmen ist. Der Leuchtfleck 7 weist hier im wesentlichen
eine runde Form (z.B. kreis- oder ellipsenförmig) auf. Der Laser-Pointer 6 ist
so ausgebildet, daß er
auf Knopfdruck seine Farbe ändert,
so daß der
Leuchtfleck 7 mit einer ersten Farbe erzeugbar ist und
mit einer zweiten Farbe ein anderer Leuchtfleck im projizierten
Bild 2 erzeugt wird.
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Im
Betrieb projiziert der Projektor 1 anhand der Bilddaten
des Computers 5 das Bild 2, wobei die Bilddaten
in einem Bildspeicher (nicht gezeigt) des Projektors 1 zwischengespeichert
werden.
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Mittels
des Laser-Pointers 6 wird der Leuchtfleck 7 im
projizierten Bild 2 erzeugt. Die CCD-Kamera 3 nimmt nun das projizierte
Bild einschließlich
des Leuchtflecks 7 auf und es wird mittels der Auswerteeinheit 4 ein
Vergleich des aufgenommenen Bildes mit den im Bildspeicher gespeicherten
Bilddaten durchgeführt.
Anhand dieses Vergleichs kann dann die Position des Leuchtflecks 7 ermittelt
werden, da die Bilddaten im Bereich des Leuchtflecks 7 nicht mehr übereinstimmen.
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Die
so ermittelte Leuchtfleckposition wird in dem Projektor 1 und/oder
dem Computer 5, der auch als Bestandteil des Projektors 1 betrachtet
werden kann, mitgeteilt. In Abhängigkeit
der Position des Leuchtflecks 7 wird nun entweder die Eigenschaft
der Bildprojektion geändert
(das Bild wird beispielsweise heller) oder das projizierte Bild
wird geändert.
Dies kann derart durchgeführt
werden, daß ein
anderes Bild projiziert wird. In dieser Art und Weise kann ein Verlauf
der Präsentation
gesteuert werden.
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Alternativ
ist es auch möglich,
in einem Zeichenmodus mittels des Leuchtflecks 7, der über das projizierte
Bild bewegt wird, eine Zeichnung zu erstellen, die in die Bildprojektion
integriert wird.
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In 2 ist eine alternativer
Ausführungsform
des in 1 gezeigten Projektes 1 dargestellt, bei
der die Kamera 3 so in den Projektor 1 integriert ist,
daß sie
eine Projektionsoptik 8 der Kamera 1 nutzt.
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Wie
der schematischen Darstellung in 2 zu
entnehmen ist, umfaßt
der Projektor 1 neben der Projektionsoptik 8 einen
der Projektionsoptik 8, in der Bildprojektionsrichtung
gesehen, vorgeschalteten Farbfilter 9, eine Umlenkeinheit 10 und
ein bildgebendes Element 11. Das bildgebende Element 11,
das beispielsweise ein LCD-Modul oder ein LCoS-Modul sein kann,
wird mit Lampenlicht (durch den Pfeil A angedeutet), das an der
Umlenkeinheit 10 in Richtung auf das bildgebende Element 11 umgelenkt wird,
beleuchtet. Das vom bildgebenden Element 11 reflektierte
Licht, das zur Bilderzeugung verwendet wird, wird vom bildgebenden
Element 11 reflektiert und durchläuft nacheinander die Umlenkeinheit 10 und
den Farbfilter 9 und wird danach mittels der Projektionsoptik 8 auf
die Projektionsfläche 2 projiziert. Der
Farbfilter 9 ist so gewählt,
daß er
das Licht zur Bildprojektion transmittiert und Licht bzw. Strahlung im
nahen Infrarotbereich reflektiert.
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Der
Laserpointer 6 ist bei der hier beschriebenen Ausführungsform
bevorzugt so ausgebildet, daß er
neben dem für
Beobachter sichtbaren Leuchtfleck 7 an der gleichen Stelle
noch einen Leuchtfleck mit Strahlung im nahen Infrarotbereich erzeugt,
die nun über
die Projektionsoptik 8 und einer Reflexion am Filter 9 (in 2 gesehen nach oben) reflektiert wird
und durch einen Würfel 12 läuft und
danach auf einen Kamerachip 13 trifft. Der Würfel 12 dient
dazu, die optischen Weglängen
vom Farbfilter 9 einerseits zum bildgebenden Element 11 und
andererseits zum Kamerachip 13 gleich groß zu machen.
Natürlich kann
der Würfel 12,
wenn die Projektionseinheit und der Kamerachip 13 entsprechend
ausgelegt und ausgerichtet sind, auch weggelassen werden. Bei dieser Ausführungsform
kann somit in sehr kompakter Weise die Bildprojektion und die Erfassung
der Position des Leuchtflecks realisiert werden.
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Wenn
der Projektor einen polarisationssensitiver Projektor ist, d.h.
das Licht, das projiziert wird, weist einen vorbestimmten Polarisationszustand
auf, wie dies bei LCD-Modulen und LCoS-Modulen der Fall ist, kann der Farbfilter 9 als
Polarisationsstrahlteilerwürfel
ausgebildet sein. In diesem Fall wird der Leuchtfleck 7 mit
Licht eines Polarisationszustandes erzeugt, der verschieden ist
zu dem Polarisationszustand des Lichtes, das mittels des Projektors 1 zur
Bilderzeugung auf die Projektionsfläche projiziert wird. In diesem
Fall wird also das Licht des Leuchtflecks 7 an dem Farbfilter 9 (Polarisationsstrahlteilerwürfel) nach
oben reflektiert, so daß die Trennung
zwischen dem Projektionslicht und dem Licht des Leuchtflecks über den
Polarisationszustand erfolgt. Bei dieser Alternative der Trennung über den Polarisationszustand
kann man das Umlenkelement 10 und den Würfel 12 auch weglassen
und das bildgebende Element 11 sowie den Kamerachip 13 entsprechend
näher an
den Polarisationsstrahlteilerwürfel 9 plazieren.
Die Beleuchtung des bildgebenden Elementes 11 erfolgt dann über den
Polarisationsstrahlteilerwürfel 9,
wobei bevorzugt schon polarisiertes Licht, das an dem Polarisationsstrahlteilerwürfel 9 (bzw.
dessen Teilerschicht) reflektiert wird, zur Beleuchtung des bildgebenden
Elements 11 eingesetzt wird.