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Die Erfindung betrifft eine Anzeigevorrichtung, die am Kopf eines Benutzers zu tragen ist, mit einer Bilderzeugungseinheit, die ein Bild erzeugt, daß von dem die Anzeigevorrichtung tragenden Benutzer in Überlagerung mit der Umgebung wahrnehmbar ist. Eine solche Anzeigevorrichtung wird häufig auch Head Mounted Display genannt, wobei die Wahrnehmung des erzeugten Bilds in Überlagerung mit der Umgebung als augmentierte Darstellung bezeichnet wird. Bei der augmentierten Darstellung besteht häufig der Wunsch, ein in der Umgebung vorhandenes Objekt zu kennzeichnen. Dies soll beispielsweise einem Techniker in einer ihm unbekannten Umgebung die Reparatur oder den Austausch eines defekten Teiles bei Fahrzeugen, großen Maschinen oder sonstigen technischen Anlagen ermöglichen.
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Dies wird häufig durch eine entsprechende Texteinspiegelung mittels der Bilderzeugungseinheit durchgeführt. Nachteilig ist hierbei, daß es sehr umständlich ist, eine einfache und eindeutige Kennzeichnung eines gewünschten Teiles durchzuführen.
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Die
US 6 172 657 B1 zeigt eine am Kopf eines Benutzers zum Tragen der Anzeigevorrichtung mit einer Bilderzeugungseinheit, die ein Bild erzeugt, das vom die Anzeigevorrichtung tragenden Benutzer in Überlagerung mit der Umgebung wahrnehmbar ist, wobei im erzeugten Bild Zusatzinformationen in Abhängigkeit eines erfassten Strichcodes dargestellt werden können. Die
US 4 768 028 A zeigt eine Vorrichtung zur Steuerung einer Anzeige mit einem Cursor, die auf dem Kopf des Benutzers zu tragen ist.
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Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, eine Anzeigevorrichtung und ein Anzeigeverfahren für die augmentierte Darstellung zur Verfügung zu stellen, mit denen auf ein bestimmtes Objekt hingewiesen werden kann.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch eine Anzeigevorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 sowie durch ein Anzeigeverfahren mit den Merkmalen des Anspruches 7.
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Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Mit der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung ist es somit möglich, das Objekt direkt zu markieren, z. B. mit dem Lichtstrahl zu beleuchten. Damit wird die Markierung des Objekts in der Realität durchgeführt, die der Benutzer in Überlagerung mit dem erzeugten Bild wahrnimmt. Dies führt dazu, daß das Objekt eindeutig für den Benutzer identifizierbar ist.
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Eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung besteht darin, daß eine erste Erfassungseinrichtung vorgesehen ist, die die im Sichtbereich des Benutzers liegende Umwelt erfaßt, daraus Erfassungsdaten erzeugt und an die Steuereinrichtung leitet, die bei der Ansteuerung der Markierungseinrichtung die Erfassungsdaten berücksichtigt. Damit ist es möglich, den Teil des Objektes zu markieren, ohne daß der die Anzeigevorrichtung tragende Benutzer in seiner genauen Blickrichtung festgelegt ist. Mittels der ersten Erfassungseinrichtung wird anhand der erfaßten Umwelt die Blickrichtung des Benutzers ermittelt. Dies läßt sich insbesondere leicht durchführen, wenn vorbestimmte Referenzstellen im Blickfeld vorhanden sind. Die erste Erfassungseinrichtung kann beispielsweise eine Kamera sein.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung ist eine zweite Erfassungseinrichtung vorgesehen, die die Kopfstellung des Benutzers laufend erfaßt, entsprechende Kopfstellungsdaten erzeugt und an die Steuereinrichtung leitet, die die Ablenkeinrichtung der Markierungseinrichtung in Abhängigkeit der Kopfdaten derart ansteuert, daß bei Änderung der Kopfstellung derselbe Teil des Objekts markiert ist, sofern sich das Objekt noch im Sichtbereich des Benutzers befindet. Damit wird vorteilhaft erreicht, daß selbst bei einer Kopfbewegung des Benutzers immer noch der zu markierende Teil des Objektes mit dem Lichtstrahl beaufschlagt wird. Die Anzeigevorrichtung ist somit derart ausgestaltet, daß sie bei der Markierung des Teils des Objekts eine Kopfbewegung des Benutzers kompensiert. Die zweite Erfassungseinrichtung kann als ein dem Fachmann bekannter head tracker ausgebildet sein.
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Die erste und zweite Erfassungseinrichtung kann als eine einzige Erfassungsrichtung ausgebildet sein.
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Da die Ablenkeinrichtung so ausgebildet ist, daß eine Ablenkung des Lichtstrahls um zwei verschiedene Achsen möglich ist, ist es möglich, jedes im Sichtbereich des Benutzers liegende Objekt leicht zu markieren.
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Die Ablenkeinrichtung kann insbesondere als Galvanometer-Spiegel ausgebildet sein. Mit einem solchen Galvanometer-Spiegel ist eine exakte und schnelle Ablenkung des Lichtstrahls gut möglich.
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Die Ablenkeinrichtung ist bevorzugt so ausgebildet, daß der Lichtstrahl mittels einer elektronischen Ansteuerung in einer definierten Richtung ausgelenkt werden kann. Dazu kann die Ablenkeinrichtung Piezoelemente und/oder eine adaptive Optik (Membranspiegel mit elektrostatischer Ablenkung) aufweisen.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Lichtquelle als Laser ausgebildet ist. In diesem Fall besteht keine Notwendigkeit einer Nachfokussierung, da der Laserstrahl nahezu unabhängig von der Entfernung auf fast jeder Oberfläche punktförmig erscheint.
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Insbesondere kann das mittels der Bilderzeugungseinheit erzeugte Bild ein virtuelles Bild sein. Damit ist es leicht möglich, das (virtuelle) Bild so darzustellen, daß der Benutzer das Bild in der Entfernung scharf sieht, in der das von ihm betrachtete Objekt sich befindet. Insbesondere kann für diesen Fall die Bilderzeugungseinheit noch eine Fokussiereinheit umfassen, die den Abstand des Benutzers vom von ihm betrachteten Objekt laufend erfaßt, wobei dann bevorzugt die virtuelle Bilddarstellung entsprechend des erfaßten Abstands durchgeführt wird.
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Ferner kann die Steuereinrichtung so ausgebildet sein, daß sie die Markierungseinrichtung bzw. die Lichtquelle derart ansteuert, daß der abgegebene Lichtstrahl amplitudenmoduliert ist. Damit kann eine blinkende Markierung realisiert werden.
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Ferner kann die Steuereinrichtung die Markierungseinrichtung derart ansteuern, daß der Objektteil punktförmig markiert wird. Alternativ ist es möglich, auch einfache Figuren darzustellen, wie z. B. Pfeile, Linien oder sonstiges.
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Die Markierungseinrichtung kann auch mehrere Lichtquellen und mehrere nachgeordnete Ablenkeinrichtungen umfassen. Insbesondere können die Lichtquellen Lichtstrahlen unterschiedlicher Farbe abgeben, so daß mehrfarbige Markierungen möglich sind. Wenn die Anzeigevorrichtung ein brillenartiges Gestell aufweist, kann beispielsweise eine erste Lichtquelle mit einer ersten Ablenkeinrichtung am linken Brillenbügel und eine zweite Lichtquelle mit einer zweiten Ablenkeinrichtung am rechten Brillenbügel befestigt sein.
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Die Anzeigevorrichtung kann auch helmartig ausgebildet sein. In diesem Fall ist die Markierungseinrichtung bevorzugt direkt am Helm befestigt.
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Ferner kann die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung derart ausgebildet sein, daß dem Benutzer das erzeugte Bild für eines oder für beide Augen dargeboten wird. Wenn es dem Benutzer für beide Augen dargeboten wird, kann es bevorzugt für beide Augen unterschiedlich bereitgestellt werden. Insbesondere kann dies so gewählt werden, daß der Benutzer einen dreidimensionalen Eindruck vom erzeugten Bild erhält.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es somit vorteilhaft möglich, einen Teil eines Objektes in der Realität zu markieren, so daß der Benutzer dieses Objekt eindeutig identifizieren kann.
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Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung des Verfahrens besteht darin, daß zur Beaufschlagung des Objekts mit dem Lichtstrahl eine am Kopf des Benutzers zu tragende Markierungseinrichtung vorgesehen ist, die eine einen Lichtstrahl abgebende Lichtquelle und eine der Lichtquelle nachgeordnete Ablenkeinrichtung umfaßt, wobei die Kopfstellung des Benutzers laufend erfaßt wird und die Ablenkeinrichtung in Abhängigkeit der erfaßten Kopfstellung so angesteuert wird, daß selbst bei einer Änderung der Kopfstellung immer derselbe Teil des Objekts mit dem Lichtstrahl beaufschlagt wird, sofern sich das Objekt noch im Sichtbereich des Benutzers befindet.
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Ferner ist es bevorzugt, daß das erzeugte Bild als ein virtuelles Bild erzeugt wird. Insbesondere wird der Abstand des Beobachters vom betrachteten Objekt ermittelt und wird das erzeugte Bild in Abhängigkeit des ermittelten Abstands so dargestellt, daß der Benutzer das virtuelle Bild und das Objekt in der gleichen Entfernung wahrnehmen kann.
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Eine Weiterbildung des Verfahrens besteht darin, daß die im Sichtbereich des Benutzers liegende Umwelt erfaßt und die Markierung mittels dem Lichtstrahl in Abhängigkeit der erfaßten Umwelt durchgeführt wird.
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Insbesondere kann das erfindungsgemäße Verfahren auch so ausgestaltet werden, daß der Lichtstrahl moduliert wird, insbesondere amplitudenmoduliert, so daß eine blinkende Markierung realisierbar ist.
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Ferner kann das erfindungsgemäße Verfahren auch noch so weitergebildet werden, daß es die mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung und deren Weiterbildung möglichen Verfahren realisiert.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den beigefügten Figuren. Von den Figuren zeigen:
- 1 eine schematische Ansicht eines Benutzers, der die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung am Kopf trägt und ein Objekt betrachtet,
- 2 eine schematische Ansicht der Erfassungs-, Markierungs- und Steuereinrichtung der Anzeigevorrichtung von 1.
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Bei der in 1 und 2 gezeigten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung umfaßt die Anzeigevorrichtung ein brillenartiges Gestell 1, an dem eine Bilderzeugungseinheit 2 befestigt ist. Das Gestell 1 zusammen mit der Bilderzeugungseinheit 2 bildet eine herkömmliche HMD-Vorrichtung (Head Mounted Device), die hier so ausgebildet ist, daß das mittels der Bilderzeugungseinheit 2 erzeugte Bild von einem die Anzeigevorrichtung tragenden Benutzer in Überlagerung mit der Umgebung wahrnehmbar ist. Von der Bilderzeugungseinheit 2 ist in 1 lediglich ein teiltransparentes Umlenkelement 3 gezeigt, durch das der Beobachter B die Umwelt wahrnehmen kann und das zur Abbildung des erzeugten Bildes in das Auge des Benutzers verwendet wird. Die Bilderzeugungseinheit 2 erzeugt bevorzugt ein virtuelles Bild, das der Benutzer B wahrnehmen kann.
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Am Gestell 1 ist ferner eine Erfassungseinrichtung 4 (beispielsweise eine Kamera) befestigt, die die im Sichtbereich des Benutzers liegende Umwelt aufnimmt und entsprechende Daten an eine Steuereinrichtung 5 abgibt. Ferner ist am Gestell eine Markierungseinrichtung 6 befestigt, die eine Laserlichtquelle 7 sowie eine dieser nachgeordneten Ablenkeinrichtung 8 umfaßt. Mittels der Ablenkeinrichtung 8 kann der Laserstrahl des Lasers 7 bevorzugt um zwei Achsen, die von einander unabhängig sind, abgelenkt werden. Die maximalen Ablenkwinkel sind bevorzugt so gewählt, daß mit dem Laserstrahl der gesamte Sichtbereich des Benutzers in einem vorbestimmten Abstand vom Benutzer überstrichen werden kann, wie dies schematisch in 2 eingezeichnet ist. Die Markierungseinrichtung 6 wird mittels der Steuereinrichtung 5 gesteuert.
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Im Betrieb wird mittels der Erfassungseinrichtung 4 die Kopfstellung des Benutzers B erfaßt. Dies kann beispielsweise dadurch durchgeführt werden, daß in der im Blickbereich des Benutzers liegenden Umwelt vorbestimmte Markierungen vorhanden sind. Bei der Wartung einer technischen Maschine kann es sich bei diesen Markierungen um besondere Elemente der Maschine handeln. Wenn nun von einem im Blickbereich liegenden Objekt 10 ein Teil 11 markiert werden soll, werden entsprechende Daten (Pfeil A) an die Steuereinrichtung 5 gegeben. Die Steuereinrichtung 5 steuert dann auf der Basis der Daten sowie der Daten der Erfassungseinrichtung 4 die Markierungseinrichtung 6 so an, daß der Laser 7 eingeschaltet wird und die Ablenkeinrichtung 8 so eingestellt wird, daß genau der markierende Teil 11 des Objekts 10 von dem Laserstrahl L getroffen wird. Zusätzlich können über die Bilderzeugungseinheit 2 Zusatzinformationen als Bild dem Benutzer dargeboten werden.
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Die Erfassungseinrichtung 4 erfaßt laufend die Kopfstellung des Benutzers B und gibt diese Daten an die Steuereinrichtung 5 weiter. Wenn die Steuereinrichtung 5 feststellt, daß der Benutzer seinen Kopf bewegt (beispielsweise dreht) wird die Ablenkeinrichtung 8 entsprechend angesteuert, daß mittels des Laserstrahls L immer noch dasselbe Teil 11 des Objekts 10 markiert wird. Es wird somit die Kopfbewegung durch eine entsprechend gegenläufige Bewegung der Ablenkeinrichtung 8 kompensiert.
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Die Markierung des Teils 11 kann durch einen einfachen Punkt oder auch durch kleinere Bilder, wie z. B. ein Kreuz oder ein Pfeil erfolgen. In diesem Fall wird die Ablenkeinrichtung 8 noch so angesteuert, daß das gewünschte Bild laufend erzeugt wird.
