DE19625028C1 - Brillenartige Vorrichtung zur Einblendung von Zusatzinformationen in den Sichtbereich - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine brillenartige Vorrichtung zur Einblendung von Zusatzinformationen in den Sichtbereich einer Person, unter Verwendung einer visuellen Informationen ausstrahlenden Signalquelle sowie eines diese Informationen in den Sichtbereich projizierenden optischen Systems.

Die US 37 87 109 beschreibt bereits eine an einem Helm angebrachte Display-Vorrichtung, bei der eine innere Reflexionsfläche eines teilweise durchlässigen, an dem Helm vor den Augen des Benutzers angeordneten Schirms eine Krümmung zur Ausrichtung der von einer ein Bild erzeugenden Lichtquelle ausgehenden Lichtstrahlen aufweist. Die Krümmung erzeugt einen definierbaren Brennpunkt, in dem das Licht der Lichtquelle und damit das darzustellende Bild für das Auge sichtbar erscheint. Dieses Display-System ist an die Montage an einen Helm gebunden, so daß seine Anwendungsmöglichkeiten eingeschränkt sind.

Aus der DE-PS 11 03 961 ist darüber hinaus eine Bildwiedergabeeinrichtung in Brillenform zur Darstellung eines Fernsehbildes bekannt, bei der am Brillenbügel in einer zu diesem parallel verlaufenden Achse eine Elektronenstrahlröhre angebracht ist, deren Bildschirm in Blickrichtung des Benutzers zeigt. Um das auf dem Bildschirm erzeugte Bild auf das Auge umzulenken, ist am Brillensteg ein vor dem Auge befindliches Umlenksystem aus Spiegeln oder einem Prisma in einem Gehäuse untergebracht. Das Umlenksystem ist jedoch aufwendig und schwer aufgebaut und in seinen Anwendungsmöglichkeiten begrenzt. Besonders nachteilig ist, daß bei dieser mit einer Brille verbundenen Bildwiedergabevorrichtung der Sichtbereich des Benutzers erheblich eingeschränkt ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine brillenartige Vorrichtung zur Einblendung von Zusatzinformationen in das Blickfeld einer Person zu entwickeln, die vielseitig einsetzbar und leicht zu handhaben ist und den normalen Sichtbereich des Benutzers nicht oder nur unwesentlich einschränkt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einer brillenartigen optischen Vorrichtung zur Einblendung von Zusatzinfor­ mationen, die eine Signalquelle zur Ausstrahlung visueller Signale sowie ein optisches System zur Einblendung dieser Signale in das Gesichtsfeld eines Benutzers umfaßt, in der Weise gelöst, daß das optische System aus einer von oder auf einer Brillen- oder Schutzglasfläche gebildeten, teilweise durchlässigen Reflexionsfläche und einem im Strahlengang der mit der brillenartigen Vorrichtung verbundenen Signalquelle befindlichen Ablenkprisma mit asphärisch wirkender brechender Eintrittsfläche und Austrittsfläche und einer ebenen Ablenkfläche besteht.

Das Wesen der Erfindung liegt mit anderen Worten in der Kombination einer herkömmlichen Brille, die mit normalem Glas ausgestattet ist oder in üblicher Weise als Sehhilfe oder Schutzbrille dient und an der dem Auge zugewandten Seite der Gläser über eine teilweise durchlässige Refle­ xionsfläche verfügt, mit einer an der Brille angebrachten, visuelle Signale aussendenden Anzeige und einem zwischen dieser und der Reflexionsfläche der Gläser angeordnetem asphärischem Ablenkprisma.

Aufgrund der nach einem weiteren Merkmal der Erfindung asphärisch konkav gewölbten, der Anzeige zugewandten Eintrittsfläche werden auch die Randbereiche der Anzeige erfaßt, um ein Bild gleichmäßiger Schärfe erzeugen zu können. Die divergenten Strahlen werden an der Ablenkfläche des Ablenkprismas in Richtung der erfindungsgemäß asphärisch konvex gewölbten Austrittsfläche reflektiert und dort zu parallelen oder weiter konvergierenden, auf die Reflexionsfläche gerichteten Strahlen gebündelt, um im Unendlichen bzw. in einer kurzen Entfernung, zum Beispiel von einigen Metern, die auf der Anzeige dargestellte Information in den normalen Sichtbereich des Benutzers einzublenden. Die eingeblendeten Zusatzinformationen sind in jeder Position des Benutzers gleichermaßen gut erkennbar. Andererseits haben des optische System aus Ablenkprisma und Reflexionsfläche sowie die Anzeige ein so geringes Gewicht, daß die gesamte Vorrichtung leicht zu handhaben ist bzw. den Benutzer nicht wesentlich mehr als beim Tragen einer gewöhnlichen Brille behindert. Außerdem ermöglichen das geringe Gewicht und der geringe Raumbedarf erst die Kombination mit einer Brille.

Mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Vorrichtung zur Einfügung von Zusatzinformationen in das Blickfeld sind zahlreiche Anwendungsfälle realisierbar. Durch Verbindung der Anzeige mit verschiedenen Meßgeräten, die in das Gestell der Brille integriert oder über eine geeignete Verbindung separat von diesem angeordnet sind, können - beispielsweise bei Verwendung einer Taucherbrille - die Tauchtiefe, der Flaschendruck, die Tauchzeit oder die Dekompressionszeit im normalen Sichtbereich eines Tauchers angezeigt werden oder bei Bergsteiger-Sonnenbrillen die Höhe, die Lufttemperatur und dgl. in das Gesichtsfeld eingeblendet werden. Eine weitere Anwendungsmöglichkeit besteht im Bereich der Medizin zur fortwährenden Beobach­ tung von Parametern des menschlichen Körpers oder beim Führen von Kraftfahrzeugen, Flugzeugen und Schiffen zur - unabhängig von der Position des Benutzers - ständig im Sichtbereich liegenden Information über die verschiedensten Daten.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist als Anzei­ ge ein auf der Basis von Lumineszenzdioden oder Flüssig­ kristallen arbeitendes Display vorgesehen, das unmittelbar an der Brille mit einer Spannungsquelle, einem Schaltkreis und einem die gewünschten Daten liefernden Gerät verbunden ist. Die der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgeschalteten, die darzustellenden Daten liefernden Geräte können bei von der Brille getrennter Anordnung beispielsweise auch in einer Tragebox untergebracht sein. Die Verbindung mit der Anzeige kann über eine Verbindungsleitung oder drahtlos erfolgen.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die an der Brille angebrachte Anzeige als Bildschirm ausgebildet, der entweder direkt an bestimmte, die in das Gesichtsfeld einzublendende Information liefernde Bildinformations­ träger, wie Telefaxgeräte, PC-Monitore oder dgl. angeschlossen ist oder mit einer die Bildinformation erzeugenden, auf Objekte der Umwelt gerichteten Kamera verbunden ist.

Weitere Merkmale und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.

Anhand von Ausführungsbeispielen wird die Erfindung mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht einer mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Darstellung von Zusatzinformatio­ nen im Sichtbereich eines Tauchers ausgerüsteten Taucherbrille;

Fig. 2 eine Draufsicht nach Fig. 1;

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung des in der Anzeige­ vorrichtung verwendeten asphärischen Ablenkprismas mit dem entsprechenden Strahlenverlauf zwischen der Anzeige und der Reflexionsfläche; und

Fig. 4 eine Ansicht einer Ausführungsvariante der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung mit einem in das Brillen­ gestell integrierten Mini-Bildschirm, der mit einer von der Brille getrennt angeordneten Kamera, einem Personalcomputer oder dgl. verbunden wird.

Fig. 5 eine Draufsicht nach Fig. 4.

In der Zeichnung ist mit 7 das Gestell und mit 8 das Brillenglas einer Brille, die in Fig. 1 eine Taucherbrille ist, aber auch, wie in Fig. 4, eine beliebige andere, als Sehhilfe oder zum Schutz der Augen verwendete Brille sein kann. Gleichermaßen kann die "Brille" nur mit Normalglas versehen sein und - als Haltevorrichtung und Reflexions­ fläche - lediglich zur Darstellung der von ihrem Träger benötigten Informationen in dessen Sichtbereich dienen.

Gemäß Fig. 1 und 2 ist am Gestell 7 einer Taucherbrille eine Druckdose 1 als die einzublendenden Meßwerte liefern­ des Meßgerät angebracht. Im Gestell 7 der Taucherbrille ist weiterhin ein Gehäuse 2 zur Unterbringung einer Spannungs­ quelle und eines Schaltkreises, die mit der Druckdose 1 verbunden sind, vorgesehen. An die Druckdose 1 ist das Display 4 eines LED-Elements angeschlossen, mit dem die Meßwerte der Druckdose 1 in Form von Lumineszenzstrahlen wiedergegeben werden. Am Gestell 7 der Taucherbrille ist weiterhin ein im Strahlengang 9 des Displays 4 liegendes Ablenkprisma 5 mit asphärisch wirkenden brechenden Flächen an der Ein- und Austrittsseite der Lichtstrahlen angeord­ net. Das Ablenkprisma 5 lenkt die von dem LED-Element ausgesendeten Strahlen auf eine auf der Innenseite des Brillenglases 8 vorgesehene, teilweise durchlässige Reflexionsfläche 6, an der ein Teil der vom Ablenkprisma 5 abgelenkten Strahlen reflektiert wird und auf das mensch­ liche Auge 10 trifft. Im Sichtbereich des Trägers der Brille liegt somit sowohl die durch die Brillengläser 8 und durch deren natürliche oder bewußt aufgebrachte teilweise Verspiegelung (Reflexionsfläche 6) hindurch sichtbare Szene als auch die von der Reflexionsfläche 6 zum Auge reflek­ tierte Zusatzinformation des Displays 4 des LED-Elements.

Entsprechend der Ausbildung des Ablenkprismas 5 und dessen Abstand zum Display 4 erscheint die zusätzliche visuelle Information in einer Entfernung von einigen Metern vom Auge des Tauchers. Gleichermaßen ist jedoch in Abhängigkeit von der Gestaltung der Flächen 5a und 5c des Ablenkprismas 5 eine Abbildung der vom Display ausgestrahlten Zusatzinfor­ mationen im Unendlichen möglich. Neben der hier beispiel­ haft angegebenen Druckmessung können auch andere für das Tauchen wichtige Daten gemessen und über die LED-Anzeige, das Ablenkprisma 5 und die Reflexionsfläche 6 am Brillen­ glas 8 für das Auge sichtbar abgebildet werden.

Die genaue Ausbildung des Ablenkprismas 5 mit einem Teil des Strahlengangs 9 der vom Display 4 ausgesendeten Licht­ strahlen ist in Fig. 3 wiedergegeben. Das Ablenkprisma 5 ist an der dem Display 4 zugewandten Eintrittsfläche 5a asphärisch konkav gewölbt, so daß alle Bereiche des Dis­ plays 4 gleichmäßig erfaßt werden und eine scharfe Wieder­ gabe der visuellen Signale des Displays 4 möglich ist. Die über die asphärisch konkav gewölbte Eintrittsfläche 5a in das Ablenkprisma 5 eintretenden divergent verlaufenden Strahlen werden an der gegenüberliegenden ebenen Ablenk­ fläche 5b reflektiert und in Richtung der asphärisch konvex gewölbten Austrittsfläche 5c des Ablenkprismas abgelenkt. An der asphärisch konvex gewölbten Austrittsfläche 5c werden die divergenten Strahlen so gebrochen, daß sie parallel zueinander verlaufen, um die von der teilweise durchlässigen Reflexionsfläche 6 auf das Auge zurückgewor­ fenen Strahlen im Unendlichen als zusätzliche Information abzubilden. Um die Zusatzinformation in geringerer Entfer­ nung vom Auge 10, zum Beispiel in einigen Metern, darzustellen, ist die Austrittsfläche derart konvex gewölbt, daß die austretenden Strahlen konvergieren.

Die Durchlässigkeit der Reflexionsfläche 6 richtet sich nach der Helligkeit des Displays, d. h. je größer die Lichtstärke der LED-Anzeige ist, umso größer kann die Durchlässigkeit der Verspiegelung sein, um dennoch durch diese hindurchsehen zu können und gleichzeitig die zusätz­ liche Bildinformation deutlich erkennbar zu machen. Zur Einstellung der Kontraststärke der in das Blickfeld eingefügten Zusatzinformation ist die Lichtstärke des Displays regulierbar.

Wie aus der Zeichnung erkennbar ist, nimmt die Reflexions­ fläche 6 nur einen kleinen Teil der Fläche des Brillen­ glases 8 ein, so daß das Gesichtsfeld bzw. die Beobachtung der Szene im wesentlichen nicht eingeschränkt wird. Ande­ rerseits kann bei ausreichender Durchlässigkeit der Refle­ xionsfläche 6 auch ein größerer Teil des Brillenglases 8 oder gar dessen gesamte Fläche teildurchlässig verspiegelt sein bzw. können die natürlichen Reflexionseigenschaften von Brillengläsern genutzt werden.

Das Ablenkprisma ist einstückig ausgebildet und besteht aus Kunststoff. Es kann jedoch auch mehrteilig, nämlich aus einem Prisma und mit diesem fest verbundener asphärisch plankonkaver und asphärisch plankonvexer Linse, ausgebildet sein und entsprechend der Ausführung des Displays, der Lichtstärke, der Farbe und dgl. aus einem anderen geeig­ neten Werkstoff bestehen.

Die Art der Anzeige der Daten ist selbstverständlich nicht auf ein Display auf der Basis von Lumineszenzdioden beschränkt. Sie kann beispielsweise gleichermaßen über eine LCD-Anzeige oder auch, wie anhand des nachfolgenden Beispiels gezeigt wird, mit einem Mini-Bildschirm, hier mit CCD-Bildschirm, erfolgen.

Die Fig. 4 und 5 zeigen eine Ausführungsvariante der Erfindung, bei der am Gestell 7 einer Brille ein CCD-Bildschirm 11 angebracht ist. Die Einblendung der vom CCD-Bildschirm 11 abgegebenen Information in das Gesichtsfeld des Trägers der Brille erfolgt auf die gleiche Weise wie am Beispiel der in den Fig. 1 bis 3 beschriebenen Taucher­ brille, das heißt, über das Ablenkprisma 5 mit den konkav bzw. konvex asphärisch wirkenden, brechenden Ein- und Austrittsflächen 5a, 5c und der dazwischen liegenden Ablenkfläche 5b sowie die teildurchlässige Reflexionsfläche 6 am Brillenglas 8. Die Erzeugung der Bildinformation erfolgt hier nach der Erfindung über eine auf das die Bildinformation abgebende Mittel gerichtete CCD-Kamera (nicht dargestellt), die mit dem CCD-Bildschirm 11 über eine Verbindungsleitung 12 verbunden ist. Das Objekt, auf das die CCD-Kamera gerichtet ist, kann beliebiger Art sein. Unter Verzicht auf die CCD-Kamera kann der CCD-Bildschirm 11 auch direkt an ein die einzublendenden Daten lieferndes Gerät, beispielsweise einen PC-Monitor o. ä., angeschlossen sein. Auf diese Weise ist es möglich, auf die Reflexionsfläche 6 des Brillenglases 8 die von einem Computer abgegebenen Informationen zu projizieren und wie oben beschrieben in das Gesichtsfeld eines Benutzers einzublenden. Die CCD-Kamera einschließlich Spannungs­ quelle, PC-Anschluß und PC-Monitor können in einer Tragebox untergebracht sein und über die Verbindungsleitung 12 an den am Gestell 7 der Brille befestigten CCD-Bildschirm 11 angeschlossen werden.

Entsprechend der Zeichnung wird die Bildinformation ledig­ lich auf ein einziges Brillenglas 8 mit der entsprechenden Reflexionsfläche 6 projiziert. Es ist jedoch auch möglich, zwei Kameras vorzusehen und beiden Brillengläsern jeweils einen Mini-Bildschirm, ein Ablenkprisma und eine Reflexionsfläche zuzuordnen, um damit einen Stereoeffekt zu erzielen.

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die vorangegangenen Ausführungsbeispiele beschränkt, das heißt, die Erzeugung der visuellen Information zur Wiedergabe auf einer in das Brillengestell integrierten Anzeigevorrich­ tung, und auch die Anzeige selbst, kann auch durch andere, im Ausführungsbeispiel nicht beschriebene Systeme erfolgen. Beispielsweise können zur Übertragung der visuellen Information auch Bildleit- oder Glasfaserkabel vorgesehen sein.

Claims (13)

1. Brillenartige Vorrichtung zur Einblendung von Zusatz­ informationen in den Sichtbereich, unter Verwendung einer visuelle Informationen ausstrahlenden Signalquelle sowie eines diese Informationen in den Sichtbereich projizierenden optischen Systems, dadurch gekennzeich­ net, daß das optische System (5, 6) aus einer von oder auf einer Brillen- oder Schutzglasfläche (8) gebildeten, teilweise durchlässigen Reflexionsfläche (6) und einem im Strahlengang (9) der mit der brillenartigen Vorrich­ tung verbundenen Signalquelle (4, 11) befindlichen Ablenkprisma (5) mit asphärisch wirkender brechender Eintrittsfläche (5a) und Austrittsfläche (5c) sowie einer ebenen Ablenkfläche (5b) besteht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die der Signalquelle (4, 11) zugewandte Eintrittsfläche (5a) des Ablenkprismas (5) asphärisch konkav und dessen auf die teilweise durchlässige Reflexionsfläche (6) gerichtete Austrittsfläche (5c) asphärisch konvex gewölbt ist.

3. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ablenkprisma (5) aus einer plankonkaven asphärischen Linse, einem Prisma und einer plankonvexen asphärischen Linse zusammengesetzt ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ablenkprisma (5) einstückig ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflexionsfläche (6) durch die natürliche Reflexion der zum Auge gerichteten Innenseite des Brillenglases (8) gebildet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflexionsfläche (6) eine auf mindestens einen Teilbereich der dem Auge zugewandten Fläche des Brillenglases (8) aufgebrachte Reflexions­ schicht umfaßt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalquelle ein lichtemittie­ rendes Element ist, das an eine die einzublendenden Zusatzinformationen liefernde Vorrichtung angeschlossen ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die Vorrichtung zur Lieferung der Zusatzinfor­ mationen eine Meßvorrichtung ist, die in das Gestell (7) der Brille integriert ist oder separat angeordnet und mit der Signalquelle über eine Verbindungsleitung (12) oder drahtlos verbunden ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich­ net, daß die Signalquelle ein in der Lichtstärke vorzugsweise einstellbares Display (4) auf der Basis einer Lumineszenzdioden- oder Flüssigkristallanzeige ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalquelle ein Mini-Bildschirm ist und die Vorrichtung zur Lieferung der Zusatzinformationen eine auf bestimmte Objekte gerichtete, mit dem Mini-Monitor über eine Verbin­ dungsleitung (12) verbundene Kamera ist oder der Minibildschirm unmittelbar mit einem Bildinformations­ geber verbunden ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung eines Stereoeffekts beiden Brillengläsern (8) jeweils ein Mini-Bildschirm, ein asphärisches Ablenkprisma und eine Reflexionsfläche und jedem Mini-Bildschirm eine Kamera oder ein anderer Bildinformationsgeber zugeordnet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 und 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Datenübertragung zum Mini-Bildschirm über Lichtwellenleiter erfolgt.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalquelle ein an einen separat angeordneten Personalcomputer angeschlossener Mini-PC-Monitor ist.