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WO2017064063A1 - Vorrichtung und verfahren für die augmented reality darstellung - Google Patents

Vorrichtung und verfahren für die augmented reality darstellung Download PDF

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WO2017064063A1
WO2017064063A1 PCT/EP2016/074346 EP2016074346W WO2017064063A1 WO 2017064063 A1 WO2017064063 A1 WO 2017064063A1 EP 2016074346 W EP2016074346 W EP 2016074346W WO 2017064063 A1 WO2017064063 A1 WO 2017064063A1
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WO
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light field
field data
data
user
environment
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/EP2016/074346
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English (en)
French (fr)
Inventor
Jeremias GROMOTKA
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Carl Zeiss Vision International GmbH
Original Assignee
Carl Zeiss Vision International GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Carl Zeiss Vision International GmbH filed Critical Carl Zeiss Vision International GmbH
Publication of WO2017064063A1 publication Critical patent/WO2017064063A1/de
Priority to US15/942,609 priority Critical patent/US10573080B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • G03H1/08—Synthesising holograms, i.e. holograms synthesized from objects or objects from holograms
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    • G06T2207/10—Image acquisition modality
    • G06T2207/10052—Images from lightfield camera

Definitions

  • the invention relates to an AR (Augmented Reality) -Sys system, with a HMD (Head Mounted Display) with a holographic display and a device for generating VR (Virtual Reality) light field data.
  • the invention further provides a method for displaying AR representations in or using a system according to the invention.
  • VR Virtual Reality
  • AR Augmented Reality
  • VR Augmented Reality
  • Google Glass® An AR system known from public prior use is, for example, Google Glass® .
  • the present invention has for its object to provide a system and a method of the type mentioned that provides a good AR representation and a simple way of adaptation to ver ⁇ different users allowed.
  • the system further comprises a device for recording light field data of the environment and a device for merging the light field data of the environment and the VR light field data to AR (Augmented Reality) light field data and control of the holographic Displays, wherein means for correcting the AR light field data is provided on the basis of ophthalmological data of the user.
  • AR Augmented Reality
  • ⁇ dica either directly or indirectly by showing a camera recording the environment
  • optically superimposed or faded in graphical additional data this can be, for example, pictures, alphanumeric characters or the like.
  • HMD head mounted displays
  • HMD head mounted displays
  • They generate visual output devices that can present the user with visual data and images. They can be used as eyeglasses, masks, helmets, contact lenses, for example or the like may be formed.
  • closed HMDs are preferably used which allow the user to perceive exclusively computer-generated table representations and do not permit di rect visual perception of the surroundings
  • a holographic display is a device that can display a computer-generated holographic interference ⁇ pattern image corresponding to the perception ei nem stereoscopic image.
  • Holographic displays are known in the prior art and described in ⁇ example in US 2014/0293386 AI.
  • a device for generating VR (Virtual Reality) light field data generates VR light field data, which allows a 3D representation of this (artificially generated) graphic data by means of a holographic display.
  • Light field data is described by a vector function which describes the radiance of the light for each spatial point and every spatial direction.
  • a device for recording light field data of the environment allows the detection of the light field of an observed environment or scene.
  • this device is designed according to the invention as a light field camera or plenoptic camera.
  • the recording of light field data of the environment can also be done in other ways, for example by
  • An essential element of the invention is a device for merging the light field data of the environment and the VR light field data into AR (Augmented Reality) light field data.
  • the AR display is not a mixed representation of a direct visual perception of the environment with added VR data, but instead takes the entire AR display including the representation of the environment completely computer generated by means of the holo ⁇ graphic displays.
  • This complete com ⁇ computer generated illustration includes in depicting ⁇ development around preferably a live representation of the environment preferably from a provided for this purpose camera such as a front camera.
  • the VR light field data combined with light field data of the environment may comprise computer-generated or simulated data, and may also include data from a remote light field camera, for example for telepresence applications.
  • This procedure according to the invention makes it possible to apply all possibilities for displaying and possibly correcting light field data represented by a holographic display not only to the VR elements of a mixed AR representation with direct perception of the environment, but also to the overall representation including the environment and thus the perception of the environment.
  • the system includes means for correcting AR light field data based on user ophthalmic data.
  • ophthalmic data of the user refers to data that includes information about a user's individual vision or visual characteristics. In this case, it may preferably be so-called prescription data, which detect the defined defective eyesight of the user.
  • Such Verschrei ⁇ advertising data is for example sphere; Cylinder and axis (correction of astigmatism); prismatic Cor ⁇ rection; Aberrations of higher order; Addition (correction of presbyopia) and the like.
  • ophthalmological data for example given data in the course of the determination of ophthalmological data of a user.
  • sensitivity data for example, describe the spectral sensitivity or Hel ⁇ lottisappkeit the eyes.
  • biometric data of Benut ⁇ dec this includes, for example, pupillary distance, axial length of the eye, location of the pivot point of rotation of the eyes and the like.
  • the invention makes it possible to provide a user with an AR display in which both the representation of the environment and the additional visual VR data are jointly corrected, for example for compensating for defective eyesight of the user. It is according to the invention no longer necessary to provide the envisaged in AR systems of the prior art double correction, in which the direct visual perception of the environment must be corrected lenses by conventional optical elements, such as eyeglasses ⁇ , which in the example in the prior art used HMD can be used.
  • the procedure according to the invention also allows the simulation of the effect of a spectacle lens or spectacle lens design, for a progressive lens design, for example, addition, length of the progression channel, position and size of the near and far range or the distribution of astigmatic residual errors.
  • the procedure according to the invention can also be used for subjective refraction. This can happen as in the classic subjective refraction with corrective lenses through graded visual effects and in dialogue with a professional, such as an ophthalmologist or optometrist, it But it is also possible to equip the subject with an input device, such as a slider or the like, and to allow him to adjust the optimal effect stepless himself, and to try them directly in different simulated or real everyday situations (reading, climbing stairs, ...) ,
  • ⁇ det which allows recording of this light field data in real time
  • the device for recording light field data is coordinated with the viewing direction of the user. In this way, the environment is realistic, taking into account the
  • the light field camera may be mechanically coupled to the HMD for this purpose, in particular be attached to this. It follows there ⁇ with the head movements of the user.
  • a viewing direction sensor may be provided in the HMD, which detects eye movements and the viewing direction and preferably controls a tracking of the camera.
  • Such spatially remote Anord ⁇ voltage may be particularly advantageous for telepresence applications.
  • such cavities ⁇ Lich remote camera is wired or preferably wireless such from the HMD controlled that the on ⁇ taking direction of the camera having the viewing direction of the user of the HMD is linked or the direction of view follows.
  • the HMD Accelerometer have, detect the head movements of the user and thus provide a control variable for tracking the ent ⁇ distant camera.
  • the device for generating VR light field data can be connected to an external data source. It can be an external data source (such as databases or the Internet in general) that contributes content to the VR renderings.
  • the combination of external data source or an external computer and the system or HMD the invention is preferably wireless, it can be used known electromagnetic or optical wireless Kunststoffstechni ⁇ ken. If available in the appropriate environment, optical connections have the advantage that a broadband transmission is easily possible and exposure to electromagnetic radiation in the head of the user can be avoided.
  • the external data source contains data in addition ophthalmological of Be ⁇ user. This can be beneficial ⁇ way especially when an inventive system of various users is used with different refractive errors. By accessing the ex ⁇ ternal data source can be done automatically adapt to each user. Alternatively, the corresponding ophthalmological data can be stored locally in the system according to the invention or the HMD.
  • a very common form of ametropia is myopia or farsightedness, which require a spherical correction of the focal plane.
  • Erfindungsge ⁇ Frankfurtss can be provided that the means for combining the light field data of the environment and the VR-light field data to AR (Augmented Reality) -Lichtfeld ⁇ data and control of the holographic display is adapted from the AR-light field data for each eye of the user the focal plane to cremeie ⁇ reindeer, which corresponds to the spherical refractive error of that eye.
  • the HMD or its holographic display it is preferred for the HMD or its holographic display to have an SLM (spatial light modulator).
  • SLM spatial light modulator
  • Suitable SLMs are familiar to experts and require no further explanation here. A disclosure of suitable SLM can be found, for example, in WO mentioned in the introduction
  • the SLM according to the invention can be designed, for example, as a reflective or transmissive SLM.
  • transmissive SLM examples include staggered LC displays (stacked LC displays, as disclosed, for example, in the publication Huang et al., "The Light Field Stereoscope", available at http://www.collapalimagin.org) / publications / 1 ⁇ light-field-stereoscope / This disclosure is referred to.
  • the system according to the invention preferably additionally has a viewing direction sensor.
  • Viewing direction can be useful or necessary, in particular, if refractive errors dependent on the viewing direction, such as, for example, astigmatism, are to be corrected according to the invention.
  • the acquired from the look ⁇ direction sensor the viewing direction of the user enters into the correction of the AR-light field data using ophthalmological data of the user.
  • Another object of the invention is a method for generating or representing AR representations using or in a system according to the invention, with the steps of recording from light field data of the environment, generation of VR light field data, merging the light field data of the environment and the VR light field data to AR (augmented reality) light field data, modifying the AR light field data using the user's ophthalmological data, and displaying the modified AR representation in the HMD.
  • the modification comprises the generation of the planes of sharpness which correspond to the spherical refractive error of the respective eye of the user.
  • the modification takes place in consideration of the viewing direction of the user detected by the sighting sensor.
  • Fig. 1 Schematically exploded as an HMD of a system according to the invention
  • Fig. 2 Schematically an inventive system with remotely located camera.
  • LC displays 2, 3 are arranged at a distance from each other, which is determined by the spacer 4. These two displays together form an SLM as described above.
  • the displays are backlit by a back light ⁇ facility. 5
  • the components referred to are in the closed housing 1 are arranged overall, having at the front a Publ ⁇ voltage or recess 6, which is approximately adapted to the head shape of a user and serves a positioned in front of the eyes of a user in the HMD Essentially complete light-tight.
  • the user's gaze at the image displayed by the LC displays is mediated by lenses schematically indicated at 7.
  • additional lenses are not absolutely necessary, but may be desirable, e.g. as UV, blue light or contrast filter.
  • a physical separation of the right and left eye representation may be useful, depending on the display used, but may be different. not absolutely necessary.
  • the HMD (not shown in the drawing) has a fixed associated, in one embodiment of the present invention comprise light field camera that may be playing arranged at ⁇ on the side facing away from the lens 7 side of the HMD and by the fixed Ver ⁇ bond with the HMD Viewing direction of a user automatically follows.
  • the camera 9 can be arranged spatially separated, preferably then facilities are provided, via a data connection 10, 11 ensure that this remote camera moves according to the head movements of the user of the HMD and thus follows its (imaginary) line of sight.
  • Such spatially remote Ka ra ⁇ can for example serve to make a fiction, ⁇ system according telepresence events usable.
  • Fig. 2 is schematically a
  • External computer 8 which is connected via a data link 10 to the HMD.
  • this computer 8 can be structurally connected to the HMD 1 or integrated therein.

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Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein AR (Augmented Reality)-System, das ein HMD (Head mounted display) (1) mit einem holographischen Display (2, 3) und eine Einrichtung zur Generierung von VR(Virtual Reality)-Lichtfelddaten aufweist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass es zusätzlich eine Einrichtung (9) zur Aufnahme von Lichtfelddaten der Umgebung und eine Einrichtung zum Zusammenführen der Lichtfelddaten der Umgebung und der VR-Lichtfelddaten zu AR (Augmented Reality)-Lichtfelddaten und Ansteuerung des holographischen Displays aufweist, wobei eine Einrichtung zur Korrektur der AR-Lichtfelddaten anhand ophthalmologischer Daten des Benutzers vorgesehen ist. Die erfindungsgemäß vorgesehene vollständige computergenerierte Darstellung einer AR ermöglicht es, eine gemeinsame und einheitliche Anpassung und Korrektur der Darstellung beispielsweise an Fehlsichtigkeiten des Benutzers vorzunehmen.

Description

VORRICHTUNG UND VERFAHREN FÜR DIE
AUGMENTED REALITY DARSTELLUNG
Die Erfindung betrifft ein AR (Augmented Reality) -Sys tem, mit einem HMD (Head mounted display) mit einem holographischen Display sowie einer Einrichtung zur Generierung von VR (Virtual Reality) -Lichtfelddaten . Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zum Darstellen von AR-Darstellungen in bzw. unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Systems.
VR (Virtual Reality) -Systeme sind aus offenkundiger Vorbenutzung bekannt. Sie erlauben es, einem Benutzer eine computergenerierte virtuelle Darstellung bzw. Re alität darzustellen.
Ebenfalls bekannt sind AR (Augmented Reality) -Systeme, bei denen der Benutzer einerseits die Umgebung direkt optisch wahrnehmen kann, andererseits zusätzlich VR- Daten in seinem Sichtfeld erscheinen. Diese AR-Systeme erlauben es, einem Benutzer beim Blick auf die Umgebung Zusatzinformationen in Form von VR-Daten zur Verfügung zu stellen. Ein aus offenkundiger Vorbenutzung bekanntes AR-System ist beispielsweise Google Glass®.
Aus WO 2015/032828 AI ist ein AR-System bekannt, bei dem eine Korrektur der eingebrachten VR-Daten anhand ophthalmologischer Parameter des Benutzers vorgesehen ist . Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System und ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, dass eine gute AR-Darstellung bietet und eine einfache Möglichkeit der Anpassung an ver¬ schiedene Benutzer erlaubt.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das System weiter aufweist eine Einrichtung zur Auf- nähme von Lichtfelddaten der Umgebung und eine Einrichtung zum Zusammenführen der Lichtfelddaten der Umgebung und der VR-Lichtfelddaten zu AR (Augmented Rea- lity) -Lichtfelddaten und Ansteuerung des holographischen Displays, wobei eine Einrichtung zur Korrektur der AR-Lichtfelddaten anhand ophthalmologischer Daten des Benutzers vorgesehen ist.
Zunächst seien einige im Rahmen der Erfindung verwendete Begriffe erläutert.
AR (Augmented Reality) -Systeme erlauben einem Benutzer die gleichzeitige visuelle Wahrnehmung sowohl der Um¬ gebung (entweder direkt oder indirekt durch Darstellung einer Kameraaufnahme der Umgebung) als auch op- tisch überlagerter oder eingeblendeter grafischer Zusatzdaten, dabei kann es sich beispielsweise um Bilder, alphanumerische Zeichen oder dergleichen handeln.
HMD (Head mounted displays) sind auf dem Kopf getra¬ gene visuelle Ausgabegeräte, die dem Benutzer optische Daten und Bilder präsentieren können. Sie können beispielsweise als Brillen, Masken, Helme, Kontaktlinsen oder dergleichen ausgebildet sein. Im Rahmen der Er findung werden bevorzugt geschlossene HMD verwendet die den Benutzer ausschließlich computergenerierte tische Darstellungen wahrnehmen lassen und keine di rekte visuelle Wahrnehmung der Umgebung ermöglichen
Ein holographisches Display ist eine Einrichtung, die ein computergeneriertes holographisches Interferenz¬ musterbild darstellen kann, das in der Wahrnehmung ei nem stereoskopischen Bild entspricht. Holographische Displays sind im Stand der Technik bekannt und bei¬ spielsweise in US 2014/0293386 AI beschrieben.
Eine Einrichtung zur Generierung von VR (Virtual Rea- lity) -Lichtfelddaten erzeugt VR-Lichtfelddaten, die mittels eines holographischen Displays eine 3D-Dar- stellung dieser (künstlich erzeugten) grafischen Daten erlauben .
Lichtfelddaten werden beschrieben durch eine Vektor funktion, die für jeden Raumpunkt und jede Raumrich tung die Strahldichte des Lichts beschreibt.
Eine Einrichtung zur Aufnahme von Lichtfelddaten der Umgebung erlaubt die Erfassung des Lichtfelds einer beobachteten Umgebung bzw. Szene. Bevorzugt ist diese Einrichtung erfindungsgemäß als Lichtfeldkamera oder plenoptische Kamera ausgebildet. Grundsätzlich kann die Aufnahme von Lichtfelddaten der Umgebung auch auf andere Art und Weise erfolgen, beispielsweise durch
Mehrfachbelichtung eines regulären Bildsensors mit wechselnder Brennweite. Besonders bevorzugt erlaubt die Einrichtung die Aufnahme und Erstellung von Lichtfelddaten der Umgebung in Echtzeit.
Ein wesentliches Element der Erfindung ist eine Ein¬ richtung zum Zusammenführen der Lichtfelddaten der Umgebung und der VR-Lichtfelddaten zu AR (Augmented Rea- lity) -Lichtfelddaten . Erfindungsgemäß ist somit vorge¬ sehen, dass die AR-Darstellung keine Mischdarstellung aus einer direkten optischen Wahrnehmung der Umgebung mit hinzugefügten VR-Daten ist, sondern die gesamte AR-Darstellung einschließlich der Darstellung der Umgebung vollständig computergeneriert mittels des holo¬ graphischen Displays erfolgt. Diese vollständige com¬ putergenerierte Darstellung umfasst bei der Darstel¬ lung der Umgebung bevorzugt eine Live-Darstellung der Umgebung bevorzugt aus einer zu diesem Zweck vorgesehenen Kamera wie beispielsweise einer Stirnkamera.
Die mit Lichtfelddaten der Umgebung zusammen geführten VR-Lichtfelddaten können computergenerierte bzw. simulierte Daten aufweisen, sie können auch Daten von einer räumlich entfernt angeordneten Lichtfeldkamera aufweisen, beispielsweise für Telepräsenzanwendungen . Diese erfindungsgemäße Vorgehensweise erlaubt es, sämtliche Möglichkeiten zur Darstellung und gegebenenfalls Korrektur von mittels eines holographischen Displays dargestellter Lichtfelddaten nicht nur auf die VR-Elemente einer gemischten AR-Darstellung mit direk- ter Wahrnehmung der Umgebung anzuwenden, sondern auch auf die Gesamtdarstellung einschließlich der Umgebung und somit der Wahrnehmung der Umgebung. Das System weist eine Einrichtung zur Korrektur der AR-Lichtfelddaten anhand ophthalmologischer Daten des Benutzers auf.
Der Begriff der ophthalmologischen Daten des Benutzers bezeichnet Daten, die Informationen zum individuellen Sehvermögen bzw. den Seheigenschaften eines Benutzers umfassen. Dabei kann es sich bevorzugt um sogenannte Verschreibungsdaten, die definierte Fehlsichtigkeiten des Benutzers erfassen, handeln. Solche Verschrei¬ bungsdaten sind beispielsweise Sphäre; Zylinder und Achse (Korrektur des Astigmatismus) ; prismatische Kor¬ rektur; Aberrationen höherer Ordnung; Addition (Korrektur der Presbyopie) und dergleichen.
Es kann sich jedoch auch um andere ophthalmologische Daten handeln, beispielsweise vorgegebene Daten im Zuge der Ermittlung von ophthalmologischen Daten eines Benutzers .
Ferner kann es sich um Sensitivitätsdaten handeln, die beispielsweise die spektrale Empfindlichkeit oder Hel¬ ligkeitsempfindlichkeit der Augen beschreiben. Die Kenntnis der spektralen Empfindlichkeit ermöglicht er¬ findungsgemäß beispielsweise die Korrektur von Farb- sehschwächen . Die Kenntnis der Helligkeitsempfindlichkeit ermöglicht beispielsweise die Anpassung des Kon¬ trastes des generierten AR-Bildes an die Eigenschaften der Augen. Weiter kann es sich um biometrische Daten des Benut¬ zers handeln, darunter fallen beispielsweise Pupillendistanz, axiale Länge der Augen, Lage des Drehpunktes der Drehung der Augen und dergleichen.
Die Erfindung erlaubt es, einem Benutzer eine AR- Darstellung anzubieten, bei der sowohl die Darstellung der Umgebung als auch die zusätzlichen visuellen VR- Daten gemeinsam korrigiert werden beispielsweise zum Ausgleich von Fehlsichtigkeiten des Benutzers. Es ist erfindungsgemäß nicht mehr erforderlich, die bei AR- Systemen des Standes der Technik vorgesehene doppelte Korrektur vorzusehen, bei der die direkte visuelle Wahrnehmung der Umgebung korrigiert werden muss durch übliche optische Elemente wie beispielsweise Brillen¬ linsen, die beispielsweise im Stand der Technik in das verwendete HMD eingesetzt werden können.
Optional erlaubt die erfindungsgemäße Vorgehensweise auch die Simulation der Wirkung eines Brillenglases o- der Brillenglasdesigns, für ein Gleitsichtglasdesign beispielsweise Addition, Länge des Progressionskanals, Lage und Größe von Nah- und Fernbereich oder die Verteilung astigmatischer Restfehler.
Durch sukzessive Simulation verschiedener sphärischer Wirkungen, zylindrischer Wirkungen und Achslagen, ggf. prismatischer Wirkungen etc. kann die erfindungsgemäße Vorgehensweise auch zur subjektiven Refraktion verwen- det werden. Das kann wie bei der klassischen subjektiven Refraktion mit Korrekturgläsern durch abgestufte optische Wirkungen und im Dialog mit einer Fachkraft, etwa einem Augenarzt oder Augenoptiker geschehen, es ist aber auch möglich den Probanden mit einem Eingabegerät, etwa einem Schieberegler oder dergleichen, auszustatten und ihm zu erlauben sich die optimale Wirkung stufenlos selbst einzustellen, und diese in di- versen simulierten oder echten Alltagssituationen (Lesen, Treppensteigen, ...) direkt auszuprobieren.
Bevorzugt ist die Einrichtung zur Aufnahme von Licht¬ felddaten der Umgebung als Lichtfeldkamera ausgebil¬ det, die eine Aufnahme dieser Lichtfelddaten in Echt¬ zeit ermöglicht. Weiter bevorzugt ist die Einrichtung zur Aufnahme von Lichtfelddaten mit der Blickrichtung des Benutzers koordiniert. Auf diese Weise wird die Umgebung realitätsnah unter Berücksichtigung der
Blickrichtung wiedergegeben. Die Lichtfeldkamera kann zu diesem Zweck mechanisch mit dem HMD gekoppelt sein, insbesondere an diesem angebracht sein. Sie folgt da¬ mit den Kopfbewegungen des Benutzers. Alternativ oder zusätzlich kann ein Blickrichtungssensor im HMD vorgesehen sein, der Augenbewegungen und die Blickrichtung erfasst und vorzugsweise eine Nachführung der Kamera steuert .
Es ist im Rahmen der Erfindung ebenfalls möglich, die Kamera räumlich entfernt vom HMD bzw. dem Nutzer des
HMD anzuordnen. Eine solche räumlich entfernte Anord¬ nung kann insbesondere für Telepräsenzanwendungen vorteilhaft sein. Weiter bevorzugt ist eine solche räum¬ lich entfernte Kamera drahtgebunden oder bevorzugt drahtlos dergestalt vom HMD steuerbar, dass die Auf¬ nahmerichtung der Kamera mit der Blickrichtung des Benutzers des HMD verknüpft ist bzw. dieser Blickrichtung folgt. Beispielsweise kann das HMD Accelerometer aufweisen, die Kopfbewegungen des Benutzers erfassen und so eine Steuergröße für die Nachführung der ent¬ fernten Kamera bereitstellen. Erfindungsgemäß ist es bevorzugt, dass die Einrichtung zur Generierung von VR-Lichtfelddaten mit einer externen Datenquelle verbindbar ist. Es kann sich um eine externe Datenquelle (beispielsweise Datenbanken oder generell das Internet) handeln, die Inhalte für die VR-Darstellungen beisteuert.
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass nicht nur eine Verbindung zu einer externen Datenquelle erfolgt, sondern auch zu einem externen Compu- ter, dessen Rechenleistung genutzt wird beispielsweise zur Verarbeitung von Lichtfelddaten, Ansteuerung des holographischen Displays oder dergleichen. Diese Variante der Erfindung erlaubt es, eine rechenaufwendige Bearbeitung von Lichtfelddaten in leistungsfähige ex- terne Computer zu verlagern.
Die Verbindung von externer Datenquelle bzw. externem Computer und dem erfindungsgemäßen System bzw. HMD erfolgt bevorzugt drahtlos, es können bekannte elektro- magnetische oder optische drahtlose Verbindungstechni¬ ken genutzt werden. Sofern in der entsprechenden Umgebung verfügbar, haben optische Verbindungen den Vorteil, dass eine breitbandige Übertragung problemlos möglich ist und eine Belastung mit elektromagnetischer Strahlung im Kopfbereich des Benutzers vermieden werden kann. Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die externe Datenquelle zusätzlich ophthalmologische Daten des Be¬ nutzers enthält. Dies kann insbesondere dann vorteil¬ haft sein, wenn ein erfindungsgemäßes System von ver- schiedenen Benutzern mit unterschiedlichen Fehlsichtigkeiten verwendet wird. Durch Zugriff auf die ex¬ terne Datenquelle kann automatisch eine Anpassung an den jeweiligen Benutzer erfolgen. Alternativ können die entsprechenden ophthalmologischen Daten lokal im erfindungsgemäßen System bzw. dem HMD gespeichert sein .
Eine sehr häufige Ausprägung einer Fehlsichtigkeit ist Kurzsichtigkeit oder Weitsichtigkeit, die eine sphäri- sehe Korrektur der Fokusebene erfordern. Erfindungsge¬ mäß kann vorgesehen sein, dass die Einrichtung zum Zusammenführen der Lichtfelddaten der Umgebung und der VR-Lichtfelddaten zu AR (Augmented Reality) -Lichtfeld¬ daten und Ansteuerung des holographischen Displays dazu ausgebildet ist, aus den AR-Lichtfelddaten für jedes Auge des Benutzers die Fokusebene zu präsentie¬ ren, die der sphärischen Fehlsichtigkeit dieses Auges entspricht. Es ist bei dieser Variante der Erfindung möglich, jeweils nur diejenigen Schärfeebenen zu gene- rieren und verwenden, die den Fehlsichtigkeiten des linken bzw. rechten Auges des Trägers entsprechen. Eine solche Vorgehensweise erfordert vergleichsweise weniger Rechenleistung und erleichtert somit die
Durchführung dieser Berechnungen im Sinne des Merkmals d. des Anspruchs 1 lokal im Bereich des Systems bzw.
HMD. Erfindungsgemäß ist es bevorzugt, dass das HMD bzw. dessen holographisches Display einen SLM (spatial light modulator) aufweist. Geeignete SLM sind der Fachwelt geläufig und bedürfen hier keiner näheren Er- läuterung. Eine Offenbarung geeigneter SLM findet sich beispielsweise in der eingangs erwähnten WO
2015/032828 AI.
Der SLM kann erfindungsgemäß beispielsweise als re- flektiver oder transmissiver SLM ausgebildet sein. Ein
Beispiel für einen transmissiven SLM sind gestaffelt angeordnete LC-Displays (stacked LC-Displays, wie sie beispielsweise offenbart sind in der Publikation Huang et. al . , „The Light Field Stereoscope" , abrufbar unter http / /www . co pu tionalimagin . org/publications /1 ~~ light-field- stereoscope / . Auf diese Offenbarung wird Bezug genommen.
Bevorzugt weist das erfindungsgemäße System zusätzlich einen Blickrichtungssensor auf. Die Erfassung der
Blickrichtung kann insbesondere dann sinnvoll oder erforderlich sein, wenn von der Blickrichtung abhängige Fehlsichtigkeiten wie beispielsweise der Astigmatismus erfindungsgemäß korrigiert werden sollen. Somit kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die vom Blick¬ richtungssensor erfasste Blickrichtung des Benutzers in die Korrektur der AR-Lichtfelddaten anhand ophthalmologischer Daten des Benutzers einfließt. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Generieren bzw. Darstellen von AR- Darstellungen unter Verwendung eines bzw. in einem erfindungsgemäßen System, mit den Schritten der Aufnahme von Lichtfelddaten der Umgebung, Generierung von VR- Lichtfelddaten, Zusammenführen der Lichtfelddaten der Umgebung und der VR-Lichtfelddaten zu AR (Augmented Reality) -Lichtfelddaten, Modifizieren der AR- Lichtfelddaten anhand ophthalmologischer Daten des Benutzers und Darstellung der modifizierten AR- Darstellung im HMD.
Wie bereits im Kontext des erfindungsgemäßen Systems beschrieben, ist es bevorzugt, dass das Modifizieren die Generierung der Schärfeebenen umfasst, die der sphärischen Fehlsichtigkeit des jeweiligen Auges des Benutzers entsprechen.
Weiter ist es bevorzugt, dass das Modifizieren unter Berücksichtigung der vom Blickrichtungssensor erfass- ten Blickrichtung des Benutzers erfolgt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigen:
Fig. 1: Schematisch als Explosionszeichnung ein HMD eines erfindungsgemäßen Systems;
Fig. 2: Schematisch ein erfindungsgemäßes System mit entfernt angeordneter Kamera.
In einem Gehäuse 1 sind zwei LC-Displays 2, 3 in einem Abstand voneinander angeordnet, der durch den Abstandshalter 4 bestimmt wird. Diese beiden Displays bilden gemeinsam einen SLM wie vorstehend beschrieben. Die Displays werden hinterleuchtet von einer Back¬ light-Einrichtung 5.
Die genannten Bauteile sind in dem geschlossenen Ge- häuse 1 angeordnet, das an der Vorderseite eine Öff¬ nung bzw. Aussparung 6 aufweist, die in etwa an die Kopfform eines Benutzers angepasst ist und dazu dient, ein vor den Augen eines Benutzers positioniertes HMD im Wesentlichen lichtdicht abzuschließen.
Der Blick des Benutzers auf das von den LC-Displays dargestellter Bild wird durch schematisch bei 7 angedeutete Linsen vermittelt. Je nach Ausführung des Displays sind Vorsatzlinsen nicht zwingend nötig, können aber wünschenswert sein, z.B. als UV-, Blaulicht- oder Kontrastfilter.
Eine physische Trennung der Darstellung für rechtes und linkes Auge kann abhängig vom verwendeten Display sinnvoll, aber u.U. nicht zwingend nötig sein.
Das HMD kann bei einer Ausführungsform der Erfindung eine fest damit verbundene (in der Zeichnung nicht dargestellte) Lichtfeldkamera aufweisen, die bei¬ spielsweise an der von den Linsen 7 abgewandten Seite des HMD angeordnet sein kann und durch die feste Ver¬ bindung mit dem HMD der Blickrichtung eines Benutzers automatisch folgt.
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung (Fig. 2) kann die Kamera 9 räumlich getrennt angeordnet sein, vorzugsweise sind dann Einrichtungen vorgesehen, die über eine Datenverbindung 10, 11 dafür sorgen, dass sich diese räumlich entfernt angeordnete Kamera entsprechend den Kopfbewegungen des Benutzers des HMD bewegt und somit dessen (imaginärer) Blickrichtung folgt. Eine solche räumlich entfernt angeordnete Ka¬ mera kann beispielsweise dazu dienen, ein erfindungs¬ gemäßes System für Telepräsenzveranstaltungen nutzbar zu machen. In der Ausführungsform der Fig. 2 ist schematisch eine
Einrichtung zur Generierung von VR (Virtual Reality) - Lichtfelddaten als externer Computer 8 dargestellt, der über eine Datenverbindung 10 mit dem HMD verbunden ist. Gegebenenfalls kann dieser Computer 8 baulich mit dem HMD 1 verbunden bzw. darin integriert sein.

Claims

Patentansprüche
1. AR (Augmented Reality) -System, das aufweist: a. ein Head mounted display mit einem holographischen Display (2,3) , b. eine Einrichtung zur Generierung von VR (Virtual Reality) -Lichtfelddaten, dadurch gekennzeichnet, dass es weiter aufweist: c. eine Einrichtung (9) zur Aufnahme von Lichtfeldda¬ ten der Umgebung, d. eine Einrichtung zum Zusammenführen der Lichtfelddaten der Umgebung und der VR-Lichtfelddaten zu AR (Augmented Reality) -Lichtfelddaten und Ansteuerung des holographischen Displays (2,3), eine Einrichtung zur Korrektur der AR-
Lichtfelddaten anhand ophthalmologischer Daten des
Benutzers .
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass die ophthalmologischen Daten des Benutzers ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Verschreibungsdaten, biometrischen Daten und Sensitivitätsdaten . 3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet dass die Einrichtung zur Aufnahme von Lichtfelddaten der Umgebung als Lichtfeldkamera (9) ausgebildet ist. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge¬ kennzeichnet dass die Einrichtung zur Aufnahme von Lichtfelddaten mit der Blickrichtung des Benutzers ko- ordiniert ist.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge¬ kennzeichnet dass die Einrichtung (9) zur Generierung von VR-Lichtfelddaten mit einer externen Datenquelle verbindbar ist.
System nach Anspruch 5 , dadurch gekennzeichnet, dass die externe Datenquelle zusätzlich ophthalmologische Daten des Benutzers enthält .
System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet dass die Einrichtung zum Zusammenführen der Lichtfelddaten der Umgebung und der VR- Lichtfelddaten zu AR (Augmented Reality) -Lichtfelddaten und Ansteuerung des holographischen Displays dazu ausgebildet ist, aus den AR-Lichtfelddaten für jedes Auge des Benutzers die Fokusebene zu präsentieren, die der sphärischen Fehlsichtigkeit dieses Auges entspricht.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge kennzeichnet dass das HMD einen SLM (spatial light dulator) aufweist.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge kennzeichnet dass es zusätzlich einen Blickrichtung sensor aufweist.
10. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Blickrichtungssensor erfasste Blickrichtung des Benutzers in die Korrektur der AR-Lichtfelddaten anhand ophthalmologischer Daten des Benutzers einfließt.
Verfahren zum Darstellen von AR-Darstellungen in einem System nach einem der Ansprüche 1 bis 10, mit den Schritten : a. Aufnahme von Lichtfelddaten der Umgebung, b. Generierung von VR-Lichtfelddaten, c. Zusammenführen der Lichtfelddaten der Umgebung und der VR-Lichtfelddaten zu AR (Augmented Reality) - Lichtfelddaten, d. Modifizieren der AR-Lichtfelddaten anhand ophthalmologischer Daten des Benutzers und Darstellung der modifizierten AR-Darstellung im HMD.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Modifizieren die Generierung der Schärfeebenen umfasst, die der sphärischen Fehlsichtigkeit des jeweiligen Auges des Benutzers entsprechen.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Modifizieren unter Berücksichtigung der vom Blickrichtungssensor erfassten Blickrichtung des Benutzers erfolgt.
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