DE102004004296A1 - Vorrichtung zum Erzeugen einer Ansicht mit Raumeindruck von eienm räumlichen Objekt - Google Patents

Vorrichtung zum Erzeugen einer Ansicht mit Raumeindruck von eienm räumlichen Objekt Download PDF

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Abstract

Eine Vorrichtung zur Wiedergabe dreidimensionaler Daten weist eine Vielzahl von Bildpunkten (7) auf, die eine Vielzahl von Laserlichtquellen (2) umfassen, vor denen eine Linse (4) angeordnet ist. Da die Laserlichtquellen (2) eines Bildpunkts (7) in unterschiedliche Richtungen abstrahlen, lassen sich unterschiedliche Bilder in unterschiedliche Abstrahlrichtungen (12, 13) projizieren. Da Augen (10, 11) eines Betrachters in Abhängigkeit von der Blickrichtung unterschiedliche Bilder erkennen, entsteht ein räumlicher Seheindruck.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen einer Ansicht mit Raumeindruck von einem räumlichen Objekt.
  • Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der US 6,552,697 B1 bekannt. In der bekannte Vorrichtung werden von dem darzustellenden Objekt für die beiden Augen eines Betrachters zwei Ansichten in Komplementärfarben erzeugt und aufgerastert zu einem auf einem Monitor darstellbaren Gesamtbild verarbeitet, wobei die für die beiden Ansichten verwendeten Raster in räumlicher Hinsicht möglichst komplementär sind, so dass das Gesamtbild gleichzeitig beide Ansichten in einer Rasterdarstellung enthält. Die beiden komplementären Raster werden periodisch vertauscht. Ein Betrachter mit einer Brille, deren Gläser für die beiden Augen in jeweils einer der beiden Komplementärfarben eingefärbt sind, nimmt mit den Augen unterschiedliche Ansichten wahr, so dass ein binokularer Seheindruck erzielt werden kann.
  • Ein Nachteil der bekannten Vorrichtung ist, dass das dargestellte Bild den Gegenstand jeweils aus einer bestimmten Blickrichtung darstellt. Wenn der Benutzer den Kopf bewegt, passt sich die Darstellung nicht an die neue Blickrichtung an. Vielmehr muss der Benutzer, wenn er den dargestellten Gegenstand aus einer anderen Blickrichtung betrachten möchte, mit Hilfe der Darstellungssoftware eine Änderung der Darstellung entsprechend der gewünschten Blickrichtung veranlassen.
  • In der Medizintechnik werden im Rahmen der Röntgentomographie oder der Magnetresonanztomographie dreidimensionale Datensätze erzeugt, die die Gewebestruktur eines Patienten beschreiben. Bislang werden die dreidimensionalen Datensätze in zweidimensionalen Darstellungen wiedergegeben. Beispielsweise werden Bildschirme oder belichtete Röntgenfilme benutzt, um die dreidimensionalen Datensätze in einem oder mehreren zweidimensionalen Bildern darzustellen. Um eine dreidimensionale Vorstellung vom abgebildeten Objekt zu erlangen, muss der Benutzer anhand der zweidimensionalen Abbildungen sich mühsam eine dreidimensionale Vorstellung vom abgebildeten Objekt erarbeiten.
  • Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung anzugeben, mit der sich von räumlichen Objekten Ansichten mit Raumeindruck erzeugen lassen, die sich mit einer Änderung der Blickrichtung ändern.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den im unabhängigen Anspruch angegebenen Merkmalen gelöst. In davon abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen angegeben.
  • Die Vorrichtung weist eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten Lichtquellengruppen auf, die jeweils einem Bildpunkt zugeordnet sind. Die Lichtquellengruppen umfassen eine Vielzahl von jeweils überwiegend in eine bestimmte Abstrahlrichtung emittierenden Lichtquellen, die der jeweiligen Abstrahlrichtung zugeordnet sind. Die Vorrichtung umfasst ferner eine Steuereinheit, die die einer bestimmten Abstrahlrichtung zugeordneten Lichtquellen entsprechende Ansicht des räumlichten Objekts in Abstrahlrichtung steuert.
  • Da die Vorrichtung Lichtquellen verwendet, die überwiegend in eine bestimmte Abstrahlrichtung Licht emittieren, lassen sich in unterschiedliche Abstrahlrichtungen unterschiedliche Ansichten des darzustellenden Objekts projizieren. Je nach Blickrichtung nimmt der Betrachter daher unterschiedliche Ansichten des darzustellenden Objekts wahr. Es ist daher möglich, dem Betrachter einen räumlichen Seheindruck zu vermitteln. So entsteht zum Beispiel ein binokularer Seheindruck, da die Augen des Betrachters sich in einem räumlichen Abstand zueinander befinden und beide Augen jeweils unterschiedliche Bilder vom dargestellten räumlichen Gegenstand wahrnehmen. Für den Betrachter der dreidimensionalen Darstellung ergibt sich ferner ein äußerst realistischer Eindruck, da sich das Bild selbsttätig bei einer Bewegung des Kopfs verändert. Der Betrachter erhält daher einen durchaus realistischen Eindruck von dem dargestellten Objekt.
  • Ein weiterer Vorteil der Vorrichtung ist, dass das räumliche Objekt gleichzeitig von mehreren Betrachtern angesehen werden kann und diese gleichzeitig einen räumlichen Eindruck vom Objekt erhalten.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung sind die Lichtquellen mit Hilfe von so genannten VCSELs (= Vertical Cavity Surface Emitting Lasers) bewerkstelligt. Derartige VCSELs können in einem Abstand von lediglich 3 μm auf einem Halbleiterchip in großer Zahl ausgebildet werden.
  • Demnach ist es möglich, Lichtquellengruppen geringer räumlicher Ausdehnung in großer Zahl herzustellen und diese in einem Feld nebeneinander anzuordnen.
  • Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung im Einzelnen erläutert werden. Es zeigen:
  • 1 einen Querschnitt durch einen Halbleiterchip, auf dessen Oberfläche eine Vielzahl von Laserelementen ausgebildet ist; und
  • 2 einen Querschnitt durch eine Vorrichtung zur dreidimensionalen Darstellung von räumlichen Objekten.
  • 1 zeigt einen Halbleiterchip 1, auf dessen Oberfläche eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten Laserelementen 2 ausgebildet sind. Bei den Laserelementen 2 handelt es sich vorzugsweise um so genannte VCSELs, die in einem Abstand von 3 μm auf einem Halbleiterchip nebeneinander angeordnet werden können. Damit lassen sich auf einem Quadratmillimeter eines Halbleiterchips etwa 1000 Laserelemente 2 unterbringen. Auf der Unterseite des Halbleiterchips 1 sind Kontaktstifte 3 ausgebildet, die der Ansteuerung der Laserelemente 2 dienen. Über die Kontaktstifte 3 können die einzelnen Laserelemente 2 angesteuert und deren Intensitäten geregelt werden.
  • Oberhalb des Halbleiterchips 1 sind Linsen 4 angeordnet, die der Aullenkung des von den Laserelementen 2 emittierten Lichts dienen. Ein mittlerer Laserstrahl 5 durchläuft die Linsen 4 im Wesentlichen ohne Ablenkung. Äußere Laserstrahlen 6 werden stark abgelenkt.
  • Die Laserelemente 2 unterhalb eines Linsenelements 2 stellen jeweils einen Bildpunkt 7 der Ansicht des darzustellenden Objekts dar. Da die Laserstrahlen 5 und 6 in unterschiedliche Richtungen verlaufen, erhält der Betrachter in Abhängigkeit von der Blickrichtung auf den Halbleiterchip 1 unterschiedliche Bilder, wenn die Laserelemente 2 unterhalb der Linsen 4 mit unterschiedlicher Intensität leuchten.
  • Dies sei nochmals anhand 2 im Einzelnen erläutert. Gemäß 2 ist ein Feld von Halbleiterchips 1 auf einer Leiterplatte 8 angeordnet, die an eine Steuereinheit 9 angeschlossen ist. Mit Hilfe der Steuereinheit 9 werden die Laserelemente 2 derart angesteuert, dass Augen 10 und 11 eines Betrachters jeweils ein den Abstrahlrichtungen 12 und 13 entsprechendes Bild empfangen. Je nach Blickrichtung der Augen 10 und 11 werden unterschiedliche Laserelemente 2 in den einzelnen Bildpunkten 7 wahrgenommen. Durch eine entsprechende Steuerung der Intensität der jeweiligen Laserelemente 2 können den aus einer bestimmten Blickrichtung auf die Halblei terchips 1 blickenden Augen 10 und 11 unterschiedliche Ansichten des darzustellenden Gegenstands vermittelt werden.
  • Da die Augen 10 oder 11 eines Betrachters im räumlichen Abstand zueinander liegen, nehmen beide Augen unterschiedliche Bilder des darzustellenden Gegenstands simultan wahr. Dadurch wird ein binokularer Seheindruck erzeugt.
  • Von besonderem Vorteil ist, dass auch bei einer Bewegung des Kopfs des Betrachters, der Betrachter eine entsprechend geänderte Darstellung wahrnimmt, ohne dass der Betrachter entsprechende Eingaben an eine Darstellungssoftware tätigen muss. Außerdem kann das dargestellte Bild gleichzeitig von mehreren Betrachtern angesehen und räumlich wahrgenommen werden.
  • Weiterhin ist hervorzuheben, dass der dreidimensionale Eindruck vom dargestellten Objekt ohne weitere technische Hilfsmittel auf Seiten des Betrachters, wie beispielsweise speziellen Brillen oder Ähnlichem, erzeugt wird.
  • Die von der Steuereinheit 9 erzeugten Bilder werden vorzugsweise durch eine Recheneinheit aus einem dreidimensionalen Datensatz errechnet. Nachdem die Recheneinheit die darzustellenden Bilder errechnet hat und die Steuereinheit 9 die Laserelemente 2 entsprechend eingestellt hat, kann die Einstellung solange beibehalten werden, bis der Betrachter den dargestellten räumlichen Gegenstand unter einem Winkel betrachten will, der über den maximalen Ablenkwinkel der Laserstrahlen 5 und 6 hinausgeht. In diesem Fall müssen dann neue Bilder berechnet werden. Der Rechenaufwand für die ständige Neuberechnung der Bilder bei nur kleinen Bewegungen entfällt jedoch.
  • Es sei angemerkt, dass bei einer abgewandelten Ausführungsform zwischen den Laserelementen 2 und den Linsen 4 ein aktiver Filter angeordnet sein kann, der eine Darstellung in un terschiedlichen Farben ermöglicht. Ein derartiger aktiver Filter kann beispielsweise auf der Basis von Flüssigkristallen hergestellt sein.
  • Ferner ist es möglich, die einzelnen Laserelemente 2 durch inkohärente Lichtquellen zu ersetzen, solange eine Vorzugsrichtung bei der Emission des ausgestrahlten Lichts vorhanden ist.
  • Die hier beschriebene Vorrichtung eignet sich insbesondere zur Darstellung von dreidimensionalen Datensätzen, die im Rahmen der Röntgentomographie oder Magnetresonanztomographie aufgenommen worden sind. Die dreidimensionale Darstellung ermöglicht insbesondere dem medizinischen Personal sich ein realitätsnahes Bild von den Gegebenheiten im Körper eines Patienten zu machen.

Claims (7)

  1. Vorrichtung zum Erzeugen einer Ansicht mit Raumeindruck von einem räumlichen Objekt mit: – einer Vielzahl von nebeneinander angeordneten Lichtquellengruppen, die jeweils einem Bildpunkt (7) der Ansicht zugeordnet sind und die eine Vielzahl von jeweils überwiegend in eine bestimmte Abstrahlrichtung (12, 13) emittierenden Lichtquellen (2) umfassen, die jeweils den verschiedenen Abstrahlrichtungen (12, 13) zugeordnet sind, und mit – einer Steuereinheit (9), die die einer bestimmten Abstrahlrichtung (12, 13) zugeordneten Lichtquellen (2) entsprechend der Ansicht des räumlichen Objekts in Abstrahlrichtung (12, 13) steuert.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Lichtquellen Laserelemente (2) sind.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Laserelemente (2) Halbleiterlaser mit vertikalem Resonator sind.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der jeweils ein in Abstrahlrichtung (12, 13) vor der jeweiligen Lichtquellengruppe (2) angeordnetes optisches Element die Ablenkung des von den Lichtquellen (2) emittierten Lichts bewerkstelligt.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element jeweils eine Linse (4) ist, die einen Bildpunkt (7) definiert.
  6. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 für die Darstellung medizinischer dreidimensionaler Datensätze.
  7. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, für die Wiedergabe von medizinischen dreidimensionalen Datensätzen, die mit Hilfe der Röntgentomographie oder Magnetresonanztomographie aufgenommen worden sind.
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