DE102004024890A1

DE102004024890A1 - Detector for determining position of object in space, e.g. for motor vehicle head-mounted or head-up display, has either magnetic field modulator module or XMR sensor module attached to object and evaluates measurement signals

Info

Publication number: DE102004024890A1
Application number: DE200410024890
Authority: DE
Inventors: Martin Dr. Roß-Meßemer; Frank Dr. Höller
Original assignee: Carl Zeiss AG
Current assignee: Carl Zeiss AG
Priority date: 2004-05-19
Filing date: 2004-05-19
Publication date: 2005-12-15

Abstract

A magnetic field modulator module (1, M1,M2,M3,M4) generates a temporally and spatially varying magnetic field. An XMR sensor module (4,5) detects the magnetic field variation and generates measurement signals based on them. An evaluation unit (6) receives the measurement signals from the XMR sensor module. Either the magnetic field modulator module or the XMR sensor module is attached to the object, while the other is spatially fixed. The evaluation unit determines the position of the object based on the measurement signals. An independent claim is included for a method of detecting the position of an object in space.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erfassen der Lage eines Objektes im Raum.The The invention relates to an apparatus and a method for detecting the location of an object in space.

Solche Vorrichtungen und Verfahren werden insbesondere im Bereich von Anzeigvorrichtungen, die einem Benutzer ein virtuelles Bild darbieten, benutzt, um die Lage des Kopfes und somit die Blickrichtung des Benutzers erfassen zu können und in Abhängigkeit der erfaßten Lage die Bilddarstellung entsprechend zu wählen. Beispiele für solche Anzeigevorrichtungen sind HMD-Vorrichtungen (HMD = Head Mounted Display) oder auch HUD-Vorrichtungen (HUD = Head Up Device), die beispielsweise in Fahrzeugen immer größere Verbreitung finden.Such Devices and methods are particularly useful in the field of display devices Presenting a virtual image to a user uses the location of the head and thus to capture the viewing direction of the user can and depending the captured Able to select the image representation accordingly. Examples of such Display devices are HMD devices (HMD = Head Mounted Display) or HUD devices (HUD = Head Up Device), the For example, find in vehicles increasingly widespread.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erfassen der Lage eines Objektes im Raum bereitzustellen, die kostengünstig, kompakt zu realisieren sind und die entsprechende Meßgenauigkeit zur Verfügung stellen können.task The invention is an apparatus and method for detecting to provide the location of an object in space that is inexpensive, compact are to be realized and provide the appropriate accuracy can.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung zum Erfassen der Lage eines Objektes im Raum, mit einem Magnetfeldmodulatormodul zum Erzeugen eines zeitlich und räumlich variierenden Magnetfeldes, einem XMR-Sensormodul, das Magnetfeldvariationen erfaßt und in Abhängigkeit davon Meßsignale erzeugt, und eine Auswerteeinheit, der die Meßsignale des XMR-Sensormoduls zugeführt sind, wobei entweder das Magnetfeldmodulatormodul oder das XMR-Sensormodul am Objekt angebracht und das andere Modul ortsfest angeordnet ist, und wobei die Auswerteeinheit auf der Basis der zugeführten Meßsignale die Lage des Objektes im Raum ermittelt.According to the invention Task solved by a device for detecting the position of an object in space, with a magnetic field modulator module for generating a temporally and spatially varying Magnetic field, an XMR sensor module that detects magnetic field variations and in dependence of which measuring signals generated, and an evaluation unit, which are supplied with the measuring signals of the XMR sensor module, where either the magnetic field modulator module or the XMR sensor module attached to the object and the other module is arranged stationary, and wherein the evaluation unit on the basis of the supplied measuring signals determines the position of the object in space.

Unter einem XMR-Sensormodul wird ein Sensormodul verstanden, das zumindest einen der nachfolgenden Magnetowiderstandeffekte nutzt. Es handelt sich dabei um den AMR-Effekt (AMR = Anisotroper Magnetowiderstand; Magnetowiderstand von ferromagnetischen Metallen und Legierungen), den GMR-Effekt (GMR = Riesenmagnetowiderstand; Magnetowiderstand von magnetischen Schichtsystemen und granularen Systemen), den TMR-Effekt (TMR = Tunnelmagnetowiderstand; Magnetowiderstand von Tunnelbarrieren mit ferromagnetischen Elektroden) und den CMR-Effekt (CMR = Kolossaler Magnetowiderstand; Magnetowiderstand einiger ferromagnetischer Oxide). Durch die Benutzung eines XMR-Sensormoduls bei der Erfassung der Lage des Objektes im Raum kann durch einfache Meßschaltungen mit hoher Genauigkeit die Lage ermittelt werden. Insbesondere handelt es sich im wesentlichen um Widerstandsänderungen, die heutzutage mit äußerst hoher Genauigkeit detektiert werden können.Under An XMR sensor module is understood to mean a sensor module which at least uses one of the following magnetoresistance effects. It deals this is the AMR effect (AMR = anisotropic magnetoresistance; Magnetoresistance of ferromagnetic metals and alloys), the GMR effect (GMR = giant magnetoresistor, magnetoresistance of magnetic layer systems and granular systems), the TMR effect (TMR = Tunnel magnetoresistance; Magnetoresistance of tunnel barriers with ferromagnetic electrodes) and the CMR effect (CMR = colossal magnetoresistance; Magnetoresistance of some ferromagnetic oxides). By use an XMR sensor module when detecting the position of the object in Space can be through simple measuring circuits the position can be determined with high accuracy. In particular, acts These are essentially resistance changes that are extremely high nowadays Accuracy can be detected.

Bevorzugt enthält die Vorrichtung mindestens zwei voneinander beabstandete Magnetfeldmodulatoren, die insbesondere mittels einer Steuereinheit des Magnetfeldmodulatorenmoduls abwechselnd immer nur einzeln aktiviert werden. Damit läßt sich die Meßgenauigkeit erhöhen.Prefers contains the device at least two spaced-apart magnetic field modulators, in particular by means of a control unit of the magnetic field modulator module alternately always activated individually. This can be the measuring accuracy increase.

Ferner kann das XMR-Sensormodul mindestens zwei voneinander beabstandete XMR-Sensoren aufweisen. Auch dies führt zu einer Erhöhung der Meßgenauigkeit.Further For example, the XMR sensor module may be at least two spaced apart Have XMR sensors. This too leads to an increase the measuring accuracy.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß das XMR-Sensormodul die Magnetfeldvariationen während zeitlich aufeinanderfolgender Meßintervalle erfaßt und für jedes Meßintervall zugeordnete Meßsignale erzeugt, wobei die Auswerteeinheit nur die Meßsignale bei der Ermittlung der Lage des Objektes im Raum berücksichtigt, deren Änderung relativ zu den Meßsignalen eines zeitlich zurückliegenden Meßintervalls kleiner ist als eine vorbestimmte Obergrenze. Damit kann der Einfluß von störenden Magnetfeldern, die von anderen Magnetfeldquellen stammen, reduziert werden.A preferred embodiment of the device according to the invention is that the XMR sensor module the magnetic field variations during timed successive measuring intervals and recorded for each measurement interval associated measuring signals generated, wherein the evaluation only the measuring signals in the determination the location of the object in the room considered, their change relative to the measuring signals a time ago measurement interval is less than a predetermined upper limit. Thus, the influence of disturbing magnetic fields, which come from other sources of magnetic field can be reduced.

Insbesondere wird das Magnetfeld mittels des Magnetteldmodulatormoduls so erzeugt, daß der Maximalwert des erzeugten Magnetfelds an jedem Ort im Raum größer ist als das Erdmagnetfeld. Der Raum, in dem die Lage des Objektes bestimmt wird, kann beispielsweise der Innenraum eines Fahrzeugs, ein Operationssaal, eine CAD-Station oder eine Service-Station sein.Especially the magnetic field is generated by means of the magnetic field modulator module so that the maximum value the generated magnetic field is larger at each location in the room as the earth's magnetic field. The space in which determines the location of the object can, for example, the interior of a vehicle, an operating room, a CAD station or a service station.

Bei dem Objekt, dessen Lage bestimmt wird, handelt es sich bevorzugt um ein Körperfeil, insbesondere den Kopf, die Hand oder Finger eines Benutzers. In diesem Fall weist die Vorrichtung bevorzugt noch eine Anzeigeeinheit auf, die für den Benutzer ein Bild (insbesondere ein virtuelles Bild) darstellt, wobei die Darstellung des Bildes in Abhängigkeit der erfaßten Lage des Körperteils des Benutzers erfolgt. Wenn die Lage des Kopfes des Benutzers erfaßt wird, kann die Bilddarstellung beispielsweise in Abhängigkeit der Blickrichtung des Benutzers durchgeführt werden. Somit kann eine HMD- oder HUD-Vorrichtung bereitgestellt werden, bei der die Ausrichtung des Kopfes des Benutzers laufend erfaßt und bei der Bilddarstellung berücksichtigt wird.at the object whose position is determined is preferred a body arrow, in particular the head, the hand or fingers of a user. In In this case, the device preferably also has a display unit on that for the user represents an image (in particular a virtual image), wherein the representation of the picture depending on the detected position of the body part the user is done. When the location of the user's head is detected, can the image representation, for example, depending on the viewing direction performed by the user become. Thus, an HMD or HUD device may be provided when the orientation of the user's head is in progress detected and taken into account in the image display becomes.

Wenn die Vorrichtung als HMD-Vorrichtung ausgebildet ist, kann das Magnetfeldmodulatormodul bzw. das XMR-Sensormodul direkt an dem Gestell bzw. der Halterung zum Befestigen der Anzeigeeinheit der HMD-Vorrichtung am Kopf des Benutzers angebracht sein. Beim Fall der HUD-Vorrichtung kann das Magnetfeldmodulatormodul bzw. das XMR-Sensormodul an bzw. in eine Nachtsichtbrille oder einer (Baseball) Mütze integriert sein.If the device is designed as an HMD device, the magnetic field modulator module or the XMR sensor module can directly on the frame or the holder for attaching the display unit of the HMD device to the head of the user be brought. In the case of the HUD device, the magnetic field modulator module or the XMR sensor module can be integrated into a night-vision goggles or a (baseball) cap.

Der oder die XMR-Sensoren des XMR-Sensormoduls kann einen Frequenzfilter aufweisen, das nur diskrete Frequenzen durchläßt. Damit kann ein qualitativ besseres Meßsignal bereitgestellt werden und insbesondere kann nach der Frequenzfilterung das Wechselfeldsignal in ein Gleichspannungssignalumgewandelt werden, was sich besser digitalisieren läßt.Of the or the XMR sensors of the XMR sensor module can be a frequency filter which transmits only discrete frequencies. This can be a qualitative better measuring signal be provided and in particular, after the frequency filtering the Alternating field signal are converted into a DC signal, which can be digitized better.

Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Verfahren zum Erfassen der Lage eines Objektes im Raum, bei dem mittels einem Magneffeldmodulatormodul ein zeitlich und räumlich variierendes Magnetfeld erzeugt wird, mittels einem XMR-Sensormodul Magneffeldvariationen erfaßt und in Abhängigkeit davon Meßsignale erzeugt werden und wobei entweder das Magneffeldmodulatormodul oder das XMR-Sensormodul am Objekt angebracht und das andere Modul ortsfest angeordnet ist und wobei auf der Basis der zugeführten Meßsignale die Lage des Objektes im Raum ermittelt wird. Mit diesem Verfahren läßt sich äußerst kostengünstig die Lage des Objektes im Raum mit hoher Genauigkeit feststellen.The Task is further solved by a method for detecting the position of an object in space, in which by means of a Magneffeldmodulatormodul a temporally and spatial varying magnetic field is generated by means of an XMR sensor module magnetic field variations detected and depending of which measuring signals and wherein either the magnetic field modulator module or the XMR sensor module attached to the object and the other module stationary is arranged and wherein on the basis of the supplied measuring signals, the position of the object in Room is determined. With this method can be very cost-effective Determine the position of the object in the room with high accuracy.

Insbesondere enthält das Magneffeldmodulatormodul zwei voneinander beabstandete Magnetfeldmodulatoren, die das gewünschte Magneffeld erzeugen. Bevorzugt ist in diesem Fall, daß abwechselnd immer nur einer der Magnetfeldmodulatoren alleine aktiviert wird. Wenn dies mit der Auswertung kombiniert wird, führt dies zu einer höheren Meßgenauigkeit.Especially contains the magnetic field modulator module has two spaced-apart magnetic field modulators, the desired one Create magnetic field. In this case, it is preferable that alternately only one of the magnetic field modulators alone is activated. If this is combined with the evaluation, this leads to a higher accuracy of measurement.

Ferner kann das XMR-Sensormodul an mindestens zwei voneinander beabstandeten Orten die Magneffeldvariationen erfassen, was wiederum zu einer höheren Meßgenauigkeit führt.Further For example, the XMR sensor module may be spaced apart by at least two Locations capture the magnetic field variations, which in turn become one higher measurement accuracy leads.

Besonders bevorzugt werden die Magnetfeldvariationen während zeitlich aufeinanderfolgender Meßintervalle erfaßt und für jedes Meßintervall zugeordnete Meßsignale erzeugt, wobei nur die Meßsignale bei der Ermittlung der Lage des Objektes im Raum berücksichtigt werden, deren Änderung relativ zu den Meßsignalen eines zeitlich zurückliegenden Meßintervalls kleiner ist als eine vorbestimmte Obergrenze. Damit können störende Einflüsse von weiteren Magnetfeldquellen verringert werden.Especially the magnetic field variations are preferred during time intervals of measurement detected and for every measuring interval associated measuring signals generated, with only the measuring signals taken into account in determining the position of the object in space be whose change relative to the measuring signals a time interval past is less than a predetermined upper limit. This can disturbing influences of further magnetic field sources can be reduced.

Das Magnetfeld wird bevorzugt so erzeugt, daß der Maximalwert des Magnetfelds an jedem Ort im Raum größer ist als das Erdmagnetfeld. Bei dem Raum kann es sich insbesondere um den Innenraum eines Fahrzeugs oder ein Operationssaal handeln.The Magnetic field is preferably generated so that the maximum value of the magnetic field larger at any place in the room as the earth's magnetic field. The room may be in particular act the interior of a vehicle or an operating room.

Ferner kann das Objekt, dessen Lage erfaßt werden soll, ein Körperteil, insbesondere der Kopf, eines Benutzers sein. In diesem Fall wird dem Benutzer ferner ein Bild (beispielsweise ein virtuelles Bild) dargestellt, wobei die Bilddarstellung in Abhängigkeit der erfaßten Lage des Körperteils des Benutzers durchgeführt wird.Further the object whose position is to be detected can be a body part, especially the head of a user. In this case will the user also has an image (for example, a virtual image) shown, the image representation depending on detected Location of the body part performed by the user becomes.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielshalber anhand der Figuren noch näher erläutert. Es zeigen:The The invention will be described by way of example with reference to the figures explained in more detail. It demonstrate:

1 eine Draufsicht auf eine erste Ausführungsform der Erfassungsvorrichtung; 1 a plan view of a first embodiment of the detection device;

2 eine vergrößerte Ausschnittsdarstellung von 1; 2 an enlarged detail of 1 ;

3 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Erfassungsvorrichtung, und 3 a further embodiment of the detection device according to the invention, and

4 und 5 eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Erfassungsvorrichtung. 4 and 5 another embodiment of the detection device according to the invention.

Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform der Vorrichtung zum Erfassen der Lage eines Objektes im Raum umfaßt die Vorrichtung eine dynamische Magnetfeldquelle 1, die hier als raumhohe Spule ausgebildet ist und periodisch ein Magnetfeld aufbaut, das reziprok zum Abstand abfällt, wie schematisch durch die halbkreisförmigen Magnetfeldlinien dargestellt ist.At the in 1 As shown in the embodiment of the device for detecting the position of an object in space, the device comprises a dynamic magnetic field source 1 , which is formed here as a ceiling-high coil and periodically builds up a magnetic field which falls reciprocally to the distance, as shown schematically by the semicircular magnetic field lines.

Ferner umfaßt die Erfassungsvorrichtung, wie insbesondere der vergrößerten Darstellung in 2 zu entnehmen, eine HMD-Vorrichtung (Head Mounted Display-Vorrichtung) 2, die mittels einem brillenartigen Gestell 3 am Kopf eines Benutzers B so aufgesetzt ist, daß dieser die mittels der HMD-Vorrichtung 2 erzeugten virtuellen Bilder wahrnehmen kann. An der HMD-Vorrichtung 2 sind an beiden Seiten jeweils zwei AMR-Sensoren 4, 5 (AMR = Anisotroper Magnetowiderstand) angebracht, mit denen Magnetfeldänderungen sehr genau gemessen werden können. Die AMR-Sensoren 4, 5 erzeugen in Abhängigkeit der gemessenen Magnetfeldänderungen Meßsignale, die zu einer Auswerteeinheit 6 übertragen werden. Diese Übertragung kann über Kabel 7, 8 oder auch drahtlos erfolgen.Furthermore, the detection device, in particular the enlarged illustration in FIG 2 to refer to an HMD device (Head Mounted Display Device) 2 by means of a glasses-like frame 3 at the head of a user B is placed so that this by means of the HMD device 2 can perceive generated virtual images. At the HMD device 2 There are two AMR sensors on each side 4 . 5 (AMR = anisotropic magnetoresistance) attached, with which magnetic field changes can be measured very accurately. The AMR sensors 4 . 5 generate in response to the measured magnetic field changes measuring signals that are to an evaluation 6 be transmitted. This transmission can be via cable 7 . 8th or wirelessly.

Die Erfassungsvorrichtung ist in dem hier beschriebenen Beispiel in einem Operationssaal 9 angeordnet, der einen Operationstisch 10 enthält. Die Erfassungsvorrichtung ist jedoch darauf nicht beschränkt. Natürlich kann sie auch in jedem anderen Saal bzw. Raum angeordnet sein, wie z.B. in einem Labor oder in einer Werkstatt.The detection device is in an operating room in the example described here 9 arranged, an operating table 10 contains. However, the detection device is not limited thereto. Of course, it can also be arranged in any other room or room, such as in a laboratory or in a workshop.

Die Magnetfeldquelle 1 ist hier so ausgelegt, daß die maximale Feldstärke des erzeugten Magnetfeldes an jedem Punkt im Raum 9 größer ist als die entsprechende Erdmagnetfeldstärke. Ferner ist die Magnetfeldquelle 1 auch noch so ausgelegt, daß die Änderung des Maximalwerts des erzeugten Magnetfelds in dem Bereich, in dem sich der Benutzer während der Benutzung der Vorrichtung aufhält, bevorzugt nur innerhalb maximal einer Größenordnung variiert.The magnetic field source 1 is here designed so that the maximum field strength of the generated magnetic field at each point in space 9 is greater than the corresponding geomagnetic field strength. Furthermore, the magnetic field source 1 is also designed so that the change of the maximum value of the generated magnetic field in the area in which the user is staying during the use of the device, preferably only within a maximum of one order of magnitude varies.

Im Betrieb wird nun mittels der Magnetfeldquelle ein zeitlich und räumlich variierendes Magnetfeld erzeugt. Ein sich änderndes Magnetfeld führt bei den AMR-Sensoren 4 und 5 zu einer Widerstandsänderung, die der Auswerteeinheit 6 zugeführt wird. Die Auswerteeinheit 6 kann, wie gezeigt, an einem separaten Ort angeordnet sein oder sie kann auch gleich in die HMD-Vorrichtung 2 mit integriert sein. Der Auswerteeinheit 6 wird ferner von der Magnetfeldquelle 1 ein Signal zugeleitet, aus dem die Auswerteeinheit 6 die Magnetfeldstärke an jedem Punkt im Raum zu jeder Zeit ableiten kann. Die Auswerteeinheit 6 ermittelt nun anhand des Signals der Magnetfeldquelle 1 und der Widerstandsänderung der AMR-Sensoren 4, 5 die genau Lage bzw. Ausrichtung der HMD-Vorrichtung 2 im Raum und somit auch die Blickrichtung des Benutzers B. In Abhängigkeit dieser Information wird dann die Bilddarstellung mittels der HMD-Vorrichtung 2 durchgeführt. Mit der Vorrichtung kann somit die Blickrichtung des Benutzers B erfaßt werden und in Abhängigkeit seiner Blickrichtung können die Bildinformationen über die HMD-Vorrichtung dem Benutzer B dargeboten werden.In operation, a temporally and spatially varying magnetic field is now generated by means of the magnetic field source. A changing magnetic field leads to the AMR sensors 4 and 5 to a change in resistance, the evaluation unit 6 is supplied. The evaluation unit 6 may, as shown, be arranged in a separate location or it may also immediately into the HMD device 2 to be integrated with. The evaluation unit 6 is further from the magnetic field source 1 a signal from which the evaluation unit 6 can derive the magnetic field strength at any point in space at any time. The evaluation unit 6 now determines based on the signal of the magnetic field source 1 and the resistance change of the AMR sensors 4 . 5 the exact location or orientation of the HMD device 2 in the room and thus also the viewing direction of the user B. Depending on this information then the image representation by means of the HMD device 2 carried out. The viewing direction of the user B can thus be detected with the device, and the image information can be presented to the user B via the HMD device as a function of his viewing direction.

Bei dieser beschriebenen Ausführungsform existiert für jeden Punkt im Raum ein Satz von unverwechselbaren Wertepaaren, solange sich der Benutzer nicht auf einer Kreisbahn befindet.at this described embodiment exists for each Point in space a set of distinctive value pairs, as long as the user is not on a circular path.

Bei einer verbesserten Ausführungsform ist jeder der AMR-Sensoren 4 und 5 als AMR-Sensortrippel ausgebildet, bei denen jeweils die drei AMR-Sensoren zueinander orthogonal orientiert sind. Als Magnetfeldquelle wird eine Magnetfeldquelle gewählt, die ein Kugelfeld produziert, das mit 1/r³ abfällt. Eine solche Magnetfeldquelle wird vorteilhafterweise an der Decke oder in der Nähe einer Wand des Raums 9 installiert.In an improved embodiment, each of the AMR sensors is 4 and 5 designed as AMR sensor triplets, in which each of the three AMR sensors are mutually orthogonal oriented. As a magnetic field source, a magnetic field source is selected, which produces a spherical field, which decreases with 1 / r ³ . Such a magnetic field source is advantageously on the ceiling or near a wall of the room 9 Installed.

Mit jedem AMR-Sensortrippel 4, 5 kann ein Zahlentuppel ermittelt werden, aus denen dann die Position im Raum berechnet wird. Vorteilhafterweise werden dazu vorher definierte Eichkurven aufgenommen. Dies erhöht die Meßgenauigkeit und bringt weiterhin den Vorteil mit sich, daß durch die Fertigung bedingte Widerstandsvariationen der einzelnen AMR-Sensoren berücksichtigt sind.With every AMR sensor tripple 4 . 5 a number dome can be determined, from which the position in the room is calculated. Advantageously, previously defined calibration curves are recorded. This increases the accuracy of measurement and also brings with it the advantage that caused by the manufacturing resistance variations of the individual AMR sensors are taken into account.

Mit dieser Ausführungsform läßt sich die Ausrichtung des Kopfes des Benutzers B so lange eindeutig und sicher bestimmen, so lange er sich nicht auf einer Kugelfläche bewegt. Wenn man diese Möglichkeit auch ausschließen möchte, so kann man zwei oder mehr Magnetfeldquellen voneinander beabstandet im Raum anordnen, die jeweils ein Kugelfeld produzieren. Bei der Messung werden die einzelnen Magnetquellen jeweils separat und nacheinander aktiviert, so daß immer nur eine Quelle aktiv ist. Da die Auswerteeinheit 6 immer weiß, welche Magnetfeldquelle gerade aktiv ist, läßt sich für jede Magnetfeldquelle eine Ausrichtung des Kopfes des Beobachters erfassen. Aus diesen Werten läßt sich dann eindeutig die Ausrichtung des Kopfes des Beobachters bestimmen, auch wenn er sich auf einer Kugelfläche bewegen sollte.With this embodiment, the orientation of the head of the user B can be clearly and safely determined as long as he does not move on a spherical surface. If one also wants to exclude this possibility, then one can arrange two or more magnetic field sources spaced from each other in the space, which produce in each case a ball field. When measuring the individual magnetic sources are each activated separately and sequentially, so that only one source is active. Because the evaluation unit 6 it always knows which magnetic field source is currently active, an orientation of the head of the observer can be detected for each magnetic field source. From these values, the orientation of the observer's head can be clearly determined, even if it should move on a spherical surface.

In 3 ist ein Beispiel mit vier Magnetfeldquellen M1, M2, M3 und M4 gezeigt, die jeweils in einer Ecke des Raumes 9 angeordnet sind und ein Kugelfeld erzeugen.In 3 is an example with four magnetic field sources M1, M2, M3 and M4 shown, each in a corner of the room 9 are arranged and produce a ball field.

In 4 und 5 ist eine weitere Ausführungsform der Erfassungsvorrichtung gezeigt. In diesem Fall befindet sich der Benutzer in einem Fahrzeug und er trägt ein brillenartiges Gestell 3, an dem im Unterschied zu der Ausführungsform von 1 und 2 keine HMD-Vorrichtung angeordnet ist. Am brillenartigen Gestell 3 sind lediglich die AMR-Sensoren 4 und 5 befestigt. Die Anzeigevorrichtung ist in dem hier beschriebenen Fall eine sogenannte HUD-Vorrichtung (HUD = Head Up Device), bei der ein erzeugtes Bild dem Benutzer, hier dem Fahrer, als virtuelles Bild aufgrund einer Spiegelung an der Windschutzscheibe des Fahrzeugs dargeboten wird, wobei das Bild in der Regel für den Fahrer einige Meter vor der Windschutzscheibe außerhalb des Fahrzeugs wahrnehmbar ist. Eine Anzeigeeinheit 10, die das Bild erzeugt und auf die Windschutzscheibe lenkt, ist schematisch eingezeichnet. Die Position des Kopfes bzw. die Blickrichtung des Fahrers wird hier in gleicher Weise mittels den Widerstandsänderungen der AMR-Sensoren 4 und 5 durch die Auswerteeinheit 6 ermittelt, wobei in dem hier beschriebenen Fall die Signalübermittlung zwischen den AMR-Sensoren 4 und 5 und der Auswerteeinheit 6 drahtlos durchgeführt wird. Da ein Fahrzeug in der Regel nahezu als Faradaykäfig ausgelegt ist, sind externe Magnetfelder weitgehend abgeschirmt, so daß die Magnetfeldgeneratoren M1 – M4 nur relativ kleine Feldstärken erzeugen müssen und beispielsweise als Schleifen ausgelegt werden können.In 4 and 5 a further embodiment of the detection device is shown. In this case, the user is in a vehicle and he wears a glasses-like frame 3 in which unlike the embodiment of 1 and 2 no HMD device is arranged. On spectacle-like frame 3 are only the AMR sensors 4 and 5 attached. The display device in the case described here is a so-called HUD device (HUD = Head Up Device), in which a generated image is presented to the user, here the driver, as a virtual image due to a reflection on the windshield of the vehicle, the image usually visible to the driver a few feet in front of the windshield outside the vehicle. A display unit 10 , which creates the image and directs to the windshield, is shown schematically. The position of the head or the line of sight of the driver is here in the same way by means of the resistance changes of the AMR sensors 4 and 5 through the evaluation unit 6 determined, wherein in the case described here, the signal transmission between the AMR sensors 4 and 5 and the evaluation unit 6 is performed wirelessly. Since a vehicle is usually designed almost as Faraday cage, external magnetic fields are largely shielded, so that the magnetic field generators M1 - M4 must generate only relatively small field strengths and can be designed, for example, as loops.

Um den Einfluß von weiteren im Inneren des Autos erzeugten Magnetfeldern, die beispielsweise durch Drehspulinstrumente erzeugt werden, zu eliminieren, kann die Auswerteeinheit 6 die Meßsignale, die von den AMR-Sensoren für jedes Meßintervall, das in der Regel kleiner als 10 ms ist, kommen, mit den Meßsignalen von vorherigen Meßintervallen vergleichen und nur dann berücksichtigen, wenn die Änderung unterhalb einer vorbestimmten Obergrenze liegen. Damit kann die Meßgenauigkeit erhöht werden.In order to eliminate the influence of other generated in the interior of the car magnetic fields that are generated for example by Drehspulinstrumente, the evaluation unit 6 the measurement signals coming from the AMR sensors for each measurement interval, which is usually less than 10 ms, with the measurement signals from previous measurement intervals ver equal and only take into account when the change is below a predetermined upper limit. Thus, the measurement accuracy can be increased.

Statt AMR-Sensoren können auch alle anderen sogenannten XMR-Sensoren eingesetzt werden. Dies sind z.B. GMR-Sensoren (GMR = Riesenmagnetowiderstand) sowie CMR-Sensoren (CMR = Kolossaler Magnetowiderstand). Ferner ist es möglich, daß am Kopf des Benutzers nicht die Sensoren, sondern die Magnetfeldquelle bzw. die Magnetfeldquellen befestigt sind und die Sensoren ortsfest im Raum positioniert sind.Instead of AMR sensors can All other so-called XMR sensors are used. This are e.g. GMR sensors (GMR = Giant Magnetoresistance) and CMR sensors (CMR = Colossal Magnetoresistance). Furthermore, it is possible that the head of the user is not the sensors, but the magnetic field source or the magnetic field sources are fixed and the sensors are fixed in space.

Claims

Device for detecting the position of an object in space, with a magnetic field modulator module ( 1 , M1, M2, M3, M4) for generating a temporally and spatially varying magnetic field, an XMR sensor module ( 4 . 5 ), which detects magnetic field variations and generates measuring signals in dependence thereon, and an evaluation unit ( 6 ), the measuring signals of the XMR sensor module ( 4 . 5 ), wherein either the magnetic field modulator module ( 1 , M1, M2, M3, M4) or the XMR sensor module ( 4 . 5 ) is attached to the object and the other module is arranged stationary and wherein the evaluation unit ( 6 ) determines the position of the object in space on the basis of the supplied measuring signals.

Device according to Claim 1, in which the magnetic field modulator module ( 1 , M1-M4) includes at least two spaced-apart magnetic field modulators (M1-M4).

Device according to Claim 2, in which the magnetic field modulator module ( 1 , M1-M4) contains a control unit which alternately activates only one of the magnetic field modulators (M1-M4) at a time.

Device according to one of the preceding claims, in which the XMR sensor module ( 4 . 5 ) at least two spaced-apart XMR sensors ( 4 . 5 ) having.

Device according to one of the preceding claims, in which the XMR sensor module ( 4 . 5 ) uses the AMR effect.

Device according to one of the preceding claims, in which the XMR sensor module ( 4 . 5 ) detects the magnetic field variations during temporally successive measurement intervals and generates measurement signals associated with each measurement interval, wherein the evaluation unit ( 6 ) takes into account only the measurement signals in the determination of the position of the object in space, whose change relative to the measurement signals of a time interval past measurement interval is smaller than a predetermined upper limit.

Device according to one of the preceding claims, in which the magnetic field modulator module ( 1 , M1-M4) generates the magnetic field so that the maximum value of the magnetic field at each location in space is greater than the earth's magnetic field.

Device according to one of the preceding claims, in which the object is a body part, in particular the head of a user (B), and the magnetic field modulator module ( 1 , M1-M4) or the XMR sensor module ( 4 . 5 ) is attached to the body part of the user (B).

Apparatus according to claim 8, further comprising a display device ( 2 . 11 ) representing an image to the user, wherein the image is displayed in dependence on the detected position of the body part of the user.

Method for detecting the position of an object in space, in which by means of a magnetic field modulator module ( 1 , M1, M2, M3, M4) generates a temporally and spatially varying magnetic field by means of an XMR sensor module ( 4 . 5 Magnetic field variations are detected and in response to which measurement signals are generated and wherein either the magnetic field modulator module ( 1 , M1-M4) or the XMR sensor module ( 4 . 5 ) attached to the object and the other module is arranged stationary and wherein on the basis of the supplied measuring signals, the position of the object is determined in space.

The method of claim 10, wherein the magnetic field modulator module the varying magnetic field with at least two spaced magnetic field modulators (M1-M4) generated.

The method of claim 11, wherein alternately only one of the magnetic field modulators (M1-M4) is activated.

Method according to one of claims 10 to 12, wherein the XMR sensor module ( 4 . 5 ) detects the magnetic field variations at at least two spaced-apart locations.

Method according to one of claims 10 to 13, wherein the Measurement of the magnetic field variations of the AMR effect is utilized.

Method according to one of Claims 10 to 14, in which the magnetic field variations are detected during measurement intervals which are consecutive in time and measurement signals assigned for each measurement interval are generated, only the measurement signals being used in determining the position of the object in space be taken into account, whose change relative to the measurement signal of a time-lagging measurement interval is smaller than a predetermined upper limit.

Method according to one of claims 10 to 15, wherein the Magnetic field is generated so that the maximum value The magnetic field at any location in space is greater than the Earth's magnetic field.

A method according to any one of claims 10 to 16, wherein the Object a body part, in particular, is the head of a user and the magnetic field modulator module or the XMR sensor module on the body part the user is attached.

The method of claim 17, wherein for the user an image is displayed, the representation of the image depending on the captured Location of the body part the user is done.