close-ButtonDiese Website verwendet Cookies, um Inhalte zu personalisieren und auszuwerten. Mehr erfahren ... Ok, einverstanden.

Wie funktioniert die Google Brille?

Google Glass Logo
Google Glass Logo

Die neue Google-Brille ("Google Glass" bzw. Project Google Glasses) steht kurz vor der Einführung. Inzwischen verkauft Google eine limitierte Auflage zum Preis von 1.500 Dollar an "Entdecker", wenn sie helfen, das Produkt bekannt zu machen (allerdings nur US-Bürger). Die Funktionsweise der "Datenbrille" basiert auf "augmented reality" ("erweiterte Realität") , das heißt, vor dem Auge erscheint ein zweites visuelles Bild (Layer). Auf diesem Layer lassen sich Dienste einblenden, die man auch aus dem Mobiltelefon kennt: Internet, Emails, Kartendienste, etc. Außerdem ist ein Telefon eingebaut, ebenso wie eine leistungsfähige Kamera, die Fotos und Videos aufzeichnen kann.

In diesem Artikel soll es aber nicht um die anwendungsbezogenen Möglichkeiten gehen, sondern um das technische Funktionsprinzip der Google-Brille. Wie wird eigentlich der zweite visuelle Layer erzeugt? Und warum kann man ihn scharf sehen? Ist er immer scharf zu sehen? Kann das physikalisch und physiologisch überhaupt funktionieren?

Neu: siehe auch "Google Brille Infografik"

Ein grundsätzliches Problem

Jeder weiß, dass man Dinge, die sich direkt vor dem Auge befinden, nicht scharf sehen kann. Der minimale Abstand, auf den das menschliche Auge fokussieren kann, beträgt bei Kleinkindern ca. 10 cm. Mit zunehmendem Alter wird diese Entfernung größer (Ursache ist eine Verfestigung der dynamischen Augenlinse, mit deren Hilfe man unterschiedliche Entfernungen auf scharf stellen kann, siehe auch Akkommodation). Viele kennen das als "Altersweitsichtigkeit".

Auge Aufbau
Aufbau des Auges, Bestandteile

Wenn man aber nun Dinge, die auf der Brille abgebildet würden, gar nicht scharf sehen kann, wie funktioniert dann die Google Brille? Menschen, die bereits eine Google-Brille getragen haben, berichten, dass der eingeblendete Layer durchaus scharf zu erkennen ist. Man hat den Eindruck, als würde sich der Datenlayer ca. 50 cm vor dem Auge befinden. Wie kann das sein? Natürlich wird nichts in den Raum vor dem Auge projiziert.

Die Lösung ...

Die Lösung lautet: das Bild wird in das Auge hineinprojiziert - und zwar direkt auf die Netzhaut.

Die Tiefe eines Augapfels beträgt bei normalsichtigen Menschen ca. 2,4 cm. Die Brechkraft des optischen Apparates (Hornhaut, Kammerwasser, Augenlinse und Glaskörper) beträgt etwa 60 Dioptrie. Aus diesen Angaben lässt sich errechnen, in welchem Winkel ein Bild ins Auge projiziert werden muss, damit es auf der Netzhaut auf einem möglichst kleinen Punkt abgebildet wird. Und ab dann greift der "normale Sehprozess" wieder. Die folgende Abbildung veranschaulicht das Prinzip:

Funktionsweise der Google Brille 1
Funktionsweise der Google Brille: Das Bild wird ins Auge projiziert

Man erkennt, dass das Bild der Google Brille normalerweise nicht auf den Gelben Fleck projiziert wird. Denn dann wäre das Bild ständig im visuellen Fokus und extrem hinderlich. Man kann aber natürlich das Auge leicht nach oben drehen, so dass der Fokus des "Google-Layers" auf den Gelben Fleck fällt. Dann ist der Google-Layer scharf zu erkennen:

Funktionsweise der Google Brille 2
Scharfes Sehen des Google-Layers (durch Augenbewegung)

Die Google-Brille ist gar keine Brille!

Wenn man genau ist, ist die Google Brille gar keine Brille - sie ist vielmehr ein Projektor, der ein Bild in das Auge hineinprojiziert. Wenn man sich das Design der Google Brille anschaut, stellt man fest, dass das System irgendwie über halbtransparente Spiegel funktioniert:

Google Brille Produktfoto
Google Brille Produktfoto

Man erkennt, dass vorne ein (scheinbar) durchsichtiges Prisma angebracht ist. Wie das Bild tatsächlich ins Auge hineinprojiziert wird, wissen letztlich nur die Google Ingenieure. Ich habe dennoch mal eine Skizze erstellt, die das prinzipielle Vorgehen veranschaulicht - es ist eine Draufsicht von oben:

Prisma der Google Brille
Prisma der Google Brille (Ansicht von oben)

Im Hauptteil sitzt vermutlich ein Miniprojektor, der den "Google-Layer" auf ein Prisma wirft, das die Lichtstrahlen wiederum ablenkt und ins Auge projiziert.

Was kostet diese technische Meisterleistung?

Die Google-Brille ist ohne Frage eine technische Meisterleistung: denn in dem kleinen Brillenbügel sind hochauflösende Kamera, ein leistungsfähiger Miniprojektor, ein kabelloser Computer mit Internetanbindung, ein Telefon sowie ein perfekt optimiertes Prisma untergebracht. Unfassbar ... Es ist logisch, dass so ein Produkt am Ende seinen Preis haben wird. Die nun von Google genannten Kosten in Höhe von 1.500 Dollar scheinen vor diesem Hintergrund vollkommen angemessen.

Google Brille Zeichnung
Google Brille Zeichnung - aus dem Patent 212686

Gibt es die Google-Brille nur für Normalsichtige?

Aus dem Beschriebenen wird ein fundamentales Problem deutlich: die Google-Brille funktioniert so wie beschrieben zunächst nur für Normalsichtige. Im Falle einer Fehlsichtigkeit (Kurzsichtigkeit, Weitsichtigkeit, Astigmatismus oder Altersweitsichtigkeit) wird es kompliziert: Eine Brille sitzt ja wie die Google-Brille vor dem Auge. Theoretisch müsste die Google-Brille vor der normalen Brille getragen werden - aber das wäre nicht nur ästhetisch unschön, sondern würde vermutlich auch einen zu großen Abstand erfordern. Das Projektionsprisma müsste daher wohl in die Sehstärkebrille integriert werden - und das Prisma müsste jeweils individuell angepasst werden. Diese Anpassungen an die individuelle Sehstärke wäre vermutlich enorm aufwendig. Die neue Google-Brille mit Sehstärke-Korrekture würde daher wahrscheinlich um ein mehrfaches teurer als die einfache Variante. Abgesehen davon ist völlig unklar, ob ein Optiker um die Ecke diese Anpassungen überhaupt vornehmen könnte. Falls nicht, gäbe es vermutlich riesige Lieferschwierigkeiten ...

Google Glass mit Brille
Google Glass mit Brille

Bei Google hat man das Problem natürlich erkannt - denn immerhin trägt über die Hälfte aller Menschen in den Industrieländern eine Brille zum Ausgleich einer Sehschwäche (siehe: Wieviele Menschen in Deutschland tragen eine Brille?). Folgerichtig hat Google inzwischen bestätigt, dass man sich intensiv mit der Frage beschäftigt. So schrieb die Google-Glass-Designerin Isabelle Olsson: "We ideally want Project Glass to work for everyone, and we are experimenting with designs that are meant to be extendable to different types of frames. Many of our team members wear glasses, too, so it’s definitely something we’re thinking about." Frei übersetzt: "Wir wollen natürlich, das die Brille für jeden nutzbar ist, und experimentieren mit Designs, die auf andere Anforderungen übertragbar sind. Viele in unserem Team tragen auch Brillen, es ist also definitiv etwas, worüber wir reden."

Bei Kontaktlinsen ist es wahrscheinlich einfacher: denn sie verändern die Brechkraft direkt vor der Hornhaut. In dem Falle kann es sein, das die normale Google-Brille so wie bei Normalsichtigen funktioniert (sicher ist das aber nicht).

Google Brille Kamera und Prisma
Google Brille Kamera und Prisma - aus dem Patent 212686

Teilweise spekulativ ...

Abschließend sei gesagt, dass das Beschriebene teilweise spekulativ ist. Es gibt von Google kaum allgemeinverständliche Hinweise, mit denen die genaue (optisch-physikalische) Funktionsweise der Google-Brille beschrieben würde.
Für Hinweise auf Unstimmigkeiten wäre ich dankbar: info@martin-missfeldt.de. Das Bildmaterial (außer das Google-Glass-Logo und das Produktbild der Google-Brille) darf bei Quellennennung und Verlinkung gerne genutzt werden.

Quellen

Weiterlesen

Weitere Brillen