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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung einer Monitorsteuerung
mit einem Energie-Management-System und/oder einem Sicherungssystem
nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Stand der Technik
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Derartige
Vorrichtungen sind z. B. im Bereich von Personal Computern bekannt
und dienen dazu, das Gerät
in einen Energiesparmodus oder einen Standby-Betrieb herunter zu
schalten, wenn das Gerät über einen
bestimmten Zeitraum nicht benutzt wird. Dies erfolgt z. B. dadurch,
dass das Gerät
registriert, ob die Maus bewegt wurde oder nicht. Ist eine Bewegung über einen
bestimmten Zeitraum nicht erfolgt, wird in den Standby-Modus geschalten.
Eine Überwachung
ausgehend vom Bildschirm oder eine Sicherungsüberwachung erfolgt dadurch
nicht.
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Aus
der
US 2008/0077422
A ist ein Energiemanagementsystem in Verbindung mit einem
Bewegungssensor für
Werbezwecke bekannt. Das System überträgt Werbeinformationen
zum Beispiel in einem Schaufenster oder in einem anderem Werbebereich, solange
es feststellt, dass vor dem System Bewegungen erfolgen, also Personen
anwesend sind. Erfolgt keine Bewegung mehr, schaltet das System
in einen Energiesparmodus und wird bei Erkennen einer erneuten Bewegung
erneut eingeschaltet. Zu diesem Zweck sind aussendende und empfangende
Elemente für
eine Sensorerfassung vorhanden.
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Zur
Messung dynamischer Änderungen
wurde bereits in der
EP
0 706 648 B1 das HALIOS
®-Verfahren
zur empfindlichen Erfassung von reflektierten Lichtsignalen zur
Detektion unter anderem auch von Gesten und Bewegungen beschrieben.
Das Verfahren kann z. B. optoelektronisch betrieben werden, wobei
Sender über
einen Taktgenerator zeitabschnittsweise und wechselweise betrieben
werden. Das in der Amplitude wenigstens einer Strecke geregelte
Signal wirkt so auf den Empfänger
ein, dass ein Empfangssignal ohne taktsynchrone Signalanteile entsteht.
Das Empfangssignal des Empfängers
wird einem Synchrondemodulator zugeführt, der das Empfangssignal
wiederum in den wenigstens zwei Sendern zugeordnete, entsprechende
Signalkomponenten zerlegt. Diese werden in einem Vergleicher miteinander
verglichen, wobei im Ruhezustand ohne Fremdeinflüsse ein einem Nullzustand entsprechendes
Signal am Ausgang des Vergleichers entsteht. Liegt am Ausgang des
Vergleichers kein diesem Nullzustand entsprechendes Signal an, wird
die Leistung, die dem Sender zugeführt wird, dahingehend geregelt,
bis dieser Zustand erreicht ist. Für die Erfassung von Bewegungen
eines Objekts im Umfeld des HALIOS
®-Sensors
wird der am Ausgang des Vergleichers anstehende Regelwert ausgewertet,
der zugleich ein Maß für die Abweichung
vom Nullzustand ist. Dieses Signal kann als weiteres Steuersignal
für die
Steuerung von Funktionen genutzt werden. Die Möglichkeiten des Halios-Sensors
werden insbesondere in der Veröffentlichung
Dr. Frank Rottman und Dr. Egbert Spiegel: „Electronic Concept fulfils
optical sensor dream”,
Elmos Semiconductor AG, 12/02, 8 Seiten näher erläutert.
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Aus
der
WO 2005/028
266 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Sensorvorrichtung
zur Detektion von Störeinflüssen auf
der Außenseite
eines optisch durchlässigen
Körpers
bekannt. Das System wird insbesondere als Scheibenwischersensor
zur Detektion von Niederschlägen
verwendet. Erfasst wird dort zusätzlich
die Bewegung eines nichttransparenten körperlichen Gegenstand im Detektionsbereich,
um dadurch eine Schaltfunktion auszulösen. Es handelt sich damit
dort um ein bestehendes Sensorsystem, dessen Sensorsignal benutzt
wird, um weitere Informationen über
einen nichttransparenten Gegenstand zu erhalten. Die Zusatzfunktion
wird damit aus dem Sensorsignal gewonnen.
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Aufgabe der Erfindung
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die
Aufgabe zugrunde, eine preisgünstige
Realisierung eines Energie-Management-Systems und/oder Sicherungssystem
weitestgehend unter Verwendung vorhandener optischer Elemente zu
schaffen.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches
1 gelöst.
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Die
Vorrichtung nutzt in Verbindung mit den bestehenden Elementen einer
Monitorsteuerung die Vorteile des optoelektronischen HALIOS®-Sensors, der
weitestgehend aufgrund des Systems einer optischen Waage eine hohe
Empfindlichkeit selbst bei geringen Signalwerten erreichen kann.
Daher kann die Vorrichtung auch auf der Anzeigeeinheit zugeordnete
optische Elemente als aussendendes Element und auch als empfangendes
Ele ment zurückgreifen, ohne
dass aufwändige
Sender und Empfänger
erforderlich sind. Gleichwohl kann die Vorrichtung auch als ein
Zusatzgerät
mit den Elementen der Anzeigeeinrichtung betrieben werden. Vorzugsweise
weist die Steuerungsschaltung selbst einen möglichst geringen Eigenverbrauch
auf, damit auch im batteriebetriebenen Zustand eines Geräts eine
effektive Energieeinsparung möglich
ist.
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Das
empfangende Element ist vorzugsweise eine Fotodiode, kann aber auch
eine LED sein und kann ebenso durch eine in der Vorrichtung integrierte oder
daran angebrachte WEB-CAM oder Kamera gebildet sein. Vorzugsweise
ist das aussendende Element und gegebenenfalls auch das empfangende Element
durch wenigstens einen Teil der Hintergrundbeleuchtung des Displays
der Anzeigeeinheit gebildet, sodass tatsächlich insgesamt auf Elemente zurückgegriffen
werden kann, die an der Anzeigeeinheit ohnehin vorhanden sind. In
diesem Fall lässt
sich die gesamte Überwachungseinrichtung
als reines Softwaremodul im Speicher des zu betreibenden Geräts integrieren,
was die Kosten deutlich verringert. Damit wird ein Einsatz des Geräts auch
im Mobile Phone Bereich möglich.
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Weitere
Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden
Beschreibung.
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Kurzbeschreibung der Figur
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die
einzige 1 zeigt einen schematischen
Aufbau der Vorrichtung.
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Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
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Bevor
die Erfindung im Detail beschrieben wird, ist darauf hinzuweisen,
dass sie nicht auf die jeweiligen Bauteile der Vorrichtung sowie
die jeweiligen Verfahrensschritte beschränkt ist, da diese Bauteile
und Verfahren variieren können.
Die hier verwendeten Begriffe sind lediglich dafür bestimmt, besondere Ausführungsformen
zu beschreiben und werden nicht einschränkend verwendet. Wenn zudem
in der Beschreibung oder in den Ansprüchen die Einzahl oder unbestimmte
Artikel verwendet werden, bezieht sich dies auch auf die Mehrzahl
dieser Elemente, solange nicht der Gesamtzusammenhang eindeutig
etwas Anderes deutlich macht.
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Die 1 zeigt
eine Vorrichtung zur Überwachung
einer Monitorsteuerung mit einem Energie-Management-System und/oder
Sicherungssystem S wie z. B. einem Power- oder Batterie-Management-System.
Die Vorrichtung weist eine Erfassungseinrichtung auf, die zur Erfassung
von Bewegungen im Umfeld der Anzeigeeinheit M vorgesehen ist. Derartige
Vorrichtungen wurden bisher z. B. durch die Erfassung der Bewegung
einer Maus gebildet, werden nun jedoch bei der vorliegenden Vorrichtung durch
die Elemente der Anzeigeeinheit M in Verbindung mit den Elementen
des HALIOS®-Sensors
gebildet, die im Ausführungsbeispiel
durch die gesondert gezeichneten Teile eines aussendenden Elements 11 und
eines empfangenden Elements 12 gebildet sind. Diese Elemente
können
selbstverständlich
auch in den Bildschirm, also in das Display D der Anzeigeeinrichtung
M integriert sein oder auch wie in 1 gestrichelt
dargestellt als gesonderte WEB-CAM oder Kamera K zumindest das aussendende
Element 12 enthalten. Ergänzend können auch mehrere aussendende
Elemente 11 und empfangende Elemente 12 vorgesehen
sein, wenn es die entsprechende Anwendung gebietet.
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Die
Steuerung des HALIOS
®-Sensors H, die insofern
Teil einer Verarbeitungseinheit P ist, sendet mittels einer zeichnerisch
nicht dargestellten Taktsteuerung ein getaktetes Signal
16 an
das aussendende Element
11 aus. Vorzugsweise ist noch ein weiteres
aussendendes Element vorgesehen, das mit dem invertiertem Takt betrieben
wird, es kann jedoch auch eine Zuleitung dieses zweiten Signals
auf elektronischem Wege erfolgen oder auch auf die zweite Sendestrecke
verzichtet werden. Über
das aussendende Element
11 werden die Signale in eine Lichtstrecke
eingebracht, die z. B. zum Objekt O gesandt wird und von dort reflektiert
wird. Die reflektierte Strahlung wird vom empfangenden Element
12 erfasst
und in ein Signal
10 umgesetzt, das der Steuerung R des
HALIOS
®-Sensors
H zugeleitet wird. In zeichnerisch nicht dargestellter Weise wird
in der Verarbeitungseinheit P das Signal wie im Patent
EP 706 648 B1 beschrieben
in die den entsprechenden Taktabschnitten zugeordneten Signalkomponenten zerlegt.
Diese werden dann in einem Vergleicher miteinander verglichen, wobei
im Ruhezustand ohne Fremdeinflüsse,
d. h. ohne Bewegung oder ohne Anwesenheit eines Objekts O im sensoraktiven
Bereich des HALIOS
®-Sensors H ein einem Nullzustand
entsprechendes Signal entsteht. Liegt ein derartiges einem Nullzustand
entsprechendes Signal längere
Zeit an, erfolgt ein Steuersignal
13 an eine Steuerung
C für die
Anzeigeeinheit M. Dieses Steuersignal wird über das Steuersignal
14 an
die Anzeigeeinheit M gegeben und sorgt z. B. dafür, dass das Gerät an- oder abgeschaltet
wird. Liegt also z. B. längere
Zeit kein Signal an, d. h. ein Nullzustand vor, wird üblicherweise
eine Abschaltung erfolgen.
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Die
Anzeigeeinheit M besitzt wenigstens ein der Anzeigeeinheit zugeordnetes
optisches Element, wie z. B. Leuchtdioden, Fotodioden oder andere
optisch wirksame Sende- und/oder
Empfangselemente. Die Erfassungseinrichtung ist damit durch einen
optoelektronischen HALIOS®-Sensor H gebildet, wobei das
aussendende Element 11 des HALIOS®-Sensor H
das wenigstens eine vorhandene, der Anzeigeeinheit M zugeordnete
optische Element ist. Ist es zugeordnet, so befindet es sich z.
B. im Display D der Anzeigeeinrichtung und wird lediglich entsprechend
angesteuert. In diesem Fall würden
in 1 das aussende Element und gegebenenfalls auch
das empfangende Element 12 nach unten in das Display oder z.
B. in den Rahmen der Anzeigeeinheit M integriert. Alternativ bietet
sich z. B. die Integration in einer WEB-CAM oder Kamera K an, wie
es in 1 gestrichelt dargestellt ist. Die WEB-CAM oder
Kamera K kann auch in die Vorrichtung integriert sein.
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Vorzugsweise
ist das wenigstens eine empfangende Element 12 des HALIOS®-Sensor
H ein in der Vorrichtung vorhandenes der Anzeigeeinheit M zugeordnetes
oder zuordenbares optisches Element, wobei unter dem optischen Element
das verstanden wird, was hinsichtlich des optischen Elements in
Zusammenhang mit dem aussendenden Element erläutert wurde. Die damit verwirklichte
Funktion ist das Ein- oder Abschalten anhand systembedingter Anforderungen
z. B. zur Senkung des Energieverbrauchs. Alternativ oder ergänzend können auch
Sicherungsfunktionen vorgesehen sein, auf die weiter unten noch
eingegangen wird.
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Dabei
ist durchaus denkbar, dass einem Ausgangssignal der Kamera K oder
WEB-CAM ein vom aussendenden Element 11 stammendes Signal überlagert
ist, da dieses mit einer Taktfrequenz betrieben werden kann, die
für das
menschliche Auge nicht wahrnehmbar ist. Das aussendende Element 11 und
gegebenenfalls auch das empfangende Element 12 können durch
wenigstens einen Teil der Hintergrundbeleuchtung des Displays D
der Anzeigeeinheit M gebildet sein. Aussendendes Element 11 und/oder
empfangendes Element 12 können auch lediglich über Lichtleiter 15 zugänglich sein,
wie dies im Display D schematisch für ein aussendendes Element
oder empfangendes Element dargestellt ist. Vorzugsweise ist das
aussendende Element 11 und/oder das empfangende Element 12 hinter
dem Display D der Anzeigeeinheit M angeordnet.
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Eine
besonders vorteilhafte Ausführungsform,
die sehr preisgünstig
umgesetzt werden kann besteht darin, dass der HALIOS®-Sensor
H unter Verwendung von an der Erfassungseinrichtung und/oder am
Monitor vorhandenen optischen Elementen arbeitet. Dies führt dazu,
dass lediglich noch die Verarbeitung der Signale als reines Softwaremodul
in der Vorrichtung vorzusehen ist. Die Vorrichtung kann z. B. auch
in ein Mobile Phone integriert sein.
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Das
Ziel der vorliegenden Erfindung kann darin bestehen, die HALIOS®-Technologie
zur Herstellung einer intelligenten Energie-Management-Funktion
unter Ausnutzung einer Annäherungsdetektion
zu nutzen. Dazu wird in das bestehende System wie z. B. in ein Display
D eines Mobile Phones, einem Notebook Monitor, einem PC-Monitor oder allgemein
in einen Monitor ein HALIOS®-Sensor H integriert,
der das An- und Abschalten des Displays D anhand der systembedingten
Anforderungen steuert und dabei den Energieverbrauch senkt. Das
HALIOS®-Prinzip
arbeitet sowohl mit sichtbarem Licht als auch im infraroten Bereich.
Zur Erzeugung des ausgesandten Lichts kann eine separate LED passend
zum Empfänger
gewählt
werden, vorzugsweise wird auf eine vorhandene Hintergrundbeleuchtung zurückgegriffen,
die z. B. basierend auf weißen
LEDs unmittelbar als Transmitter eingesetzt werden kann. Bei einem
Mobile Phone kann auch die integrierte Kamera als Empfänger z.
B. zusammen mit einer vorhandenen Flash-Light LED als Sender verwendet werden.
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Wird
die Hintergrundbeleuchtung des Systems, wie z. B. bei einem Display
an einem Mobile Phone oder Laptop möglich, als Transmitter verwendet,
indem sie z. B. in einer HALIOS®-Regelschleifenkonfiguration
angeordnet ist, kann das Licht durch den Lichtleiter/Diffusor des
Displays ausgesendet werden. Auch die Verwendung von Flashlight
LEDs als Transmitter ist möglich.
Bedarfsweise kann auch eine der Anzeigeeinheit zuordenbare, gesonderte, nicht
zum System gehörende
LED eingesetzt werden.
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Als
Empfänger
im batteriebetriebenen System bietet sich eine LED an. Diese kann
mittels einer Gyratorschaltung auf eine Leerlaufspannung von 0,6 Volt
dynamisch begrenzt werden. In diesem Fall kann sie als wellenlängenselektiver
Empfänger
betrieben werden, der die Batterie nicht durch ein externen Strom
belastet. Im Gegen satz dazu wird unter Verwendung einer Fotodiode,
was prinzipiell auch möglich
ist, unter Einstrahlung von Sonnenlicht ein signifikanter Strom
fließen,
der die Batterie belastet. Selbst bei einer kleinen Fotodiode mit
einer Fläche von
1 mm2 kann ein Fotostrom von 1 bis 3 mA
anfallen. Die Verwendung einer LED bietet sich an, da gerade aufgrund
des HALIOS®-Systems
eine hohe Empfindlichkeit gegeben ist, sodass auch die LED als Empfänger betrieben
werden kann. Ein derartiger Empfänger
kann sich oberhalb, unterhalb oder seitlich am Display D befinden,
in einer optimierten Form ist der Empfänger hinter dem Display angeordnet
und nutzt den gleichen Lichtleiter zur Konzentration des reflektierten
Signals, den die Transmitter zur homogenen Lichtverteilung benutzen.
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Im
Fall der Verwendung einer vorhandenen WEB-CAM als Empfänger, soll
parallel zum eigentlichen Bildsignal ein Sender z. B. in Form einer
Infrarot LED oder weißen
LED ein getaktetes Licht mit einer Taktfrequenz von z. B. 10 kHz
bis 100 kHz aussenden. Dieses Signal wird sich als taktsynchroner
Anteil in einem synchron demodulierten Bildsignal als Unterschied
in den verschiedenen Taktphasen wieder finden. Diese Art der Monitorschaltung
zur Bewegungsdetektion kann speziell auch als eigenständiges Softwaremodul
in einem PC installiert werden. Diesem Modul muss zur synchronen
Demodulation nur die Zeitinformation über den Sendertakt vorliegen.
Damit ist eine Erkennung eines Objekts O oder eines Users und z.
B. auch eine entsprechende Reaktion zur Energieeinsparung möglich. Die
Erzeugung des getakteten Lichtsignals kann mittels einer über z. B.
eine PC-Schnittstelle gesteuerten externen LED ermöglicht werden,
aber auch, wie oben beschrieben, in das Display integriert sein.
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Insbesondere
bei einem Mobile Phone kann auch die im Gerät vorhandene Kamera als Empfänger verwendet
werden. Dazu sendet parallel zum eigentlichen Bildsignal der integrierten
Kamera ein Sender wie auch bei der WEB-CAM ein getaktes Signal mit
einer Taktfrequenz von z. B. 10 kHz bis 100 kHz aus. Dieses Signal
findet sich als taktsynchroner Anteil in einem synchron demodulierten
Bildsignal als Unterschied in den verschiedenen Taktphasen wieder.
Auch hier ist ein eigenständiges
Softwaremodul zur Integration in die Steuerung des Mobile Phones möglich. Mit
der entsprechenden Taktinformation kann auch der User oder ein Objekt
erkannt werden und ist eine Energieeinsparung möglich. Die Erzeugung des getakteten
Lichtsignals kann in diesem Fall z. B. mittels einer im System vorhandenen
LED, wie z. B. in der Hintergrundbeleuchtung vorhanden, erfolgen
oder es kann eine vorhandene Flash-Light LED genutzt werden.
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Damit
ergibt sich ein kostenoptimiertes System, das schon vorhandene Elemente
nutzt und bei Verwendung einer LED als Empfänger zudem eigenverbrauchsoptimiert
arbeitet. Ein optimierter Eigenverbrauch wird auch durch eine niedrige
Wiederholfrequenz der Messfrequenzerfassung erreicht. Bei Verwendung
einer WEB-CAM als Empfänger
kann unter Verwendung einer zusätzlichen
getakteten Lichtquelle und der dazu taktsynchronen Auswertung der
WEB-CAM Signale eine kostengünstige
Energiesparschaltung z. B. für
PC und Notebook realisiert werden. Wenn sowohl die Modulation der
Hintergrundbeleuchtungs-LED als Sender als auch die Verwendung der
WEB-CAM als Empfänger
erfolgt und die Signalauswertung in einem in der Steuerung integrierten
Softwaremodul erfolgt, sind außer
der PC-internen Verknüpfung
der Signale zur synchronen Demodulation keine weiteren zusätzlichen
Elemente mehr nötig.
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Bei
Verwendung in Verbindung mit einem Mobile Phone ist auch eine Bewegungsdetektion
im Nahbereich, z. B. in der Nähe
des Kopfes möglich. Auch
hier kann die gesamte Vorrichtung in das System integriert werden,
und z. B. kann die Lautstärke des
Lautsprechers auf Konferenzbetrieb oder Telefonbetrieb umgestellt
werden, wobei das System selbst erkennt, welcher Betriebszustand
gerade erforderlich ist.
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Selbstverständlich kann
die intelligente Monitorsteuerung auch mittels einer von der Zielapplikation
unabhängigen
Einheit vorgenommen werden, die dann der entsprechenden Anzeigeeinheit
zuordenbar ist. Eine derartige Einheit kann den Sender, Empfänger und
eventuell auch eine zusätzliche
Kompensationsdiode enthalten, wie sie im HALIOS®-System
bekannt ist. Für
Anwendungsfälle,
bei denen die Genauigkeitsbeeinflussung der Messung durch Umgebungslicht
die Applikation nicht beeinträchtigt, kann
auf die Verwendung der HALIOS®-Kompensationsdiode auch
verzichtet werden.
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Die
Erfindung wurde bereits im Prinzip mit einem empfindlichen, optischen
Detektionssystem auf Basis des HALIOS®-Konzepts
erprobt, wobei eine Reflektionserkennung durch teiltransluzente
oder diffuse Oberflächen
möglich
ist.
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Eine
zusätzliche
oder alternative Sicherungsfunktion ist bei allen Geräten möglich, die
mit einer derartigen Vorrichtung ausgerüstet sind. Hierzu kommen insbesondere
PC- und Notebook Monitore in Betracht, die ohne direkte Benutzerkontrolle
eine Standby-Funktion bereitstellen können. Im Falle einer momentanen
Nichtbenutzung werden, unnötige Energieverbraucher
abgeschaltet, was auch zu einer Sicherungsfunktion beitragen kann.
Erkennt das System z. B., dass im unmittelbaren Umfeld keine Bewegung
mehr stattfindet, wird auf den Standby-Betrieb umgeschaltet, aus
dem heraus nur mit einer Passwort-Kennung wieder in den Betriebszustand
zurückgeschalten
werden kann. Speziell im Fall einer Verwendung mit einer LED als
Empfänger
ist auch eine Wakeup-Funktion denkbar. So kann z. B. im Falle eines
PC-Motors oder Notebooks
detektiert werden, ob das Gerät
benutzt wird, und entsprechend der Monitor an- und abgeschaltet
werden. Im PC-/Notebook-Bereich ist zusätzlich eine Sicherheitsanwendung
denkbar, bei der die Detektionsmethode benutzt wird, um die Geräte benutzerunabhängig unzugänglich zu
machen. Wenn der Nutzer einen bestimmten Detektionsbereich auch
kurzzeitig verlässt und
die Geräte
dann unbeaufsichtigt zurücklässt, nimmt
der HALIOS®-Sensor
diesen Ruhezustand wahr und schaltet das Gerät in einen Sicherungsmodus
um. Damit wird ein unerlaubter Zugriff z. B. am Arbeitsplatz aktiv
verhindert.
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- 10
- Signal
- 11
- Aussendendes
Element
- 12
- Empfangenes
Element
- 13,
14
- Steuersignal
- 15
- Lichtleiter
- 16
- Sendesignal
- C
- Steuerung
für Anzeigeeinheit
- D
- Display
- H
- HALIOS®-Sensor
- K
- Kamera
- M
- Anzeigeeinheit
- O
- Objekt
- P
- Verarbeitungseinheit
- R
- Steuerung
für HALIOS®-Sensor