DE102018203341A1 - Interaction module - Google Patents
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Abstract
Ein Interaktionsmodul umfasst einen Projektor, eine optische Abtasteinrichtung und ein optisches Umlenkelement. Der Projektor ist zur Projektion eines Bildes auf eine Arbeitsfläche eingerichtet, wobei sich die Arbeitsfläche entlang einer Breitenrichtung (x) und einer Tiefenrichtung (y) erstreckt und der Projektor entlang einer Höhenrichtung (z) zur Arbeitsfläche versetzt ist und eine optische Achse des Projektors im Wesentlichen parallel zur Arbeitsfläche verläuft. Die optische Abtasteinrichtung ist zur Bestimmung einer Geste eines Benutzers in einem Bereich zwischen dem Projektor und der Arbeitsfläche eingerichtet und das optische Umlenkelement zur Umlenkung von aus dem Projektor ausgetretenem Licht in Richtung der Arbeitsfläche.An interaction module comprises a projector, an optical scanning device and an optical deflection element. The projector is configured to project an image onto a work surface with the work surface extending along a width direction (x) and a depth direction (y) and the projector being displaced along a height direction (z) to the work surface and an optical axis of the projector substantially runs parallel to the work surface. The optical scanning device is designed to determine a gesture of a user in an area between the projector and the work surface and the optical deflection element for deflecting light leaked from the projector in the direction of the work surface.
Description
Die Erfindung betrifft ein Interaktionsmodul. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Interaktionsmodul zur Steuerung eines Geräts mittels einer Geste bezüglich eines auf eine Arbeitsfläche projizierten Bildes.The invention relates to an interaction module. In particular, the invention relates to an interaction module for controlling a device by means of a gesture relating to an image projected onto a work surface.
Ein Interaktionsmodul ist dazu eingerichtet, ein Bild auf eine Arbeitsfläche zu projizieren und eine Geste eines Benutzers bezüglich des Bildes auszuwerten. Das Bild kann insbesondere die Darstellung einer Schaltfläche oder eines ähnlichen Elements umfassen. Berührt der Benutzer die Schaltfläche, etwa mit einem Finger, so kann eine vorbestimmte Steuerung ausgelöst werden. Beispielsweise können ein Gerät im Bereich der Arbeitsfläche oder eine Beleuchtung ein- oder ausgeschaltet werden. Das Interaktionsmodul kann in einem Haushalt, insbesondere in einer Küche verwendet werden. Dabei können auch andere Darstellungen als die Schaltfläche auf die Arbeitsfläche projiziert werden, beispielsweise ein geschriebenes Rezept oder ein Videostrom.An interaction module is arranged to project an image onto a work surface and to evaluate a gesture of a user with respect to the image. In particular, the image may include the appearance of a button or similar element. When the user touches the button, say with a finger, a predetermined control can be triggered. For example, a device in the area of the work surface or a lighting can be switched on or off. The interaction module can be used in a household, especially in a kitchen. In this case, other representations than the button can be projected onto the desktop, such as a written recipe or a video stream.
Das Interaktionsmodul umfasst einen Projektor zur Projektion des Bildes und eine optische Abtasteinrichtung zur Erfassung einer Geste oder Berührung eines Bildabschnitts durch den Benutzer. Das dargestellte Bild soll möglichst groß sein, ist aber häufig in einer Tiefenrichtung, die von einem Benutzer weg weist, aufgrund der Abmessungen der Arbeitsfläche begrenzt, beispielsweise durch eine Wand. Gleichzeitig soll das über der Arbeitsfläche angebrachte Interaktionsmodul den Benutzer im Kopf- oder Brustbereich nicht stören, sondern in Tiefenrichtung möglichst weit von ihm entfernt angebracht werden. Außerdem soll die optische Abtasteinrichtung möglichst so angebracht werden, dass ein Parallaxenfehler bei der Abtastung möglichst klein ist.The interaction module comprises a projector for projecting the image and an optical scanner for detecting a gesture or touching of an image section by the user. The displayed image should be as large as possible, but is often limited in a depth direction facing away from a user due to the dimensions of the work surface, such as a wall. At the same time, the interaction module mounted above the work surface should not disturb the user in the head or chest area, but should be mounted as far away as possible in the depth direction. In addition, the optical scanning device should possibly be mounted so that a parallax error in the scan is as small as possible.
Eine der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht darin, ein Interaktionsmodul anzugeben, das verbessert platzsparend angeordnet werden, aber trotzdem ein großes Bild abgeben und abtasten kann. Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels des Gegenstands des unabhängigen Anspruchs. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.An object underlying the present invention is to provide an interaction module that can be arranged in an improved space-saving manner but nevertheless can output and scan a large image. The invention achieves this object by means of the subject matter of the independent claim. Subclaims give preferred embodiments again.
Ein Interaktionsmodul umfasst einen Projektor, eine optische Abtasteinrichtung und ein optisches Umlenkelement. Der Projektor ist zur Projektion eines Bildes auf eine Arbeitsfläche eingerichtet, wobei sich die Arbeitsfläche entlang einer Breitenrichtung (
Hierin wird davon ausgegangen, dass die Breitenrichtung, die Tiefenrichtung und die Höhenrichtung paarweise Winkel miteinander einschließen, und idealerweise ein Rechtssystem oder ein Linkssystem bilden. Die Winkel müssen aber nicht unbedingt rechte Winkel sein, gewisse Abweichungen, beispielsweise im Bereich von ca. ±10° sind auch möglich, ohne von der Erfindung abzuweichen. Im Folgenden wird ohne Beschränkung der Allgemeinheit von aufeinander senkrecht stehenden Richtungen in einem Rechtssystem ausgegangen. Anstelle der verwendeten Richtungsbezeichnungen können auch andere sinnerhaltend verwendet werden, beispielsweise Längen-, Breiten- und Tiefenrichtung, x-, y- und z-Richtung etc.Herein, it is assumed that the width direction, the depth direction and the height direction include pairwise angles with each other, and ideally constitute a legal system or a link system. The angles need not necessarily be right angles, certain deviations, for example in the range of about ± 10 ° are also possible without departing from the invention. In the following, it is assumed that there are no restrictions on the generality of mutually perpendicular directions in a legal system. Instead of the direction designations used, other ones may also be used, for example length, width and depth direction, x, y and z direction, etc.
Die Arbeitsfläche erstreckt sich in einer Ebene der Breiten- und Tiefenrichtung, senkrecht zur Höhenrichtung. Der Projektor strahlt bevorzugt in Breitenrichtung auf das Umlenkelement, das beispielsweise einen Spiegel oder ein Prisma umfassen kann und die Strahlrichtung um 90° nach unten, entgegen der Höhenrichtung, auf die Arbeitsfläche umlenkt. Dadurch kann ein sehr kompakter Aufbau des Interaktionsmoduls realisiert werden. Insbesondere kann eine Lichtaustrittsfläche des Projektors bezüglich äußerer Abmessungen des Interaktionsmoduls weit in Richtung eines vor der Arbeitsfläche stehenden Benutzers verlagert werden, sodass dessen Kopf- und Brustfreiheit groß sein kann.The work surface extends in a plane of the width and depth direction, perpendicular to the height direction. The projector preferably radiates in the width direction on the deflecting element, which may for example comprise a mirror or a prism and deflects the beam direction by 90 ° downwards, counter to the height direction, on the work surface. This allows a very compact design of the interaction module can be realized. In particular, a light exit surface of the projector with respect to external dimensions of the interaction module can be moved far in the direction of a user standing in front of the work surface, so that its head and chest freedom can be large.
Die optische Achse des Projektors kann sich im Wesentlichen entlang der Breitenrichtung erstrecken, wobei das Umlenkelement um eine Umlenkachse umlenkt, die sich im Wesentlichen entlang der Tiefenrichtung erstreckt, und die optische Abtasteinrichtung auf der Umlenkachse angebracht ist. Durch das Platzieren der optischen Abtasteinrichtung auf der Drehachse der Umlenkeinrichtung kann ein Parallaxenfehler, etwa bei der Abtastung eines Fingers bezüglich eines auf die Arbeitsfläche projizierten Bildes, klein sein. Diese Anordnung kann außerdem zum kompakten Aufbau des Interaktionsmoduls beitragen.The optical axis of the projector may extend substantially along the width direction, wherein the deflecting element deflects about a deflection axis that extends substantially along the depth direction, and the optical scanning device is mounted on the deflection axis. By placing the optical pickup on the rotation axis of the baffle, a parallax error, such as in the scan of a finger with respect to an image projected onto the work surface, may be small. This arrangement can also contribute to the compact construction of the interaction module.
Der Projektor kann ein lichtemittierendes oder lichtsteuerndes Element wie eine LED-Anordnung, einen LCD-Shutter oder eine Mikrospiegel-anordnung und eine Optik aufweisen, durch die beide die optische Achse des Projektors verläuft. Das lichtemittierende Element ist dazu eingerichtet, ein Lichtbündel auszustrahlen, das mittels geeigneten optischen Mitteln auf eine Projektionsfläche gerichtet werden kann. Die optischen Mittel umfassen üblicherweise die Optik, die beispielsweise eine Anordnung mit einer oder mehreren Linsen und/oder reflektierenden Bauelementen aufweisen kann. Die Optik ist dazu eingerichtet, eine optische Abbildung des Lichtbündels auf die Projektionsfläche zu steuern. Dabei kann das lichtemittierende Element in Tiefenrichtung verschoben sein, um ein auf die Arbeitsfläche projiziertes Bild entgegen der Tiefenrichtung zu verschieben. Das Bild kann dadurch in Tiefenrichtung asymmetrisch zur optischen Achse liegen, sodass es sich weiter in Richtung des Benutzers als in Gegenrichtung erstreckt. Dies kann die Anbringung des Interaktionsmoduls außerhalb eines Arbeits- oder Bewegungsbereichs des Benutzers erleichtern und trotzdem eine große Fläche durch das Bild ausnutzen. Die Verschiebung des lichtemittierenden Elements zur Optik erfolgt bevorzugt parallel zur Arbeitsfläche. Das lichtemittierende Element kann etwa ein MMD (micro mirror device, Mikrospiegelanordnung) oder ein Flüssigkristallelement umfassen. Das optische System umfasst üblicherweise eine oder mehrere Linsen, die entlang der optischen Achse aufgereiht sind. Abmessungen des lichtemittierenden Elements und der Linsen bestimmen, wie weit eine Verschiebung möglich ist, ohne einen Teil des bereitgestellten Bildes abzuschatten oder abzuschneiden.The projector may include a light-emitting or light-directing element such as an LED array, an LCD shutter or a micromirror array, and optics through which both extend the optical axis of the projector. The light-emitting element is configured to be To emit light beam, which can be directed by means of suitable optical means on a projection surface. The optical means usually comprise the optics, which may for example have an arrangement with one or more lenses and / or reflective components. The optics is set up to control an optical image of the light beam on the projection surface. In this case, the light-emitting element may be shifted in the depth direction in order to displace an image projected onto the work surface counter to the depth direction. The image may thereby be asymmetrical in the depth direction to the optical axis, so that it extends further in the direction of the user than in the opposite direction. This may facilitate the placement of the interaction module outside of a user's working or moving area and still take advantage of a large area through the image. The displacement of the light-emitting element to the optic preferably takes place parallel to the work surface. The light-emitting element may comprise, for example, an MMD (micro mirror device) or a liquid crystal element. The optical system typically includes one or more lenses lined up along the optical axis. Dimensions of the light-emitting element and the lenses determine how far a shift is possible without shading or cutting off a portion of the provided image.
Die Verschiebung entspricht weiter bevorzugt ca. 47 %. Ein Wert für eine maximal zulässige Verschiebung wird üblicherweise von einem Hersteller des Projektors oder des optischen Systems bereitgestellt und bezieht sich auf eine Symmetrielinie des lichtemittierenden Elements. Im Allgemeinen wird angestrebt, die maximal zulässige Verschiebung in Tiefenrichtung, bei der das Bild noch nicht abgeschattet wird, möglichst zu maximieren. Bei einer Verschiebung von beispielsweise 47 % kann sich das lichtemittierende Element in Verschiebungsrichtung zu ca. 75 % auf der einen und zu ca. 25 % auf der anderen Seite einer Symmetrielinie des optischen Systems erstrecken. Die Symmetrielinie umfasst üblicherweise auch die optische Achse. Die Verteilung des Bildes auf der Arbeitsfläche folgt dann üblicherweise den gleichen Längenverhältnissen bezüglich der umgelenkten optischen Achse.The shift more preferably corresponds to about 47%. A value for a maximum allowable displacement is usually provided by a manufacturer of the projector or the optical system, and refers to a line of symmetry of the light-emitting element. In general, it is desirable to maximize as much as possible the maximum allowable shift in the depth direction, at which the image is not yet shaded. With a shift of, for example, 47%, the light-emitting element can extend in the direction of displacement to approximately 75% on one side and about 25% on the other side of a symmetry line of the optical system. The symmetry line usually also includes the optical axis. The distribution of the image on the work surface then usually follows the same length ratios with respect to the deflected optical axis.
Das lichtemittierende Element des Projektors kann in Höhenrichtung mit der Optik fluchten. Anders ausgedrückt kann eine Verschiebung zwischen dem lichtemittierenden Element und der Optik in Höhenrichtung null betragen. Das ausgestrahlte Bild ist üblicherweise rechteckig, während die Optik einen runden Querschnitt aufweist. Durch das Verzichten auf eine Verschiebung in Breitenrichtung kann die Verschiebung in Tiefenrichtung maximiert werden, ohne das projizierte Bild zu beschneiden.The light-emitting element of the projector can be aligned in the height direction with the optics. In other words, a displacement between the light-emitting element and the optics in the height direction can be zero. The emitted image is usually rectangular, while the optics has a round cross-section. By dispensing with a shift in the width direction, the shift in the depth direction can be maximized without cropping the projected image.
Das Interaktionsmodul kann weiter ein Gehäuse zur Aufnahme des Projektors, des Umlenkelements und der optischen Abtasteinrichtung umfassen, wobei das Gehäuse zur Montage an der Unterseite eines über der Arbeitsfläche angebrachten Möbels oder Geräts eingerichtet ist. Das Möbel kann insbesondere einen Oberschrank oder das Gerät eine Dunstabzugshaube umfassen. Das Interaktionsmodul ist somit bevorzugt im Bereich einer Küche einsetzbar, wo sich das Gehäuse optisch unauffällig mit dem Möbel oder Gerät verbinden kann.The interaction module may further comprise a housing for receiving the projector, the deflecting element and the optical scanning device, wherein the housing is adapted for mounting on the underside of a mounted over the work surface furniture or device. The furniture may in particular comprise a wall unit or the appliance an extractor hood. The interaction module is thus preferably used in the field of a kitchen, where the housing can visually unobtrusive connect to the furniture or device.
Die Arbeitsfläche oder die Projektionsfläche erstreckt sich bevorzugt weiter entgegen der Tiefenrichtung als das Möbel oder Gerät. Auf der entgegengesetzten Seite, also in Tiefenrichtung, kann das Bild mit dem Möbel oder Gerät hingegen bündig sein. An dieser Seite ist häufig eine Wand oder eine andere vertikale Begrenzung zu finden, an der die Arbeitsfläche und/oder das Möbel oder Gerät angebracht sein können. Optional kann in diesem Bereich zwischen der Arbeitsfläche und der vertikalen Begrenzung, etwa einer Wand, noch ein gewisser Abstand zum Bild eingehalten sein, beispielsweise um eine Abschlussleiste aufzunehmen.The work surface or the projection surface preferably extends further counter to the depth direction than the furniture or device. On the opposite side, ie in the depth direction, the image can be flush with the furniture or device. On this side is often to find a wall or other vertical boundary to which the work surface and / or the furniture or device may be attached. Optionally, in this area between the work surface and the vertical boundary, such as a wall, still be maintained a certain distance from the image, for example, to record a end strip.
Die optische Abtasteinrichtung kann bezüglich der Drehachse geneigt sein. Anders ausgedrückt kann die optische Abtasteinrichtung mit der Drehachse einen spitzen Winkel einschließen, statt sich parallel zur Arbeitsebene zu erstrecken. Eine optische Achse der Abtasteinrichtung kann dadurch aus der Senkrechten der Arbeitsfläche ausgelenkt werden. Dadurch können Mitten des projizierten Bildes und des Abtastbereichs verbessert zusammenfallen und die optische Abtasteinrichtung kann kompakt ausgeführt sein, was auch eine kompakte Ausführung des Gehäuses des Interaktionsmoduls unterstützen kann.The optical scanning device may be inclined with respect to the axis of rotation. In other words, the optical pickup may make an acute angle with the axis of rotation rather than extending parallel to the working plane. An optical axis of the scanning device can thereby be deflected out of the vertical of the work surface. As a result, centers of the projected image and the scanning area can be made to coincide in an improved manner and the optical scanning device can be made compact, which can also support a compact design of the housing of the interaction module.
Die Erfindung wird nun unter Bezug auf die beiliegenden Figuren genauer beschrieben, in denen:
-
1 ein beispielhaftes System mit einem Interaktionsmodul; -
2 eine schematische Draufsicht auf ein beispielhaftes geöffnetes Interaktionsmodul; -
3 eine Darstellung einer exemplarischen Verschiebung optischer Elemente in einem Projektor, sowie eine resultierende Verschiebung eines projizierten Bildes auf einer Projektionsfläche; -
4 eine Seitenansicht eines weiteren beispielhaften Systems mit einem Interaktionsmodul; und -
5 eine Vorderansicht noch eines weiteren beispielhaften Systems mit einem Interaktionsmodul
-
1 an exemplary system with an interaction module; -
2 a schematic plan view of an exemplary open interaction module; -
3 a representation of an exemplary displacement of optical elements in a projector, as well as a resulting shift of a projected image on a projection screen; -
4 a side view of another exemplary system with an interaction module; and -
5 a front view of yet another exemplary system with an interaction module
Zur Referenzierung verwendeter Richtungen ist ein x-y-z-Koordinatensystem eingezeichnet. Entsprechende Koordinatensysteme in den restlichen Figuren sind lagerichtig bezüglich der gewählten Darstellung von
Die optische Abtasteinrichtung
Dem Betrachter von
Ein übliches Tiefenmaß für die Arbeitsfläche
In einem unteren Bereich von
Das Bild
Die optische Abtasteinrichtung
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 100100
- Systemsystem
- 105105
- InteraktionsmodulInteraction module
- 110110
- Gehäusecasing
- 115115
- Projektorprojector
- 120120
- Umlenkeinrichtung, UmlenkelementDeflection device, deflection element
- 125125
- optische Abtasteinrichtungoptical scanning device
- 130130
- Bildimage
- 135135
- Arbeitsflächeworking surface
- 140140
- optische Achseoptical axis
- 145145
- Drehachse, Umlenkachse Rotary axis, deflection axis
- 150150
- Benutzerposition user location
- xx
- Breitenrichtungwidth direction
- yy
- Tiefenrichtungdepth direction
- z z
- Höhenrichtung height direction
- 205205
- erster Sensorfirst sensor
- 210210
- zweiter Sensorsecond sensor
- 215215
- Beleuchtungseinrichtung lighting device
- 305305
- lichtemittierendes Elementlight-emitting element
- 310310
- Optik, optisches SystemOptics, optical system
- 315315
- vertikale Begrenzung, Wand vertical boundary, wall
- 405405
- Möbel, GerätFurniture, device
- 410410
- vertikale Achsevertical axis
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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R163 | Identified publications notified |