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Stand der Technik
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Aus
US 2016/0320843 A1 ist ein System zur Erzeugung von haptischen Druckpunkten mit Ultraschall bekannt, wobei mittels eines Ultraschall-Transducers durch gezielte Überlagerung von Ultraschallwellen Druckpunkte im freien Raum erzeugt werden. Diese Druckpunkte können von einem Benutzer beispielsweise mit der Hand wahrgenommen werden und somit als haptische Rückmeldung für ein Gesten-Eingabesystem verwendet werden, insbesondere in einem Kraftfahrzeug. Wie in
US 2016/0320843 A1 beschrieben, kann für eine abgestimmte Erzeugung der Druckpunkte eine Hand und insbesondere eine Handinnenfläche des Benutzers über eine separate Kamera des Systems erkannt werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund betrifft die Erfindung ein System zur Erzeugung von haptischen Druckpunkten mit Ultraschall umfassend einen ersten Ultraschallsender und einen zweiten Ultraschallsender. Der erste Ultraschallsender ist dabei räumlich getrennt vom zweiten Ultraschallsender angeordnet.
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Unter einem Ultraschallsender kann eine Vorrichtung oder ein Gerät zur Erzeugung von Ultraschallwellen verstanden werden, insbesondere ein Ultraschall-Transducer. Der Ultraschallsender kann auch als Ultraschallsensor ausgebildet sein. Der Ultraschallsender kann insbesondere eine Mehrzahl von Ultraschallsendern umfassen und insbesondere als Ultraschallarray ausbildet sein, beispielsweise ein Paar von zwei Ultraschallsendern oder ein Ultraschallarray mit mehreren Ultraschallsendern. Unter einem haptischen Druckpunkt ist insbesondere ein im freien Raum befindlicher Ort zu verstehen, an welchem durch eine nichtlineare Überlagerung von Schallwellen eine lokale, besonderes starke Amplitude resultiert. Insbesondere kann unter einem haptischen Druckpunkt der in
US 2016/0320843 A1 beschriebene „focal point“ verstanden werden. Unter einer räumlichen Trennung des ersten Ultraschallsenders vom zweiten Ultraschallsenders ist insbesondere zu verstehen, dass der erste Ultraschallsender vom zweiten Ultraschallsender durch einen Mindestabstand und/oder Mindestwinkel und/oder Mindestraumwinkel getrennt angeordnet ist. Vorzugsweise sind der erste Ultraschallsender und der zweite Ultraschallsender in unterschiedliche Raumrichtungen ausgerichtet, insbesondere also nicht parallel ausgerichtet.
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Das erfindungsgemäße System hat den Vorteil, dass durch die räumliche Trennung der Ultraschallsender die für die Erzeugung des Druckpunkts verwendeten Ultraschallwellen aus verschiedenen Richtungen am Ort des Druckpunkts ankommen. Somit muss die Hand vorteilhafterweise nicht in Richtung eines einzelnen Ultraschallsenders ausgerichtet sein, sondern es kann abhängig von der Orientierung oder Ausrichtung der Hand ein Druckpunkt durch Schallwellen aus unterschiedlichen Richtungen entsprechend der Anordnung der Ultraschallsender erzeugt werden, vorzugsweise nahe der Handfläche.
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Vorzugsweise umfasst das System eine Steuereinheit, wobei die Steuereinheit eingerichtet ist, die Ultraschallsender abhängig von deren Anordnung und Ausrichtung derart anzusteuern, dass sich Schallwellen aus den Ultraschallsendern in einem oder mehreren Druckpunkten überlagern. Dies hat den Vorteil, dass trotz der räumlichen Trennung der Ultraschallsender eine zuverlässige und gesteuerte Erzeugung der Druckpunkte möglich ist. Die Steuereinheit ist insbesondere eingerichtet, abhängig von der relativen Anordnung der Ultraschallsender zueinander und unter Berücksichtigung des Ortes des zu erzeugenden Druckpunkts eine phasenverschobene Ausstrahlung der Ultraschallwellen durch die Ultraschallsender für eine wirkungsvolle Erzeugung des Druckpunkts anzusteuern. Bei der Steuereinheit kann es sich insbesondere um ein Steuergerät handeln. Unter einem Einrichten der Steuereinheit kann insbesondere ein Programmieren der Steuereinheit verstanden werden. Insbesondere kann die Steuereinheit eingerichtet sein, diejenigen Ultraschallsender zum Aussenden von Ultraschallwellen anzusteuern, deren Aussenderichtung in Richtung des zu erzeugenden Druckpunkts zeigt.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst das System mehr als zwei Ultraschallsender, wobei die Ultraschallsender voneinander beabstandet angeordnet sind. Beispielsweise kann das System drei, vier oder fünf räumlich getrennte Ultraschallsender aufweisen. Bevorzugt sind dabei, wie oben ausgeführt, die Ultraschallsender in unterschiedliche Raumrichtungen ausgerichtet. Je mehr Sender räumlich getrennt voneinander angeordnet sind, desto flexibler ist das System bezüglich der Positionierung der Druckpunkte, insbesondere unter Berücksichtigung der Orientierung der Hand des Benutzers.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung kann das System ein oder mehrere bewegliche Arme aufweisen, wobei mindestens einer der Ultraschallsender auf einem der Arme angeordnet ist, insbesondere wobei die Ultraschallsender auf den Armen angeordnet sind. Ein beweglicher Arm kann dabei ein oder mehrere Gelenke aufweisen, welche Teile des Arm zueinander beweglich miteinander verbinden. Dies hat den Vorteil, dass die Position der Ultraschallsender absolut und relativ zueinander auf einfache Weise für eine Anpassung oder Optimierung der Erzeugung der haptischen Druckpunkte geändert werden kann. Ferner können die Arme auch Motoren oder Getriebe zur Bewegung der Arme aufweisen.
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Wenn statt der Verwendung eines Ultraschallarrays mehrere einzelne Ultraschallsender oder vergleichsweise kleinere Ultraschallarrays vorgesehen sind, können diese Ultraschallsender beziehungsweise Ultraschallarrays aufgrund der geringeren Größe einfacher verbaut werden, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug. Beispielsweise kann es sich bei den kleineren Ultraschallarrays um Arrays mit 2 mal 2, 2 mal 3 oder 3 mal 3 einzelnen Ultraschallsendern handeln. Ferner resultiert eine geringere lokale Wärmeentwicklung bei einem Betrieb der einzelnen oder kleineren Sender. Außerdem sind die pro Sender benötigte Energie und Kosten gegenüber einem insbesondere größeren Ultraschallarray reduziert.
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In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst das System einen Sensor zur Erkennung einer Hand eines Benutzers und eine Steuereinheit zum Ansteuern der Ultraschallsender, insbesondere die oben beschriebene Steuereinheit, insbesondere für eine phasenabgestimmte Ansteuerung der Ultraschallsender wie oben beschrieben. Somit ist vorteilhafterweise eine Erzeugung von Druckpunkten nur bei positiver Erkennung einer Hand möglich. Bei dem Sensor zur Erkennung der Hand kann es sich insbesondere um eine Kamera handeln. Die Steuereinheit ist dabei vorzugsweise eingerichtet, abhängig von einer durch den Sensor erkannten Orientierung der Hand einen oder mehrere der Ultraschallsender zur Erzeugung eines oder mehrerer Druckpunkte anzusteuern. Dies ermöglicht vorteilhafterweise eine dynamische und zielgenaue Ansteuerung der Ultraschallsender zur Druckpunkterzeugung. Bevorzugt ist die Steuereinheit eingerichtet, nur diejenigen Ultraschallsender für die Erzeugung der Druckpunkte anzusteuern, welche für die Erzeugung der Druckpunkte an der Hand beitragen können. Dies hat den Vorteil, dass die Erzeugung der Druckpunkte ressourcenoptimiert erfolgt. Ferner erfährt der Benutzer keine Störung durch Schallwellen aus Ultraschallsendern, welche nicht zur Erzeugung des Druckpunkts in der jeweiligen Situation beitragen können. Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung werden die Druckpunkte an einer erkannten Handinnenseite erzeugt. Die Steuereinheit ist dabei eingerichtet, nur diejenigen Ultraschallsender für die Erzeugung der Druckpunkte anzusteuern, welche für die Erzeugung der Druckpunkte an der Handinnenseite beitragen können.
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Wie oben ausgeführt, können ein oder mehrere Ultraschallsender als Ultraschallsensoren ausgebildet sein. Somit kann das System in einer bevorzugten Weiterbildung als System zur Gesteneingabe ausgebildet sein. Dies hat den Vorteil, dass das System aufgrund der Erkennung von Gesten und der Möglichkeit der haptischen Rückmeldung über die Druckpunkte als interaktives System zur Gesteneingabe eingesetzt werden kann.
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In einer bevorzugten Weiterbildung ist die Steuereinheit eingerichtet, abhängig von der erkannten Orientierung der Hand unterschiedliche Funktionen eines Eingabesystems anzusteuern oder auszuführen. Somit kann die Erkennung der Orientierung der Hand vorteilhafterweise nicht nur für die Ansteuerung geeigneter Ultraschallsender, sondern auch für die Erkennung unterschiedlicher Gesten eingesetzt werden.
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Gegenstand der Erfindung ist auch ein Kraftfahrzeug, welches ein erfindungsgemäßes System umfasst, beispielsweise integriert als Rückmeldesystem oder auch kombiniertes Gesteneingabe- und Rückmeldesystem für einen Fahrer des Kraftfahrzeugs.
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In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der erste Ultraschallsender an einer Fahrzeugsäule oder an einer Konsole, insbesondere an einer Mittelkonsole, des Kraftfahrzeugs und der zweite Ultraschallsender vorzugsweise an einem Lenkrad des Kraftfahrzeugs angeordnet.
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Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Erzeugung von haptischen Druckpunkten mit Ultraschall, wobei ein oder mehrere Druckpunkte durch Überlagerung von Ultraschallwellen aus einem ersten Ultraschallsender und einem zweiten Ultraschallsender erzeugt werden, wobei der erste Ultraschallsender und der zweite Ultraschallsender räumlich getrennt voneinander angeordnet sind.
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Zu den Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens und den folgenden vorteilhaften Weiterbildungen und Ausgestaltungen wird auf das erfindungsgemäße System und die korrespondierenden Weiterbildungen und Ausgestaltungen verwiesen.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird über einen Sensor, insbesondere eine Kamera, eine Hand eines Benutzers erkannt. Abhängig von einer durch den Sensor erkannten Orientierung der Hand werden über eine Steuereinheit ein oder mehrere der Ultraschallsender zur Erzeugung eines oder mehrerer Druckpunkte angesteuert.
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Die Erfindung betrifft auch ein Computerprogramm mit Befehlen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie ein computerlesbares Medium, auf welchem das Computerprogramm gespeichert ist.
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Figurenliste
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente werden gleiche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung der Elemente verzichtet wird.
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Es zeigen
- 1 und 2Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Systems und des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs sowie
- 3 ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Systems 100. 3 zeigt ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens 600, das beispielsweise mit dem Ausführungsbeispiel nach 1 ausgeführt werden kann.
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Das System 100 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel einen ersten, einen zweiten und einen dritten Ultraschallsender 110, 120, 130, welche räumlich getrennt voneinander angeordnet sind. Beispielsweise sind die Ultraschallsender 110, 120, 130 durch einen Mindestabstand 115 voneinander räumlich getrennt, wie für den ersten und den zweiten Ultraschallsender 110, 120 beispielhaft gezeigt. Der Mindestabstand 115 kann dabei durch eine Mindestgröße des Bereichs vorgegeben sein, in welchem Druckpunkte erzeugt werden sollen. Wenn beispielsweise Druckpunkte für eine Hand eines Benutzers erzeugt werden sollen, so sollten die Ultraschallsensor mindestens derart beabstandet sein, dass der Benutzer seine Hand in den Bereich einführen kann. Alternativ oder zusätzlich können die Ultraschallsender auch durch einen Mindestwinkel a und/oder Mindestraumwinkel a voneinander getrennt angeordnet sein. Beispielsweise sind die Ultraschallsender 110, 120, 130 in einem Winkel a von 45 Grad zueinander angeordnet.
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Wie in 1 dargestellt, sind die Ultraschallsender 110, 120, 130 vorzugsweise in verschiedene Richtungen 141, 142, 143 ausgerichtet, insbesondere um die Schallwellen 151, 152, 153 auf den Ort des zu erzeugenden Druckpunkts 10 zu fokussieren. Beispielsweise entspricht der Unterschied in den Ausrichtungen 141, 142 dem oben genannten Winkel a. Dies ermöglicht die Erzeugung von Druckpunkten 10 aus unterschiedlichen Richtungen entsprechend den Ausrichtungen 141, 142, 143 der Ultraschallsender 110, 120, 130. Bei den Ultraschallsendern 110, 120, 130 kann es sich wie dargestellt beispielsweise jeweils um Paare von Sendern handeln. Das System 100 kann dabei auch mehr als drei Paare von Sendern oder auch Ultraschallarrays mit jeweils mehr als zwei Sendern umfassen. Ein oder mehrere Ultraschallsender können auch als Ultraschallsensoren ausgebildet sein. Somit kann das System 100 in einer bevorzugten Weiterbildung auch als System 100 zur Gesteneingabe ausgebildet sein. Beispielsweise handelt es sich bei den Ultraschallsendern um RS Pro® Ultraschallsensoren.
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Das System 100 umfasst ferner vorzugsweise einen Sensor 170, insbesondere eine Kamera 170 wie beispielsweise eine Time-Of-Flight-Kamera, um festzustellen, ob sich im Bereich des zu erzeugenden Druckpunkts 10 etwas befindet, insbesondere eine Hand. Außerdem sind die Ultraschallsender 110, 120, 130 und der Sensor 170 mit einer Steuereinheit 180 verbunden. Bei der Steuereinheit 180 kann es sich um ein Steuergerät handeln, beispielsweise um ein Bordnetzsteuergerät, auch Body Control Module genannt.
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Die Steuereinheit 180 ist beispielsweise im ersten Schritt 601 des Verfahrens 600 eingerichtet, Signale vom Sensor 170 auf das Vorhandensein und die Orientierung einer Hand auszuwerten. Abhängig von der abgeleiteten Orientierung der Hand steuert die Steuereinheit 180 in einem zweiten Schritt 602 diejenigen Ultraschallsender 110, 120, 130 zu einem Aussenden von Ultraschallwellen 141, 142, 143 an, welche für die Erzeugung des Druckpunkts 10 an der Hand, insbesondere an der Handfläche, beitragen können. Ultraschallsender, deren Schallwellen aufgrund der Platzierung und Orientierung der Hand nicht den Ort des Druckpunkts an der Hand beziehungsweise an der Handfläche direkt erreichen können, senden somit keine Schallwellen aus. Die Steuereinheit 180 ist dabei insbesondere eingerichtet, abhängig von der relativen Anordnung der Ultraschallsender 110, 120, 130 zueinander und unter Berücksichtigung des Ortes des zu erzeugenden Druckpunkts 10 eine phasenverschobene Ausstrahlung der Ultraschallwellen 141, 142, 143 durch die Ultraschallsender 110, 120, 130 für eine wirkungsvolle Erzeugung des Druckpunkts 10 anzusteuern. Dazu können die Ultraschallsender 110, 120, 130 vorzugsweise jeweils eine eigene Spannungsversorgung aufweisen.
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In 2 ist eine Aufsicht auf ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs 1000 schematisch dargestellt, in dem beispielsweise das oben beschriebene Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Systems 100 integriert ist. Der erste Ultraschallsender 110 befindet sich in diesem Beispiel auf einer zwischen zwei Sitzen 1051, 1052 des Kraftfahrzeugs 1000 angeordneten Mittelkonsole 1010 mit einer Orientierung zur Decke des Fahrzeugs 1000. Der zweite Ultraschallsender 120 kann sich wie dargestellt ebenfalls auf der Mittelkonsole 1010 oder auf einem Dashboard 1030 befinden, beispielsweise in beiden Varianten mit einer Orientierung in Richtung des Innenraums des Kraftfahrzeugs 1000. Der dritte Ultraschallsensor 130 befindet sich beispielsweise am Lenkrad 1020 des Fahrzeugs 1000 mit Ausrichtung Richtung Mittelkonsole 1010. Alternativ oder zusätzlich können ein oder mehrere der Ultraschallsender beispielsweise an einer anderen Konsole oder an einer Fahrzeugsäule, insbesondere an der A-Säule oder an der B-Säule, angebracht sein. Alternativ oder zusätzlich kann sich ein vierter Ultraschallsender 140 auf einem beweglichen Arm 150 befinden. Dadurch kann vorteilhafterweise die Position des Ultraschallsenders 140 verändert werden. Insbesondere kann der Ultraschallsender 140 insbesondere orthogonal zu einer Handpositionierung ausgerichtet werden. Der Arm 150 kann dabei wie dargestellt ein oder mehrere Gelenke 151, 152 aufweisen, was die Beweglichkeit des Arms vorteilhafterweise erhöht. Ferner kann der Arm 150 auch einen oder mehrere Motoren oder Getriebe zur Bewegung des Arms 150 aufweisen. Wie in 2 dargestellt, kann der Arm 150 beispielsweise an einer Konsole, beispielsweise dem Dashboard 1030, des Fahrzeugs 1000 angebracht sein und beispielsweise über eine Steuerung in der Konsole angesteuert werden.
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Wie dargestellt kann es sich bei den Ultraschallsensoren 110, 120, 130 jeweils um Ultraschallarrays handeln. Durch diese Anordnung der Ultraschallsender 110, 120, 130 ist ein Bereich oberhalb der Mittelkonsole 1010 und auch ein Bereich zwischen dem Lenkrad 1020 und der Mittelkonsole 1010 für die Erzeugung der Druckpunkte 10 abgedeckt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2016/0320843 A1 [0001, 0003]
