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Die Erfindung betrifft eine Bedienvorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Eine derartige Bedienvorrichtung kann zum Bedienen und/oder Auslösen von Funktionen durch den Benutzer eingesetzt werden. Insbesondere kann die Bedienvorrichtung in einem Kraftfahrzeug verwendet werden.
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Aus der
DE 10 2013 007 105 A1 ist eine solche Bedienvorrichtung bekannt. Diese Bedienvorrichtung weist eine eine Lichtquelle für sichtbare Lichtstrahlung umfassende Projektionseinrichtung, eine Detektionseinrichtung, eine Auswerteeinrichtung und ein Anzeigeelement auf. Mittels der Projektionseinrichtung ist wenigstens ein Bedienelement mittels der sichtbaren Lichtstrahlung als Bild auf das Anzeigeelement projizierbar. Auf dieses virtuelle Bedienelement ist mittels eines Objekts, insbesondere mittels eines menschlichen Fingers, zur Bedienung einwirkbar. Mittels der Detektionseinrichtung ist die Einwirkung des Objekts auf das Bedienelement detektierbar. Mit Hilfe der Auswerteeinrichtung ist dann ein zur Einwirkung korrespondierendes Signal, und zwar insbesondere in der Art eines Schaltsignals zum Bedienen und/oder Auslösen einer Funktion, erzeugbar.
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Bei der bekannten Bedienvorrichtung ist als Detektionseinrichtung eine Kamera vorgesehen, die das Einwirken auf das Bedienelement mittels des Objekts erfasst. Es hat sich herausgestellt, dass die Verwendung einer Kamera für die Detektion des Objekts auf dem Bedienelement kostenintensiv ist. Die Kamera bedingt neben eines leistungsfähigen Mikroprozessors auch eine erhöhte Rechenleistung sowie eine aufwändige Software in der Auswerteeinrichtung.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Bedienvorrichtung derart weiterzuentwickeln, dass eine kostengünstige sowie funktionssichere Detektion des Objekts auf dem Bedienelement geschaffen ist.
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Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Bedienvorrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Bei der erfindungsgemäßen Bedienvorrichtung ist wenigstens eine IR(Infrarot)-Quelle zur Projektion von IR(Infrarot)-Strahlung korrespondierend zum Bedienelement auf das Anzeigeelement vorgesehen. Zusätzlich zu der Lichtquelle, die für das menschliche Auge sichtbare Lichtstrahlung erzeugt, ist also eine IR-Quelle für die Erzeugung von für das menschliche Auge nicht sichtbarer IR-Strahlung vorgesehen. Weiterhin weist die Detektionseinrichtung wenigstens einen IR(Infrarot)-Empfänger auf, wobei der IR(Infrarot)-Empfänger die vom Anzeigeelement und/oder vom Objekt reflektierte IR(Infrarot)-Strahlung empfängt. Schließlich wertet die Auswerteeinrichtung die reflektierte IR(Infrarot)-Strahlung zur Erzeugung des Signals aus. Mit anderen Worten wird also die Einwirkung des Objekts auf das Bedienelement mit Hilfe der IR(Infrarot)-Strahlung detektiert. In vorteilhafter Weise erfolgt diese Detektion für das menschliche Auge unsichtbar. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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In flexibler Art und Weise kann die Lichtquelle in der Projektionseinrichtung und/oder in der Detektionseinrichtung angeordnet sein. Ebenso kann in flexibler Art und Weise die IR(Infrarot)-Quelle in der Projektionseinrichtung oder in der Detektionseinrichtung angeordnet sein. In einfacher sowie kostengünstiger Art und Weise kann die Projektionseinrichtung mit der Detektionseinrichtung einstückig ausgebildet sein, und zwar insbesondere derart dass die Detektionseinrichtung in die Projektionseinrichtung integriert ist. Die Projektionseinrichtung kann in bevorzugter Weise ein LCD(Liquid Crystal Display)-Display, ein TFT(Thin Film Transistor)-Display, ein LCoS(Liquid Crystal on Silicon)-Display, ein Mikrospiegel-Array, einen Diafilm o. dgl. für die Erzeugung des Bedienelements umfassen. In kostengünstiger sowie funktionssicherer Art kann die Lichtquelle für sichtbare Lichtstrahlung aus einer Leuchtdiode, einem Laser o. dgl. bestehen. Die IR-Quelle für IR-Strahlung kann ebenfalls in kostengünstiger sowie funktionssicherer Art aus einer IR(Infrarot)-Leuchtdiode, einem IR(Infrarot)-Laser o. dgl. bestehen. Schließlich kann der IR-Empfänger auch in kostengünstiger sowie funktionssicherer Weise aus einer IR(Infrarot)-Fotodiode bestehen.
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Zur qualitativ hochwertigen Darstellung des Bedienelements kann die Projektionseinrichtung eine Projektionsoptik für die Projektion des Bedienelements mittels der sichtbaren Lichtstrahlung umfassen. In einfacher sowie kostengünstiger Art und Weise kann die IR(Infrarot)-Strahlung mittels der Projektionsoptik korrespondierend zum Bedienelement projizierbar sein. Des Weiteren kann wiederum in einfacher sowie kostengünstiger Art und Weise die reflektierte IR(Infrarot)-Strahlung mittels der Projektionsoptik zum IR(Infrarot)-Empfänger lenkbar sein. Mit anderen Worten kann mittels derselben Projektionsoptik sowohl das Projizieren der sichtbaren Lichtstrahlung als auch der vom menschlichen Auge nicht sichtbaren IR(Infrarot)-Strahlung auf das Anzeigeelement sowie die Lenkung der reflektierten IR(Infrarot)-Strahlung zum IR(Infrarot)-Empfänger zu deren Erfassung erfolgen.
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Wie bereits erwähnt, kann zum Erzeugen der IR(Infrarot)-Strahlung eine IR-Quelle in der Art einer LED(Leuchtdiode) oder einer Laserdiode verwendet werden. Zum Erfassen der reflektierten IR(Infrarot)-Strahlung kann ein IR(Infrarot)-Empfänger in der Art einer für IR(Infrarot)-Licht empfindlichen Empfängerdiode eingesetzt werden.
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Vorteilhafterweise kann für die Bedienvorrichtung weiterhin ein ToF(Time of Flight)-Sensor vorgesehen sein. Mittels des ToF(Time of Flight)-Sensors kann dann der Abstand des Objekts zum Anzeigeelement bestimmbar sein. Neben der Detektion des Objekts auf dem Bedienelement mittels des IR-Empfängers ist damit in einfacher sowie kostengünstiger Weise zusätzlich eine Detektion des räumlichen Orts des Objekts relativ zum Bedienelement auf dem Anzeigeelement geschaffen. Die Auswerteeinrichtung kann hierbei derartig wirken, dass das Signal in der Art eines Schaltsignals lediglich bei einer Berührung des Bedienelements auf dem Anzeigeelement durch das Objekt erzeugt wird. Eine mögliche Fehlbedienung in der Art eines unbeabsichtigten Eindringens des Objekts in den projizierten Bereich des Bedienelements entfernt vom Anzeigeelement kann dadurch ausgeschlossen werden. Auf funktionssicherer Art ist so ein verbessertes Benutzerempfinden geschaffen.
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Die Erfindung stellt weiter ein Verfahren zum Bedienen und/oder zum Betrieb der Bedienvorrichtung bereit.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird von einer Projektionseinrichtung, insbesondere mittels einer Projektionsoptik, wenigstens ein Bedienelement in der Art eines virtuellen Bedienelements mittels für das menschliche Auge sichtbarer Lichtstrahlung als Bild auf ein Anzeigeelement projiziert. Weiter wird zusätzlich für das menschliche Auge nicht sichtbare IR(Infrarot)-Strahlung von einer IR(Infrarot)-Quelle, und zwar insbesondere wiederum mittels der Projektionsoptik, korrespondierend zum Bedienelement auf das Anzeigeelement projiziert. Mittels wenigstens eines IR(Infrarot)-Empfängers wird dann die reflektierte IR(Infrarot)-Strahlung empfangen. Die Einwirkung mittels eines Objekts, und zwar insbesondere mittels eines menschlichen Fingers, auf das Bedienelement bewirkt dabei eine Veränderung der vom Anzeigeelement und/oder vom Objekt reflektierten IR(Infrarot)-Strahlung. Und zwar ergibt sich die Veränderung des IR(Infrarot)-Lichts dabei durch die unterschiedlichen Reflexionseigenschaften zwischen dem Objekt und dem auf das Anzeigeelement projizierten Bedienelement. Anschließend wird dann die empfangene reflektierte IR(Infrarot)-Strahlung, und zwar insbesondere deren Veränderung, zur Detektion der Einwirkung des Objekts auf das Bedienelement ausgewertet. Falls gewünscht kann dann ein zur Einwirkung des Objekts auf das Bedienelement korrespondierendes Signal, und zwar insbesondere in der Art eines Schaltsignals zum Bedienen und/oder Auslösen einer Funktion, erzeugt werden.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung kann der Abstand des Objekts zum Anzeigeelement mittels eines ToF(Time of Flight)-Sensors für die IR(Infrarot)-Strahlung ermittelt werden. Insbesondere lässt sich hierfür in einfacher Art und Weise die vom Objekt reflektierte IR(Infrarot)-Strahlung verwenden. Bei Überschreiten eines vorbestimmten Abstandes des Objektes vom Anzeigeelement kann dann auf einfache Weise eine Fehlbedienung der Bedienvorrichtung erkannt werden. Somit lässt sich in vorteilhafter Weise eine korrekte Bedienung der Bedienvorrichtung sicherstellen.
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Bei dieser Ausgestaltung, die mit wenigstens einem in der Detektionseinrichtung befindlichen ToF(Time of Flight)-Sensor arbeitet, kann mittels des IR(Infrarot)-Lichts der räumliche Ort des Bedienelements auf dem Anzeigeelement relativ zu dem Ort der IR(Infrarot)-Quelle detektiert werden. Hierfür kann der ToF(Time of Flight)-Sensor ausgehend von dem Abstand zwischen der IR(Infrarot)-Quelle und dem auf das Anzeigeelement projizierten Bedienelement die Laufzeit des IR(Infrarot)-Lichts ermitteln. Mit anderen Worten ausgedrückt kann auf diese Weise eine Kalibrierung der Detektionseinrichtung erzielt werden. Wird nun mittels des Objekts auf das Bedienelement eingewirkt, wird der Abstand zwischen der IR(Infrarot)-Quelle und dem Bedienelement um die Dicke des Objekts reduziert, derart dass eine Veränderung der Laufzeit des IR(Infrarot)-Lichts bewirkt wird. Die Dicke des Objekts kann hierbei als ein Schwellwert zum Erfassen des Objekts durch die Auswerteeinrichtung korrespondierend mit dem ToF(Time of Flight)-Sensor dienen. In einfacher und vorteilhafter Art kann bezogen auf die Laufzeit des IR(Infrarot)-Lichts mittels des Schwellwerts eine Berührung des Objekts auf dem Bedienelement sicher detektiert werden. Wird eine Berührung des Objekts auf dem Bedienelement erfasst, kann die Auswerteeinrichtung ausgehend davon ein Signal in der Art eines Schaltsignals zum Bedienen und/oder Auslösen einer Funktion erzeugen. Außerdem kann auf diese Weise ein ungewolltes Bedienen des Bedienelements durch unbeabsichtigtes Eindringen des Objekts in den projizierten Bereich des Bedienelements ausgeschlossen werden. Es ist festzustellen, dass bevorzugterweise nur bei Detektion einer Berührung des Objekts auf dem Bedienelement ein Signal von der Auswerteeinrichtung erzeugt wird. Somit ist ein verbessertes Benutzerempfinden erzielt.
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In einer vorteilhaften weiteren Ausgestaltung lässt sich bei mehreren auf das Anzeigeelement projizierten Bedienelementen in einfacher Art und Weise das jeweilig vom Objekt betätigte Bedienelement ermitteln. Hierzu werden wenigstens zwei Bedienelemente auf das Anzeigeelement projiziert. Des Weiteren wird die IR(Infrarot)-Strahlung selektiv und/oder zyklisch korrespondierend zu den Bedienelementen projiziert. Schließlich wird dann dasjenige Bedienelement, auf das vom Objekt eingewirkt wird, anhand der jeweilig reflektierten IR(Infrarot)-Strahlung erkannt.
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Bei dieser Ausgestaltung mit mindestens zwei Bedienelementen, und zwar einem ersten Bedienelement und einem zweiten Bedienelement, wird jeweils nur eines der Bedienelemente selektiv auf das Element projiziert. Korrespondierend dazu kann das IR-Licht nur auf das projizierte Bedienelement emittiert und das von dem Bedienelement reflektierte IR-Licht erfasst werden. In einfacher Weise kann hierbei das zweite Bedienelement ausgeblendet werden während das erste Bedienelement auf das Anzeigeelement für eine vorgegebene Zeit projiziert wird. Danach kann das erste Bedienelement ausgeblendet und das zweite Bedienelement auf das Anzeigeelement für dieselbe vorgegebene Zeit projiziert werden. Dieses Verfahren kann zyklisch erfolgen, derart dass es für das menschliche Auge unmerklich ist. Wird mittels des Objekts auf eines der Bedienelemente eingewirkt, so kann das Objekt auf dem Bedienelement durch die von dem Objekt bewirkte Veränderung des reflektierten IR(Infrarot)-Lichts funktionssicher detektiert werden. Auf diese Weise ist eine zuverlässige Erfassung der Einwirkung des Objekts auf das jeweilige Bedienelement geschaffen. Außerdem ist eine mögliche Fehlbedienung beispielsweise durch Einwirken auf beide Bedienelemente ausgeschlossen, da stets nur ein Bedienelement auf das Anzeigeelement projiziert und dabei das reflektierte IR(Infrarot)-Licht erfasst wird. Für den Fachmann ist ersichtlich, dass dieses Verfahren auf eine beliebige Anzahl von Bedienelementen auf dem Anzeigeelement übertragen werden kann.
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Für eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist nachfolgendes festzustellen.
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Es wird eine Bedienvorrichtung vorgeschlagen, bei der wenigstens ein Bedienelement auf eine Bedienfläche projizierbar ist. Um die Bedienelemente auf der Bedienfläche darstellen zu können, werden entweder Displays oder Projektoren verwendet. Bei Projektoren wird Licht aus einer von der Bedienfläche entfernten Einrichtung auf die Bedienoberfläche geworfen, d.h. das Licht wird gezielt auf die Bedienfläche gebracht. Um nun eine Benutzerinteraktion zu ermöglichen, muss die Projektionseinrichtung dazu in der Lage sein, ein Objekt, genauer ein Körperteil zu erkennen. Dieser Körperteil wird im Normalfall ein einzelner menschlicher Finger sein.
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Zur Objekterkennung wurden bereits einige Technologien entwickelt. Anwendungen sind z.B. sogenannte „Smart Boards“ bzw. „interaktive Whiteboards“, wie sie z.B. in Schulen eingesetzt werden. Aus der
US 5 528 263 A ist bekannt, dass mindestens eine separate Kamera verwendet wird, um das „Soll-Bild“ mit dem „Ist-Bild“ zu vergleichen und somit eine Hand oder einen Zeigestock erkennen zu können. Weiter ist aus der
US 6 421 042 B1 bekannt, dass mit zwei Kameras in der Art einer Stereo-Kamera die Position einer Eingabe ermittelt wird.
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Nachteilig bei der Verwendung einer Kamera ist, dass zusätzliche Kosten erzeugt werden. Zum einen ist die Kamera selbst kostenintensiv und zum anderen ist bedingt durch die erhöhte Rechenleistung ein leistungsfähigerer Mikroprozessor notwendig. Außerdem ist eine aufwändigere Software erforderlich.
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Erfindungsgemäß soll die Erfassung einer Interaktion mittels des Objekts auf dem Bedienelement in kostengünstiger Art realisiert werden und mit möglichst wenigen und preiswerten zusätzlichen Bauteilen auskommen.
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Zur Detektion der Interaktion soll erfindungsgemäß IR(Infrarot)-Licht verwendet werden. Somit wird eine Detektion unabhängig von der Umgebungshelligkeit realisiert. Das IR-Licht wird ebenfalls in den optischen Pfad der sichtbaren Projektion mit eingebracht. Somit wird gewährleistet, dass das IR-Licht lediglich dort auf die Projektionsfläche auftrifft, wo auch ein Bedienelement eingeblendet ist.
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Die Projektion erfolgt mithilfe eines LCD-Displays oder eines TFT-Displays oder eines LCoS-Displays oder eines Diafilms. Auch sind Mikrospiegel mit z.B. DLP-Technologie denkbar. Das sichtbare Licht wird von einer Lichtquelle erzeugt, bei der es sich um eine LED oder einen Laser handelt. Die Lichtquelle kann bei Verwendung von z.B. einer sogenannten RGB-LED bzw. einem RGB-Laser auch mehrfarbig sein. Das IR(Infrarot)-Licht wird ebenfalls von einer LED oder einer Laserdiode erzeugt.
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Zusätzlich wird eine für IR(Infrarot)-Licht empfindliche Empfangsdiode als IR(Infrarot)-Empfänger verwendet, die das reflektierte IR-Licht erfasst. Wird nun die Reflexionseigenschaft verändert, dadurch dass das projizierte Bedienelement auf der Bedienfläche mit dem Objekt berührt wird, führt dies zu einer Veränderung der von der Empfangsdiode erfassten Lichtintensität.
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Desweiteren ermöglicht dieses Verfahren den Ort der Interaktion zu bestimmen. Sobald die Anzahl an Bedienelementen zwei oder größer ist, interessiert nicht nur ob überhaupt bedient wurde, sondern auch welches der Bedienelemente betätigt wurde. An Hand des folgenden Ausführungsbeispiels soll die Funktionsweise des Verfahrens näher aufgezeigt werden.
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Angenommen, es werden drei unterschiedliche Bedienelemente projiziert, und zwar (-) und (on/off) und (+). Wenn alle drei Bedienelemente sichtbar sind, so befindet sich auch an allen drei Bedienelementen ebenfalls das IR(Infrarot)-Licht. Werden nun kurzzeitig, beispielsweise 50 ms lang, die Bedienelemente (-) und (+) ausgeblendet, befindet sich dort kein IR(Infrarot)-Licht mehr und auch kein sichtbares Licht. Wird gleichzeitig eine Interaktion detektiert, so muss diese Interaktion am Bedienelement (on/off) stattgefunden haben. Dieses Verfahren kann zyklisch erfolgen, so dass z.B. 50 ms später die Bedienelemente (-) und (on/off) und wiederum 50 ms später die Bedienelemente (on/off) und (+) ausgeblendet werden. Währenddessen wird die IR(Infrarot)-Empfangsdiode ausgelesen, so dass jeweils erkannt wird, welches Bedienelement betätigt wurde. Nach spätestens 150 ms sind also alle drei Bedienelemente abgefragt, so dass auch eine Fehlbedienung, beispielsweise mehrere Bedienelemente werden betätigt, ausgeschlossen werden kann. Falls die Frequenz hoch genug und/oder die Ausschaltdauer kurz genug gewählt wird, ist der beschriebene Ablauf für das menschliche Auge unmerklich, da auf diese Weise ein Flackern vermieden wird.
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Nachfolgend werden Anwendungsbeispiele für die Erfindung vorgeschlagen:
- - Virtueller (Licht)Schalter auf beliebigen Oberflächen, wie Metall, Holz usw..
- - Hygiene-Schalter, bei dem die Interaktionsfläche keine Elektronik enthält und somit z.B. mit aggressiven Reinigungsmitteln gesäubert werden kann.
- - Ex-Schutz Schalter.
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Allerdings ist es noch sinnvoll, zusätzlich die Z-Achse der Interaktion zu überprüfen. Es kann nämlich vorkommen, dass der Lichtweg der Projektion absichtlich oder unabsichtlich in der Luft durch das Objekt durchkreuzt wird. Daher soll in einer weiteren Ausgestaltung überprüft und/oder plausibilisiert werden, ob das projizierte Bedienelement auf der durch die X- und Y-Achse ausgebildeten Bedienfläche berührt wurde oder lediglich eine Art Fehlbedienung im Freiraum erkannt wurde.
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Dazu wird das sogenannte ToF(Time of Flight - Flugzeit)-Verfahren genutzt, um zu erkennen, ob sich ein Objekt im Raum oder auf der Bedienfläche befindet. Das von einer IR(Infrarot)-Quelle ausgestrahlte IR(Infrarot)-Licht wird von dem IR(Infrarot)-Empfänger empfangen. Neben der empfangenen Intensität wird auch die Laufzeit des IR(Infrarot)-Lichts ausgewertet. Die Laufzeit gibt Aufschluss darüber, wie weit das erfasste Objekt von der IR(Infrarot)-Quelle entfernt ist. Nachfolgend soll das Verfahren an Hand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben werden.
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Die Projektionseinrichtung ist in einem definierten Abstand zur Bedienfläche angeordnet, d.h. der Abstand ist vorgegeben und ändert sich im Betrieb normalerweise nicht. Eine Detektionseinrichtung mit einem ToF(Time of Flight)-Sensor erfasst beim Einschalten die gemessenen Laufzeit [s] und setzt diese zur Kalibrierung als Nullwert. Die Laufzeit wird unmittelbar in einen Abstand [m] umgerechnet. Wird nun das Objekt zur Interaktion eingebracht, ändert sich die gemessene Laufzeit bzw. der errechnete Abstand. Für den Betrieb wird ein Schwellwert definiert, der nicht unterschritten werden darf, damit eine plausible Interaktion erkannt wird. Dieser Schwellwert liegt im Bereich der Dicke des Objekts. Nimmt man an, dass die Interaktion mit einem menschlichen Finger erfolgt, würde in diesem Fall der Schwellwert bei ca. 10 bis 20 mm liegen.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass eine kostengünstige sowie funktionssichere Detektion der Einwirkung des Objekts auf das auf das Anzeigeelement projizierte Bedienelement erzielt ist. Des Weiteren ist eine Fehlbedienung durch unabsichtliches Eindringen des Objekts in den projizierten Bereich ausgeschlossen. Das Benutzerempfinden ist somit verbessert, da die für das Bedienelement hinterlegte Funktion erst dann ausgeführt wird, wenn das Objekt mit dem projizierten Bedienelement auf dem Anzeigeelement beziehungsweise auf der Bedienfläche in Berührung kommt.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen
- 1 eine perspektivische Ansicht einer Bedienvorrichtung,
- 2 eine schematische Draufsicht auf ein Element der Bedienvorrichtung aus 1 mit einem ersten Bedienelement, einem zweiten Bedienelement sowie einem dritten Bedienelement,
- 3 eine schematische Ansicht der Bedienvorrichtung aus 1 in einer weiteren Ausführung,
- 4 eine schematische Ansicht wie in 3 gemäß einer nochmals weiteren Ausführung,
- 5 in einer schematischen Draufsicht ein Anzeigeelement mit einem projizierten Bedienelement sowie einem auf das Bedienelement einwirkenden Objekt,
- 6 eine Ansicht wie in 5, wobei das Bedienelement auf das Objekt projiziert ist und
- 7 eine Ansicht wie in 5, wobei die Projektion des Bedienelements auf das Objekt ausgeblendet ist.
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In 1 ist die Bedienvorrichtung 1 umfassend eine Projektionseinrichtung 2 mit einer Lichtquelle 12 für Lichtstrahlung, die für das menschliche Auge sichtbar ist, und eine Detektionseinrichtung 3 mit wenigstens einer IR(Infrarot)-Quelle 9 für IR(Infrarot)-Strahlung, die für das menschliche Auge unsichtbar ist, sowie wenigstens einem IR(Infrarot)-Empfänger 10 dargestellt, wobei die Detektionseinrichtung 3 in die Projektionseinrichtung 2 integriert ist und korrespondierend mit der Projektionseinrichtung 2 wirkt. In vorteilhafter Weise wird für die IR-Quelle 9 zum Emittieren des IR-Lichts sowie für den IR-Empfänger 10 zum Erfassen des IR-Lichts die Projektionsoptik 2' der Projektionseinrichtung 2 verwendet. Zum Erzeugen des IR-Lichts ist eine IR-Quelle 9 in der Art einer LED oder einer Laserdiode vorgesehen, und zum Erfassen des reflektierten IR-Lichts ist ein IR-Empfänger 10 in der Art einer für IR-Licht empfindlichen Empfängerdiode vorgesehen. Die Projektionseinrichtung 2 umfasst bevorzugt weiterhin ein LCD(Liquid Crystal Display)-Display, ein TFT(Thin Film Transistor)-Display, ein LCoS(Liquid Crystal on Silicon)-Display, ein Mikrospiegel-Array oder einen Diafilm. Des Weiteren sind ein Anzeigeelement 4 sowie eine Auswerteeinrichtung 7 vorgesehen. Das Anzeigeelement 4 ist dabei in der Art einer Bedienfläche, insbesondere einer Bedienfläche im Fahrzeuginnenraum eines Kraftfahrzeugs, ausgebildet. In Bezug darauf ist die Projektionseinrichtung 2 ferner derartig ausgebildet, dass sie auf ein frei wählbares Anzeigeelement 4 ausrichtbar ist. Im Weiteren ist mittels der Projektionseinrichtung 2 wenigstens ein Bedienelement 5 als ein virtuelles Bild auf das Anzeigeelement 4 mittels der sichtbaren Lichtstrahlung 13 projizierbar. Das Bedienelement 5 ist einer Funktion im Kraftfahrzeug zugeordnet und kann beispielsweise das Symbol der Funktion „Einschalten Heckscheibenheizung“ darstellen. Auf das Bedienelement 5 ist mittels eines Objekts 6, insbesondere mittels eines menschlichen Fingers, einwirkbar. Zur Detektion der Einwirkung des Objekts 6 auf das Bedienelement 5 dient die Detektionseinrichtung 3 mit dem IR-Empfänger 10 sowie die Auswerteeinrichtung 7, wobei von der IR-Quelle 9 die IR-Strahlung 14 auf das Anzeigeelement 4 korrespondierend zum Bedienelement 5 projiziert wird und die vom Anzeigeelement 4 und/oder vom Objekt 6 reflektierte IR-Strahlung 15 vom IR-Empfänger 10 empfangen sowie von der Auswerteeinrichtung 7 ausgewertet wird. Zum Bedienen und/oder Auslösen der jeweiligen Funktion im Kraftfahrzeug ist schließlich von der Auswerteeinrichtung 7 ein Signal 8 in der Art eines Schaltsignals erzeugbar.
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Falls gewünscht, kann die Detektionseinrichtung 3 noch einen ToF(Time of Flight)-Sensor 11 aufweisen, der mittels Laufzeitmessung für die von der IR-Quelle 9 ausgesandte IR-Strahlung 14 sowie für die vom IR-Empfänger 10 empfangene IR-Strahlung 15 zur Detektion des räumlichen Orts des Objekts 6 in Bezug auf das Bedienelement 5 dient. Damit ist der Abstand des Objekts 6 zum Anzeigeelement 4 bestimmbar. Die Auswerteeinrichtung 7 wirkt dann derartig, dass das Signal 8 in der Art eines Schaltsignals lediglich bei einer Berührung des Bedienelements 5 durch das Objekt 6 oder bei Vorliegen eines geringfügigen Abstands zum Bedienelement 5 erzeugt wird. Eine mögliche Fehlbedienung in der Art eines unbeabsichtigten Eindringens des Objekts 6 in den projizierten Bereich des Bedienelements 5 ist dadurch ausgeschlossen. Auf diese Weise ist ein verbessertes Benutzerempfinden beim Bedienen des Bedienelements 5 auf dem Anzeigeelement 4 erzielt.
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Nachfolgend ist das Verfahren zum Bedienen der in 1 dargestellten Bedienvorrichtung 1 näher beschrieben. Zunächst wird mittels der Projektionseinrichtung 2 wenigstens ein Bedienelement 5 auf das Anzeigeelement 4 mittels sichtbarer Lichtstrahlung 13 projiziert. Die in der Detektionseinrichtung 3 befindliche IR-Quelle 9 emittiert mittels der Projektionseinrichtung 2 dazu korrespondierend IR-Strahlung 14 auf das Bedienelement 5. Die von dem Bedienelement 5 reflektierte IR-Strahlung 15 wird von dem ebenfalls in der Detektionseinrichtung 3 befindlichen IR-Empfänger 10 detektiert. Wird nun auf das Bedienelement 5 mittels des Objekts 6, insbesondere mittels eines menschlichen Fingers, eingewirkt, so wird dabei eine Veränderung der reflektierten IR-Strahlung 15 durch das Objekt 6 bewirkt. Die Veränderung der IR-Strahlung 15 ergibt sich dabei durch die unterschiedlichen Reflexionseigenschaften zwischen dem Objekt 6 und dem auf das Anzeigeelement 4 projizierten Bedienelement 5. Die von dem Objekt 6 reflektierte IR-Strahlung 15 wird dann von dem IR-Empfänger 10 detektiert, so dass die Auswerteeinrichtung 7 die Einwirkung des Objekts 6 auf das Bedienelement 5 erfasst und das Signal 8 in der Art eines Schaltsignals zum Bedienen und/oder Auslösen der jeweiligen Funktion erzeugt.
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Falls gewünscht, kann mit dem in der Detektionseinrichtung 3 befindlichen ToF(Time of Flight)-Sensor 11 durch Laufzeitmessung für die IR-Strahlung 14, 15 der räumliche Ort des Bedienelements 5 in Bezug auf das Anzeigeelement 4 sowie relativ zu dem Ort der IR-Quelle 9 detektiert werden. Hierfür ermittelt der ToF-Sensor 11 ausgehend von dem Abstand zwischen der IR-Quelle 9 und dem auf das Anzeigeelement 4 projizierten Bedienelement 5 die Laufzeit des IR-Lichts 14, 15, so dass eine Kalibrierung der Detektionseinrichtung 3 erzielt wird. Wird nun mittels des Objekts 6 auf das Bedienelement 5 eingewirkt, so wird der Abstand zwischen der IR-Quelle 9 und dem Bedienelement 5 um die Dicke des Objekts 6 reduziert, derart dass eine Veränderung der Laufzeit des IR-Lichts 14, 15 bewirkt wird. Die Dicke des Objekts 6 dient hierbei als ein Schwellwert zum Erfassen des Objekts 6 durch die Auswerteeinrichtung 7 unter Verwendung des ToF-Sensors 11. Mit Hilfe des Schwellwerts bezogen auf die Laufzeit der IR-Strahlung 14, 15 ist auf diese Weise eine Berührung des Bedienelements 5 durch das Objekt 6 sicher erfassbar. Wird eine derartige Berührung detektiert, erzeugt die Auswerteeinrichtung 7 hiervon ausgehend dann das Signal 8 in der Art des Schaltsignals zum Bedienen und/oder Auslösen der jeweiligen Funktion. Außerdem wird auf diese Weise ein ungewolltes Bedienen des Bedienelements 5 durch unbeabsichtigtes Eindringen des Objekts 6 in den projizierten Bereich des Bedienelements 5 ausgeschlossen. Das Signal 8 wird von der Auswerteeinrichtung 7 nur bei Detektion einer Berührung des Bedienelements 5 durch das Objekt 6 erzeugt, derart dass ein verbessertes Benutzerempfinden erzielt ist.
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Im Folgenden ist eine weitere Ausführung des Verfahrens zum Bedienen der in 1 dargestellten Bedienvorrichtung 1 aufgezeigt, insbesondere bei Projektion von mindestens zwei Bedienelementen 5 auf das Anzeigeelement 4. Auf das in 2 dargestellte Anzeigeelement 4 sind mittels der Projektionseinrichtung 2 ein erstes Bedienelement 5' sowie ein zweites Bedienelement 5" und weiter ein drittes Bedienelement 5"' selektiv und/oder zyklisch projizierbar. Das erste Bedienelement 5' stellt das Symbol für die Funktion „-“ dar, das zweite Bedienelement 5" stellt das Symbol für die Funktion „on/off“ dar und das dritte Bedienelement 5"' stellt das Symbol der Funktion „+“ dar. Zuerst wird nur das erste Bedienelement 5' für 50 ms auf das Anzeigeelement 4 projiziert während das zweite Bedienelement 5" und das dritte Bedienelement 5"' ausgeblendet werden. Dabei wird von der IR-Quelle 9 dazu korrespondierend mittels der Projektionseinrichtung 2 nur auf das erste Bedienelement 5' die IR-Strahlung emittiert und die von dem ersten Bedienelement 5' reflektierte IR-Strahlung von dem IR-Empfänger 10 erfasst. Als nächstes wird nur das zweite Bedienelement 5" für 50 ms auf das Anzeigeelement 4 projiziert während das erste Bedienelement 5' und das dritte Bedienelement 5"' ausgeblendet werden. Korrespondierend dazu wird nur auf das zweite Bedienelement 5" die IR-Strahlung projiziert und die von dem zweiten Bedienelement 5" reflektierte IR-Strahlung wird von dem IR-Empfänger 10 erfasst.
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Danach wird nur das dritte Bedienelement 5"' für 50 ms auf das Anzeigeelement 4 projiziert während das erste Bedienelement 5' und das zweite Bedienelement 5" ausgeblendet werden. Korrespondierend dazu wird nur auf das dritte Bedienelement 5"' die IR-Strahlung projiziert und die von dem dritten Bedienelement 5"' reflektierte IR-Strahlung wird von dem IR-Empfänger 10 erfasst. Dieses Verfahren erfolgt zyklisch, derart dass es für das menschliche Auge unmerklich ist.
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Wird nun mittels des Objekts 6 auf das zweite Bedienelement 5" eingewirkt, so wird die von dem zweiten Bedienelement 5" reflektierte IR-Strahlung von dem Objekt 6 verändert. Die Veränderung der IR-Strahlung ergibt sich dabei durch die unterschiedlichen Reflexionseigenschaften des Objekts 6 im Vergleich zu dem zweiten Bedienelement 5" auf dem Anzeigeelement 4. Die von dem Objekt 6 reflektierte IR-Strahlung wird dann von dem IR-Empfänger 10 empfangen, derart dass die Auswerteeinrichtung 7 mit Hilfe des IR-Empfängers 10 das Objekt 6 auf dem zweiten Bedienelement 5" erfasst und ausgehend davon das Signal 8 in der Art eines Schaltsignals zum Bedienen der Funktion „on/off“ erzeugt. Auf diese Weise ist eine zuverlässige Erfassung der Einwirkung des Objekts 6 auf das jeweilige Bedienelement 5 geschaffen. Außerdem ist eine mögliche Fehlbedienung, beispielsweise durch zeitgleiches Einwirken auf das zweite Bedienelement 5" und auf das dritte Bedienelement 5"', ausgeschlossen, da stets nur ein Bedienelement 5 auf das Anzeigeelement 4 projiziert und dabei von der Detektionseinrichtung 3 detektiert wird. Das Verfahren ist auf eine beliebige Anzahl von projizierten Bedienelementen 5 auf dem Anzeigeelement 4 übertragbar. Wie in 1 beschrieben, kann die Detektionseinrichtung 3 falls gewünscht noch wenigstens einen ToF-Sensor 11 aufweisen, der in Verbindung mit der Auswerteeinrichtung 7 zur Detektion des räumlichen Orts des Objekts 6 in Bezug auf das Bedienelement 5 dient. Das Signal 8 wird dabei von der Auswerteeinrichtung 7 nur bei Detektion einer Berührung des Bedienelements 5 durch das Objekt 6 erzeugt, um ein verbessertes Benutzerempfinden zu gewährleisten.
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In 3 ist eine weitere Ausführung der Bedienvorrichtung 1 aus 1 umfassend das Anzeigeelement 4 aus 2 zu sehen. Die Projektionseinrichtung 2 umfasst einen Diapositivfilm mit wenigstens einem Dia, derart dass korrespondierend zu dem Dia mittels der Projektionsoptik 2' das erste Bedienelement 5' sowie das zweite Bedienelement 5" und weiter das dritte Bedienelement 5"' auf das Anzeigeelement 4 projizierbar sind. Des Weiteren weist die Projektionseinrichtung 2 einen ersten IR-Empfänger 10' und einen zweiten IR-Empfänger 10" sowie weiter einen dritten IR-Empfänger 10'" in der Art einer Photodiode auf. Der erste IR-Empfänger 10' in der Projektionseinrichtung 2 ist korrespondierend zu dem ersten Bedienelement 5' angeordnet. Im Weiteren ist der zweite IR-Empfänger 10" in der Projektionseinrichtung 2 korrespondierend zu dem zweiten Bedienelement 5" angeordnet. Weiter ist der dritte IR-Empfänger 10'" in der Projektionseinrichtung 2 korrespondierend zu dem dritten Bedienelement 5'" angeordnet. Folglich ist dem jeweiligen Bedienelement 5 ein korrespondierender IR-Empfänger 10 zugeordnet. Zum Emittieren der IR-Strahlung mittels der IR-Quelle 9 sowie zum Erfassen der reflektierten IR-Strahlung mittels des jeweiligen IR-Empfängers 10 wird vorteilhafterweise die Projektionsoptik 2' verwendet. Auf diese Weise wird die von dem jeweiligen Bedienelement 5 reflektierte IR-Strahlung nur von dem jeweiligen IR-Empfänger 10 detektiert. In flexibler Ausgestaltung kann ferner in der Projektionseinrichtung 2 anstatt des IR-Empfängers 10 ein Lichtleiter angebracht sein. Der IR-Empfänger 10 kann somit an einem frei wählbaren Ort befindlich sein, derart dass der Lichtleiter zum Führen der reflektierten IR-Strahlung zu dem IR-Empfänger 10 dient.
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Schließlich zeigt die 4 eine nochmals weitere Ausführung der Bedienvorrichtung 1 aus 1. Bei dieser Bedienvorrichtung 1 ist die IR-Quelle 9 separat zur Projektionseinrichtung 2 angeordnet. Wie bereits beschrieben wird das jeweilige Bedienelement 5', 5", 5'" von der Projektionseinrichtung 2 mit Hilfe der Projektionsoptik 2' mittels sichtbarer Lichtstrahlung auf das Anzeigeelement 4 projiziert. Weiter wird von der separat in Bezug auf die Projektionseinrichtung 2 angeordneten IR-Quelle 9 mit Hilfe der Projektionsoptik 2" die IR-Strahlung korrespondierend zum jeweiligen Bedienelement 5', 5", 5"' auf das Anzeigeelement 4 emittiert. Die jeweilig reflektierte IR-Strahlung wird dann mittels der Projektionsoptik 2' zum jeweiligen IR-Empfänger 10', 10", 10'" in der Projektionseinrichtung 2 gelenkt und wie bereits beschrieben ausgewertet.
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In 5 bis 7 ist in einer Detailansicht die Bedienung des Bedienelements 5 durch das Objekt 6 näher zu sehen. So ist in 5 das Anzeigeelement 4 mit dem durch die sichtbare Lichtstrahlung projizierten Bedienelement 5 gezeigt, wobei das Bedienelement 5 das Symbol der Funktion „Telefon“ darstellt. Das Objekt 6 befindet sich noch außerhalb des Anzeigeelements 4 in Annäherung auf das Bedienelement 5, um dann auf das Bedienelement 5 einzuwirken.
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Wird ohne weitere Maßnahmen mittels des Objekts 6 auf das Bedienelement 5, das auf das Anzeigeelement 4 projiziert ist, eingewirkt, so ergibt sich die in 6 gezeigte Darstellung. Das Objekt 6 befindet sich auf dem projizierten Bedienelement 5 zum Bedienen der Funktion „Telefon“ und deckt hierbei den projizierten Bereich des Bedienelements 5 auf dem Anzeigeelement 4 ab. Da dabei die Projektion des Bedienelements 5 auf das Anzeigeelement 4 stetig erfolgt, wird das Bedienelement 5 nunmehr auf das Objekt 6 projiziert. Dies ist für den Benutzer ungewohnt, da jetzt das projizierte Bedienelement 5 auf dem Objekt 6 sichtbar ist, was bei den bekannten Mensch-Maschine-Schnittstellen, wie einem Display, nicht der Fall ist.
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Um diesem für den Benutzer ungewohnten Verhalten abzuhelfen, ist wenigstens der bei der Einwirkung des Objekts 6 auf das Bedienelement 5 vom Objekt 6 verdeckte Teil des Bedienelements 5 bei der Projizierung des Bedienelements 5 ausblendbar. Insbesondere kann es sich anbieten, und zwar vor allem wenn die Größe des Bedienelements 5 in etwa gleich oder kleiner als die Größe des Objekts 6 ist, dass das gesamte Bedienelement 5 bei der Einwirkung des Objekts 6 auf das Bedienelement 5 ausblendbar ist, wie näher in 7 dargestellt ist. Wie in 6 befindet sich das Objekt 6 auf dem projizierten Bedienelement 5 zum Bedienen der Funktion „Telefon“. Anders als in 6 ist erfindungsgemäß das projizierte Bedienelement 5 gemäß 7 ausgeblendet und somit für den Benutzer unsichtbar. Der Benutzer empfindet dies in der Art, dass das Bedienelement 5 auf dem Anzeigeelement 4 von dem Objekt 6 abgedeckt ist. In vorteilhafter Weise ist dadurch ein Benutzerempfinden, wie es bekanntermaßen bei einem Display der Fall ist, geschaffen. Bei mehreren projizierten Bedienelementen 5 auf dem Anzeigeelement 4 wird nur das jeweilige Bedienelement 5, auf das mittels des Objekts 6 eingewirkt wird, ausgeblendet.
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Es kann sich weiterhin anbieten, dass der vom Objekt 6 verdeckte Teil des Bedienelements 5 bei der Projizierung des Bedienelements 5 lediglich bei Unterschreiten eines vorbestimmten Abstandes des Objektes 6 vom Anzeigeelement 4 ausgeblendet wird. Ein Überschreiten dieses maximalen Abstandes bedeutet, dass das Objekt 6 im Projektionsbereich für das Bedienelement 5 zwar befindlich ist, jedoch das Anzeigeelement 6 nicht im Wesentlichen vom Objekt 6 berührt wird. Damit liegt eine Fehlbedienung des Bedienelements 5 vor, welche durch die Anzeige des Bedienelements 5 auf dem Objekt 6 entsprechend 6 für den Benutzer erkennbar ist. Der Abstand des Objekts 6 zum Anzeigeelement 4 kann, wie bereits weiter oben beschrieben, mittels des ToF-Sensors 11 bestimmt werden.
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Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Sie umfasst vielmehr auch alle fachmännischen Weiterbildungen im Rahmen der durch die Patentansprüche definierten Erfindung. So kann die Erfindung nicht nur für Bedienelemente im Kraftfahrzeug Verwendung finden. Die erfindungsgemäße Bedienvorrichtung lässt sich auch an sonstigen Geräten, beispielsweise für Haushaltsgeräte, Werkzeugmaschinen, Computersteuerungen o. dgl., einsetzen.
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Bezugszeichenliste
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- 1:
- Bedienvorrichtung
- 2:
- Projektionseinrichtung
- 2',2":
- Projektionsoptik
- 3:
- Detektionseinrichtung
- 4:
- Anzeigeelement
- 5:
- Bedienelement
- 5':
- erstes Bedienelement
- 5":
- zweites Bedienelement
- 5'":
- drittes Bedienelement
- 6:
- Objekt
- 7:
- Auswerteeinrichtung
- 8:
- Signal
- 9:
- IR-Quelle
- 10:
- IR-Empfänger
- 10':
- erster IR-Empfänger
- 10":
- zweiter IR-Empfänger
- 10''':
- dritter IR-Empfänger
- 11:
- ToF-Sensor
- 12:
- Lichtquelle
- 13:
- Lichtstrahlung
- 14:
- IR-Strahlung
- 15:
- reflektierte IR-Strahlung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013007105 A1 [0003]
- US 5528263 A [0020]
- US 6421042 B1 [0020]
