DE10251694A1

DE10251694A1 - Verfahren zum Ausschalten eines Freisprechbetriebs und entsprechendes Kommunikationsgerät

Info

Publication number: DE10251694A1
Application number: DE2002151694
Authority: DE
Inventors: Werner Krueger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2002-11-06
Filing date: 2002-11-06
Publication date: 2004-04-01

Abstract

Verfahren zum Ausschalten eines Freisprechbetriebs und entsprechendes Kommunikationsgeräts, unter Verwendung eines Sensors, über dessen Sensorfläche Wärmestrahlung innerhalb eines Raumwinkels erfasst wird, DOLLAR A - bei dem in Abhängigkeit von dem je nach Abstand von der Sensorfläche unterschiedlich großen Erfassungsbereich für die Wärmestrahlung jeweils eine mittlere Temperatur gemessen wird und DOLLAR A - bei dem der Freisprechbetrieb abgeschaltet wird, wenn die gemessene mittlere Temperatur einen festgelegten ersten Temperaturschwellwert überschreitet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausschalten eines Freisprechbetriebs, bei dem der Freisprechbetrieb in einem bestimmten Abstand ausgeschaltet wird. Weiterhin betrifft die Erfindung ein entsprechendes Kommunikationsgerät.
Kommunikationsgeräte wie beispielsweise Mobilfunkgeräte werden in zunehmendem Maße mit einer integrierten Freisprecheinrichtung ausgestattet. Dadurch ist es nicht mehr erforderlich, das Mobilfunkgerät während eines Telefonats direkt an das Ohr zu pressen. Durch eine geeignete Erhöhung der Lautstärke der Hörkapsel beziehungsweise des Lautsprechers kann eine zufriedenstellende Kommunikation auch dann gewährleistet werden, wenn das Mobilfunkgerät beispielsweise auf einem Tisch liegt. Wird ein im Freisprechmodus betriebenes Gerät an das Ohr geführt, oder ein im Normalmodus betriebenes Gerät während des Telefonierens versehentlich in den Freisprechbetrieb umgeschaltet, können wegen der hohen Lautstärke, insbesondere, wenn Anruf- oder Signalisierungstöne aktiviert werden, Hörschäden auftreten.

Zur Vermeidung des Auftretens von Hörschäden werden bereits einige, nachstehend aufgeführte, auf Abstandsmessungen basierende Verfahren verwendet, die jedoch abhängig von der verwendeten Technologie verschiedene Nachteile aufweisen:

1. Verfahren zur Erfassung von Lichtsignallaufzeiten: Für die Lichtsignale werden überwiegend Signale im infraroten Frequenzbereich verwendet. Auf Grund der Lichtgeschwindigkeit von 3·10⁸m/sec und der dadurch bedingten kurzen Laufzeit des Signals stellt diese Art der Messung sehr hohe Anforderungen an die Signalverarbeitung. Weiterhin hängen Intensität und Streuung des reflektierten Signals stark von der Oberflächenbeschaffenheit des reflektierenden Objekts ab. Auch eine Unterscheidung, ob das in Reflexion gemessene Signal von menschlicher Haut oder anderen Objekten stammen, ist mit dieser Methode nicht möglich.
2. Verfahren zur Erfassung von Signallaufzeiten akustischer Signale: Für die akustischen Signale werden vorzugsweise Frequenzen aus dem Ultraschallbereich verwendet. Auf Grund der wesentlich geringeren Ausbreitungsgeschwindigkeit von Schall in Luft von etwa 330m/s werden hier signifikant niedrigere Ansprüche an die Signalverarbeitung gestellt. Ebenso wie bei den optischen Verfahren wird auch hier eine starke Abhängigkeit des reflektierten Signals von der Oberflächenbeschaffenheit des reflektierenden Objekts auf. Werden für den Messvorgang hohe Pegel des Messsignals benötigt, beispielsweise 120dba an der Hörkapsel, sind trotz Abstrahlung im Frequenzbereich knapp oberhalb des hörbaren Frequenzspektrums Schädigungen des Gehörs nicht auszuschließen. Diese Schädigungen können sich beispielsweise durch einen Hörverlust im hohen Frequenzbereich oder Tinitus äußern. Weiterhin ist ebenso wie bei den optischen Verfahren eine Unterscheidung, ob eine gemessene Reflexion von menschlicher Haut oder anderen Objekten stammt, nicht möglich.
3. Verfahren, die auf dem Prinzip der akustischen Kopplung zwischen Hörkapsel beziehungsweise Lautsprecher und Mikrofon basieren, erkennen die Annäherung des Gerätes an den Kopf durch einen zunehmenden Pegel der von der Hörkapsel abgestrahlten und vom Kopf reflektierten Signale am Mikrofon. Bei diesen Verfahren wird allerdings die Annäherung nur als Vorgang detektiert, so dass nicht unterschieden werden kann, ob das Gerät a) am Kopf anliegt oder b) beispielsweise auf einem Tisch liegt. Im Fall a) werden die von der Hörkapsel abgestrahlten Signale durch das Ohr abgedeckt und somit stark gedämpft, im Fall b) sind die Signale durch die weit entfernten Reflexionen ebenfalls stark gedämpft. Somit kann die Gefahr eines aktivierten Freisprechbetriebs bei Anlegen des Gerätes am Ohr nicht ausgeschlossen werden. Weiterhin können die durch das Mikrofon detektierten Pegelerhöhungen auch durch Reflexionen von anderen Objekten als Kopf oder Ohr hervorgerufen werden, so die gewünschte Freisprechfunktion deaktivieren.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, eine Alternative zu diesen Verfahren anzugeben, welche mit einfachen Mitteln und sicher einen Freisprechbetrieb am menschlichen Ohr sicher unterbindet.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 1 beziehungsweise ein Kommunikationsgerät mit den Merkmalen in Anspruch 4 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.

Kern der Erfindung ist es, einen Freisprechbetrieb bei einem Kommunikationsgerät in Abhängigkeit von einer Temperatur auszuschalten. Dazu wird mit einem Sensor oder wärmeempfindlichen Sensorelement die mittlere Temperatur in einem Erfassungsbereich gemessen. Der Erfassungsbereich wird durch den Raumwinkel definiert, innerhalb dessen der Sensor Strahlung empfängt, sowie durch den Abstand, bis zu dem gemessen wird, beispielsweise ein Körper, der hinter ihm liegende Strahlung weitgehend abschirmt. Der Raumwinkel hängt auch von der sensitiven, also beispielsweise von der strahlungsempfindlichen Fläche des Sensors ab.

Es ist weiterhin ein Temperaturschwellwert definiert, bei dessen Überschreitung der Freisprechbetrieb ausgeschaltet wird.

Wird beispielsweise der Erfassungsbereich in näherungsweise vollständig mit einem Körperteil, insbesondere dem Kopf, belegt, dann ist die gemessene Temperatur von einer Situation verschieden, bei der ein Teil des Raumwinkels durch den Kör per belegt wird. Da der Raumwinkel, innerhalb dessen der Sensor Messwerte erfasst, fest ist, hängt der Anteil, den der Kopf am Erfassungsbereich einnimmt neben der Fläche des Sensorelements auch vom Abstand zwischen Sensorelement und Kopf ab. Somit kann eine sehr sensitive Abstandsmessung durchgeführt werden. Eine Unterscheidung zwischen dem Kopf und sonstigen Körperteilen des Benutzers erfolgt beispielsweise über die mittlere Temperatur, da bekleidete Körperteile i.A. eine geringere Temperatur aufweisen.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist ein Temperaturfenster vorgesehen, innerhalb dessen der Freisprechbetrieb abgeschaltet ist.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand beispielhafter Ausgestaltungen näher erläutert, die teilweise auch in der Figur dargestellt sind. Es zeigt:
1 das Flächenelement, welches durch den Raumwinkel in Abhängigkeit von der Entfernung definiert wird;
2 die Definition eines Temperaturfensters, innerhalb dessen der Freisprechbetrieb abgeschaltet ist.
Es soll nun zunächst die prinzipielle Funktionsweise der Erfindung erläutert werden. Dazu wird

a) das Prinzip einer berührungslosen Temperaturmessung und
b) die Ableitung einer Entfernung aus dieser Temperaturmessung betrachtet.

a) Eine berührungslose Temperaturmessung erfolgt beispielsweise mit einem thermoelektrischen Strahlungssensor, der eine gewisse aktive Sensorfläche aufweist, welche in der Zeichnung mit A2 gekennzeichnet ist und sich zumeist in der Größenordnung von einigen Quadratmillimetern bewegt. Dieser Sensor weist eine gewissen Empfindlichkeit S auf, die definiert, welche Spannung am Ausgang des Sensors in Abhängigkeit von dem einfallenden Strahlungsfluss anfällt. Die thermische Strahlung des Messobjekts gelangt durch ein für den infraroten Spektralbereich durchlässiges Fenster auf die Sensorfläche. Die auftreffende Strahldichte wird durch das Stephan-Boltzmann-Gesetz beschrieben.
Zur Verdeutlichung der Zusammenhänge wird ein spezielles, vereinfachtes Beispiel angegeben:
Unter der Voraussetzung, dass sich Sensorfläche A₂ und Strahlerfläche A₁ parallel gegenüber stehen, die Strahlerflächen kreisförmig sind, die Flächen senkrecht zur Symmetrieachse stehen und die Sensorfläche A₂ sehr viel kleiner als die Strahlerfläche ist, folgt für den von der Strahlerfläche A₁ auf die Sensorfläche eingestrahlten Strahlungsfluss Φ (A₂)
Der gemessene Fluss hängt also vom Flächenverhältnis von Strahlerfläche A₁ und Sensorfläche A₂, vom Abstand a sowie von der Differenz der vierten Potenzen der Temperaturen der jeweiligen Flächen ab.
Der abgestrahlte Strahlungsfluss ist im thermischen Gleichgewicht gleich dem eingestrahlten Strahlungsfluss multipliziert mit dem Emissionsfaktor E. Für eine zuverlässige Messung ist es vorteilhaft, dass der Emissionsfaktor möglichst gross ist. Der Emissionsfaktor E definiert also im thermischen Gleichwicht das Verhältnis von angestrahltem Strahlungsfluss und abgestrahltem Strahlungsfluss auf beziehungsweise von einem Körper. Für einen sogenannten Schwarzkörperstrahler ergibt sich für E ein Wert von 100. Der Emissionsfaktor menschlicher Haut liegt mit 98 nahe an diesem Wert.
Die Messung wird also zunächst durch Temperatur des Strahlungssensors T2 beeinflusst. Daher ist es in einer vorteilhaften Ausgestaltung vorgesehen, die Temperatur des Strahlungssensors auf einen bestimmten Wert zu regeln, was beispielsweise durch ein Peltier-Element realisiert wird.
Es sind auch weiter Temperaturregeleinheiten vorgesehen, die sich insbesondere durch einen geringen Energieverbrauch auszeichnen.
b) Das wärmeempfindliche Sensorelement mit der Sensorfläche A₂ misst, da an seinem Ausgang eine Spannung abfällt, eine mittlere Temperatur T₁ der gesamten Strahlerfläche A₁. Das heißt, dass die Temperatur T₁ der Strahlerfläche A₁ verändert wird, sobald die Temperaturverteilung über diese Fläche nicht homogen ist. Diesen Sachverhalt macht sich die Erfindung zu Nutze: Das Sensorelement mit der Sensorfläche A₂ und dem Sensorradius r₂ befindet sich im oder am Kommunikationsgerät. Befindet sich das Kommunikationsgerät nahe am Körper, beispielsweise am Kopf, so ist die im Raumwinkel φ definierte Fläche A₁ relativ klein, so dass sie vollständig vom Kopf belegt wird. Somit wird als gemittelte Temperatur T₁ die Oberflächentemperatur des Kopfes gemessen. Wird der Abstand a zwischen Sensorfläche A₂ und Körper, also der Strahlungsfläche A₁ vergrößert, so vergrößert sich auch die durch den Raumwinkel φ festgelegte Strahlerfläche A₁. Damit wird diese nicht mehr vollständig beispielsweise vom Kopf belegt. Beispielsweise bei geringerer Umgebungstemperatur wird die mittlere Temperatur T₁ abgesenkt.
Somit kann ein entsprechendes Temperaturfenster definiert werden, bei dem die Strahlerfläche A₁ vollständig oder nahezu vollständig vom Körper, beispielsweise dem Kopf, belegt wird und somit eine mittlere Temperatur T₁ von etwa 25-37°C gemessen wird. Weiterhin kann die gemessene mittlere Temperatur T1 auch durch zwischen dem Strahlungssensor und dem Messobjekt liegende, kühlere Luftschichten abgesenkt werden. Auch dies kann für die Definition des Temperaturfensters ausgenutzt werden.
Weiterhin kann mit Hilfe einer optischen Linse innerhalb der physikalischen Grenzen ein geeignetes Verhältnis von Entfernung a zu Strahlerfläche A1 erzielt werden.
Thermische Sensoren erlauben Messzeiten unter einer Millisekunde, so dass keine Fehlmessungen auf Grund von Bewegungen des Messobjektes zu erwarten sind.
In einer Ausgestaltung ist es vorgesehen, während des Freisprechbetriebs in geeigneten Zeitabständen Temperaturmessungen wie oben beschrieben vorzunehmen. Fällt der Messwert in ein Temperaturfenster, das beispielsweise relativ eng begrenzt wischen 35°C und 39°C liegt, wird die Entscheidung zur Deaktivierung des Freisprechbetriebs getroffen.
Die Definition eines Temperaturfensters ist in 2 dargestellt, in der der Verlauf der gemessenen Temperatur T gegenüber der Zeit t dargestellt ist. Das Temperaturfenster, innerhalb dessen der Freisprechbetrieb oder Freisprechmodus (FSM) ausgeschaltet ist, wird durch die Temperaturen T₂ und T₁ nach unten bzw. oben begrenzt. Steigt nun die Temperatur am Punkt 1 über den Schwellwert T₂, so wird der Freisprechmodus FSM ausgeschaltet. Überschreitet die gemessene Temperatur T weiterhin den Temperaturwert T₁, so wird der Freisprechmodus wieder angeschaltet. Fällt die Temperatur am Punkt 3 wiederum unter die obere Temperaturschwelle T₁, so wird der Freisprechmodus FSM wieder abgeschaltet und bei weiterem Fallen unter die Temperaturschwelle T₂ am Punkt 4 wird der Freisprechmodus wieder angeschaltet.
Die Lage und Breite des Temperaturfensters können wahlweise fest programmiert werden oder über eine Menüfunktion des Kommunikationsgeräts, beispielsweise des Mobiltelefons, durch den Benutzer einstellbar sein. Weiterhin kann eine individu elle Anpassung an die thermischen Eigenschaften des Benutzers durch eine automatische Kalibrierroutine erfolgen. Im Rahmen dieser Kalibrierroutine führt der Benutzer sein Gerät an sein Ohr, wodurch die momentane Temperatur, die beispielsweise durch das Tragen einer Mütze variiert werden kann, gemessen. Die optimale Einstellung für das Abstand-a-zu-Strahlerfläche-A2-Verhältnis könnte beispielsweise im Rahmen eines derartigen Kalibriervorgangs erfolgen.
In einer anderen Ausgestaltung, bei der das Kommunikationsgerät bereits eine Kamera aufweist, ist es vorgesehen, diese Kamera als wärmeempfindlicher Sensor zu benutzen. In der Regel werden für integrierte Kameras sogenannte CCD-Kameras Charged Coupled Device) benutzt, die hervorragend in der Lage sind, Infrarotstrahlung zu detektieren.
Der wärmeempfindliche Sensor lässt sich beispielsweise im Bereich der Hörkapsel positionieren. Damit wird die Temperatur in der relevanten Richtung gemessen, da die Hörkapsel den Lautsprecher darstellt.

Claims

Verfahren zum Ausschalten eines Freisprechbetriebs bei einem Kommunikationsgerät, unter Verwendung eines Sensors, über dessen Sensorfläche Wärmestrahlung innerhalb eines Raumwinkels erfasst wird, – bei dem in Abhängigkeit von dem je nach Abstand von der Sensorfläche unterschiedlich großen Erfassungsbereich für die Wärmestrahlung jeweils eine mittlere Temperatur gemessen wird und – bei der Freisprechbetrieb abgeschaltet wird, wenn die gemessene mittlere Temperatur einen festgelegten, ersten Temperaturschwellwert überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Abschaltung des Freisprechbetriebs unterhalb eines zweiten, festgelegten Temperaturschwellwerts erfolgt, wobei dieser zweite Temperaturschwellwert oberhalb des ersten Temperaturschwellwerts liegt und so mit erstem und zweiten Temperaturbereich definiert wird, in dem die Abschaltung des Freisprechbetriebs erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Temperaturschwellwert durch folgende Schritte festgelegt wird: – Festlegen eines Abstands, bei dem der Erfassungsbereich im Wesentlichen durch einen Kopf eines Benutzers ausgefüllt ist, – Messen der mittleren Temperatur in diesem Abstand, – Belegen des ersten Temperaturschwellwerts mit der gemessenen mittleren Temperatur.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem zumindest ein Temperaturschwellwert automatisch oder durch den Benutzer manuell eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem zum Einstellen des zumindest einen Temperaturschwellwerts eine Kalibrationsroutine verwendet wird.
Kommunikationsgerät mit einer Mikrofon / Lautsprechereinrichtung und einer Schaltungsanordnung zum Ausschalten eines Freisprechbetriebs, dadurch gekennzeichnet, dass – am Kommunikationsgerät ein Sensor zum Erfassen von Wärmestrahlung in einem je nach Abstand von der Sensorfläche unterschiedlich großen Erfassungsbereich angebracht ist, und – dass die Schaltungsanordnung derart ausgestaltet ist, dass – dem durch das Sensorelement erfassten Messwert eine mittlere Temperatur zuordenbar ist und – dass, wenn die ermittelte mittlere Temperatur einen bestimmten Temperaturschwellwert überschreitet, der Freisprechbetrieb ausschaltbar ist.