WO2020182677A1 - Hintergrund-beleuchtungsmatrix für eine anzeigevorrichtung zum anzeigen von bildern, anzeigevorrichtung sowie fahrzeug - Google Patents

Hintergrund-beleuchtungsmatrix für eine anzeigevorrichtung zum anzeigen von bildern, anzeigevorrichtung sowie fahrzeug Download PDF

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ire
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Oliver Jakoby
Sascha KAYSSER
Torsten Lahr
Emil LAZARCIUC
Kai Hohmann
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Continental Automotive Technologies GmbH
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    • G09G2360/145—Detecting light within display terminals, e.g. using a single or a plurality of photosensors the light originating from the display screen

Definitions

  • the proposal relates to the technical field of display devices.
  • display units In today's vehicles, increasingly larger display units are used, in particular for the infotainment area.
  • the display units typically used are touch-sensitive display units, so-called touchscreens, and use liquid crystals (LCD) to display the color information for each image point (pixel). These do not light up actively themselves, but as a light source the LCD display units have an active background lighting (backlight) in the form of LED arrangements or arrangements with optical foils and
  • the construction ensures light absorption in the optical path of the LCD display unit (polarizer, analyzer, color filter, etc.). This plus the LED
  • Self-luminous elements are designed for generating the three basic colors and the fourth element is designed as a light sensor.
  • An LCD display unit is known from WO 2008/099338 A1 in which each pixel consists of three translucent subpixel elements in the colors red (R), green (G) and blue (B).
  • the light is generated by an LED backlight panel Arrangement in which four differently colored light-emitting diodes (LED) in the colors (red (R), yellow (A), green (G), blue (B)) are positioned for a pixel group over the screen surface.
  • LED light-emitting diodes
  • a micro-LED display is known from WO 2015 193 434 A2, which is assembled using arrays of micro-LEDs.
  • the micro-LEDs can be fabricated on a native substrate and printed on a display substrate (e.g. plastic, metal, glass, or other materials), eliminating the need to fabricate the micro-LEDs on the display substrate.
  • a display substrate e.g. plastic, metal, glass, or other materials
  • the display substrate is transparent and / or flexible. It is also described in this document that a pixel can be composed of four elements, of which three micro-LEDs are provided for the RGB colors and the fourth element can be designed as a micro-sensor. Various micro-sensors are listed: image recorders, optical sensors, photodiodes, infrared sensors, gesture recognition sensors,
  • the object of the invention is to develop an LCD display device in such a way that it offers the possibility of gesture recognition for operation.
  • the aim is to enable simple gesture recognition for operating a device with a display unit without using a camera, the images of which have to be evaluated with computationally expensive image evaluation algorithms in a correspondingly powerful processing unit.
  • the object is achieved in a background lighting matrix for a display device for displaying images, self-luminous elements for visible light being provided at predetermined positions.
  • the solution is characterized in that an
  • predetermined positions of self-luminous elements are provided for invisible radiation and detector elements for invisible radiation are provided for each self-luminous element in surrounding positions.
  • Self-luminous element for non-visible radiation emitted and by the hand of the operator when performing a gesture to detect radiation backscattered with the detector elements for non-visible radiation. This can be evaluated by a processor and the gesture can be recognized in the sequence of several acquisitions.
  • a self-luminous element for invisible radiation can be provided per a predetermined pixel group of the display matrix of the display device only at a selected pixel position. This has the advantage that only a smaller number of self-luminous elements have to be arranged. This simplifies the construction of the display device, reduces costs and power consumption, and also leads to lower power dissipation, which is converted back into heat.
  • the detector elements are designed as a detector element for invisible infrared radiation or radar radiation. Since several detector elements for non-visible radiation are provided around the self-luminous element for invisible radiation, it is possible to measure the reflected radiation with spatial resolution. By performing a gesture, some of the surrounding detectors will detect more intensity of reflected radiation than other surrounding detectors and the gesture can be recognized by evaluating the intensities in the sequence.
  • another part of the detector elements can be designed as a detector element for visible light or for temperature measurement be. This means that an automatic brightness control or an automatic power control can also be implemented.
  • the self-luminous element for non-visible radiation is a self-luminous element for infrared radiation and the detector element for non-visible radiation is a sensor element for infrared radiation.
  • Infrared radiation can be generated very efficiently with semiconductor diodes and detected by semiconductor diodes or transistors via the photoelectric effect.
  • Infrared radiation are designed as an IR photodiode or as an IR phototransistor.
  • the self-luminous element for non-visible radiation can be designed as a first micro-antenna for radar radiation and the detector element for non-visible radiation can be designed as a second micro-antenna for radar radiation.
  • the display device it is advantageous that it is equipped with a background lighting matrix according to the proposal, the display device being designed as an LCD display device, corresponding to a “liquid crystal display”.
  • the display device can also be designed as a touch-sensitive display device, corresponding to a “touchscreen”.
  • Such a display device can advantageously be designed as a display device for an infotainment system of a vehicle.
  • the display device also serves to operate the infotainment system. Gesture control is very desirable because it distracts the driver less from what is happening on the road. For a vehicle, it is advantageous that the vehicle is equipped with one of the display devices proposed here.
  • Fig. 1 shows a typical cockpit of a vehicle
  • Fig. 2 shows a block diagram of an infotainment system of a modern
  • FIG. 3 shows the structure of a display device for an infotainment system of a vehicle.
  • Fig. 1 shows a cockpit of a vehicle.
  • the reference number 10 is a
  • Designated vehicle A passenger car is shown. It can be any type of vehicle. Examples of other vehicle types are: camping vehicles, buses, motorcycles, bicycles, utility vehicles, in particular
  • FIG. 2 shows a typical block diagram of an information system of the
  • Numeral 30 denotes a screen.
  • the screen 30 is used in particular to display functions of the vehicle 10.
  • information from a radio For example, information from a radio, a radio
  • An infotainment system refers to motor vehicles, especially cars, which
  • infotainment is a suitcase word, composed of the words information and entertainment (entertainment).
  • the display unit 30 can
  • buttons, rotary controls or combinations thereof, such as push-button rotary controls can be arranged in an input unit 50 below the display device 30.
  • parts of the infotainment system can also be operated using the steering wheel. This unit is not shown separately, but is viewed as part of the input unit 50.
  • the display unit 30 is designed as an LCD display unit.
  • LCD stands for "liquid crystal display”.
  • a special feature is that the special design of the display unit 30 enables simple gesture recognition that is performed with the hand or the fingers of the hand. This can also be used to recognize swiping gestures, selection gestures, etc.
  • the display unit can also be designed as a touch-sensitive LCD display unit (“touchscreen”). The operation through
  • Gesture control is particularly advantageous for operation while driving because it is associated with less distraction potential for the driver.
  • the display unit 30 is connected to the computing device 40 via a data line 70.
  • the data line can be designed according to the LVDS standard, corresponding to low voltage differential signaling.
  • the display unit 30 receives control data for controlling the display area of the
  • Display unit 30 from computing device 40. Acquisition data of the commands entered by gesture control are also transmitted from display unit 30 to computing device 40 via data line 70.
  • the input unit is designated by the reference number 50. The ones already mentioned belong to it
  • Control elements such as buttons, rotary controls, slide controls, or rotary push-button controls, with whose help the operator can make entries via the menu navigation.
  • Input is generally understood to mean the selection of a selected menu option, as well as changing a parameter, switching a function on and off, etc.
  • the memory device 60 is connected to the computing device 40 via a data line 80.
  • a data line 80 In the memory 60 is a list of icons and / or
  • Navigation device 130, telephone 120 and instrument cluster 110 are via the
  • Data bus 100 connected to the device for operating the infotainment system.
  • the high-speed variant of the CAN bus according to ISO standard 11898-2 can be used as the data bus 100.
  • a bus system based on Ethernet technology such as BroadR-Reach is also in question.
  • Bus systems in which data is transmitted via fiber optics can also be used. Examples are the MOST bus (Media Oriented System Transport) or the D2B bus (Domestic Digital Bus).
  • the camera 150 can be designed as a conventional video camera. In this case, it records 25 or 30 frames / s, which corresponds to 50 or 60 fields / s in the interlace recording mode.
  • a special camera can be used that records more images / s in order to increase the accuracy of the object recognition for faster moving objects.
  • Several cameras can be used to monitor the surroundings.
  • the RADAR or LIDAR systems already mentioned could also be used in addition or as an alternative to carry out or expand the observation of the surroundings.
  • This module is often referred to as an on-board unit OBU. It can be designed for cellular communication, for example according to the LTE standard, corresponding to Long Term Evolution. It can also be designed for WLAN communication, corresponding to wireless LAN, be it for the Communication to devices of the occupants in the vehicle or for vehicle-to-vehicle communication or for vehicle-to-infrastructure communication etc.
  • FIG. 3 now shows the basic structure of the background lighting matrix of the display unit 34.
  • the actual display matrix 32 is arranged in front of the background lighting matrix 34, which is only indicated schematically. This can be seen from the fact that the actual subpixel elements R, G, B are only shown in dashed lines.
  • the display matrix 32 consists of pixels P which can be controlled individually. Only the matrix structure is shown, but not the supply lines and driver modules for controlling the individual ones
  • Each pixel consists of three subpixel elements R, G, B which are arranged in a square manner in the illustrated case, with only three elements of the square arrangement being formed. However, there is the possibility that a fourth subpixel element of a different color will be in the square
  • the arrangement of the subpixel elements can also be linear instead of square. This is the usual construction of
  • LCD display units the case.
  • the background lighting matrix 34 has certain positions
  • LEDs are typically used for this.
  • Light-emitting diodes can be used that produce white light
  • Self-luminous elements SLE takes place in a certain grid. Depending on the requirements, more or fewer self-illuminating elements SLE can be used. In addition, self-illuminating elements IRE for non-visible radiation are arranged above the self-illuminating elements SLE. Around the respective
  • Self-luminous element IRD are positioned in the background illumination matrix 34 at specific positions with detector elements denoted by the reference symbol IRD. These detector elements IRD each correspond to a detector for the non-visible radiation. In one variant it is a
  • Self-luminous element IRE for infrared radiation and a detector IRD for
  • Infrared radiation It can be used as an IR photodiode or an IR phototransistor Detector are used. Such photodiodes or transistors also consist of semiconductor materials and can be easily miniaturized.
  • IR emitters E can also be easily miniaturized because they can also be made from semiconductor materials. Corresponding IR LEDs are available for this purpose. These can also be easily miniaturized.
  • the number of IR emitters IRE can vary depending on the desired accuracy of the gesture recognition.
  • radiation can be fixed. Even in the simplest case, this can be done with a refresh rate of 50, 60, 75, 100 or 120 Hz
  • the signals from the IR detectors IRD are recorded in the same pulse pattern.
  • a computing unit in the display unit 30 will store the detected signals and store them in a buffer memory. From there, the recorded measured values can be transmitted to the computing unit 40, in which the evaluation of the data is carried out.
  • the measuring principle is that the IR signals emitted by the IR emitters IRE when a
  • Hand gesture are reflected back by the hand in front of the display unit 30.
  • the backscattered IR light is picked up by the IR detectors IRD.
  • a greater intensity of IR light is measured by the surrounding IR detectors IRD than by the IR detectors IRD, which are positioned further away from the hand.
  • Swipe gestures and other gestures are recognized. Additional gestures can also be recognized by capturing finger points.
  • emitters and detectors for radar radiation can be installed in the background illumination matrix 34 in another variant. These can be placed directly on the background lighting matrix in the form of an arrangement of micro-antennas. Especially for
  • Radar radiation in the high frequency range of 50 - 300 GHz antennas in the micrometer range can be used.
  • the display matrix can also be used for
  • Infrared radiation can be made permeable.
  • State transition diagram, pseudocode and the like represent different variants for the representation of processes which are essentially stored in computer-readable media and can thus be executed by a computer or processor.
  • Specialty processors can include application-specific integrated circuits (ASICs), reduced instruction set computers (RISC), and / or field programmable gate arrays (FPGAs).
  • ASICs application-specific integrated circuits
  • RISC reduced instruction set computers
  • FPGAs field programmable gate arrays
  • the proposed method and the device are preferably implemented as a combination of hardware and software.
  • the software is preferably run as an application program on a
  • Program storage device installed. Typically, it is a machine based on a computer platform that has hardware such as
  • CPU central processing units
  • RAM Random access memory
  • I / O input / output

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hintergrund-Beleuchtungsmatrix für eine Anzeigevorrichtung (30) zum Anzeigen von Bildern. An vorbestimmten Positionen der Hintergrund-Beleuchtungsmatrix sind Selbstleuchtelemente (SLE) für sichtbares Licht vorgesehen Dieses Licht wird von den davor angeordneten LCD-Zellen je nach Ansteuerung entweder mehr oder weniger durchgelassen. Die Hintergrund- Beleuchtungsmatrix weist an vorbestimmten Positionen Selbstleuchtelemente (IRE) für nicht-sichtbare Strahlung auf. Weiterhin sind jeweils pro Selbstleuchtelement (IRE) an umliegenden Positionen Detektorelemente (IRD) für nicht-sichtbare Strahlung vorgesehen. Durch diese Konstruktion kann mit der entsprechend ausgestatteten Anzeigevorrichtung (30) eine einfache Gestenerkennung zur Bedienung realisiert werden, ohne dafür eine Kamera vorsehen zu müssen.

Description

Beschreibung
Hintergrund-Beleuchtungsmatrix für eine Anzeigevorrichtung zum Anzeigen von Bildern, Anzeigevorrichtung sowie Fahrzeug
Der Vorschlag betrifft das technische Gebiet von Anzeigevorrichtungen. In heutigen Fahrzeugen werden zunehmend größere Anzeigeeinheiten insbesondere für den Infotainmentbereich eingesetzt. Die typischerweise eingesetzten Anzeigeeinheiten sind berührungsempfindliche Anzeigeeinheiten, sogenannte Touchscreens, und verwenden Flüssigkristalle (LCD) zur Darstellung der Farbinformation für jeden Bildpunkt (Pixel). Diese leuchten selbst nicht aktiv, sondern als Lichtquelle verfügen die LCD-Anzeigeeinheiten über eine aktive Hintergrundbeleuchtung (Backlight) in Form von LED Anordnungen oder Anordnungen mit optischen Folien und
Lichtleitern.
Die Konstruktion sorgt für Licht-Absorptionen im optischen Pfad der LCD- Anzeigeeinheit (Polarisator, Analysator, Farbfilter, etc.). Diese plus die LED
Verlustleistung führen zu einem erheblichen Wärmeeintrag in der Anzeigeeinheit. Hinzu kommt, dass durch den rückseitigen Backlight-Aufbau (LEDs, Folien,
Lichtleiter, etc.) eine gewisse Aufbaudicke des Displays bedingt ist. Aus Design- Gründen wären je nach Einbausituation gebogene Anzeigeeinheiten interessant. Dies lässt sich aber umso schlechter realisieren, je dicker die Anzeigeeinheit ist. Typischerweise ist auch noch der Kontrastumfang solcher LCD-Anzeigeeinheiten geringer, weil die Schwarzdarstellung des Displays bedingt durch das Streulicht von der Hintergrundbeleuchtung nicht ideal umsetzbar ist.
Aus der US 2015/0154905 A1 ist eine Anzeigevorrichtung bekannt, bei der die Bildpunkte aus vier Elementen bestehen, von denen drei Elemente als
Selbstleuchtelemente für die Erzeugung der drei Grundfarben ausgebildet sind und das vierte Element als Lichtsensor ausgebildet ist.
Aus der WO 2008/099338 A1 ist eine LCD-Anzeigeeinheit bekannt, bei der jeder Bildpunkt aus drei lichtdurchlässigen Subpixel-Elementen in den Farben Rot (R), Grün (G) und Blau (B) besteht. Das Licht wird erzeugt von einer LED-Backlight-Panel Anordnung, bei der für eine Bildpunktgruppe über die Bildschirmfläche verteilt vier verschieden farbige Leuchtdioden (LED) in den Farben (Rot (R), Gelb (A), Grün (G), Blau (B)) positioniert sind.
Aus der WO 2015 193 434 A2 ist eine Mikro-LED-Anzeige bekannt, die unter Verwendung von Arrays von Mikro-LEDs zusammengebaut wird. Die Mikro-LEDs können auf einem nativen Substrat hergestellt und auf ein Anzeigesubstrat (z. B. Kunststoff, Metall, Glas oder andere Materialien) gedruckt werden, wodurch die Herstellung der Mikro-LEDs auf dem Anzeigesubstrat entfällt. In bestimmten
Ausführungsformen ist das Anzeigesubstrat transparent und / oder flexibel. Es ist in diesem Dokument ebenfalls beschrieben, dass ein Bildpunkt aus vier Elementen zusammengesetzt sein kann, von denen drei Mikro-LED’s für die RGB Farben vorgesehen sind und das vierte Element als Mikro-Sensor ausgestaltet sein kann. Dabei werden verschiedene Mikro-Sensoren aufgeführt: Bildaufnehmer, optische Sensoren, Photodioden, Infrarot-Sensoren, Gestenerkennungs-Sensoren,
Tem peratur-Sensoren , usw.
Gegenüber dem vorstehend beschriebenen Stand der Technik besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine LCD-Anzeigevorrichtung so weiterzubilden, dass sie eine Möglichkeit einer Gestenerkennung zur Bedienung bietet. Insbesondere soll es erreicht werden, eine einfache Gestenerkennung zur Bedienung eines Gerätes bei einer Anzeigeeinheit zu ermöglichen, ohne dafür eine Kamera einzusetzen, deren Bilder mit rechenaufwendigen Bildauswertungsalgorithmen in einer entsprechend leistungsfähigen Recheneinheit ausgewertet werden müssen.
Diese Aufgabe wird durch eine Hintergrund-Beleuchungsmatrix nach Anspruch 1 , eine Anzeigevorrichtung zum Anzeigen von Bildern gemäß Anspruch 8 sowie ein Fahrzeug gemäß Anspruch 11 gelöst.
Die abhängigen Ansprüche beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen und
Verbesserungen der Erfindung entsprechend der nachfolgenden Beschreibung dieser Maßnahmen. In einer allgemeinen Ausführungsform besteht die Lösung der Aufgabe in einer Hintergrund-Beleuchtungsmatrix für eine Anzeigevorrichtung zum Anzeigen von Bildern, wobei an vorbestimmten Positionen Selbstleuchtelemente für sichtbares Licht vorgesehen sind. Die Lösung ist dadurch gekennzeichnet, dass an
vorbestimmten Positionen Selbstleuchtelemente für nicht-sichtbare Strahlung vorgesehen sind und jeweils pro Selbstleuchtelement an umliegenden Positionen Detektorelemente für nicht-sichtbare Strahlung vorgesehen sind. Durch die
Kombination von Selbstleuchtelementen für nicht-sichtbare Strahlung und
Detektorelementen für nicht-sichtbare Strahlung wird es möglich, die von dem
Selbstleuchtelement für nicht-sichtbare Strahlung ausgestrahlte und durch die Hand der Bedienperson bei Vollziehung einer Geste zurückgestreute Strahlung mit den Detektorelementen für nicht-sichtbare Strahlung zu erfassen. Dies kann von einem Prozessor ausgewertet werden und in der Abfolge mehrerer Erfassungen kann die Geste so erkannt werden.
In einer vorteilhaften Variante kann pro einer vorbestimmten Bildpunktgruppe der Anzeigematrix der Anzeigevorrichtung nur an einer ausgewählten Bildpunktposition ein Selbstleuchtelement für nicht-sichtbare Strahlung vorgesehen sein. Dies hat den Vorteil, dass nur eine geringere Zahl an Selbstleuchtelementen angeordnet werden müssen. Dies vereinfacht die Konstruktion der Anzeigevorrichtung, verringert die Kosten und den Stromverbrauch, und führt auch zu geringerer Verlustleistung, die wieder in Wärme umgewandelt wird.
In dieser Beziehung ist es vorteilhaft, wenn wenigstens ein Teil der Detektorelemente als ein Detektorelement für nicht-sichtbare Infrarotstrahlung oder Radarstrahlung ausgestaltet ist. Da umliegend um das Selbstleuchtelement für nicht-sichtbare Strahlung mehrere Detektorelemente für nicht-sichtbare Strahlung vorgesehen werden, wird es möglich, die reflektierte Strahlung ortsaufgelöst zu messen. Durch die Vollziehung einer Geste werden so einige der umliegenden Detektoren mehr Intensität an reflektierter Strahlung erfassen als andere umliegende Detektoren und es kann durch Auswertung der Intensitäten in der Abfolge die Geste erkannt werden.
In einer erweiterten Variante kann ein anderer Teil der Detektorelemente als ein Detektorelement für sichtbares Licht oder für die Temperaturmessung ausgestaltet sein. Damit kann zusätzlich eine automatische Helligkeitssteuerung oder eine automatische Leistungsregelung realisiert werden.
Es ist besonders vorteilhaft, wenn das Selbstleuchtelement für nicht-sichtbare Strahlung ein Selbstleuchtelement für Infrarotstrahlung ist und das Detektorelement für nicht-sichtbare Strahlung ein Sensorelement für Infrarotstrahlung ist. Infrarot strahlung kann sehr effizient mit Halleiter-Dioden erzeugt werden und von Halbleiter- Dioden oder -Transistoren über den Photoeffekt erfasst werden.
Hier ist es von Vorteil, wenn die Selbstleuchtelemente für die Infrarotstrahlung als IR- LED Selbstleuchtelemente ausgebildet sind und die Detektorelemente für
Infrarotstrahlung als IR-Photodiode oder als IR-Phototransistor ausgebildet sind.
In einer weiteren Ausführungsform kann das Selbstleuchtelement für nicht-sichtbare Strahlung als eine erste Mikroantenne für Radarstrahlung ausgebildet sein und das Detektorelement für nicht-sichtbare Strahlung als eine zweite Mikroantenne für Radarstrahlung ausgebildet sein.
Für eine Anzeigevorrichtung ist es vorteilhaft, dass sie mit einer Hintergrund- Beleuchtungsmatrix entsprechend des Vorschlages ausgestattet ist, wobei die Anzeigevorrichtung als LCD-Anzeigevorrichtung, entsprechend„Liquid Crystal Display“, ausgebildet ist.
In einer Weiterbildung dieses Vorschlages kann die Anzeigevorrichtung zusätzlich als berührungsempfindliche Anzeigevorrichtung ausgebildet sein, entsprechend „Touchscreen“.
Eine solche Anzeigevorrichtung kann in vorteilhafter Weise als Anzeigeeinrichtung für ein Infotainmentsystem eines Fahrzeuges ausgebildet sein. Diese
Anzeigevorrichtung dient auch gleichzeitig zur Bedienung des Infotainmentsystems. Die Gestensteuerung ist dafür sehr erwünscht, weil sie den Fahrer weniger vom Verkehrsgeschehen ablenkt. Für ein Fahrzeug ist es vorteilhaft, dass das Fahrzeug mit einer der hier vorgeschlagenen Anzeigevorrichtungen ausgestattet ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert.
Figurenübersicht:
Fig. 1 zeigt ein typisches Cockpit eines Fahrzeuges;
Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild eines Infotainmentsystems eines modernen
Fahrzeuges;
Fig. 3 zeigt den Aufbau einer Anzeigevorrichtung für ein Infotainmentsystem eines Fahrzeuges.
Figurenbeschreibung
Die vorliegende Beschreibung veranschaulicht die Prinzipien der erfindungsgemäßen Offenbarung. Es versteht sich somit, dass Fachleute in der Lage sein werden, verschiedene Anordnungen zu konzipieren, die zwar hier nicht explizit beschrieben werden, die aber Prinzipien der erfindungsgemäßen Offenbarung verkörpern und in ihrem Umfang ebenfalls geschützt sein sollen.
Die Fig. 1 zeigt ein Cockpit eines Fahrzeuges. Mit der Bezugsziffer 10 ist ein
Fahrzeug bezeichnet. Dargestellt ist ein Personenkraftwagen. Es kann sich um einen beliebigen Fahrzeugtyp handeln. Beispiele für andere Fahrzeugtypen sind: Camping- Fahrzeuge, Busse, Motorräder, Fahrräder, Nutzfahrzeuge, insbesondere
Lastkraftwagen, landwirtschaftliche Maschinen, Baumaschinen usw. Die
Verwendung der Erfindung wäre generell bei Landfahrzeugen, Wasserfahrzeugen und Flugzeugen, insbesondere Hubschraubern und Lufttaxis, möglich.
Die Fig. 2 zeigt ein typisches Blockdiagramm eines I nfota i n m entsystem s des
Fahrzeuges 10. Die Bezugszahl 30 bezeichnet einen Bildschirm. Der Bildschirm 30 dient dabei insbesondere zur Anzeige von Funktionen des Fahrzeugs 10.
Beispielsweise können darüber Informationen von einem Radio, einem
Navigationssystem, Informationen bei Wiedergabe von gespeicherten Musikstücken und / oder einer Klimaanlage, andere elektronische Einrichtungen oder andere Komfortfunktionen oder Applikationen des Fahrzeugs 10 angezeigt werden.
Zusammengefasst wird häufig von einem„ I nfota i n m entsystem“ gesprochen. Ein Infotainmentsystem bezeichnet bei Kraftfahrzeugen, speziell Pkw, die
Zusammenführung von Autoradio, Navigationssystem, Freisprecheinrichtung, Fahrassistenzsystemen und weiterer Funktionen in einer zentralen Bedieneinheit.
Der Begriff Infotainment ist ein Kofferwort, zusammengesetzt aus den Worten Information und Entertainment (Unterhaltung). Die Anzeigeeinheit 30 kann
insbesondere von einem Fahrer des Fahrzeugs 10, aber auch von einem Beifahrer des Fahrzeugs 10 gut eingesehen werden. Unterhalb des Anzeigegerätes 30 können zudem mechanische Bedienelemente, beispielsweise Tasten, Drehregler oder Kombinationen hiervon, wie beispielsweise Drückdrehregler, in einer Eingabeeinheit 50 angeordnet sein. Typischerweise ist auch eine Lenkradbedienung von Teilen des Infotainmentsystems möglich. Diese Einheit ist nicht separat dargestellt, sondern wird als Teil der Eingabeeinheit 50 betrachtet.
Die Anzeigeeinheit 30 ist als LCD-Anzeigeeinheit gestaltet. Dabei steht LCD für „liquid crystal display“. Eine Besonderheit besteht darin, dass mit der Anzeigeeinheit 30 durch ihre besondere Gestaltung eine einfache Gestenerkennung, die mit der Hand bzw. den Fingern der Hand vollzogen werden, möglich ist. Damit können auch Wischgesten, Auswahlgesten usw. erkannt werden. In einer anderen Variante kann die Anzeigeeinheit auch noch zusätzlich als berührungsempfindliche LCD- Anzeigeeinheit („Touchscreen“) ausgelegt sein. Die Bedienung durch
Gestensteuerung ist insbesondere für die Bedienung während der Fahrt von Vorteil, weil sie mit weniger Ablenkungspotential für den Fahrer einhergeht.
Die Anzeigeeinheit 30 ist über eine Datenleitung 70 mit der Recheneinrichtung 40 verbunden. Die Datenleitung kann nach dem LVDS-Standard ausgelegt sein, entsprechend Low Voltage Differential Signalling. Über die Datenleitung 70 empfängt die Anzeigeeinheit 30 Steuerdaten zum Ansteuern der Anzeigefläche des
Anzeigeeinheit 30 von der Recheneinrichtung 40. Über die Datenleitung 70 werden auch Erfassungsdaten der durch Gestensteuerung eingegebenen Befehle von dem Anzeigeeinheit 30 zu der Recheneinrichtung 40 übertragen. Mit der Bezugszahl 50 ist die Eingabeeinheit bezeichnet. Ihr zugehörig sind die schon erwähnten
Bedienelemente wie Tasten, Drehregler, Schieberegler, oder Drehdrückregler, mit deren Hilfe die Bedienperson über die Menüführung Eingaben machen kann. Unter Eingabe wird allgemein das Anwählen einer ausgewählten Menüoption verstanden, wie auch das Ändern eines Parameters, das Ein- und Ausschalten einer Funktion usw.
Die Speichereinrichtung 60 ist über eine Datenleitung 80 mit der Recheneinrichtung 40 verbunden. In dem Speicher 60 ist ein Piktogrammverzeichnis und / oder
Symbolverzeichnis hinterlegt mit den Texten, Piktogrammen und/oder Symbolen für mögliche Einblendungen von Zusatzinformationen insbesondere der Anzeige einer Navigationsroute und entsprechender Abbiegehinweise, Verkehrsschilder etc.
Die weiteren Teile des Infotainmentsystems Kamera 150, Radio 140,
Navigationsgerät 130, Telefon 120 und Kombiinstrument 110 sind über den
Datenbus 100 mit der Vorrichtung zur Bedienung des Infotainment-Systems verbunden. Als Datenbus 100 kommt die Highspeed-Variante des CAN-Bus nach ISO Standard 11898-2 in Betracht. Alternativ käme z.B. auch der Einsatz eines auf Ethernet-Technologie beruhenden Bussystems wie BroadR-Reach in Frage. Auch Bussysteme, bei denen die Datenübertragung über Lichtwellenleiter geschieht, sind einsetzbar. Als Beispiele werden genannt der MOST Bus (Media Oriented System Transport) oder der D2B Bus (Domestic Digital Bus). Hier wird noch erwähnt, dass die Kamera 150 als konventionelle Videokamera ausgelegt sein kann. In diesem Fall nimmt sie 25 oder 30 Vollbilder/s auf, was bei dem Interlace-Aufnahmemodus 50 oder 60 Halbbildern/s entspricht. Alternativ kann eine Spezialkamera eingesetzt werden, die mehr Bilder/s aufnimmt, um die Genauigkeit der Objekterkennung bei sich schneller bewegenden Objekten zu erhöhen. Es können mehrere Kameras zur Umfeldbeobachtung eingesetzt werden. Daneben könnten auch die schon erwähnten RADAR- oder LIDAR-Systeme ergänzend oder alternativ eingesetzt werden, um die Umfeldbeobachtung durchzuführen oder zu erweitern. Für die drahtlose
Kommunikation nach innen und außen ist das Fahrzeug 10 mit einem
Kommunikationsmodul 160 ausgestattet. Dieses Modul wird oft auch als On-Board Unit OBU bezeichnet. Es kann für die Mobilfunk-Kommunikation, z.B. nach LTE Standard, entsprechend Long Term Evolution, ausgelegt sein. Ebenfalls kann es für WLAN-Kommunikation, entsprechend Wireless LAN, ausgelegt sein, sei es für die Kommunikation zu Geräten der Insassen im Fahrzeug oder für die Fahrzeug-zu- Fahrzeug Kommunikation oder für die Fahrzeug-zu-lnfrastruktur-Kommunikation etc.
Fig. 3 zeigt jetzt den prinzipiellen Aufbau der Hintergrund-Beleuchtungsmatrix der Anzeigeeinheit 34. Die eigentliche Anzeigematrix 32, wird vor der Hintergrund- Beleuchtungsmatrix 34 angeordnet, was nur schematisch angedeutet ist. Dies ist daran erkennbar, dass die eigentlichen Subpixel-Elemente R,G,B nur gestrichelt dargestellt sind. Wie üblich beteht die Anzeigematrix 32 aus Bildpunkten P, die einzeln angesteuert werden können. Es ist nur die Matrixstruktur gezeigt, nicht aber die Zuleitungen und Treiber-Bausteine für die Ansteuerung der einzelenen
Bildpunkte. Jeder Bildpunkt besteht aus drei Subpixel-Elementen R,G,B die im dargestellten Fall quadratisch angeordnet sind, wobei nur drei Elemente der quadratischen Anordnung ausgebildet sind. Es besteht aber die Möglichkeit, dass noch ein viertes Subpixel-Element einer anderen Farbe in der quadratischen
Anordnung vorgesehen wird. Die Anordnung der Subpixel-Elemente kann auch linear statt quadratisch sein. Dies ist bei der üblichen Konstruktion von
LCD-Anzeigeeinheiten der Fall.
Die Hintergrund-Beleuchtungsmatrix 34 weist an bestimmten Positionen
Selbstleuchtelemente SLE auf. Typischerweise werden dafür Leuchtdioden eingesetzt. Es können Leuchtdioden verwendet werden, die weisses Licht
abstrahlen. Alternativ kann eine Anordnung von drei oder mehr Leuchtdioden bestimmter Grundfarben pro Selbstleuchtelement SLE eingesetzt werden, um in der Kombination weisses Licht zu erzeugen. Die Positionierung der
Selbstleuchtelemente SLE erfolgt in einem bestimmten Raster. Je nach Anforderung können mehr oder weniger Selbstleuchtelemente SLE eingesetzt werden. Zusätzlich sind jeweils oberhalb der Selbstleuchtelemente SLE Selbstleuchtelemente IRE für nicht-sichtbare Strahlung angeordnet. Umliegend um das jeweilige
Selbstleuchtelement IRD werden an bestimmten Positionen mit dem Bezugszeichen IRD bezeichnete Detektorelemente in der Hintergrund-Beleuchtungsmatrix 34 positioniert. Diese Detektorelemente IRD entsprechen jeweils einem Detektor für die nicht-sichtbare Strahlung. In einer Variante handelt es ich dabei um ein
Selbstleuchtelement IRE für Infrarotstrahlung und einen Detektor IRD für
Infrarotstrahlung. Es kann dafür eine IR-Photodiode oder ein IR-Phototransistor als Detektor eingesetzt werden. Solche Photodioden oder -Transistoren bestehen ebenfalls aus Halbleitermaterialien und können gut miniaturisiert werden.
Im dargestellten Beispiel umgeben immer vier Detektorelemente IRD ein in der Mitte dieser Gruppe angeordnetes Selbstleuchtelement IRE. Auch diese IR-Emitter E können gut miniaturisiert werden, weil sie ebenfalls aus Halbleitermaterialien hergestellt werden können. Es sind entsprechende IR-LED’s zu diesem Zweck verfügbar. Auch diese können gut miniaturisiert werden. Je nach gewünschter Genauigkeit der Gestenerkennung, kann die Anzahl der IR-Emitter IRE variieren.
Zum Beispiel kann die Gruppe der Bildpunkte P für die ein IR-Emitter IRE
vorgesehen wird aus wesentlich mehr Bildpunkten bestehen.
Mit dieser Konstruktion der Hintergrund-Beleuchtungsmatrix 34 kann eine einfache Gestenerkennung für die Bedienung des Fahrzeug-Infotainmentsystems realisiert werden. Das beruht darauf, dass die Infrarotstrahlung der Selbstleuchtelemente IRE auch bei Dunkeltastung der LCD-Zelle durchgelassen wird. So gelangt die Strahlung vor den Bildschirm und kann von der die Geste vollziehenden Hand reflektiert werden. Dazu wird wie folgt vorgegangen: Die IR-Emitter IRE werden parallel gepulst angesteuert und emittieren IR-Strahlung. Die Periodendauer für die gepulste
Strahlung kann im einfachsten Fall fest vorgegeben sein. Dies kann sogar im einfachsten Fall mit der Bildwiederholrate von 50, 60, 75, 100 oder 120 Hz
übereinstimmen. Für eine größere Zeitauflösung kann eine höhere Pulsrate vorgesehen werden. Im gleichen Pulsraster werden die Signale von den IR- Detektoren IRD erfasst. Eine Recheneinheit in der Anzeigeeinheit 30 wird die erfassten Signale abspeichern und in einem Puffer-speicher ablegen. Von dort können die erfassten Messwerte zu der Recheneinheit 40 übertragen werden, in der die Auswertung der Daten durchgeführt wird. Das Messprinzip besteht darin, dass die von den IR-Emittern IRE abgestrahlten IR-Signale bei Vollziehung einer
Handgeste vor der Anzeigeeinheit 30 von der Hand zurückreflektiert werden. Das zurückgestreute IR-Licht wird von den IR-Detektoren IRD aufgenommen. Dabei wird an der Stelle, wo sich die Hand befindet, eine größere Intensität von IR-Licht von den umliegenden IR-Detektoren IRD gemessen als von den IR-Detektoren IRD, die in weiterer Entfernung von der Hand positioniert sind. In der Abfolge mehrerer aufeinander folgender Messungen können mit den entsprechenden Algorithmen Wischgesten und andere Gesten erkannt werden. Durch Erfassung von Fingerzeigen können ebenfalls weitere Gesten erkannt werden.
Statt der IR-Emitter E und IR-Detektoren D können in einer anderen Variante Emitter und Detektoren für Radarstrahlung in der Hintergrund-Beleuchtungsmatrix 34 eingebaut werden. Diese können in Form einer Anordnung von Mikro-Antennen direkt auf der Hintergrund-Beleuchtungsmatrix platziert werden. Speziell für
Radarstrahlung im hohen Frequenzbereich von 50 - 300 GHz können Antennen im Mikrometerbereich eingesetzt werden. Die Anzeigematrix kann ebenfalls für
Infrarotstrahlung durchlässig gestaltet werden.
Alle hierin erwähnten Beispiele wie auch bedingte Formulierungen sind ohne
Einschränkung auf solche speziell angeführten Beispiele zu verstehen. So wird es zum Beispiel von Fachleuten anerkannt, dass das hier dargestellte Blockdiagramm eine konzeptionelle Ansicht einer beispielhaften Schaltungsanordnung darstellt. In ähnlicher Weise ist zu erkennen, dass ein dargestelltes Flussdiagramm,
Zustandsübergangsdiagramm, Pseudocode und dergleichen verschiedene Varianten zur Darstellung von Prozessen darstellen, die im Wesentlichen in computerlesbaren Medien gespeichert und somit von einem Computer oder Prozessor ausgeführt werden können.
Es sollte verstanden werden, dass das vorgeschlagene Verfahren und die
zugehörigen Vorrichtungen in verschiedenen Formen von Hardware, Software, Firmware, Spezialprozessoren oder einer Kombination davon implementiert werden können. Spezialprozessoren können anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASICs), Reduced Instruction Set Computer (RISC) und / oder Field Programmable Gate Arrays (FPGAs) umfassen. Vorzugsweise wird das vorgeschlagene Verfahren und die Vorrichtung als eine Kombination von Hardware und Software implementiert. Die Software wird vorzugsweise als ein Anwendungsprogramm auf einer
Programmspeichervorrichtung installiert. Typischerweise handelt es sich um eine Maschine auf Basis einer Computerplattform, die Hardware aufweist, wie
beispielsweise eine oder mehrere Zentraleinheiten (CPU), einen
Direktzugriffsspeicher (RAM) und eine oder mehrere Eingabe/Ausgabe (I/O)
Schnittstelle(n). Auf der Computerplattform wird typischerweise außerdem ein Betriebssystem installiert. Die verschiedenen Prozesse und Funktionen, die hier beschrieben wurden, können Teil des Anwendungsprogramms sein oder ein Teil, der über das Betriebssystem ausgeführt wird. Die Offenbarung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele
beschränkt. Es gibt Raum für verschiedene Anpassungen und Modifikationen, die der Fachmann aufgrund seines Fachwissens als auch zu der Offenbarung
zugehörend in Betracht ziehen würde. In anderen Ausführungsformen können an einem Teil der Positionen bei der
Hintergrund-Beleuchtungsmatrix andere Halbleiterbauelemente anstelle der IR- Detektoren IRD auf angebracht werden. Dies sind zum Beispiel:
Tem peraturdetektoren
Kondensatoren
- Lichtdetektoren.

Claims

Patentansprüche
1. Hintergrund-Beleuchtungsmatrix für eine Anzeigevorrichtung (30) zum
Anzeigen von Bildern, wobei an vorbestimmten Positionen
Selbstleuchtelemente (SLE) für sichtbares Licht vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass an vorbestimmten Positionen Selbstleuchtelemente (IRE) für nicht-sichtbare Strahlung vorgesehen sind und jeweils pro
Selbstleuchtelement (IRE) an umliegenden Positionen Detektorelemente (IRD) für nicht-sichtbare Strahlung vorgesehen sind.
2. Hintergrund-Beleuchtungsmatrix nach Anspruch 1 , wobei pro einer
vorbestimmten Bildpunktgruppe nur an einer ausgewählten Position ein
Selbstleuchtelement (IRE) für nicht-sichtbare Strahlung vorgesehen ist.
3. Hintergrund-Beleuchtungsmatrix nach Anspruch 1 oder 2, wobei wenigstens ein Teil der Detektorelemente (IRD) als ein Detektorelement für nicht-sichtbare Infrarotstrahlung oder für Radarstrahlung ausgestaltet ist.
4. Hintergrund-Beleuchtungsmatrix nach Anspruch 3, wobei der wenigstens eine andere Teil der Detektorelemente (IRD) als ein Detektorelement für sichtbares Licht oder als ein Temperaturdetektor für die Temperaturmessung ausgestaltet ist.
5. Hintergrund-Beleuchtungsmatrix nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Selbstleuchtelement (IRE) für nicht-sichtbare Strahlung ein
Selbstleuchtelement für Infrarotstrahlung ist und das Detektorelement (IRD) für nicht-sichtbare Strahlung ein Detektorelement für Infrarotstrahlung ist.
6. Hintergrund-Beleuchtungsmatrix nach Anspruch 5, wobei ebenfalls die
Selbstleuchtelemente (IRE) für die Infrarotstrahlung als IR-LED
Selbstleuchtelemente ausgebildet sind und die Detektorelemente (IRD) für Infrarotstrahlung als IR-Photodiode oder als IR-Phototransistor ausgebildet sind.
7. Hintergrund-Beleuchtungsmatrix nach einem der Ansprüchel bis 4 wobei das Selbstleuchtelement (IRE) für nicht-sichtbare Strahlung eine erste Mikroantenne für Radarstrahlung ist und das Detektorelement (IRD) für nicht-sichtbare Strahlung eine zweite Mikroantenne für Radarstrahlung oder dieselbe
Mikroantenne für Radarstrahlung ist.
8. Anzeigevorrichtung mit einer Hintergrund-Beleuchtungsmatrix nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Anzeigevorrichtung als LCD- Anzeigevorrichtung, entsprechend„Liquid Crystal Display“ ausgebildet ist, bei der die Anzeigematrix aus Bildpunkten (P) zusammengesetzt ist, mit einer für die Anzahl der Bildpunkte (P) der anzuzeigenden Bilder ausgelegten Anzahl von LCD-Zellen (R,G,B), wobei pro Bildpunkt wenigstens drei LCD-Zellen (R,G,B) für die drei Grundfarben Rot, Grün, Blau vorgesehen sind.
9. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Anzeigevorrichtung als
berührungsempfindliche Anzeigevorrichtung ausgebildet ist, entsprechend „Touchscreen“.
10. Anzeigevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Anzeigeeinrichtung (30) als Anzeigeeinrichtung für ein Infotainmentsystem eines Fahrzeuges (10) ausgebildet ist.
11. Fahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (10) mit einer
Anzeigeeinrichtung (30) nach einem der Ansprüche 8 bis 10 ausgestattet ist.
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