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DE102023121965A1 - Optical system with a front camera hidden behind a display - Google Patents

Optical system with a front camera hidden behind a display Download PDF

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DE102023121965A1
DE102023121965A1 DE102023121965.0A DE102023121965A DE102023121965A1 DE 102023121965 A1 DE102023121965 A1 DE 102023121965A1 DE 102023121965 A DE102023121965 A DE 102023121965A DE 102023121965 A1 DE102023121965 A1 DE 102023121965A1
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DE
Germany
Prior art keywords
display
mirrors
pair
display surface
designed
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102023121965.0A
Other languages
German (de)
Inventor
Philipp Hoffmann
Andre Hartwig
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bayerische Motoren Werke AG filed Critical Bayerische Motoren Werke AG
Priority to DE102023121965.0A priority Critical patent/DE102023121965A1/en
Publication of DE102023121965A1 publication Critical patent/DE102023121965A1/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein optisches Darstellungs- und Erfassungssystem. Es umfasst ein Display mit einer Displayfläche und einer von dieser abgewandten Rückseite, an der eine optische Erfassungseinrichtung, insbesondere Kamera, angeordnet ist. Es umfasst ferner ein Spiegelsystem mit einem ersten Spiegelpaar auf der Displayfläche, das zum Umlenken des darauf einfallenden Lichts zu zwei entgegengesetzten Randseiten des Displays ausgebildet ist, einem zweiten Spiegelpaar an den genannten Randseiten, das zum Lenken dieses Lichts um die jeweilige Randseite herum ausgebildet ist, und einem dritten Spiegelpaar auf der Displayrückseite, das zum Lenken dieses Lichts in die Erfassungseinrichtung ausgebildet ist, sodass die Erfassungseinrichtung einen vor der Displayfläche liegenden Raumbereich aus der Perspektive des ersten Spiegelpaars erfasst.

Figure DE102023121965A1_0000
The invention relates to an optical display and detection system. It comprises a display with a display surface and a rear side facing away from it, on which an optical detection device, in particular a camera, is arranged. It further comprises a mirror system with a first pair of mirrors on the display surface, which is designed to deflect the light incident on it to two opposite edge sides of the display, a second pair of mirrors on the edge sides mentioned, which is designed to direct this light around the respective edge side, and a third pair of mirrors on the rear of the display, which is designed to direct this light into the detection device, so that the detection device detects a spatial area lying in front of the display surface from the perspective of the first pair of mirrors.
Figure DE102023121965A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein optisches Darstellungs- und Erfassungssystem. Es umfasst ein Display und eine an seiner Rückseite angeordnete optische Erfassungseinrichtung, insbesondere eine Bild- und/oder Video-Aufnahmekamera, die zur Erfassung eines vor der Displayfläche liegenden Raumbereichs dient. Die Erfindung richtet sich auch auf ein damit ausgestattetes Fahrzeug.The invention relates to an optical display and detection system. It comprises a display and an optical detection device arranged on its rear side, in particular an image and/or video recording camera, which serves to detect a spatial area in front of the display surface. The invention is also directed to a vehicle equipped with this device.

Insbesondere aus dem Smartphone-Bereich sind Displays mit integrierten Frontkameras bekannt, die sich in einer Aussparung in der Displayfläche befinden, um einen vor dem Display liegenden Raumbereich zu erfassen und dabei möglichst wenig Platz vom Display wegzunehmen. Diese Frontkameras werden für unterschiedliche Funktionen genutzt, etwa um Fotos von sich selbst zu machen oder um das Gerät per Gesichtserkennung zu entsperren. Auch in anderen technischen Geräten, wie Tablets oder Laptops, gibt es solche Lösungsansätze, um eine Frontkamera zu haben, ohne viel Platz von der Displayfläche wegzunehmen. Damit so wenig Platz wie nötig verbraucht wird, werden in solchen Geräten meistens nur sehr kleine Kameras mit entsprechend begrenzter Bildqualität eingebaut. Außerdem hat man durch den mangelnden Bauraum dabei auch kaum Ergänzungsmöglichkeiten, etwa um zusätzlich einen Infrarotsensor etc. einzubauen.Displays with integrated front cameras are particularly well known in the smartphone sector. These are located in a recess in the display surface in order to capture an area of space in front of the display and take up as little space as possible from the display. These front cameras are used for different functions, such as taking photos of yourself or unlocking the device using facial recognition. Other technical devices, such as tablets or laptops, also have similar solutions for having a front camera without taking up much space on the display surface. In order to use as little space as possible, such devices usually only have very small cameras with correspondingly limited image quality. In addition, the lack of space means there are hardly any additional options, such as installing an additional infrared sensor, etc.

Ferner offenbart DE 93 00 765 U1 ein Teilnehmergerät für Videophon-Systeme mit einer Bildaufnahme- und Bildwiedergabeeinrichtung und mit Spiegeln im Strahlengang zwischen einem Betrachter und der Bildaufnahmeeinrichtung. Spezifisch ist dabei hinter einer Bildwiedergabeeinrichtung, die beispielsweise von einem Bildschirm oder einem Display gebildet wird, eine Bildaufnahmeeinrichtung, beispielsweise in Form einer Videokamera, angebracht. Links und rechts des Bildschirmes ist in der gleichen Ebene etwa in Augenhöhe eines Benutzers je ein Spiegel angeordnet. Diese beiden Spiegel lenken die Lichtstrahlen, die von Objekten oder Personen kommen, welche sich vor dem Bildschirm befinden, zu zwei weiteren Spiegeln um. Letztere sind hinter dem Bildschirm unmittelbar vor der Videokamera so angeordnet, dass sie die Lichtstrahlen in deren Objektiv reflektieren. Insbesondere sind damit stereoskopische Bildaufnahmen möglich.Furthermore, DE 93 00 765 U1 a subscriber device for videophone systems with an image recording and image reproduction device and with mirrors in the beam path between a viewer and the image recording device. Specifically, an image recording device, for example in the form of a video camera, is installed behind an image reproduction device, which is formed by a screen or a display, for example. A mirror is arranged to the left and right of the screen in the same plane, approximately at the user's eye level. These two mirrors redirect the light rays coming from objects or people in front of the screen to two further mirrors. The latter are arranged behind the screen directly in front of the video camera in such a way that they reflect the light rays into its lens. In particular, this enables stereoscopic image recordings.

Weiterhin ist aus US 2008/0106592 A1 ein Videophon-System bekannt. Bei diesem sind zwischen einem Display und seiner Abdeckung Linsen und ein Halbspiegel angeordnet, die ausreichend kleine Flächen im Vergleich zu der Displayfläche haben. Der Halbspiegel ermöglicht es dem Displaylicht, zu der Abdeckung zu gelangen, und reflektiert das von außen kommende Licht so, dass dieses zu einer Kamera geführt wird. Die Kamera ist an einer Position angeordnet, an der das Licht, das vom Halbspiegel reflektiert wird, abgebildet werden kann. Insbesondere kann im Strahlengang dieses Lichts ein weiterer Umlenkspiegel vorgesehen sein, damit die Einbaurichtung der Kamera der Displayrichtung (d. h. einer Frontalrichtung) entspricht. Auf diese Weise sind Kameras verwendbar, die in herkömmlichen Videophon-Systemen als Frontkameras verbaut sind. Auch hier sind stereoskopische Bildaufnahmen möglich, indem zwei Sets von Linsen und Halbspiegeln in einem vorbestimmten horizontalen Abstand voneinander angeordnet sind und Licht zu zwei verschiedenen Hälften eines Bildaufnahmebereichs der Kamera führen.Furthermore, US 2008/0106592 A1 a videophone system is known. In this system, lenses and a half-mirror are arranged between a display and its cover, which have sufficiently small areas compared to the display area. The half-mirror allows the display light to reach the cover and reflects the light coming from outside so that it is guided to a camera. The camera is arranged at a position at which the light reflected by the half-mirror can be imaged. In particular, a further deflecting mirror can be provided in the beam path of this light so that the installation direction of the camera corresponds to the display direction (i.e. a frontal direction). In this way, cameras that are installed as front cameras in conventional videophone systems can be used. Here, too, stereoscopic image recordings are possible by arranging two sets of lenses and half-mirrors at a predetermined horizontal distance from one another and guiding light to two different halves of an image recording area of the camera.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein alternatives und/oder verbessertes Darstellungs- und Erfassungssystem anzugeben, das Frontalaufnahmen eines vor einem Display liegenden Raumbereichs ermöglicht.It is an object of the present invention to provide an alternative and/or improved display and detection system which enables frontal images of a spatial area in front of a display.

Diese Aufgabe wird durch ein optisches Darstellungs- und Erfassungssystem gemäß Anspruch 1 sowie durch ein damit ausgestattetes Fahrzeug gemäß dem nebengeordneten Anspruch gelöst. Weitere Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Alle in den Ansprüchen und der nachfolgen Beschreibung für das Darstellungs- und Erfassungssystem genannten weiterführenden Merkmale und Wirkungen gelten auch in Bezug auf das Fahrzeug, wie auch umgekehrt.This object is achieved by an optical display and detection system according to claim 1 and by a vehicle equipped therewith according to the independent claim. Further embodiments are specified in the dependent claims. All further features and effects mentioned in the claims and the following description for the display and detection system also apply in relation to the vehicle, and vice versa.

Gemäß einem ersten Aspekt ist ein optisches Darstellungs- und Erfassungssystem vorgesehen, das ein Display mit einer zur Darstellung eines gewünschten Anzeigeinhalts ausgebildeten Displayfläche und einer von dieser abgewandten Rückseite umfasst. Für das Display ist grundsätzlich jede bildgebende Technologie geeignet, insbesondere ein lichttransmittierender oder lichtemittierender Flachbildschirm oder ein Waveguide-basiertes Display. Ferner umfasst das Darstellungs- und Erfassungssystem eine optische Erfassungseinrichtung (nachfolgend auch Kamera genannt), die an oder gegenüber der Displayrückseite (mit anderen Worten aus Benutzersicht hinter dem Display versteckt) angeordnet ist und insbesondere als eine Bild- und/oder Video-Aufnahmekamera ausgebildet sein kann.According to a first aspect, an optical display and detection system is provided which comprises a display with a display surface designed to display a desired display content and a rear side facing away from it. In principle, any imaging technology is suitable for the display, in particular a light-transmitting or light-emitting flat screen or a waveguide-based display. The display and detection system also comprises an optical detection device (hereinafter also referred to as a camera) which is arranged on or opposite the rear side of the display (in other words, hidden behind the display from the user's perspective) and can be designed in particular as an image and/or video recording camera.

Das Darstellungs- und Erfassungssystem umfasst ferner ein am Display montiertes oder ausgebildetes Spiegelsystem. Dieses umfasst ein erstes Spiegelpaar, das auf der Displayfläche angeordnet ist und zum Umlenken des auf der Displayfläche einfallenden Lichts zu zwei einander gegenüberliegenden Randseiten des Displays ausgebildet ist. Zum Lenken dieses Lichts um die jeweilige Randseite herum ist an jeder der genannten Randseiten ferner ein entsprechend eckförmig ausgebildeter Spiegel eines zweiten Spiegelpaars angeordnet. Schließlich umfasst das Spiegelsystem ein drittes Spiegelpaar, das auf der Displayrückseite angeordnet ist und zum Lenken des vom zweiten Spiegelpaar umgelenkten Lichts in die Erfassungseinrichtung ausgebildet ist, sodass die Erfassungseinrichtung einen vor der Displayfläche liegenden Raumbereich aus der Perspektive des ersten Spiegelpaars erfasst.The display and detection system further comprises a mirror system mounted or formed on the display. This comprises a first pair of mirrors which is arranged on the display surface and is designed to deflect the light incident on the display surface to two opposite edge sides of the display. To direct this light around the respective edge side, a correspondingly corner-shaped mirror is also provided on each of the edge sides mentioned. a second pair of mirrors. Finally, the mirror system comprises a third pair of mirrors which is arranged on the back of the display and is designed to direct the light deflected by the second pair of mirrors into the detection device, so that the detection device detects a spatial area lying in front of the display surface from the perspective of the first pair of mirrors.

Eine Idee besteht bei diesem Darstellungs- und Erfassungssystem darin, dass das Spiegelsystem mit diesen drei Spiegelpaaren so ausgelegt ist, dass die Aufnahmeperspektive der Erfassungseinrichtung ungefähr so ist, als ob das Display gar nicht dort wäre. Dadurch lässt sich für die hinter dem Display liegende Erfassungseinrichtung eine von klassischen Fotoapparaten gewohnte Perspektive erreichen, bei der exakt derjenige Raumbereich, in dem sich ein Gesicht und insbesondere die Augen eines Displaybenutzers typischerweise befinden, erfasst wird. Mit dieser Spiegelanordnung sind daher beispielsweise für die Zwecke der Videotelefonie etc. optimale Ergebnisse erzielbar, indem der jeweilige Benutzer beim Betrachten des Displays gleichzeitig nahezu direkt in die Kamera sieht. Da die Kamera hinter dem Display versteckt ist, hat man neben der vollständig nutzbaren Displayfläche zudem die Möglichkeit, größere Kameras zu verwenden. Diese können (beispielsweise durch mehr und/oder durch größere Pixel) eine bessere Qualität im Vergleich zu kleineren Kameras haben, wodurch man beispielsweise bei schlechten Lichtverhältnissen immer noch ein gutes Kamerabild erhalten kann.One idea behind this display and recording system is that the mirror system with these three pairs of mirrors is designed in such a way that the recording perspective of the recording device is approximately as if the display were not there at all. This allows the recording device behind the display to achieve a perspective familiar from classic cameras, in which exactly the area of space in which a face and in particular the eyes of a display user are typically located is recorded. With this mirror arrangement, optimal results can be achieved for the purposes of video telephony, etc., for example, by allowing the user to look almost directly into the camera while viewing the display. Since the camera is hidden behind the display, in addition to the fully usable display area, it is also possible to use larger cameras. These can have better quality than smaller cameras (for example due to more and/or larger pixels), which means that you can still get a good camera image in poor lighting conditions, for example.

Die Erfassungseinrichtung und das Spiegelsystem können beim vorgestellten Darstellungs- und Erfassungssystem beispielsweise in erster Linie für sichtbares Licht ausgelegt sein. Sie können aber alternativ oder auch zusätzlich (da ausreichend Bauraum hinter dem Display gegeben ist) zur Erfassung von Infrarotlicht ausgebildet sein. Dadurch, dass ein Zielobjekt von zwei leicht verschiedenen Blickwinkeln (entsprechend der Ausgestaltung des ersten Spiegelpaars) erfasst wird, kann man diese Informationen optional auch zu einer 3D-Rekonstruktion vom Zielobjekt benutzen, um beispielsweise ein Avatar von einer Person zu erzeugen.The detection device and the mirror system in the presented display and detection system can, for example, be designed primarily for visible light. However, they can alternatively or additionally (since there is sufficient space behind the display) be designed to detect infrared light. Because a target object is detected from two slightly different viewing angles (according to the design of the first pair of mirrors), this information can optionally also be used for a 3D reconstruction of the target object, for example to create an avatar of a person.

Das Display kann insbesondere ein Direktsichtdisplay sein. Alternativ kann das Display beispielswiese als ein Bildgeber in einer Projektionsanzeigevorrichtung dienen, in der das vom Display erzeugte Bild über Reflexion an einer teiltransparenten Combinerscheibe ins Blickfeld eines Benutzers eingeblendet wird. Solche Projektionsanzeigevorrichtungen sind unter anderem als Head-up-Displays (HUD) bekannt. In diesem Fall erfolgt auch die optische Erfassung über Reflexion an derselben Combinerscheibe, die beim Einsatz in einem Fahrzeug beispielsweise auch durch dessen Frontscheibe gebildet sein kann.The display can in particular be a direct-view display. Alternatively, the display can serve, for example, as an image generator in a projection display device in which the image generated by the display is displayed in the user's field of vision via reflection on a partially transparent combiner screen. Such projection display devices are known, among other things, as head-up displays (HUD). In this case, the optical detection also takes place via reflection on the same combiner screen, which when used in a vehicle can also be formed by its windshield, for example.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Darstellungs- und Erfassungssystem ferner eine transparente Deckscheibe (auch Abdeckung oder Deckglas genannt), die die Displayfläche und das erste Spiegelpaar nach außen abdeckt und dadurch insbesondere mechanisch schützen kann. Beispielsweise kann das erste Spiegelpaar in einem Zwischenraum zwischen der Displayfläche und der Deckscheibe angeordnet sein. Es kann aber auch in einer unmittelbar auf der Displayfläche aufliegenden Deckscheibe eingelassen oder ausgebildet sein. Die Deckscheibe ist idealerweise sowohl für das Displaylicht als auch für das von außen einfallende Umgebungslicht weitgehend lichtdurchlässig und kann aus jedem hierzu geeigneten Material, beispielsweise aus Kunststoff oder Glas, gefertigt sein.According to one embodiment, the display and detection system further comprises a transparent cover plate (also called a cover or cover glass) which covers the display surface and the first pair of mirrors from the outside and can therefore provide mechanical protection in particular. For example, the first pair of mirrors can be arranged in a space between the display surface and the cover plate. However, it can also be embedded or formed in a cover plate lying directly on the display surface. The cover plate is ideally largely translucent for both the display light and the ambient light coming in from outside and can be made of any suitable material, for example plastic or glass.

Bei einer spezifischen Ausgestaltung ist das erste Spiegelpaar in etwa mittig in der Displayfläche angeordnet. Durch diese Spiegelanordnung kann es beispielsweise am besten gewährleistet werden, dass der Displaybenutzer stets nahezu direkt auf das erste Spiegelpaar und damit auch in die Kamera sieht und/oder dass sein Gesicht und seine Augen stets frontal erfasst wird/werden. Alternativ oder zusätzlich kann auch das dritte Spiegelpaar in etwa mittig in der Displayrückseite angeordnet sein, um die oben bereits erwähnte, möglichst natürliche Kameraperspektive zu erreichen. Insbesondere kann das Spiegelsystem zu diesen Zwecken spiegelsymmetrisch bezüglich einer in der Displayfläche liegenden Mittenachse ausgebildet sein. Es kann beispielsweise eine vertikale, alternativ aber auch eine horizontale Mittenachse der Displayfläche sein.In a specific embodiment, the first pair of mirrors is arranged approximately in the middle of the display surface. This arrangement of mirrors can best ensure, for example, that the display user always looks almost directly at the first pair of mirrors and thus also into the camera and/or that his face and eyes are always captured from the front. Alternatively or additionally, the third pair of mirrors can also be arranged approximately in the middle of the back of the display in order to achieve the camera perspective that is as natural as possible, as mentioned above. In particular, the mirror system can be designed to be mirror-symmetrical with respect to a central axis in the display surface for these purposes. For example, it can be a vertical or alternatively a horizontal central axis of the display surface.

Das erste Spiegelpaar kann rückseitig, das heißt für das seitens der Displayfläche einfallende Displaylicht, insbesondere im Wesentlichen transmittierend sein, um das in der Displayfläche dargestellte Displaybild möglichst nicht zu beeinträchtigen. Dabei kann „im Wesentlichen transmittierend für das Displaylicht“ beispielsweise einen Transmissionskoeffizienten von mehr als 50%, insbesondere mehr als 60 oder 70% und idealerweise mehr als 80 oder 90% für dieses Licht bedeuten.The first pair of mirrors can be essentially transmissive on the back, i.e. for the display light incident from the display surface, in order to not impair the display image shown in the display surface as much as possible. In this case, “essentially transmissive for the display light” can mean, for example, a transmission coefficient of more than 50%, in particular more than 60 or 70% and ideally more than 80 or 90% for this light.

Gemäß einer Ausführungsform ist mindestens eines der Spiegelpaare und/oder die Erfassungseinrichtung verstellbar ausgebildet, wodurch verschiedene Erfassungsperspektiven erzielbar sind. Insbesondere lassen sich durch das Variieren der Spiegel- und/oder Kamerapositionen bei dieser Ausführungsform verschiedene Perspektiven erzielen, die beispielsweise variierende virtuelle Perspektiven vor dem Display „wie an einem Tisch“ erfassen lassen.According to one embodiment, at least one of the mirror pairs and/or the detection device is adjustable, whereby different detection perspectives can be achieved. In particular, by varying the mirror and/or camera positions in this embodiment, different perspectives can be achieved, which, for example, allow varying virtual perspectives to be captured in front of the display "like at a table".

Bei einer spezifischen Ausgestaltung steht eine optische Achse der Erfassungseinrichtung im Wesentlichen senkrecht zu der Displayfläche und/oder zu der Displayrückseite (die parallel zueinander sein können, jedoch nicht müssen), was der oben erwähnten natürlichen Frontalausrichtung der Kamera entspricht. Alternativ kann die optische Achse der Erfassungseinrichtung aber auch anders, beispielsweise in etwa parallel zu der Displayrückseite etc. orientiert sein, was insbesondere zusätzliche Bauraumvorteile haben kann. In jedem Fall sind die drei Spiegelpaare entsprechend so ausgebildet und angeordnet, dass sie Lichtstrahlenbündel, die auf die Displayfläche im Bereich des ersten Spiegelpaars treffen, möglichst verlustfrei in die Erfassungseinrichtung lenken.In a specific embodiment, an optical axis of the detection device is essentially perpendicular to the display surface and/or to the back of the display (which can be parallel to each other, but do not have to be), which corresponds to the natural frontal orientation of the camera mentioned above. Alternatively, the optical axis of the detection device can also be oriented differently, for example approximately parallel to the back of the display, etc., which can have additional space advantages in particular. In any case, the three pairs of mirrors are designed and arranged in such a way that they direct light beams that hit the display surface in the area of the first pair of mirrors into the detection device with as little loss as possible.

Insbesondere kann das Display ferner eine fest mit ihm verbundene Halterung aufweisen, die zum Aufstellen oder Auflegen des Displays ausgebildet ist und in der das Spiegelsystem und/oder die Erfassungseinrichtung zumindest teilweise integriert ist/sind.In particular, the display may further comprise a holder which is firmly connected to it and which is designed for setting up or laying down the display and in which the mirror system and/or the detection device is/are at least partially integrated.

Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Fahrzeug mit einem integrierten Darstellungs- und Erfassungssystem gemäß dem ersten Aspekt vorgesehen. Beim Fahrzeug kann es sich um ein Kraftfahrzeug, aber auch um ein beliebiges anderes Land-, Luft- oder Wasserfahrzeug handeln. Beispielsweise kann das Darstellungs- und Erfassungssystem in einem Insassenraum des Fahrzeugs, oder auch außenseitig angeordnet sein.According to a further aspect, a vehicle with an integrated display and detection system according to the first aspect is provided. The vehicle can be a motor vehicle, but also any other land, air or water vehicle. For example, the display and detection system can be arranged in a passenger compartment of the vehicle, or also on the outside.

Die obigen Aspekte der Erfindung und deren Ausführungsformen und spezifische Ausgestaltungen werden nachfolgend anhand eines in der beigefügten Zeichnung dargestellten Beispiels näher erläutert. Die Zeichnung ist insbesondere als eine schematische Illustration des grundsätzlichen optischen Aufbauprinzips, das heißt nicht als maßstabsgetreu, zu verstehen. Es zeigt:

  • 1 einen auf der Höhe von Benutzeraugen genommenen horizontalen Querschnitt durch ein Darstellungs- und Erfassungssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
The above aspects of the invention and their embodiments and specific configurations are explained in more detail below using an example shown in the accompanying drawing. The drawing is to be understood in particular as a schematic illustration of the basic optical construction principle, i.e. not to scale. It shows:
  • 1 a horizontal cross-section taken at the level of user eyes through a display and detection system according to an embodiment of the invention.

Alle weiter oben in der Beschreibung und in den nachfolgenden Ansprüchen erwähnten verschiedenen Ausführungsformen, Alternativen und spezifischen Ausgestaltungsmerkmale des Darstellungs- und Erfassungssystems gemäß dem obigen ersten Aspekt der Erfindung können bei dem in 1 gezeigten Beispiel, insbesondere auch alternativ oder zusätzlich zu den darin gezeigten Merkmalen, implementiert sein. Sie werden daher nachfolgend nicht alle nochmals wiederholt. Das Gleiche gilt entsprechend für die weiter oben bereits angegebenen Begriffsdefinitionen und Wirkungen in Bezug auf einzelne Merkmale, die in 1 gezeigt sind.All of the various embodiments, alternatives and specific design features of the display and detection system according to the above first aspect of the invention mentioned above in the description and in the following claims can be implemented in the 1 example shown, in particular alternatively or in addition to the features shown therein. They will therefore not all be repeated again below. The same applies accordingly to the definitions and effects already given above in relation to individual features that are in 1 are shown.

1 zeigt in einer stark vereinfachten schematischen Darstellung einen horizontalen Querschnitt eines optischen Darstellungs- und Erfassungssystems 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dieses umfasst ein Display 2 mit einer seinem Benutzer 3 zugewandten Displayfläche 4 und einer vom Benutzer 3 abgewandten Rückseite 5. Der Benutzer 3 ist in dieser Querschnittsdarstellung, die einem Blick direkt von oben auf das System 1 entspricht, allein durch seinen Kopf und seine beiden Augen 6 angedeutet. 1 shows a highly simplified schematic representation of a horizontal cross-section of an optical display and detection system 1 according to an embodiment of the invention. This comprises a display 2 with a display surface 4 facing its user 3 and a rear side 5 facing away from the user 3. The user 3 is indicated in this cross-sectional representation, which corresponds to a view of the system 1 directly from above, only by his head and his two eyes 6.

Das System 1 umfasst ferner eine optische Erfassungseinrichtung 7, in diesem Beispiel eine Kamera, die aus Benutzersicht hinter dem Display 2 angebracht/versteckt ist. Rein beispielhaft ist die Kamera 7 dabei etwa mittig gegenüber der Displayrückseite 5 angeordnet und ihre optische Achse 8 senkrecht dazu orientiert. Damit man durch die Kamera 7 dennoch das gewünschte Bild eines vor der Displayfläche 4 liegenden Raumbereichs 9 erhält, in dem sich in diesem Beispiel auch das Gesicht des Benutzers 3 befindet, werden die hierzu benötigten Lichtstrahlen L durch folgendes Spiegelsystem um das Display 2 herum gelenkt:

  • Damit die Perspektive der Kamera 7 einer möglichst direkt auf das Benutzergesicht gerichteten Kamera entspricht, sind auf der Displayfläche 4 ungefähr in ihrer Mitte zwei zueinander angewinkelte Planspiegel 10 und 11 (die das obige erste Spiegelpaar bilden) angebracht, die Lichtstrahlen L, die aus dem Raumbereich 9 kommen (und nur symbolisch durch deren beispielhafte Randstrahlen angedeutet sind), nach links und rechts zu entgegengesetzten Randseiten 12 und 14 des Displays 2 umlenken. Die so geteilten Lichtstrahlen L werden durch jeweils zwei weitere Spiegel, die je einen eckförmigen Spiegel 15 bzw. 16 an der betreffenden Randseite 12 bzw. 14 bilden (das obige zweite Spiegelpaar), links und rechts vom Display 2 um das Display 2 herumgeführt und in die Mitte der Displayrückseite 5 gelenkt, wo zwei weitere zueinander angewinkelte Planspiegel 17 und 18 (das obige dritte Spiegelpaar) angebracht sind, die die geteilten Lichtstrahlen wieder zusammenbringen und derart in die Kamera 7 lenken, dass die Perspektive des erfassten Raumbereichs 9 ungefähr so ist, als ob das Display 2 nicht da wäre.
The system 1 further comprises an optical detection device 7, in this example a camera, which is attached/hidden behind the display 2 from the user's perspective. Purely as an example, the camera 7 is arranged approximately centrally opposite the back of the display 5 and its optical axis 8 is oriented perpendicularly to it. In order for the camera 7 to still obtain the desired image of a spatial area 9 in front of the display surface 4, in which in this example the face of the user 3 is also located, the light rays L required for this are directed around the display 2 by the following mirror system:
  • In order for the perspective of the camera 7 to correspond to a camera aimed as directly as possible at the user's face, two plane mirrors 10 and 11 (which form the first pair of mirrors above) angled to one another are mounted on the display surface 4 approximately in its center, which redirect light rays L coming from the spatial area 9 (and only symbolically indicated by their exemplary edge rays) to the left and right to opposite edge sides 12 and 14 of the display 2. The light rays L divided in this way are guided around the display 2 to the left and right of the display 2 by two further mirrors, each of which forms a corner-shaped mirror 15 or 16 on the relevant edge side 12 or 14 (the second pair of mirrors above), and are directed into the middle of the back of the display 5, where two further plane mirrors 17 and 18 angled towards one another (the third pair of mirrors above) are attached, which bring the divided light rays back together and direct them into the camera 7 in such a way that the perspective of the captured spatial area 9 is approximately as if the display 2 were not there.

Dadurch erreicht man die gewohnte Perspektive der Kamera 7 exakt aus dem Bereich, wo in der Displayfläche 4 typischerweise das Gesicht und die Augen eines Gesprächspartners des Benutzers 3 bei der Videotelefonie dargestellt werden. Durch die Anbringung hinter dem Display 2 kann man dabei deutlich größere/bessere Kameras als bei herkömmlichen Display-Frontkameras verwenden und die Spiegel 10 bis 18 beispielsweise auch in ein Halter-Konzept des Displays 2 integrieren. Weitere Ausführungsmöglichkeiten wären beispielsweise, dass man die Kamera 7 statt horizontal auch „hochkant“ anordnen und/oder als Teil eines „Scharniers“ integrieren kann. Auch andere Kamerapositionierungen sind möglich, wobei das Spiegelsystem jeweils entsprechend mitangepasst ist.This allows the usual perspective of the camera 7 to be achieved exactly from the area where the face and eyes of a conversation partner of the user 3 are typically shown in the display area 4 during video telephony. By mounting it behind the display 2, You can use significantly larger/better cameras than with conventional display front cameras and integrate the mirrors 10 to 18, for example, into a holder concept for the display 2. Other design options would be, for example, that you can arrange the camera 7 "vertically" instead of horizontally and/or integrate it as part of a "hinge". Other camera positions are also possible, with the mirror system being adapted accordingly.

In diesem Beispiel ist das Spiegelsystem spiegelsymmetrisch bezüglich einer in der Displayfläche 4 liegenden vertikalen Mittenachse (die in der Querschnittsansicht nicht erkennbar ist) ausgebildet. Die Displayfläche 4 zusammen mit dem ersten Spiegelpaar 10/11 sind dabei benutzerseitig durch eine transparente Deckscheibe 19 abgedeckt und damit nach außen geschützt. Das erste Spiegelpaar 10/11 ist rückseitig weitgehend lichtdurchlässig für das Displaylicht ausgebildet.In this example, the mirror system is designed to be mirror-symmetrical with respect to a vertical center axis in the display surface 4 (which is not visible in the cross-sectional view). The display surface 4 together with the first pair of mirrors 10/11 are covered on the user side by a transparent cover plate 19 and are thus protected from the outside. The first pair of mirrors 10/11 is designed to be largely transparent to the display light on the back.

Bei der hierin vorgestellten optischen Anordnung können im Vergleich zu bekannten Lösungen, bei denen ebenfalls Kameras für Frontalaufnahmen eines vor dem Display angeordneten Bereichs eingesetzt werden, wesentlich größere Kameras für größere Imager (das heißt mit größeren Pixeln für beispielsweise Low-Light-Performance) eingesetzt und/oder oben erwähnte Vorteile durch eine direkte und natürliche Perspektive der optischen Erfassung erzielt werden. Zudem ermöglicht das vorgestellte System eine wesentlich bessere Integration in Hinblick auf die Design-Technik-Konvergenz, was unter anderem beim Einsatz in einem Fahrzeug einen entscheidenden Vorteil ergeben kann.In the optical arrangement presented here, compared to known solutions in which cameras are also used for frontal images of an area arranged in front of the display, much larger cameras can be used for larger imagers (i.e. with larger pixels for low-light performance, for example) and/or the advantages mentioned above can be achieved through a direct and natural perspective of the optical capture. In addition, the system presented enables much better integration with regard to design-technology convergence, which can be a decisive advantage when used in a vehicle, among other things.

Bezugszeichenlistelist of reference symbols

11
optisches Darstellungs- und Erfassungssystemoptical display and detection system
22
Displaydisplay
33
Benutzeruser
44
Displayflächedisplay area
55
Displayrückseiteback of the display
66
Benutzeraugenuser eyes
77
optische Erfassungseinrichtung, insbesondere Kameraoptical detection device, in particular camera
88
optische Achse der Kameraoptical axis of the camera
99
vor der Displayfläche liegender Raumbereicharea of space in front of the display surface
10/1110/11
erstes Spiegelpaarfirst pair of mirrors
12/1412/14
zwei einander gegenüberliegende Randseiten des Displaystwo opposite edges of the display
15/1615/16
zweites Spiegelpaarsecond pair of mirrors
17/1817/18
drittes Spiegelpaarthird pair of mirrors
1919
transparente Deckscheibetransparent cover plate
LL
Lichtstrahlenlight rays

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 93 00 765 U1 [0003]DE 93 00 765 U1 [0003]
  • US 2008/0106592 A1 [0004]US 2008/0106592 A1 [0004]

Claims (10)

Optisches Darstellungs- und Erfassungssystem (1), umfassend: - ein Display (2) mit einer Displayfläche (4) und einer von dieser abgewandten Rückseite (5); - eine an oder gegenüber der Displayrückseite (5) angeordnete optische Erfassungseinrichtung (7), insbesondere Bild- und/oder Video-Aufnahmekamera; und - ein Spiegelsystem mit einem ersten Spiegelpaar (10/11) auf der Displayfläche (4), das zum Umlenken des auf der Displayfläche (4) einfallenden Lichts zu zwei entgegengesetzten Randseiten (12/14) des Displays (2) ausgebildet ist, einem zweiten Spiegelpaar (15/16) an den genannten Randseiten (12/14), das zum Lenken dieses Lichts um die jeweilige Randseite (12/14) herum ausgebildet ist, und einem dritten Spiegelpaar (17/18) auf der Displayrückseite (5), das zum Lenken dieses Lichts in die Erfassungseinrichtung (7) ausgebildet ist; - sodass ein vor der Displayfläche (4) liegender Raumbereich (9) durch die Erfassungseinrichtung (7) aus der Perspektive des ersten Spiegelpaars (10/11) erfassbar ist.Optical display and detection system (1), comprising: - a display (2) with a display surface (4) and a rear side (5) facing away from it; - an optical detection device (7) arranged on or opposite the rear side (5) of the display, in particular an image and/or video recording camera; and - a mirror system with a first pair of mirrors (10/11) on the display surface (4), which is designed to deflect the light incident on the display surface (4) to two opposite edge sides (12/14) of the display (2), a second pair of mirrors (15/16) on the said edge sides (12/14), which is designed to direct this light around the respective edge side (12/14), and a third pair of mirrors (17/18) on the rear side (5) of the display, which is designed to direct this light into the detection device (7); - so that a spatial area (9) lying in front of the display surface (4) can be detected by the detection device (7) from the perspective of the first pair of mirrors (10/11). Darstellungs- und Erfassungssystem (1) nach Anspruch 1, wobei - das Display (2) ein Direktsichtdisplay ist.Display and recording system (1) according to claim 1 , where - the display (2) is a direct view display. Darstellungs- und Erfassungssystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend: - eine transparente Deckscheibe (19), die die Displayfläche (4) und das erste Spiegelpaar (10/11) nach außen abdeckt.Display and recording system (1) according to claim 1 or 2 , further comprising: - a transparent cover plate (19) which covers the display surface (4) and the first pair of mirrors (10/11) to the outside. Darstellungs- und Erfassungssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - das erste Spiegelpaar (10/11) etwa mittig in der Displayfläche (4) angeordnet ist; und/oder - das dritte Spiegelpaar (17/18) etwa mittig in der Displayrückseite (5) angeordnet ist.Display and detection system (1) according to one of the preceding claims, wherein - the first pair of mirrors (10/11) is arranged approximately centrally in the display surface (4); and/or - the third pair of mirrors (17/18) is arranged approximately centrally in the rear side of the display (5). Darstellungs- und Erfassungssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - das erste Spiegelpaar (10/11) für das darauf seitens der Displayfläche (4) einfallende Displaylicht im Wesentlichen transmittierend ist.Display and detection system (1) according to one of the preceding claims, wherein - the first pair of mirrors (10/11) is substantially transmissive for the display light incident thereon from the display surface (4). Darstellungs- und Erfassungssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - mindestens eines der Spiegelpaare (10/11, 15/16, 17/18) und/oder die Erfassungseinrichtung (7) verstellbar ausgebildet sind, wodurch verschiedene Erfassungsperspektiven erzielbar sind.Display and detection system (1) according to one of the preceding claims, wherein - at least one of the mirror pairs (10/11, 15/16, 17/18) and/or the detection device (7) are adjustable, whereby different detection perspectives can be achieved. Darstellungs- und Erfassungssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - eine optische Achse (8) der Erfassungseinrichtung (7) im Wesentlichen senkrecht zu der Displayfläche (4) und/oder der Displayrückseite (5) steht.Display and detection system (1) according to one of the preceding claims, wherein - an optical axis (8) of the detection device (7) is substantially perpendicular to the display surface (4) and/or the display back (5). Darstellungs- und Erfassungssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - das Spiegelsystem spiegelsymmetrisch bezüglich einer in der Displayfläche (4) liegenden Mittenachse ausgebildet ist.Display and detection system (1) according to one of the preceding claims, wherein - the mirror system is designed to be mirror-symmetrical with respect to a central axis lying in the display surface (4). Darstellungs- und Erfassungssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - das Display (2) ferner eine mit ihm fest verbundene Halterung aufweist, die zum Aufstellen oder Auflegen des Displays (2) ausgebildet ist und in der das Spiegelsystem und/oder die Erfassungseinrichtung (7) zumindest teilweise integriert ist/sind.Display and detection system (1) according to one of the preceding claims, wherein - the display (2) further comprises a holder which is firmly connected to it and which is designed for setting up or laying down the display (2) and in which the mirror system and/or the detection device (7) is/are at least partially integrated. Fahrzeug mit einem integrierten Darstellungs- und Erfassungssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Vehicle with an integrated display and detection system (1) according to one of the preceding claims.
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Citations (5)

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