DE102007038359A1

DE102007038359A1 - Benutzerinterface zur Ermittlung der räumlichen Position mindestens eines Abschnittes eines Objektes

Info

Publication number: DE102007038359A1
Application number: DE102007038359A
Authority: DE
Inventors: Ferenc Dipl.-Ing. M.-Eng. Torma
Original assignee: Visumotion GmbH
Current assignee: 3D International Europe GmbH
Priority date: 2007-08-10
Filing date: 2007-08-10
Publication date: 2009-02-12

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Benutzerinterfaces, insbesondere auf solche, die räumliche Positionen von Objekten wie etwa Zeigegeräten ermitteln. Ein erfindungsgemäßes Benutzerinterface umfaßt folgende Komponenten: - mindestens zwei hintereinander angeordnete Positionsdetektoren (2, 3) zur Detektion zweidimensionaler Positionen, - eine Elektronik (6), die die Ausgangssignale der mindestens zwei Positionsdetektoren (2, 3) zur Detektion zweidimensionaler Positionen empfängt und daraus die räumliche Position mindestens eines Abschnitts (4) eines Objektes (5) ermittelt, welches sich innerhalb des Volumens der mindestens zwei Positionsdetektoren (2, 3) zur Detektion zweidimensionaler Positionen befindet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Benutzerinterfaces, insbesondere auf solche, die räumliche Positionen von Objekten wie etwa Zeigegeräten ermitteln.
Verschiedene Benutzerinterfaces zur Ermittlung von zweidimensionalen Positionen auf Ebenen sind bekannt. Zum einen gibt es Zeigegeräte, zum anderen Touchscreens verschiedener Bauart.
Für die Ermittlung von räumlichen Positionen versagen jedoch viele der bekannten Verfahren.
Es liegt daher der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Benutzerinterface zur Ermittlung der räumlichen Position mindestens eines Abschnittes eines Objektes anzugeben. Selbiges soll mit möglichst einfachen Mitteln umsetzbar sein.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Benutzerinterface zur Ermittlung der räumlichen Position mindestens eines Abschnittes eines Objektes, umfassend

– mindestens zwei hintereinander angeordnete Positionsdetektoren zur Detektion zweidimensionaler Positionen,
– eine Elektronik, die die Ausgangssignale der mindestens zwei Positionsdetektoren zur Detektion zweidimensionaler Positionen empfängt und daraus die räumliche Position mindestens eines Abschnitts eines Objektes ermittelt, welches sich innerhalb des Volumens der mindestens zwei Positionsdetektoren zur Detektion zweidimensionaler Positionen befindet.

Die Ermittlung besagter räumlicher Position wird insbesondere dadurch gegenüber dem Stand der Technik, innerhalb welchen lediglich eine zweidimensionale Position ermittelt wird, möglich, weil mindestens zwei Positionsdetektoren zur Detektion zweidimensionaler Positionen vorhanden sind. Dadurch ergeben die Signale der mindestens zwei Positionsdetektoren zur Detektion zweidimensionaler Positionen für detektierte Objekte respektive deren Abschnitte nicht allein Positionsinformationen in einer Ebene, sondern in mindestens zwei Ebenen, bevorzugt sogar in noch mehr Ebenen. Somit es möglich, einem Abschnitt eines Objektes bzw. einem Objekt nicht allein eine zweidimensionale Position innerhalb eines Positionsdetektors zur Detektion zweidimensionaler Positionen, sondern auch eine bestimmte Ebene, also eine dritte Koordinate, und damit insgesamt eine räumliche Position, zuzuordnen.
Als Positionsdetektoren zur Detektion zweidimensionaler Positionen kommen beispielsweise im Stand der Technik bekannte Infrarot-Touchpad-Rahmen in Frage. Ein solcher Infrarot-Touchpad-Rahmen ermittelt unter Nutzung von infraroter Strahlung, z. B. in Anordnungen mit zweidimensionalen Infrarotlichtschranken, die zweidimensionale Position von Objekten oder Abschnitten von Objekten.
Ferner kann als Positionsdetektor zur Detektion zweidimensionaler Positionen auch ein auf Kameras basierendes System zum Einsatz kommen, wie etwa das Produkt „2101 Interactive Touch Frame" der Firma „Nextwindow".
Andere Ausgestaltungen, insbesondere unter Nutzung kapazitiver, induktiver, elektronischer, opto-elektronischer und/oder optischer Effekte sind möglich.
Für die Ausgestaltung der Elektronik gibt es die verschiedensten Möglichkeiten. Im folgenden werden ohne Einschränkung der Allgemeinheit zwei Möglichkeiten aufgezeigt.
Zunächst ist es möglich, daß die besagte Elektronik mindestens aus einer elektronischen Datenverarbeitungseinheit (z. B. Mikrokontroller, FPGA) besteht, die die Ausgangssignale der mindestens zwei Positionsdetektoren zur Detektion zweidimensionaler Positionen empfängt und daraus die räumliche Position mindestens eines Abschnitts eines Objektes ermittelt, wobei die elektronische Datenverarbeitungseinheit zusätzlich über mindestens einen USB-Anschluß zur Ausgabe der ermittelten räumlichen Position verfügt.
Andererseits ist es auch denkbar, daß die besagte Elektronik aus einem PC besteht. Dieser PC ist über mehrere USB-Anschlüsse mit den mindestens zwei Positionsdetektoren zur Detektion zweidimensionaler Positionen verbunden und empfängt deren Ausgangsdaten. Unter Verwendung einer geeigneten Steuer-Software ermittelt der PC aus den besagten Ausgangsdaten die räumliche Position mindestens eines Abschnitts eines Objektes.
Als Objekt, für welches für mindestens einen Abschnitt eine räumliche Position ermittelt wird, kann insbesondere ein Finger, ein Stift, ein nadelförmiger Gegenstand oder eine Kugel benutzt werden.
Bevorzugt ist weiterhin der Abschnitt eines Objektes, dessen räumliche Position ermittelt wird, der der Hauptausbreitungsebene des ersten Positionsdetektors zur Detektion zweidimensionaler Positionen naheliegendste Teil des besagten Objektes, also zum Beispiel die nach vorn gewandte Fingerkuppe des Fingers eines Benutzers.
Das erfindungsgemäße Benutzerinterface kann aber auch in einem speziellen Modus arbeiten: Dann nämlich ermittelt die Elektronik nicht allein eine räumliche Position eines Abschnittes eines Objektes, sondern mehrere, bevorzugt eine Vielzahl von derartigen räumlichen Positionen, so daß im Ergebnis die Vielzahl der ermittelten räumlichen Positionen einer Vielzahl von Koordinaten-Stützstellen auf wenigstens einem Anteil der Oberfläche des besagten Objektes entsprechen. Insofern kann -je nach Anzahl der Koordinaten-Stützstellen- quasi ein dreidimensionales Abbild der Oberflächenform des Objektes erstellt werden.
Die Erfindung gewinnt besondere praktische Bedeutung, wenn unmittelbar vor oder hinter dem ersten oder letzten Positionsdetektor zur Detektion zweidimensionaler Positionen ein Bildschirm zur räumlichen Darstellung angeordnet ist.
Dabei kann der Bildschirm zur räumlichen Darstellung mit einem Sehhilfsmittel wie einer 3D-Brille arbeiten. Es ist aber auch möglich, daß der Bildschirm zur räumlichen Darstellung ohne Sehhilfsmittel einem oder mehreren Betrachtern gleichzeitig ein räumlich wahrnehmbares Bild darbietet.
Ist bei Vorhandensein eines Bildschirms die besagte Elektronik als PC ausgebildet, so können die Daten über die ermittelte räumliche Position gleich für eine interaktive Anwendung, wie etwa ein Spiel oder eine Menüführung, ausgewertet werden, wozu bevorzugt derselbe PC den besagten Bildschirm mit Bilddaten ansteuert.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn das Koordinatensystem, in welchem die räumliche Position mindestens eines Abschnitts eines Objektes ermittelt wird, seinen Koordinatenursprung innerhalb der Hauptausbreitungsebene des ersten oder letzten Positionsdetektors zur Detektion zweidimensionaler Positionen hat. Andere Koordinatensysteme sind auch möglich. In verschiedenen Ausgestaltungen kann das Benutzerinterface 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 oder sogar noch mehr Positionsdetektoren zur Detektion zweidimensionaler Positionen enthalten.
Für den Fall, daß innerhalb des Benutzerinterfaces kein Objekt enthalten ist, würden von dem System vorzugsweise auch keine Daten über räumliche Positionen geliefert.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigt 1 nicht maßstäblich die Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Benutzerinterfaces, welches folgende Komponenten umfaßt:

– mindestens zwei hintereinander angeordnete Positionsdetektoren 2, 3 zur Detektion zweidimensionaler Positionen,
– eine Elektronik 6, die die Ausgangssignale der mindestens zwei Positionsdetektoren 2, 3 zur Detektion zweidimensionaler Positionen empfängt und daraus die räumliche Position mindestens eines Abschnitts 4 eines Objektes 5 ermittelt, welches sich innerhalb des Volumens der mindestens zwei Positionsdetektoren 2, 3 zur Detektion zweidimensionaler Positionen befindet.

Ferner ist ein Bildschirm 1, in diesem Falle ein autostereoskopischer Bildschirm, beispielsweise vom Typ Spatial View 19'' MU 3D-Display, vorgesehen.
Die Ermittlung besagter räumlicher Position wird insbesondere dadurch gegenüber dem Stand der Technik, innerhalb welchen lediglich eine zweidimensionale Position ermittelt wird, möglich, da mindestens zwei Positionsdetektoren 2 und 3 zur Detektion zweidimensionaler Positionen vorhanden sind. Dadurch ergeben die Signale der mindestens zwei Positionsdetektoren 2 und 3 zur Detektion zweidimensionaler Positionen für detektierte Objekte 5 respektive deren Abschnitte 4 nicht allein Positionsinformationen in einer Ebene, wie etwa der Ausbreitungsebene eines Positionsdetektors 2 oder 3, sondern in mindestens zwei Ebenen, nämlich der Ausbreitungsebene beider Positionsdetektoren 2 und 3. Somit es möglich, einem Abschnitt 4 eines Objektes 5 bzw. einem Objekt 5 nicht allein eine zweidimensionale Position innerhalb eines Positionsdetektors 2 oder 3 zur Detektion zweidimensionaler Positionen, sondern auch eine bestimmte Ebene, also eine dritte Koordinate, und damit insgesamt eine räumliche Position, zuzuordnen.
In den gewählten Beispiel sind beide Positionsdetektoren 2, 3 zur Detektion zweidimensionaler Positionen als Infrarot-Touchpad-Rahmen mit entsprechenden Steuereinheiten ausgebildet.
Die Elektronik 6 besteht beispielhaft aus mindestens einer elektronischen Datenverarbeitungseinheit, hier einem Mikrocontroller (zeichnerisch nicht dargestellt), der die Ausgangssignale der mindestens zwei Positionsdetektoren 2, 3 zur Detektion zweidimensionaler Positionen empfängt und daraus die räumliche Position mindestens eines Abschnitts 4 eines Objektes 5 ermittelt, wobei die elektronische Datenverarbeitungseinheit zusätzlich über mindestens einen USB-Anschluß zur Ausgabe der ermittelten räumlichen Position verfügt.
Als Objekt 5, für welches für mindestens einen Abschnitt 4 eine räumliche Position ermittelt wird, kann insbesondere ein Finger, ein Stift, ein nadelförmiger Gegenstand oder eine Kugel benutzt werden. Der in 1 gezeigte Abschnitt 4 des Objektes 5 ist beispielhaft gewählt. Prinzipiell kann die Elektronik 6 auch für einen anderen Abschnitt des Objektes 5 eine räumliche Position ermitteln, insofern der entsprechende Abschnitt sich innerhalb mindestens eines der Positionsdetektoren 2, 3 zur Detektion zweidimensionaler Positionen befindet.
Bevorzugt ist der Abschnitt 4 eines Objektes 5, dessen räumliche Position ermittelt wird, der der Hauptausbreitungsebene des ersten Positionsdetektors 2 zur Detektion zweidimensionaler Positionen naheliegendste Teil des besagten Objektes 5.
Die Erfindung gewinnt besondere praktische Bedeutung, wenn wie in diesem Beispiel unmittelbar hinter dem ersten Positionsdetektor 2 zur Detektion zweidimensionaler Positionen ein Bildschirm 1 zur räumlichen Darstellung, also z. B. ein autostereoskopischer Bildschirm, angeordnet ist. Dann nämlich bietet der Bildschirm 1 zur räumlichen Darstellung ohne Sehhilfsmittel einem oder mehreren Betrachtern gleichzeitig ein räumlich wahrnehmbares Bild dar.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn das Koordinatensystem, in welchem die räumliche Position mindestens eines Abschnitts 4 eines Objektes 5 ermittelt wird, seinen Koordinatenursprung innerhalb der Hauptausbreitungsebene des ersten oder letzten Positionsdetektors 2 oder 3 zur Detektion zweidimensionaler Positionen hat. Andere Koordinatensysteme sind möglich.
Für den Fall, daß innerhalb des erfindungsgemäßen Benutzerinterfaces kein Objekt 5 enthalten ist, würden von dem System vorzugsweise auch keine Daten über räumliche Positionen geliefert, d. h. die Elektronik 6 liefert einen Leerwert.
Die Vorteile der Erfindung sind vielseitig. Sie werden vor allem gesehen in der einfachen Ermittlung räumlicher Positionen von Objekten oder deren Abschnitten, was insbesondere im Zusammenspiel mit 3D-Bildschirmen eine räumliche Interaktion ermöglicht.
Die Erfindung kann mit verhältnismäßig einfachen Mitteln realisiert werden.

Claims

Benutzerinterface zur Ermittlung der räumlichen Position mindestens eines Abschnittes (4) eines Objektes (5), umfassend – mindestens zwei hintereinander angeordnete Positionsdetektoren (2, 3) zur Detektion zweidimensionaler Positionen, – eine Elektronik (6), die die Ausgangssignale der mindestens zwei Positionsdetektoren (2, 3) zur Detektion zweidimensionaler Positionen empfängt und daraus die räumliche Position mindestens eines Abschnitts (4) eines Objektes (5) ermittelt, welches sich innerhalb des Volumens der mindestens zwei Positionsdetektoren (2, 3) zur Detektion zweidimensionaler Positionen befindet.
Benutzerinterface nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die besagte Elektronik (6) mindestens aus einer elektronischen Datenverarbeitungseinheit – beispielsweise aus einem Mikrokontroller und/oder einem FPGA – besteht, der die Ausgangssignale der mindestens zwei Positionsdetektoren (2, 3) zur Detektion zweidimensionaler Positionen empfängt und daraus die räumliche Position mindestens eines Abschnitts (4) eines Objektes (5) ermittelt, wobei die elektronische Datenverarbeitungseinheit zusätzlich über mindestens einen USB-Anschluß zur Ausgabe der ermittelten räumlichen Position verfügt.
Benutzerinterface nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die besagte Elektronik (6) aus einem PC besteht, und der PC über USB-Anschlüsse mit den mindestens zwei Positionsdetektoren (2, 3) zur Detektion zweidimensionaler Positionen verbunden ist und die Ausgangssignale der mindestens zwei Positionsdetektoren (2, 3) zur Detektion zweidimensionaler Positionen empfängt und vermöge einer Steuer-Software daraus die räumliche Position mindestens eines Abschnitts (4) eines Objektes (5) ermittelt.
Benutzerinterface nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschnitt (4) eines Objektes (5), dessen räumliche Position ermittelt wird, der der Hauptausbreitungsebene des ersten Positionsdetektors (2) zur Detektion zweidimensionaler Positionen naheliegendste Teil des besagten Objektes (5) ist.
Benutzerinterface nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronik (6) nicht allein eine räumliche Position eines Abschnittes (4) eines Objektes (5) ermittelt, sondern mehrere, bevorzugt eine Vielzahl von derartigen räumlichen Positionen, so daß im Ergebnis die Vielzahl der ermittelten räumlichen Positionen einer Vielzahl von Koordinaten-Stützstellen auf wenigstens einem Anteil der Oberfläche des besagten Objektes (5) entsprechen.
Benutzerinterface nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar vor oder hinter dem ersten oder letzten Positionsdetektor (2 oder 3) zur Detektion zweidimensionaler Positionen ein Bildschirm (1) zur räumlichen Darstellung angeordnet ist.
Benutzerinterface nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Bildschirm (1) zur räumlichen Darstellung mit einem Sehhilfsmittel wie einer 3D-Brille arbeitet.
Benutzerinterface nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Bildschirm (1) zur räumlichen Darstellung ohne Sehhilfsmittel einem oder mehreren Betrachtern gleichzeitig ein räumlich wahrnehmbares Bild darbietet.
Benutzerinterface nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Objekt (5) insbesondere ein Finger, ein Stift, ein nadelförmiger Gegenstand oder eine Kugel benutzt wird.
Benutzerinterface nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Koordinatensystem, in welchem die räumliche Position mindestens eines Abschnitts (4) eines Objektes (5) ermittelt wird, seinen Koordinatenursprung innerhalb der Hauptausbreitungsebene des ersten oder letzten Positionsdetektors (2 oder 3) zur Detektion zweidimensionaler Positionen hat.
Benutzerinterface nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 oder 10 Positionsdetektoren (2, 3) zur Detektion zweidimensionaler Positionen enthalten sind.