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lnformationseingabeeinrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Informationselngabeeinrichtung zur zumindest teilweisen, inebeeondere interaktiven Steuerung von mindestens einer Datenverarbeitungsein richtung und/oder mindestens einer
Informatlunswiedergabeelnrichtung, insbesondere von mindestens einem Bildschirm oder mindestens einer Bfldprojektlonseinrichtung.
Als Informaticnselngabeeinrichtung sind beim Stand der Technik verschiedenste Einrichtungen bekannt. So werden in der Regel zur Informationseingabe in eine Datenverarbeitungsein richtung bzw. einen Computer standardmäßig eine Tastatur und eine Maus verwendet. Darüber hinaus sind ebenfalls verschiedenste Varianten von Joysticks bekannt. Andere Informationswledergabeelnrichtungen wie z.B. Bildprojektioneeinrichtungen sehen /n der Regel ebenfalls über Tasten bedienbare Informationseingabeeinrichtungen vor. Nachteil all dieser beim Stand der Technik bekannten Varianten ist es, daß der Benutzer sich zunächst mit den technischen Eigenschaften der verschiedenen Informationseingabeeinrichtungen vertraut machen muß und eine gewisse Übung zur schnellen und sicheren Bedienung der Informationseingabeeinrichtungen notwendig ist.
Als Alternative hierzu ist es beim Stand der Technik ebenso bekannt, Datenvertrbeltungselnrichtungen über die menschliche Sprache anzusteuern. Diese auf einer digitalen Spracherkennung beruhenden Informationseingabeverfahren sind rechentechnisch jedoch sehr aufwendig und letrtendlich zur Zeit noch nicht in der Weise ausgereift, daß eine fehlerfreie Informationseingabe über sie möglich wäre.
Aufgabe der Erfindung ist es somit, eine Informationseingabeeinrichtung zu schaffen, bei der die oben genannten Nachteile beseitigt sind und eine einfache intuitive Informationseingabe möglich ist.
Dies wird erfindungsgemaß dadurch erreicht, daß die Informationselngabeeinrichtung mindestens einen Lichtsender und mindestens einen Lichtempfänger aufweist, wobei mindestens ein Lichtstrahl vom Lichtsender aussendbar und vom Lichtempfänger eine Unterbrechung des Lichtstrahls detektierbar ist.
Diese erfindungsgemiße Informationseingabeeinrichtung kann ohne die Verwendung weiterer technischer Hilfsmittel vom Benutzer einfach bedient werden. So kann die
Unterbrechung des Lichtstrahls z.B. einfach mit der Hand oder mit einem Finger durchgeführt werden. Dieser Art der Informationseingabe kommt dem dem Menschen natürlich vertrauten Greifen seJir nahe und ist daher für den Menschen einfach, intuitiv und ohne vorgeschalteten Lernprozeß möglich. Darüber hinaus hat die erfindungegsmäße Informationseingabeelnrlchtung gegenüber der bereits beim Stand der Technik bekannten Spracherkennung den Vorteil, daß sie technisch wesentlich einfacher umsetzbar ist und darüber hinaus auch etablier und zuverlässiger arbeitet.
In einer günstigen Variante ist vorgesehen, daß die Informationseingabeeinrichtung mehrere Lichteender und mehrere Lichtempfänger aufweist, wobei vorzugsweise mindestens eine erste Gruppe von zwischen verschiedenen Lichtsendern und LjchtempfSngern verlaufenden Lichtstrahlen einen von 0" und 180" verschiedenen Winkel bzw. Raumwinkel zu weiteren zwischen weiteren Lichtsendern und Lichtempfängern verlaufenden Lichtstrahlen aufweist. Durch die Verwendung mehrerer Lichtetrahlen, welche vorzugsweise nicht parallel sondern sich zumindest teilweise kreuzend angeordnet sind, können mehrere Informationen gleichzeitig über die Unterbrechung eines oder mehrerer Lichtstrahlen in die Informationeeingabeelnrichtung eingegeben werden. Hierbei sind vorzugsweise vor allem zweidimensional«, in einer Ebene angeordnete aber auch dreidimensionale Anordnungen von Lichtstrahlen vorgesehen aus weichen dann jeweils zweidimensional bzw. dreidimensionale Koordinaten und damit Informationen abgeleitet werden können. Hierbei existieren grundsätzlich zahlreiche Möglichkeiten, wie die Lichtstrahlen relativ zueinander angeordnet werden können.
Eine besondere günstige Ausführungeform sieht vor, daß mehrere Lichtsender und Lichtempfänger in einem gleichmäßigen, vorzugsweise eine oder mehrere parallele Ebenen bildenden, Raster angeordnet sind, wobei sich vorzugsweise die zwischen den verschiedenen LIchteendern und Lichtempfängem anordenbaren Lichtstrahlen zumindest teilweise kreuzen. Hierdurch ist sowohl im Fall einer einzelnen Ebene mit darin verlaufenden Lichtetrahlen eine einfache Bestimmung einer zweidimenslonalen Koordinate wie auch im Fall mehrerer solcher hintereinander angeordneter paralleler Ebenen eine einfache Ableitung einer dreidimensionalen Koordinate aus der Information über die Unterbrechung von Lichtetrahlen möglich. Hierbei ist es konstruktiv besonders günstig, daß mehrere Lichteender und Lichtempfflnger an einem oder mehreren parallelen, vorzugsweise im wesentlichen rechteckigen, Rahmen angeordnet sind, wobei vorzugsweise die Lichtsender und üchtempfänger abwechselnd nebeneinander angeordnet efnd. Durch die abwechselnde Anordnung von Lichteandern und Lichtempfängern an einem Rahmen wird auch bei
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geringen Abständen zwischen benachbarten Lichtsendern und Lichtempfängern eine Störung eine« Liehtempfangers durch einen benachbarten, dem Uchtempfänger eigentlich nicht zugeordneten Lichtstrahl ausgeschlossen. Bei einer Anordnung von mehreren Lichtsendern und Lichtempfängern in einem vorzugsweise gleichmäßigen Raster ist es günstig, daß der Abstand zwischen benachbarten Lichtsendern oder Lichtempfängern <, 2 cm, vorzugsweise <■ 1 cm Ist. Soll eine besonders hochauflösende Informatfoneelngabeelnrlchtung geschaffen werden, so Ist es günstig, daß der Abstand zwischen benachbarten Lichtsendern oder Lichtempfängem < 0,5 cm, vorzugsweise £ 0,25 cm Ist.
Eine Gruppe von Ausführungsvarianten sieht vor, daß die Lichtsender sichtbares, vorzugsweise rotes, Licht aussenden. Dies hat den Vorteil, daß der Benutzer äie zu unterbrachenden Lichtstrahlen sieht, und nicht im optisch leeren Raum manövrieren muß.
Zur Vermeidung von Störungen der üchtempfänger bei hellen Räumen durch sonetlges nicht von den Llchtsandem ausgesendetes Licht ist jedoch in einer anderen Variante vorgesehen, daß das von mindestens einem Lichteender ausQesendete bzw. von mindestens einem Üchtempfänger empfangene Licht eine Wellenlänge außerhalb des für das menschliche Auge sichtbaren Wellenlängenbereiches aufweist. Grundsätzlich sehen günstige Varianten vor, daß die Lichteender und üchtempfänger Dioden sind. Hierbei können Infrarotdioden verwendet werden, sodaß die Wellenlänge der verwendeten Lichtstrahlen außerhalb des für das menachlJche Auge sichtbaren Wellenlängenbereiches liegt. Eine andere Variante Störungen der Informatlonsöingabeeinrichtung durch im Raum vomandenes Licht zu unterbinden ist es, gepulste Lichtstrahlen 2u verwenden. Eine weitere Möglichkeit der Ausfilterung von nichtgewünachten Lichtstörsignalen ist es, einen Hell-Dunkel-Abgleich durchzuführen, um das mittlere nicht als Signal zu interpretierende Hintergrundlicht zu erm)tte/n und damit ausführbar zu machen.
Eine günstige Aueführungsvariante sieht vor, daß mindestens jeweils ein vorzugsweise alle Uchteender und Lichtempfänger knapp mit Abstand vor der Bildflache von mindestens einem Bildschirm oder mindestens einer Pro/ektioneeinrichtung angeordnet ist (sind). Diese Variante ermöglicht, daß der Benutzer direkt z.B. mit dem Finger oder einem Stift auf bestimmte Stellen am Bildschirm deuten kann und damit gleichzeitig über die Informationseingabeeinrichtung ein Signal zur weiteren Verarbeitung z.B. an eine Datenverarbeltungaelnrichtuna weitergibt. Bei Bildprojektionaelnrlchtungen ist es hierbei günstig, den Projektor von hinten zu beleuchten, um Störungen des projizierten Bildes zu
vermelden. Grundsätzlich ist hierbei vorgesehen, daß solche
Informationseingabeelnrlchtungen auch für Standardbildschirme oder
Bllclprojektionseinrlehtungen nachrüstbar ist. So kann eine solche
informationseingabeelnrichtung z.B. auch anstelle einer gewöhnlichen Maus bei Datenvararbeitungeeinrichtungen verwendet werden.
Eine andere günstige Aueführungsform der informstionsaingabeeinrlchtung sieht vor, daß mindestens jeweils ein vorzugsweise alle Lichtsender und Lichtempfänger raumlich getrennt von der Informationswiedergabeeinrichtung vorzugsweise von mindestens einem Bildschirm oder mindestens einer Bildprojektionseinrichtung angeordnet ist (sind). Diese Ausführungaformen können in verschiedensten Größen ausgeführt sein und sind grundsätzlich vollkommen unabhängig von den anzusteuernden Informationswiedergabeeinrichtungen anordenbar. Diese Variante ist besondere günstig bei größeren Bildprojektionsflächen. Hierbei kann die Informationseingabeeinrichtung auch größer als ein Mensch ausgebildet sein. Günstige Varianten sehen hierbei vor, daß bei zweldimenelonalen Informatfonswiedergabeeinrichtungen wie z.B. Bildschirmen oder einfachen zweidimensionalen Bildprojektionseinrlchtungen die
Informationseingabeeinrichtung ebenfalls zweidimensional mit in einer Ebene verlaufenden sich kreuzenden Lichtstrahlen ausgebildet ist. Eine andere Variante sieht vor, daß zur Ansteuerung von räumlich, also dreidimensional darstellenden Bildprojektioneeinrichtungen die Informationeeingabeainrichtung ebenfalls dreidimensional, vorzugsweise mit mehreren hintereinander geschalteten Ebenen von sich kreuzenden Lichtstrahlen ausgebildet ist.
Günstigerwelse ist bei all diesen Varianten vorgesehen, daß mindestens ein vorzugsweise alle jeweils zwischen Liehteender und Lichtempfänger verlaufende(r) Lichtstrahlen) mit einem beliebigen der Informationseingabeeinrichtung nicht speziell zugeordneten Gegenstand, vorzugsweise einer Hand oder einem Arm unterbrechbar Ist (sind). So kann je nach Größe der Informatloneeingabeeinrichtung ein Stift, ein Finger, ein Arm oder auch andere Körperteile oder Gegenstände zur Unterbrechung von Lichtstrahlen der Inforrnatlonseingabselnrlchtung und damit zur Informationseingabe selbst verwendet werden.
Bei einer weiteren Variante der Informatloneeingabeeinrichtung ist es vorgesehen, daß sie die Information von mindestens einem vorzugsweise jedem Lichtempfänger über die Unterbrechung einee Lichtstrahles in ein vonsugsweiee digitales Signal verwandelt, wobei sie vorzugsweise dieses Signal mindestens einer Datenverarbeitungselnrichtung zur weiteren
Verarbeitung jcur Verfügung «teilt. Hierbei kann je nach Zweck und Ausbildung der Informationseingabeeinrichtung vorgesehen sein, daß mindestens eine Datenverarbeltungeeinrichtung aus der Information, ob eine Unterbrechung eines Lichtstrahls von den einzelnen üchtempfflngem detektiert ist oder nicht, eine mindestens eindimensionale, vorzugsweise zwei- oder dreidimensionale, Koordinate, ableitet.
Günstige Varianten sehen wiederum vor, daß die Datenverarbertungselnrlchtung aus mindestens einer, vorzugsweise ein- zwei- oder dreidimensionalen, Koordinate sowie aus der Dauer der Unterbrechung mindestens eines Lichtstrahls mindestens eine - vorzugsweise zwei, drei oder vier unabhängige - Information gewinnt.
Hierbei können die je nach Ausbildungsform die gewonnenen mehrdimensionalen Koordinaten als verschiedenste Eingabeparameter genutzt werden. Eine Möglichkeit ist ihre Nutzung als Ortekoordinaten. Eine günstige Variante besteht darin, eine bisher gebräuchliche Maus durch eine erfindungsgemäße Informationaelnoabeeinrichtung zu ersetzen, indem die Informationseingabeeinrichtung mindestens einen Mauszeiger einer Datenverarbeitungseinrichtung steuert, wobei die Datenverarbeitungseinrichtung die Koordinate als Position des Mauszeigers und vorzugsweise die Dauer der Unterbrechung mindestens eines Lichtstrahles als Doppelklick wertet.
Ein besonders stabiler und störungsfreier Betrieb der Informationseingabeeinrichtung wird dadurch gewährleistet, daß sie mindestens einen Lichtsender bzw. Lichtempfäneer sequenziell, vorzugsweise mit einer Abtastfrequenz von 20 Hz1 ansteuert bzw. abfragt.
Weitere Merkmale und Einzelheiten dar vorliegenden Erfindung ergeben eich am der nachfolgenden Figurenbeschreibung. Dabei zeigt:
Fig. 1 Eingabeeinrichtungen nach dem Stand der Technik Fig. 2 eine erflndungagemäße an einem beim Stand der Technik bekannten Standardblldachirm angeordnete erfindungsgemäfJe Variante und Fig. 3 eine zur Ansteuerung einer größeren Bildprojektionseinrichtung vorgesehene dreidimensionale erflndungagemäße Ausbildungsform.
In Fig. 1 ist der Stand der Technik in Form eines Standarddatenverarbeitungsarbeitsplatzes dargestellt An eine Datenverarbeitungseinheit 3, vorzugsweise ein PC (Personal Computer), ist ein Bildschirm 1 mit einer Bildfläche 2, eine Tastatur 4 und eine Maus 5 angeschlossen.
Die Geräte eind auf dem Tisch 6 angeordnet. Als Informationseingabeeinrichtungen sind neben diversen beim Stand der Technik bekannten im PC 3 angeordneten Laufwerken oder NetzwerkverbJrtdungen die Tastatur 4 und die Maus 5 vorgesehen. Mit der Maus 5, die üblicherweise einen Mauszeiger (hier nicht dargestellt) auf der Bildfläche 2 bewegt, sowie den Tasten 17 der Maus 5 werden der momentanen Position des Mauszeigers zugeordnete Signale auf die Datenverarbeitungseinrichtung 3 übertragen.
Fig. 2 zeigt einen Computerarbeiteplatz in Analogie zur Fig. 1, bei dem jedoch die beim Stand der Technik bekannte Maus 5 durch eine erfindungegemÄße Variante einer Informationseingabeeinrichtung ersetzt ist. Diese Variante weist einen unmittelbar vor der Bildfläche 2 des Bildschirms 1 angeordneten Rahmen 7 auf. An diesem Rahmen 7 sind abwechselnd Lichtsender 8 und Lichtempfänger 9 in einem gleichmäßigen Raster wie in Fig. 2 dargestellt angeordnet. Aus dieser so Konfigurierten Anordnung von Lichtsendern &thgr; und Lichtempfängern 9 ergibt eich ein Raster von sich kreuzenden horizontalen Lichtstrahlen 10 und vertikalen Lichtstrahlen 11.
Im Betrieb der Informationselngabeeinrichtung ist vorgesehen, daß die Lichtstrahlen 10 oder 11 mittels eines Zelgere 18 unterbrechbar sind und die Information über die Unterbrechung einzelner horizontalen und/oder vertikale Strahlen über die Steuereinheit 12 an die Datenverarbeitungaeinrichtung 3 weitergeleitet wird. So kann z.B. in einer Variante durch die Information welche Lichtstrahlen 1O1 11 unterbrochen sind, die Position des Zeigers 18 festgestellt und zur Steuerung des hier nicht weiter dargestellten auf der Bildfläche 2 abgebildeten Mauszeigers verwendet werden. Neben den durch die Unterbrechung der Lichtstrahlen bestimmten Ortskoordinaten kann auch die Dauer der Unterbrechung einzelner Strahlen als Signal ausgewertet und z.B. zur Definition eines Doppelklicks verwendet werden, Grundsätzlich ist die Auswertung der Information über die Unterbrechung einzelner oder mehrerer Lichtstrahlen nicht nur zur Bestimmung von Ortskoordinaten verwendbar, vielmehr kann diese Information auch für beliebige andere Steuersignale ausgewertet werden. So ist in diesem Sinne auch eine Kombination der Verwendung einer beim Stand der Technik bekannten Maus und einer erfindungsgemdßen Variante der Informatlonselngabeelnrlchtung grundsätzlich denkbar. Über die Vorgabe eines Schwellwertee, wie viele horizontale Strahlen 10 und/oder vertikale Strahlen 11 gleichzeitig unterbrochen sein müssen, kann eine Festlegung bezüglich der Objektgröße ab welcher die Unterbrechung von einzelnen Strahlen ausgewertet werden soll, vorgegeben werden.
K ft * ft · » · · ft # · ft
Bei einer weiteren günstigen Variante der Informationselngabeeinrichtung kann auch vorgesehen eeln, daß mehr als ein Zeiger gleichzeitig zur Informationseingabe verwendet wird.
Neben dieser in Flg. 2 dargestellten zunächst zweidimeneionalen Aueführungsform mit in einer Ebene verlaufenden sich kreuzenden Lichtstrahlen sind auch Varianten mit dreidimensionalen Strahlenanordnungen vorgesehen,
Eine eolche Variante zeigt Fig. 3. Hier wird eine aus in mehreren Ebenen angeordneten Llehteendern &bgr; und Uchtempfängern &thgr; bestehende In/ormationeelngabeeinrlchtung zur Ansteuerung eines Mauszeigers 13 auf der Bildfläche 2 einer größeren Bildprojektionseinrichtung 16 verwendet. Die Lichtsender 8 und Lichtempfänger 9 können wiederum, wie hier dargestellt, auf einzelnen Rahmen 7 abwechselnd angeordnet sein, wobei die Rahmen 7 hintereinander parallel verlaufend angeordnet sind. Hieraus ergibt sich eine dreidimensionale Anordnung von horizontalen Strahlen 10 und vertikalen Strahlen 11 (hier nur durch Pfeile angedeutet). Die in Fig. 3 dargestellte Variante kann somit zur Ansteuerung der Datenverarbeitungseinrichtung mit dreidimensionalen Raumkoordinaten verwendet werden. So kann eine Person 14 durch das Unterbrechen verschiedener Lichtstrahlen 10, 11 mit der Hand 15 eine dreidimensionale Ortekoordinate auf die Datenverarbeitungseinrichtung 3 übertragen. Dies ist besondere günstig, wenn die efldprojektfonaelnrlchtung 16 als eine dreidimensionale Blfddaratellungseinrichtung ausgebildet Ist. In diesem Fall kann die Person durch Manövrieren der Hand 15 in den Lichtstrahlen 10 und 11 der Informationseingabeeinrichtung den Mauszeiger 13 vollständig dreidimensional im Raum bewegen. Neben den Ortekoordinaten kann wiederum die Zeitdauer der Unterbrechung einzelner Lichtstrahlen als weitere Informationen eenutzt werden. So kann z.B. das längere Verweilen der Hand 15 auf einer Position als Doppelklick Interpretiert werden, was z.B. wieder als Steuerbefehl zum Greifen eines im dreidimensionalen Raum auf der Bildprojektioneeinrichtung 16 dargestellten Gegenstandes genutzt werden kann.
Die in den Fig. 2 und 3 dargestellten Ausführungsvarianten deuten an, daß eehr vielfältige Auebildungevarianten und Einsatzmöglichkeiten der erfindungegemäßen Informatloneelngabeelnrichtung, welche weit über die hier dargestellten Beispiele hinausgehen, möglich sind. Die Konfiguration der Anordnung der Lichtsender und Lichtempfänger kann dabei an die jeweilige Aufgabenstellung angepaßt sein. Konstruktiv besonders günstie Ist es hierbei, wenn einzelne Gruppen von Lichtsendern und
Lichtempfängern in modularen Komponenten vorgefertigt sind, welche anschließend einfach gemäß dem jeweiligen Bedarf zu einer Informationseingabeeinrichtung zusammengebaut werden können.
Andere Aueführungevarianten sehen vor, daß Lichtsender und Lichtempfänger voneinander getrennt auf modularen Komponenten angeordnet werden, wobei diese entweder nur Lichtsender oder nur Lichtempfänger aufweisenden Komponenten In einem rechteckigen Rahmen L-förmig gegenüberliegend montiert werden sollten.
In manchen Varianten kann es auch günstig sein, Lichtsender und Lichtempfänger in kreisrunden Rahmen anzuordnen. Die Auswertung erfofgt dann günetigerweise über die Venwendung von Polarkoordinaten.
Im Gegensatz zu der in Fig. 3 dargestellten großen Variante der erfindungegemäßen Informatloneeingabeeinrichtung kann auch vorgesehen sein, daß z.B. bei tragbaren Geräten wie z.B. Laptops die Informationaeingabeeinrichtung kleiner als die Bildfläche 2 des Jeweiligen Bildschirms ausgebildet ist.
Weitere Einsatzgebiete für erfindungsgemäße Varianten eind z.B. Informations- bzw. Navigatfonseyateme In Flughafen, Bahnhöfen, öffentlichen OebÄUden usw. oder Werbesyeteme wie interaktive Schaufenster mit LED Wänden, LCD Screens, Großbildprojektionen usw. Darüber hinaus ist es auch denkbar verschiedene Ausführungeformen der erfindungsgemäßen Informationseingabeeinrichtung bei industriellen Steuerungen, bei vlrtual-reallty-Systemen oder in der Prasentationstechnik z.B. in Konferenzzentren, Tagungshotels usw. einzusetzen.