DE69232553T2

DE69232553T2 - Gerät mit einer Mensch-Maschine-Schnittstelle

Info

Publication number: DE69232553T2
Application number: DE69232553T
Authority: DE
Inventors: Leonardus Gerardus Maria Beuk; Albart Johannes Kip
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1991-05-31
Filing date: 1992-05-22
Publication date: 2002-12-05
Anticipated expiration: 2012-05-23
Also published as: DE69232553D1; JPH05150925A; DE69230419D1; DE69230419T2; US5844500A; JP2003076472A; JP3723230B2; KR100282099B1

Description

Die Erfindung nach der Definition in den beigefügten Ansprüchen betrifft ein Gerät mit einer Mensch-Maschine-Schnittstelle, mit einer betätigbaren Steuerung zum selektiven Steuern einer Funktion des Systems, wobei das Gerät Mittel zum Detektieren einer Benutzeraktion als physikalisch bevorstehender Betätigung der Steuerung, und weiter Mittel enthält, die bei der Detektion vorübergehend und über Ausgabemittel eine Anzeige der ausgewählten Funktion zum Benutzer abgeben.
Ein derartiges Gerät ist aus der US-Patentschrift 4 390 861 bekannt, nach der die Anzeige sichtbar wiedergegeben wird. Entspricht die Anzeige der vom Benutzer gewünschten Anzeige, kann der Benutzer auf die kohärente Bewegung übergehen und die Steuerung aktivieren. Ist die angezeigte Funktion unerwünscht, kann der Benutzer dazu übergehen, die momentane Betätigungsstufe nicht auszuführen, und so die Durchführung einer unerwünschten Funktion abbrechen.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 37 00 913 ist eine benutzergesteuerte Schnittstelle für ein Computergerät bekannt, in der die Steuerungen Tastenfeldtasten sind, die durch Eindrücken betätigt werden. An einem Anzeigeschirm werden Bilder entsprechend der Tasten wiedergegeben, die eine Identifizierung der mit jeder Taste verknüpften Funktion darstellen.
Aus N.T.I.S. Technical Notes Vol. 13, Nr. 6, Springfield Virginia, USA, S. 672, ist ein Gerät mit hörbarer Anzeige bekannt.
Es ist nun u. a. eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Gerät zu schaffen, wobei der Benutzer vermeiden kann, mit der Wiedergabe der Anzeige der selektierten Funktion belastet zu werden.
Nach der vorliegenden Erfindung ist das Gerät mit einer Benutzersteuerschnittstelle nach der vorliegenden Erfindung vorgesehen zum Effektuieren der obenstehenden Beschreibung nur dann, wenn, nach Detektion der genannten Benutzeraktion, eine Betätigung des Steuerelementes innerhalb einer vorbestimmten Zeitperiode nicht detektiert wird. Auf diese Art und Weise kann der Benutzer vermeiden, dass er durch die Beschreibung belastet wird, indem er schnell handelt, beispielsweise innerhalb einer vorbestimmten Zeit einiger Zehntel einer Sekunde. Die ist bequem für erfahrene Benutzer oder für einen Benutzer, der bereits vertraut ist mit der Funktion des Steuerelementes, nachdem ein benachbartes Steuerelement versucht worden ist.
Bei einer Ausführungsform des Geräts mit einer Benutzer-Steuerschnittstelle nach der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Beschreibung abgeschaltet wird, wenn Betätigung des Steuerelementes detektiert wird. Auf diese Art und Weise wird der Benutzer nicht länger als notwendig durch die Beschreibung belastet, wenn die Entscheidung zum Durchführen der Steuerfunktion gegeben worden ist.
Bei einer anderen Ausführungsform des Geräts mit einer Benutzer- Steuerschnittstelle nach der vorliegenden Erfindung ist eine weitere Angabe der Funktion vorgesehen, wenn Betätigung des Steuerelementes nicht innerhalb einer weiteren vorbestimmten Zeitperiode nach Detektion der genannten. Benutzeraktion detektiert wird. Auf diese Art und Weise kann dem Benutzer geholfen werden, beispielsweise dadurch, dass Hilfsinformation geboten wird, welche die Funktion des Steuerelementes erläutert; wobei ein nützliches Zeitintervall vor der Verschaffung von Hilfsinformation in der Größenordnung von einigen Sekunden liegt.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1a, 1b, 1c eine Ausführungsform der aufeinander folgenden Betätigungstypen von Steuerelementen in einem Gerät mit einer Mensch-Maschine-Schnittstelle,
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Implementierung des Geräts mit einer Mensch-Maschine-Schnittstelle nach der vorliegenden Erfindung.
In den Fig. 1a, 1b, 1c ist ein Beispiel einer Ausführungsform einer Gruppe 10 von Steuerelementen 11, 12, 13 für ein Gerät mit einer Benutzer-Steuerschnittstelle dargestellt. So sind beispielsweise die Steuerelemente als Druckknöpfe dargestellt, die mit einem Finger 14 betätigt werden können. Auf herkömmliche Art und Weise muss der Benutzer, zum Selektieren einer Knopfes 12 aus der Vielzahl von Knöpfen 10, die Steuerelemente betrachten um zu gewährleisten, dass der Finger auf den gewünschten Knopf 12 der Vielzahl von Knöpfen 10 gelegt wird.
Bei Fahrzeugen, wie Kraftfahrzeugen, (Kraft)Rädern usw., wobei der Benutzer gleichzeitig verantwortlich ist für die Betätigung beispielsweise des Lenkrades und der Bremsen, ist es unerwünscht, dass der Benutzer die Augen ablenkt um auf die Vielzahl von Steuerelementen 10 zu schauen. Dies sollte vorzugsweise unmöglich gemacht werden, und zwar dadurch, dass die Betätigungselemente außerhalb der normalen Blickrichtung vom Lenkersitz aus vorgesehen sind, beispielsweise unterhalb einer Abdeckhaube. Dennoch soll der Benutzer, beispielsweise zur Steuerung eines Autoradios, die Steuerelemente erreichen können; wobei das Betätigen eines Knopfes, der blind erreicht wurde, d. h. ohne dass vorher hingeschaut worden ist, wahrscheinlich Fehler verursachen wird, die kaum korrigiert werden können - beispielsweise im Falle einer Fehlabstimmung des Autoradios - oder was teurer ist - wenn mit dem Autotelephon eine falsche Telephonnummer gewählt wird. Ein Fehler kann sogar schädlich oder gefährlich sein, wenn das fehlerhafte Betätigen eines falschen Knopfes das Lenken des Fahrzeugs betrifft.
Zur Vermeidung solcher Fehler schafft das Gerät mit einer Benutzer- Steuerschnittstelle nach der vorliegenden Erfindung bei Detektion einer Benutzeraktion, die repräsentativ ist für die bevorstehende Betätigung eines Steuerelementes eine Angabe der Funktion dieses Steuerelementes, und zwar derart, dass der Benutzer dennoch vermeiden kann, dass die Funktion durchgeführt wird, indem er die Aktion nicht weiterführt bis hinter die Stufe, wodurch die Schnittstelle folgern kann, dass Betätigung physikalisch bevorstand. Um zu vermeiden, dass der Benutzer durch den Mechanismus zum Erteilen dieser Angabe unnötig abgelenkt wird, wird die Angabe verfügbar gemacht über eine genormte Ausgangs- Schnittstelle, benutzt für verschiedene Typen von Mitteilungen. So wird sie nur für eine beschränkte Dauer nach Detektion der bevorstehenden Betätigung des Steuerelementes verfügbar gemacht, d. h. der Benutzer kann die Mitteilung nur bei dem Versuch, eine Funktion zu betätigen, wahrnehmen. Dies minimiert die Ablenkung des Benutzers, was in einem Fahrzeug wesentlich ist.
Selbstverständlich wird ein Gerät mit einer Mensch-Maschine-Schnittstelle ohne auf normale Art und Weise wahrnehmbare Steuerelemente in einer anderen Umgebung als in einem Fahrzeug auch nützlich sein.
Um eine derartige Schnittstelle zu erhalten ist die Idee, dass eine Betätigungsaktion, durchgeführt vom Benutzer, aufeinander folgende Stufen haben wird, wobei die Schnittstelle die Funktion des Steuerelementes nur in der Endstufe effektuiert, und in den vorhergehenden Stufen eine Angabe der Funktion des selektierten Steuerelementes schafft. Auf diese Weise kann der Benutzer vermeiden, dass die Funktion durch einen selektiven Abbruch der Aktion bevor die Endstufe erreicht ist, effektuiert wird.
Zur Erläuterung des Prinzips werden in den Fig. 1a, 1b, 1c die aufeinander folgenden Stufe durch aufeinander folgende Annäherungsabstände des Fingers 14 an das Steuerelement 12 getriggert. Der Abstand des Fingers kann beispielsweise durch einen Annäherungssensor gefühlt werden, der mit Hilfe von Licht, Ton oder Wärme funktioniert. Die Stufe der physikalisch bevorstehenden Aktion tritt in Fig. 1a auf, wenn der Finger 14 die durch die Linie 15 angegebene Grenze überschreitet; wenn das Gerät mit einer Mensch- Maschine-Schnittstelle dies detektiert, schafft es eine Angabe der dem Steuerelement 12 zugeordneten Funktion. Eine wirkliche Betätigung wird in Fig. 1b effektuiert, wenn der Finger 14 die Grenze 17 überschreitet; dies verursacht, dass das Gerät mit einer Benutzer- Steuerschnittstelle die dem Steuerelement 12 zugeordnete Funktion effektuiert. Die bevorstehende Betätigung ist eine physikalisch erste Bedingung für den Benutzer zum Durchführen einer Betätigung.
Es kann nützlich sein, Mittel vorzusehen zum Detektieren von zwei oder mehr Stufen der Betätigung aller Steuerelemente. Es wird aber oft interessanter sein, dies für Steuerelemente zu machen, die nur wichtigen Funktionen entsprechen oder für Funktionen, die sich nicht leicht rückgängig machen lassen. Dies kann bequemer sein aus wirtschaftlichen Gründen oder um dem Effekt einen höheren Grad der Aufmerksamkeit zu verleihen.
Die Steuerelemente werden oft zusammenhängend in Gruppen von Steuerelementen vorgesehen, die relatierte Funktionen steuern. So sind beispielsweise in eine Kraftfahrzeug die Regler für die Heizung beisammen vorgesehen, auch die Regler für das Autoradio sind beisammen angebracht. Es kann erwünscht sein, zunächst die Funktion der Gruppe und danach die Funktion eines spezifischen Steuerelementes aufzurufen, bevor diese Funktion effektuiert wird. Beispielsweise um dem Benutzer behilflich zu sein, eine gewünschte Gruppe dadurch schneller zu finden, dass ein ungefährer Hinweis der Position des Fingers gegeben wird. Eine Art und Weise, dies zu erreichen, ist in Fig. 1c dargestellt, wobei eine zwischenliegende Betätigungsstufe detektiert wird, wenn der Finger 14 die Grenze 16 überschreitet. In einem Gerät mit einer Mensch-Maschine-Schnittstelle mit drei Grenzen 15, 16, 17 kann die erste Grenze 15 eine Anzeige einer Funktionsgruppe auslösen, die zweite Grenze 16 kann spezifische Information über das Steuerelement auslösen und die dritte Grenze 17 kann dafür sorgen, dass die Funktion durchgeführt wird.
Information über die Funktionsgrupp ist ebenfalls besonders nützlich, wenn die Funktion einer Gruppe von Steuerelementen neu zugeordnet werden kann als Gruppe, beispielsweise wenn dieselben Steuerelemente zur Steuerung eines Autotelephons sowie zur Steuerung eines Autoradios benutzt werden können. In dem Fall dies die Funktionsgruppenangabe zur Warnung des Benutzers, wenn die Funktionsgruppe neu zugeordnet werden muss.
Obschon die vorliegende Erfindung oben in Bezug auf Druckknöpfe beschrieben worden ist, ist die vorliegende Erfindung ebenfalls anwendbar auf jede Art von Steuerelementen, wie beispielsweise Potentiometer, vom Dreh- sowie Schiebetyp.
Es dürfte einleuchten, dass es mehrere Möglichkeiten gibt zum Implementieren des Detektionsmechanismus für Betätigung und für bevorstehende Betätigung von Steuerelementen. Der einzig wesentliche Punkt ist, dass die Mechanismen zum Detektieren von mehr als nur einer physikalischen Stufe in einer Aktion, die zu einer Betätigung führen kann, und dass diese Stufen derart vorgesehen sind, dass, wenn benutzt von einem Menschen, aufeinander folgende Stufen physikalische Bedingungen für spätere Stufen sind, dass aber die späteren Stufen ebenfalls vorhergehen können, wenn der Benutzer sich dazu entscheidet.
In der konzeptuell einfachsten Form wird dies dadurch erreicht, dass einzelne Steuerelemente mit wenigstens zwei Fühlermechanismen vorgesehen werden, einen zum Detektieren der physikalisch bevorstehenden Betätigung, einen anderen zum Detektieren der wirklichen Betätigung, wobei der eine empfindlich ist für eine frühere Stufe der Annäherung eines Fingers als der andere. Zum Zweck der vorliegenden Erfindung aber braucht es zwischen Mitteln zum Detektieren einer Betätigung, einer physikalisch bevorstehenden Betätigung und einem bestimmten Steuerelement nicht eine physikalische Beziehung zu geben:
1) die Detektionsmechanismen für Betätigung und für bevorstehende Betätigung können physikalisch getrennt sein, d. h. an geometrisch verschiedenen Orten liegen,
2) die Detektionsmechanismen können unter Steuerelementen geteilt sein,
3) es können mehrere Steuerelemente als einzige physikalische Einrichtung vorgesehen sein.
Folgendes gilt zur Erläuterung dieser Möglichkeiten
1) wenn beispielsweise ein Druckknopf benutzt wird zum Detektieren der Betätigung, und wenn ein optischer Sensor benutzt wird zum Detektieren der bevorstehenden Betätigung, gibt es keine Notwendigkeit den Druckknopf und den optischen Sensor gleichzeitig anzuordnen, solange sie den Finger in derselben Richtung spüren.
2) die Verwendung berührungsempfindlicher Knöpfe zum Detektieren der bevorstehenden Betätigung (d. h. beispielsweise kapazitiver Sensoren, die durch Berührung statt durch Kraftausübung betätigt werden) und Kraftsensoren zum Detektieren der zweiten Betätigung, wobei der Kraftsensor mit mehreren Steuerelementen geteilt werden kann, weil das Berühren eines Berührungssensors ausreicht um zu bestimmen, welches Steuerelement die betreffende Betätigung empfangen soll. Dies bietet den Vorteil, dass es gewährleistet wird, dass die bevorstehende und die wirkliche Betätigung automatisch demselben Steuerelement entsprechen.
3) man kann eine gemeinsame berührungsempfindliche Oberfläche benutzen. Die mit Mitteln versehen ist zum Bestimmen der Koordinaten eines Punktes, an dem die Fläche berührt wird; die Koordinatenwerte werden benutz zum Selektieren eines virtuellen Steuerelementes und zum Detektieren der bevorstehenden oder wirklichen Betätigung für dieses Steuerelement; auf diese Art und Weise dient ein einziger Sensor für eine Anzahl Steuerelemente. Da nach der vorliegenden Erfindung die Funktionen der Steuerelemente mit einzelnen Nachrichten identifiziert sind, würde eine derartige Berührungstafel keine weiteren Unterscheidungsmarkierungen erfordern zum Identifizieren der Steuerelemente. Folglich könnte ein Kraftfahrzeug, oder tatsächlich jede Steuerschnittstelle in jeder Applikation außerhalb eines Fahrzeugs vorgesehen werden ohne sichtbare Steuerelemente.
Es gibt ebenfalls eine große Wahl an Sensoren. Eine Implementierung benutzt einen Annäherungssensor für eine bevorstehende Betätigung (wobei das Vorhandensein eines nahen Gegenstandes detektiert wird unter Verwendung reflektierten oder absorbierten Lichtes, Tones, elektrischer oder magnetischer Felder usw.) und einen Druckknopf zum Detektieren der wirklichen Betätigung. Auf alternative Weise kann das Steuerelement auf unabhängige Art und Weise empfindlich sein für Drücken und Berühren (ohne Kraftausübung) zum Detektieren der bevorstehenden und der wirklichen Betätigung als Folge des Drückens bzw. der Berührung. Bei einer anderen Ausführungsform ist das Steuerelement ein normales Steuerelement, beispielsweise ein Druckknopf, der dazu dient, die bevorstehende Betätigung zu detektieren; die wirkliche Betätigung wird detektiert, wenn der Knopf während einer vorbestimmten Periode eingedrückt gehalten wird (d. h. lange genug für den Benutzer um ein Irrtum aus den durch die erste Betätigung getriggerten Angaben zu erkennen).
Auf jeden Fall können mehrere Betätigungssignale, entsprechend verschiedenen Stufen der Betätigung für das Steuersignal hergeleitet werden.
Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform eines Geräts mit einer Mensch-Maschine- Schnittstelle nach der vorliegenden Erfindung. Der Einfachheit halber ist nur ein einziges Steuerelement 12 dargestellt, das Ausgänge 31, 32, 33 für drei Signale hat entsprechend der Detektion der ersten und der zweiten Stufe der bevorstehenden Betätigung bzw. der wirklichen Betätigung (wobei die zweite Stufe nach Bedarf ist). Bei dieser Ausführungsform ist der erste Detektionsausgang mit einer Tonsignalerzeugungsschaltung 22 gekoppelt, die an sich mit einem Lautsprecher 20 gekoppelt ist. Wenn die bevorstehende Betätigung detektiert wird, beispielsweise nach dem Überschreiten der Linie 15 in Fig. 1a, kann die Funktion des Steuerelementes auf diese Weise über den Lautsprecher erkannt werden. In einem Fahrzeug hat die Anwendung einer derartigen hörbaren Anzeige den Vorteil, dass sie die Augen des Benutzers nicht von der Straße ablenkt und dass es keine ablenkenden Signale für den Benutzer gibt, bis ein Steuerelement fast betätigt wird. Vorzugsweise erzeugt der Signalgenerator 22 einen gesprochenen Bericht, durch Wiedergabe einer aufgezeichneten Nachricht beispielsweise oder durch die Verwendung eines Sprachsynthesizers, aber auch andere Signale sind nützlich, wie z. B. Alarmtöne, die Funktionen als gefährlich identifizieren.
Auf andere Weise kann ein Anzeigeantrieb 22 und ein Headup-Anzeigeschirm zum Projizieren der Information auf der Frontscheibe beim Detektieren einer bevorstehenden Betätigung verwendet werden.
Ein anderer Ausgang 32 der Steuerung 12 dient zum Signalisieren der Detektion der wirklichen Betätigung, was die Funktion der Steuerung beeinflussen wird. Die Durchführung ist in Fig. 2 durch Verbinden des Ausgangs 32 mit einem betätigenden Eingang eines Untersystems 21 für Funktionsablauf symbolisiert.
Weitere Ausarbeitungen des Geräts mit einer Mensch-Maschine- Schnittstelle, die für seinen Betrieb nicht wesentlich wichtig sind, aber zum Einführen wesentlicher Verbesserungen in der Wirkungsweise zum Minimieren des Maßes unnötiger Ablenkung der Aufmerksamkeit der Benutzer hinzugefügt werden können, sind in Fig. 2 dargestellt und werden nachstehend beschrieben.
Zunächst kann es vorteilhaft sein, die Anzeige einer Funktion zu unterbrechen, sobald die Funktion beim Durchführen der wirklichen Betätigung aktiviert ist. Dies wird in Fig. 2 mit einem vom Ausgang für die zweite Betriebsart 32 zwischen dem Signalgenerator und dem Lautsprecher gesteuerten Schalter 23 symbolisiert. Auf diese Weise werden unnötige Berichte kurzgeschlossen. Es kann sogar vorteilhaft sein, der Signalerzeugung 22 eine geringe Verzögerung beizumessen, um dem nicht zögernden Benutzer zu ermöglichen, eine Signalisierung ganz zu vermeiden.
Ein anderer Zusatz ist ein zweiter Funktionsmeldegenerator 26, der durch die Detektion einer zweiten Stufe in der Aktion getriggert wird, die zur Betätigung vom zweiten Stufendetektionsausgang 33 führt. Derartige Stufen können beispielsweise durch die Detektion eines Fingers in verschiedenen, abnehmenden Abständen von der Steuerung detektiert werden, aber es kann jede Kombination der oben beschriebenen Detektionseinrichtungen verwendet werden, solang eine Einrichtung in einer früheren Stufe der Benutzeraktion als die andere triggert. In Kombination mit dem ersten Funktionsmeldegenerator 22 können die erste und die zweite Stufendetektion zum Ausgeben einer ersten Funktionsgruppenanzeige nach der Detektion der ersten Aktionsstufe und zweitens einer spezifischen Funktionsanzeige nach der Detektion der zweiten Aktionsstufe verwendet werden. Es kann vorteilhaft sein, das Gerät mit einer Benutzersteuerschnittstelle zum Unterbrechen der Gruppeninformation anzuordnen, wenn der Benutzer die spezifische Information aktiviert.
Außerdem kann es vorteilhaft sein, Zusatzhilfsinformation für einen außergewöhnlich zögernden Benutzer einzuführen, indem es möglich gemacht wird, zum Triggern einer Hilfsinformationsgeneratorschaltung ein bevorstehendes Betätigungssignal durch einen Zeitschwellenkreis 24 zu senden. Wenn der Zustand der bevorstehenden Betätigung anhält, ihm jedoch keine Betätigung beispielsweise innerhalb von wenigen Sekunden folgt, kann auf diese Weise Zusatzhilfsinformation über den Lautsprecher 25 durchgesagt werden.
Obgleich Fig. 2 in Form eines Schaltplans mit Isolierung mehrerer Funktionen in getrennten Blöcken gezeichnet ist, wird es klar sein, daß der Teil der Schnittstelle mit Gliedern zwischen der Steuerung 12 und dem Ausgang 20 auch als Programm in einem Computersystem implementierbar ist.

Claims

1. Gerät mit einer Mensch-Maschine-Schnittstelle, wobei dieses Gerät ein betätigbares Steuerelement (12) aufweist zur selektierbaren Steuerung einer Funktion des Systems, wobei das Gerät Mittel (15) aufweist zum Detektieren einer Benutzeraktion, die repräsentativ ist für physikalisch bevorstehende Betätigung des Steuerelementes, wobei das Gerät Mittel aufweist um bei der genannten Detektion vorübergehend mit Hilfe von Ausgangsmitteln eine Anzeige der selektierten Funktion für den Benutzer herauszugeben, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Herausgabe nur dann effektuiert wird, wenn nach Detektion der genannten Benutzeraktion Betätigung des Steuerelementes nicht innerhalb einer vorbestimmten Zeitperiode detektiert wird.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere Angabe der Funktion herausgegeben wird, wenn Betätigung des Steuerelementes nicht innerhalb einer weiteren vorbestimmten Zeitperiode nach der Detektion der genannten Benutzeraktion detektiert ist.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es zum Austasten der Abgabe angeordnet ist, wenn Betätigung der Steuerung detektiert wird.

4. Gerät nach einem der vorstehenden Anspräche, wobei das Steuerelement ein virtuelles Steuerelement ist.

5. Gerät nach Anspruch 4, wobei das virtuelle Steuerelement als eine durch den Benutzer auf einer berührungsempfindlichen Oberfläche angegebene Koordinatenfunktion selektiert wird.