[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit der Funktion einer Computer-Maus unter Ausnützung der Kopfbewegung des Benutzers sowie elektromagnetischer Strahlung, insbesondere von Infrarot-Strahlung, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, sowie bevorzugte Ausführungsformen des hierfür benötigten Empfängers nach dem Oberbegriff der Patentansprüche 7 und 9.
[0002] Allgemein bekannt ist die klassische Computer-Maus von LOGITECH, mit Hilfe derer ein auf dem Monitor sichtbares Positionierungszeichen in Form eines vertikalen Strichs, eines Pfeils oder eines Kreuzes über den ganzen Bildschirm hin verschoben werden kann, wobei durch Mausklick, d.h. durch Betätigung eines an der Maus vorgesehenen Schalters, an der jeweiligen Stelle der Cursor positioniert wird.
Die Maus enthält unterseitig eine rundum drehbare, auf einer Unterlage aufliegende Kugel (Track ball), deren Drehung zu einer Verschiebung des Positionierungszeichens führt. Die Maus ist über ein Kabel mit dem Computer verbunden und wird von Hand bedient. Eine derartige Maus enthält in der Regel noch einen zweiten sowie mitunter auch einen dritten Schalter, mittels dessen (denen) weitere Funktionen möglich sind, sowie - neuerdings - noch ein mit dem Finger drehbares Rad, welches die rasche Abwicklung der Seitenfolge auf dem Bildschirm erlaubt.
Im US-Patent 4 920 260 wie auch in der DE 4 031 600 wird schliesslich jeweils eine Maus mit optischer Abtastung der Unterlage vorgeschlagen, welche den Trackball überflüssig werden lässt.
[0003] In den US-Patenten 5 459 489 und 5 945 981 wird vorgeschlagen, die Computer-Maus durch ein füllfederartiges Gebilde zu ersetzen, welches in der Hand gehalten wird und über IR (Infrarot)-Licht Signale aussendet, welche über einen entsprechenden Empfänger zu einer Verschiebung des Positionierungszeiches auf dem Bildschirm herangezogen werden.
[0004] Nachteilig an einer Computer-Maus wie auch an diesen füllfederartigen Gebilden ist, dass für ihre Betätigung eine Hand benutzt werden muss; die Hände sind jedoch bei der (Schreib-) Arbeit am Computer normalerweise voll ausgelastet.
Ausserdem benötigt eine Maus etwas freien Platz, welcher bei kleinen PC-Tischen oftmals fehlt.
[0005] Um unabhängig von einer derartigen Maus oder von andern, mit der Hand zu betätigenden Vorrichtungen zu sein, wurde auch schon vorgeschlagen, das Positionierungszeichen über die Kopfbewegung des Benutzers zu steuern. Gemäss dem US-Patent 5 367 315 geschieht dies über mehrere IR-Sender und Empfänger, die rund um den Monitor angeordnet sind und die Veränderung der Position der Augen oder des Kopfes des Benutzers erfassen, wobei das IR-Licht reflektiert wird. Die Methode ist recht kompliziert.
Bei einem anderen, unter dem Namen "Natural Point track IR" angebotenen Gerät ist dagegen an einer fixen Stelle eine Infrarot-Quelle vorgesehen, deren gegen den Benutzer hin ausgesandte Strahlung einen an seiner Stirn angebrachten Punkt optisch derart hervortreten lassen, dass er mittels einer vis-à-vis angebrachten CCD-Kamera (CCD = Charge Coupled Device) erfasst und zur Positionsbestimmung herangezogen werden kann.
Diese Methode ist ebenfalls relativ umständlich und insofern kostspielig, als eine derartige Kamera erforderlich ist.
[0006] Die vorliegende Erfindung ist verwandt mir der zuletzt beschriebenen Methode und stellt sich die Aufgabe, eine Vorrichtung mit der Funktion einer Computer-Maus zu schaffen, welche die Nachteile der Computer-Maus sowie der anderen erwähnten Verfahren/Vorrichtungen nicht aufweist und im Vergleich zur Methode mit der CCD-Kamera billiger und genauer ist.
[0007] Die Aufgabe wird mit Hilfe der erfindungsgemässen Ausbildungsmerkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Eine bevorzugte Möglichkeit zur Ausführung der sonst vom Mausklick übernommenen Funktionen ist Gegenstand des Patentanspruchs 2.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
[0008] Bei der erfindungsgemässen Vorrichtung wird die Position eines Positionierungszeichens auf dem Monitor (Bildschirm) durch Kopfbewegungen des Benutzers gesteuert. Dies wird dadurch bewerkstelligt, dass erstens an einer dem Benutzer frontal gegenüberliegenden, von diesem unabhängigen, während des Vorgangs fixen Stelle ein primärer Sender für elektromagnetische Strahlung vorgesehen ist, welcher in Richtung Kopf des Benutzers strahlt. Zweitens trägt der Benutzer an bzw. auf seinem Kopf einen entsprechenden, primären Empfänger als Teil eines Head-Sets, bei welchem die Strahlung auf eine Projektionsebene fokussiert und mittels wenigstens eines Sensors, eines sog.
PSDs (= Position Sensing Detector), in ein oder mehrere elektronische Signale um gewandelt wird, mittels dessen/derer der Winkel zwischen der Position des primären Senders und der Position des primären Empfängers und damit des Kopfs des Benutzers exakt ableitbar ist. Drittens gehört zur Erfindung, dass diese(s) elektronische(n) Signal(e) auf drahtlose Weise vom primären Empfänger über einen sekundären, im Head-Set vorgesehenen Sender an einen weiteren, sekundären Empfänger übermittelt wird (werden), welcher an den Computer respektive an ein mit dem Computer in Verbindung stehendes elektronisches Steuerelement angeschlossen ist.
Und schliesslich wird diese(s) Signal(e) mittels eines Computer-Programmzusatzes bzw. mittels des elektronischen Steuerelements in einen adäquaten Befehl zur Positionierung des Cursors umgewandelt.
[0009] Die Arbeitsdistanz zwischen Kopf und Monitor ist abhängig von der Leistung insbesondere des primären Senders respektive von der Empfindlichkeit der verwendeten PSDs. Diese sollten so ausgewählt werden, dass eine Arbeitsdistanz von 10 bis 80 cm möglich ist.
[0010] Der Head-Set wird am Kopf befestigt, beispielsweise an einem Brillenbügel, als Haarreif bzw. mit einer Haarklammer oder mittels eines ähnlichen Bügels, wie er bei Kopfhörern üblich ist, und enthält somit wenigstens den primären Empfänger und den sekundären Sender mit den entsprechenden Komponenten.
Darüber hinaus ist eine Batterie oder ein aufladbarer Akku vorzusehen, welche(r) einen drahtlosen Betrieb ermöglicht. Ein Kabel wäre zu wenig benutzerfreundlich. Es versteht sich von selbst, dass eine möglichst miniaturisierte Ausführung von Vorteil ist, dass der Head-Set die Bewegungen des Kopfes nicht behindern darf und dass eine direkte Sichtverbindung zum Monitor bestehen muss.
[0011] Allfällige zusätzliche Befehle an den Computer wie insbesondere der Mausklick zur Fixierung des Cursors am Ort des Positionierungszeichens erfolgen vorzugsweise über die Tastatur. Die entsprechenden Tasten werden mit Hilfe eines Installationsprogramms zugeordnet.
[0012] Der primäre Sender wird am besten oben am Monitor befestigt oder eingebaut und bevorzugt zusammen mit dem sekundären Empfänger, d.h. im selben Gehäuse, vorgesehen.
Als elektromagnetische Strahlung kommt insbesondere Infrarot bzw. Licht mit einem hohen Anteil an Infrarot in Frage, welches vorzugsweise mit einer Infrarot-LED (= Light Emitting Diode) erzeugt wird. Damit keine Störungen durch Umwelteinflüsse, insbesondere durch andere im Raum vorhandene Licht- und Wärmequellen möglich sind, wird die Strahlung in genau definierter Weise moduliert. Dadurch können Fremdeinflüsse vermieden werden.
[0013] Um eine exakte Winkelmessung zu ermöglichen, wird bei einer bevorzugten Ausführungsform die elektromagnetische Strahlung mittels einer Linse bzw. eines Linsensystems derart beeinflusst, dass auf der Projektionsebene zwei schmale, senkrecht zueinander stehende Geraden erscheinen, welche bei einer Winkelveränderung beim auftreffenden Strahl ihre relativen Positionen verändern.
Als Sensoren sind in diesem Falle zwei senkrecht zueinander stehende, eindimensional operierende PSDs erforderlich. Eine andere bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetische Strahlung mittels einer Linse derart beeinflusst wird, dass auf der Projektionsebene ein einzelner Punkt erscheint. Als Sensor ist in diesem Falle nur ein einziger, jedoch zweidimensional operierender PSD erforderlich.
[0014] Die Übermittlung vom sekundären Sender zum sekundären Empfänger erfolgt vorzugsweise über Funk oder Infrarot, so dass ein drahtloser Betrieb möglich ist. Die hierfür und für alle andern zur Realisierung der vorgeschlagenen Erfindung erforderlichen Bauelemente sind Stand der Technik und im Fachhandel erhältlich.
[0015] Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben.
Sie sind unter anderem auch in den Zeichnungen dargestellt.
[0016] Es zeigen:
<tb>Fig. 1:<sep>eine erfindungsgemässe Vorrichtung in Betrieb, d.h. zusammen mit Computer, Monitor, Tastatur und Kopf des Benutzers;
<tb>Fig. 2:<sep>den Strahlengang vom primären Sender über zwei Linsen zu zwei eindimensionalen PSDs; sowie
<tb>Fig. 3:<sep>den Strahlengang vom primären Sender über eine einzige Linse zu einem zweidimensionalen PSD.
[0017] Fig. 1 zeigt, wie der primäre Sender 1 auf dem Monitor 2 vis-à-vis vom Kopf 4 des Benutzers installiert werden kann. Er wird dabei vorzugsweise zusammen mit dem sekundären Empfänger 10 im selben Gehäuse 9 vorgesehen. Der Benutzer trägt an seinem Kopf den Head-Set 3, in diesem Falle seitlich über dem Ohr. Letzterer enthält u.a. den primären Empfänger sowie den sekundären Sender. Durch geeignete Kopfbewegungen wird das Positionierungszeichen 5 in x- wie auch in y-Richtung verschoben. Eingezeichnet sind ferner der Computer (PC) 12, welcher über das Kabel 11 mit dem primären Sender/sekundären Empfänger 1/10 verbunden ist, sowie die Tastatur 14, welche über das Kabel 13 am Computer angeschlossen ist.
Aus Fig. 2 wird der Strahlengang bei Einsatz von zwei senkrecht aufeinanderstehenden, eindimensionalen PSDs ersichtlich, ausgehend vom primären Sender 1, welcher den elektromagnetischen Strahl 1 ¾ aussendet. Vorgesehen wird hierfür vorzugsweise eine Infrarot-LED, welche u.a. den Vorteil hat, weniger vom Umgebungslicht gestört zu werden. Um jede Störung auszuschliessen, wird er zusätzlich moduliert. Der - modulierte - Strahl wird durch die zwei separaten bzw. miteinander kombinierten Linsen 6a und 6b in zwei senkrecht zueinander stehende Strahlungsebenen aufgeteilt, welche auf der hinter den Linsen vorgesehenen Projektionsebene je eine Projektionslinie erzeugen.
Diese beiden senkrecht zueinander stehenden, geraden Projektionslinien 7a und 7b wiederum treffen auf zwei PSDs 8a und 8b, welche ebenfalls senkrecht zueinander und ausserdem senkrecht zu den entsprechenden Projektionslinien stehen. Die PSDs wandeln den auftretenden Lichtstrahl in zwei positionsabhängige Ströme um. Wenn der Benutzer nun seinen Kopf 4 und damit auch den eine solche Vorrichtung enthaltenden Head-Set 3 hin und her bewegt, wandern beide Projektionslinien in y- bzw. in x-Richtung, was zu entsprechenden Signalveränderungen führt. Jene werden dann mittels des sekundären Sende-/Empfangssystems an den Computer weitergegeben und führen zu einer entsprechenden Verschiebung des Positionssignals 5 auf dem Bildschirm. Wie in Fig. 3 dargestellt, ist es aber auch möglich, einen zweidimensionalen PSD 8c einzusetzen.
In diesem Fall bedarf es nur einer einzelnen Linse 6c, welche den Strahl fokussiert und den Projektionspunkt 7c erzeugt.
Hinweisnummernverzeichnis
[0018]
1 : primärer Sender
1 ¾ : elektromagnetische Strahlung
2 : Monitor
3 : Head-Set
4 : Kopf des Benutzers
5 : Positionierungszeichen
6a : horizontal-linear fokussierende Linse
6b : vertikal-linear fokussierende Linse
6c : punktuell fokussierende Linse
7a : horizontale Projektionslinie
7b : vertikale Projektionslinie
7c : Projektionspunkt
8a : vertikal positionierter eindimensionaler PSD
8b : horizontal positionierter eindimensionaler PSD
8c : zweidimensionaler PSD
9 : Gehäuse
10 : sekundärer Empfänger
11 : Verbindungskabel
12 : Computer, z.B. PC
13 : Verbindungskabel
14 : Tastatur
The invention relates to a device with the function of a computer mouse taking advantage of the head movement of the user and electromagnetic radiation, in particular of infrared radiation, according to the preamble of claim 1, and preferred embodiments of the receiver required therefor according to the preamble of the claims 7 and 9.
Generally known is the classical computer mouse of LOGITECH, by means of which a visible on the monitor positioning mark in the form of a vertical stroke, an arrow or a cross over the entire screen can be moved, with a mouse click, i. by pressing a switch provided on the mouse, the cursor is positioned at the respective location.
On the underside of the mouse, the ball contains a ball (track ball) that can be rotated all round and whose rotation leads to a displacement of the positioning mark. The mouse is connected to the computer via a cable and is operated by hand. Such a mouse usually also contains a second and sometimes a third switch, by means of which (those) other functions are possible, and - more recently - still a rotatable with the finger wheel, which allows the rapid processing of the page sequence on the screen.
Finally, US Pat. No. 4,920,260 and DE 4,031,600 each propose a mouse with optical scanning of the base, which makes the trackball superfluous.
It is proposed in US Pat. Nos. 5,459,489 and 5,945,981 to replace the computer mouse with a spring-like structure which is held in the hand and emits signals via IR (infrared) light which have a corresponding one Receiver are used to move the positioning mark on the screen.
A disadvantage of a computer mouse as well as these feather-spring-like structures that a hand must be used for their operation; However, the hands are normally used to full capacity during (writing) work on the computer.
In addition, a mouse needs some free space, which is often missing on small PC tables.
In order to be independent of such a mouse or other hand-operated devices, it has also been proposed to control the positioning mark via the head movement of the user. According to US Pat. No. 5,367,315, this is done via a plurality of IR transmitters and receivers, which are arranged around the monitor and detect the change in the position of the eyes or the head of the user, whereby the IR light is reflected. The method is quite complicated.
In another, under the name "Natural Point track IR" offered device on the other hand, an infrared source is provided at a fixed point, the radiation emitted against the user can optically emerge a point attached to his forehead so that it by means of a vis -à-vis mounted CCD camera (CCD = Charge Coupled Device) detected and can be used for position determination.
This method is also relatively cumbersome and costly in that such a camera is required.
The present invention is related to the method last described and has as its object to provide a device with the function of a computer mouse, which does not have the disadvantages of the computer mouse and the other mentioned methods / devices and in comparison to the method with the CCD camera is cheaper and more accurate.
The object is achieved with the aid of the inventive training features of claim 1. A preferred option for executing the other functions inherited from the mouse click is the subject of patent claim 2.
Advantageous developments of the invention are the subject of the dependent claims.
In the inventive device, the position of a positioning mark on the monitor (screen) is controlled by head movements of the user. This is accomplished by firstly providing a primary transmitter for electromagnetic radiation, which radiates towards the head of the user, at a position opposite the user, which is independent of the latter and fixed during the process. Second, the user carries on or on his head a corresponding, primary receiver as part of a headset in which the radiation focuses on a projection plane and by means of at least one sensor, a so-called.
PSDs (= Position Sensing Detector) is converted into one or more electronic signals by means of which the angle between the position of the primary transmitter and the position of the primary receiver and thus the head of the user is exactly derivable. Third, the invention involves transmitting this electronic signal (s) wirelessly from the primary receiver via a secondary headset transmitter to another secondary receiver which is connected to the computer respectively connected to an electronic control associated with the computer.
And finally, this signal (s) is converted by means of a computer program add-on or by means of the electronic control element into an adequate command for positioning the cursor.
The working distance between the head and the monitor depends on the performance, in particular of the primary transmitter or on the sensitivity of the PSDs used. These should be selected so that a working distance of 10 to 80 cm is possible.
The head set is attached to the head, for example, on a temples, as a headband or with a hair clip or by means of a similar strap, as is common in headphones, and thus contains at least the primary receiver and the secondary transmitter with the corresponding components.
In addition, a battery or a rechargeable battery should be provided, which enables wireless operation. A cable would not be easy to use. It goes without saying that a possible miniaturized design is advantageous in that the head set must not hinder the movements of the head and that a direct line of sight to the monitor must exist.
Any additional commands to the computer, in particular the mouse click to fix the cursor at the location of the positioning sign are preferably carried out via the keyboard. The corresponding keys are assigned by means of an installation program.
The primary transmitter is best mounted or mounted on top of the monitor, and preferably together with the secondary receiver, i. in the same housing, provided.
Infrared or light with a high proportion of infrared, which is preferably generated with an infrared LED (= light emitting diode), is suitable as electromagnetic radiation. So that no disturbances by environmental influences, in particular by other available in space light and heat sources are possible, the radiation is modulated in a well-defined way. As a result, foreign influences can be avoided.
In order to allow an exact angle measurement, in a preferred embodiment, the electromagnetic radiation by means of a lens or a lens system is influenced such that appear on the projection plane two narrow, perpendicular to each other standing straight lines, which at an angular change in the incident beam their relative Change positions.
As sensors in this case two mutually perpendicular, one-dimensionally operating PSDs are required. Another preferred embodiment is characterized in that the electromagnetic radiation is influenced by means of a lens such that a single point appears on the projection plane. As a sensor in this case only a single, but two-dimensionally operating PSD is required.
The transmission from the secondary transmitter to the secondary receiver is preferably via radio or infrared, so that a wireless operation is possible. The components required for this and for all others for the realization of the proposed invention are state of the art and commercially available.
The invention will be described in more detail below with reference to exemplary embodiments.
They are also shown in the drawings.
[0016] FIG.
<Tb> FIG. 1: <sep> an apparatus according to the invention in operation, i. together with the user's computer, monitor, keyboard and head;
<Tb> FIG. 2: <sep> the beam path from the primary transmitter via two lenses to two one-dimensional PSDs; such as
<Tb> FIG. 3: <sep> the beam path from the primary transmitter via a single lens to a two-dimensional PSD.
Fig. 1 shows how the primary transmitter 1 can be installed on the monitor 2 vis-à-vis the head 4 of the user. It is preferably provided together with the secondary receiver 10 in the same housing 9. The user wears the headset 3 on his head, in this case laterally above the ear. The latter contains i.a. the primary receiver and the secondary transmitter. By suitable head movements, the positioning mark 5 is moved in the x as well as in the y direction. Shown are also the computer (PC) 12, which is connected via the cable 11 to the primary transmitter / secondary receiver 1/10, and the keyboard 14, which is connected via the cable 13 to the computer.
From Fig. 2, the beam path is apparent when using two perpendicular to one another, one-dimensional PSDs, starting from the primary transmitter 1, which emits the electromagnetic beam 1 ¾. Provided for this purpose is preferably an infrared LED, which u.a. has the advantage of being less disturbed by ambient light. In order to exclude any disturbance, it is additionally modulated. The - modulated - beam is divided by the two separate or combined lenses 6a and 6b in two mutually perpendicular radiation planes, which each generate a projection line on the projection plane provided behind the lenses.
These two mutually perpendicular, straight projection lines 7a and 7b in turn meet two PSDs 8a and 8b, which are also perpendicular to each other and also perpendicular to the corresponding projection lines. The PSDs convert the occurring light beam into two position-dependent currents. When the user now moves his head 4 and thus also the head set 3 containing such a device, both projection lines travel in the y- or in the x-direction, which leads to corresponding signal changes. Those are then passed on to the computer by means of the secondary transceiver system and result in a corresponding shift of the position signal 5 on the screen. However, as shown in Fig. 3, it is also possible to use a two-dimensional PSD 8c.
In this case, only a single lens 6c is needed, which focuses the beam and produces the projection point 7c.
Note Number Directory
[0018]
1: primary station
1 ¾: electromagnetic radiation
2: Monitor
3: Head set
4: head of the user
5: Positioning mark
6a: horizontal-linear focusing lens
6b: vertical-linear focusing lens
6c: point-focusing lens
7a: horizontal projection line
7b: vertical projection line
7c: projection point
8a: vertically positioned one-dimensional PSD
8b: horizontally positioned one-dimensional PSD
8c: two-dimensional PSD
9: housing
10: secondary receiver
11: Connecting cable
12: computer, e.g. PC
13: Connecting cable
14: Keyboard