DE102004057960A1

DE102004057960A1 - Computer-Eingabegerät

Info

Publication number: DE102004057960A1
Application number: DE200410057960
Authority: DE
Inventors: Markus Dipl.-Ing. Haid; Kai Dipl.-Ing. von Lübtow; Urs Dr.med. Schneider
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2004-12-01
Filing date: 2004-12-01
Publication date: 2006-06-08

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Computer-Eingabegerät (2), mit zwei Beschleunigungssensoren (14, 16), deren lineare Sensorachsen (10, 12) beim bestimmungsgemäßen Gebrauch im Wesentlichen in einer horizontalen Ebene und in einem Winkel, insbesondere von 90 DEG , zueinander verlaufen, und dass eine Neigung des Geräts (2) durch Vergleich der Signale der beiden Beschleunigungssensoren (14, 16) ermittelbar ist und in Abhängigkeit davon und von weiteren Bedienungsmaßnahmen Steuervorgänge am Computer auslösbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Computer-Eingabegerät, welches für die Ausführung von Bedienungsmaßnahmen und für die Ausführung von Steuervorgängen am Computer verwendbar ist. Es kann sich hierbei um ein an sich bekanntes Computer-Eingabegerät, das häufig auch als "Maus" bezeichnet wird, handeln. Die eigentliche Mausfunktion, bei der Lageveränderungen des Eingabegeräts auf einer ebenen Fläche ermittelt und zur Ausführung von Steuervorgängen am Computer, insbesondere zur Cursorsteuerung, dient, muss aber bei dem vorliegenden Computer-Eingabegerät nicht zwangsläufig vorgesehen sein. Es kann sich hierbei auch ausschließlich um ein handgehaltenes, also nicht auf einer ebenen Fläche zu bewegendes Eingabegerät handeln, das aber gleichwohl zur Cursorsteuerung dienen kann. Beispielsweise kann das Eingabegerät als "Pointer" verwendet werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Computer-Eingabegerät der vorstehend genannten Art zu schaffen, das anstelle einer herkömmlichen Mausfunktion oder zusätzlich zu einer herkömmlichen Mausfunktion auch handgehalten verwendbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Computer-Eingabegerät mit zwei Beschleunigungssensoren, deren lineare Sensorachsen beim bestimmungsgemäßen Gebrauch im Wesentlichen in einer horizontalen Ebene und in einem Winkel, insbesondere von 90° zueinander verlaufen, so dass eine Neigung des Geräts durch Vergleich der Signale der beiden Beschleunigungssensoren ermittelbar ist und in Abhängigkeit davon und von weiteren Bedienungsmaßnahmen Steuervorgänge am Computer auslösbar sind.

Zwar wurde bereits der Vorschlag unterbreitet, durch eine aufwendige dreidimensionale Inertialsensorik und durch Integration von Messwerten von Beschleunigungssensoren eine Orientierung eines Eingabegeräts im Raum zu errechnen. Dies hat sich aber aufgrund der im dreidimensionalen Fall schwer beherrschbaren Driftproblematik bei Inertialsensoren als nicht zweckmäßig erwiesen.

Mit der vorliegenden Erfindung wurde ein auf besonders einfache und damit vorteilhafte Weise zuverlässig arbeitendes Computer-Eingabegerät geschaffen, bei dem Lageveränderungen nicht durch Integrationsvorgänge von Messwerten von Inertialsensoren ermittelt und errechnet werden müssen, sondern durch die Anordnung der zwei Beschleunigungssensoren kann durch einfachen Vergleich der Messwerte der zwei Beschleunigungssensoren eine Neigung zur Horizontalen ermittelt werden. Unter Ausnutzung der Gravitationskraft kann ein Messwert eines Beschleunigungssensors je nach Orientierung vertikal nach unten oder vertikal nach oben zwischen +g und –g variieren. Allein durch den Vergleich der Messwerte der zwei Beschleunigungssensoren kann die jeweilige Neigung bezüglich der Sensorachse bei Zugrundelegung eines bekannten Winkels zwischen den linearen Sensorachsen, der zweckmäßigerweise 90° beträgt, ermittelt werden.

Das erfindungsgemäße Computer-Eingabegerät kann in vorteilhafter Weise als handgehaltene Vorrichtung zur Steuerung eines Cursors auf einem PC oder Bildschirm verwendet werden. Es erweist sich als besonders vorteilhaft, da es auch dann benutzt werden kann, wenn keine ebene Fläche zur Ausführung einer Mausfunktion zur Verfügung steht, beispielsweise bei Reisen im Zug oder Flugzeug. Bei Verwendung des Computers zusammen mit einem Beamer kann das handgehaltene Computer-Eingabegerät als Pointer verwendet werden.

Es erweist sich als vorteilhaft, wenn das Computer-Eingabegerät so ausgebildet ist und die Achsen der zwei Beschleunigungssensoren so ausgerichtet sind, dass die Neigung oder Orientierung der Eingabevorrichtung im Raum um eine horizontale und in einer Ebene eines Computerbildschirms oder einer Projektionsfläche verlaufende Achse einen Cursor am Computerbildschirm in vertikaler Richtung bewegt.

Desgleichen erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Neigung oder Orientierung der Eingabevorrichtung im Raum um eine horizontale und senkrecht zur Ebene eines Computerbildschirms oder einer Projektionsfläche verlaufende Achse einen Cursor am Computerbildschirm in horizontaler Richtung bewegt.

Wie bereits eingangs angedeutet, erweist es sich als vorteilhaft, wenn das erfindungsgemäße Computer-Eingabegerät zusätzlich auf einer im Wesentlichen ebenen Fläche bewegbar ist und eine Sensorik aufweist, um Lageveränderungen des Eingabegeräts auf der ebenen Fläche zu ermitteln und in Abhängigkeit davon und insbesondere von weiteren Bedienungsmaßnahmen Steuervorgänge am Computer auszulösen. Wiederum kann es sich bei diesen Steuervorgängen um die Steuerung eines Cursors am Bildschirm handeln, insbesondere kombiniert mit weiteren an sich bekannten "Mausfunktionen".

Die erwähnte Sensorik kann einen optischen Sensor oder mechanische Sensormittel, insbesondere einen Ball oder eine Kugel, umfassen, mit dem eine Lageveränderung des Eingabegeräts bezüglich der ebenen Fläche erfassbar und weiterverarbeitbar, also zu Steuervorgängen verwendbar ist. Die Sensorik kann für die Zwecke der Ermittlung von Lageveränderungen des Eingabegeräts auf der ebenen Fläche auch Beschleunigungssensoren umfassen. Diese erweisen sich gegenüber mechanischen Sensormitteln insoweit als vorteilhaft, als mechanische Sensormittel stets verschmutzungsanfällig sind. Ein Ball oder ein Laufrad oder dergleichen mechanisches Mittel muss nämlich einerseits an dem Eingabegerät gehalten oder gelagert sein, und es muss sich andererseits auf der Fläche möglichst widerstandslos bewegen können. Es sind also zwangsläufig offene Bereiche vorgesehen, durch welche Schmutz in das Gerät eindringen und dessen Funktionsfähigkeit beeinträchtigen kann. Außerdem erfordern mechanische Sensormittel eine zumindest gewissen Anforderungen genügende Oberfläche, auf der sie hin und her bewegt werden können. Bei optischen Sensoren ist zwar das Problem der Schmutzanfälligkeit weniger problematisch; optische Sensoren sind aber in der Herstellung aufwendiger. Sie verlangen ebenfalls eine gewissen Anforderungen genügende Ausbildung der Fläche, auf der sie lageverändert werden sollen. Zur Offenbarung einer Inertialsensorik zur Ermittlung von Lageveränderungen des Eingabegeräts bei Bewegung auf einer ebenen Fläche wird auf DE 101 10 428 A1 verwiesen, deren Inhalt insofern in die vorliegende Anmeldung einbezogen wird.

Als besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn mit Abheben des Eingabegeräts von der Fläche oder einer Unterlage die Sensorik zur Ermittlung von Lageveränderungen auf der ebenen Fläche deaktivierbar ist, also ab diesem Zeitpunkt nicht mehr zur Verfolgung des Eingabegeräts beiträgt. Die Realisierung eines solchen Abhebens des Eingabegeräts von der Fläche könnte durch Auswertung von Messwerten beispielsweise eines weiteren in einer Z-Richtung angeordneten Beschleunigungssensors ermittelt werden. Demgegenüber erweist es sich aber als vorteilhaft, dass das Abheben der Eingabevorrichtung allein unter Verwendung der zwei Beschleunigungssensoren realisierbar ist. Wenn das Eingabegerät nämlich auf einer ebenen Fläche ruht, so verhalten sich die Messwerte der beiden Beschleunigungssensoren im Wesentlichen unverändert zueinander. Da ein Abheben des Eingabegeräts von der Fläche niemals absolut senkrecht zur Ebene der Sensoren bzw. zu der Fläche erfolgen kann, lässt sich ein Abheben allein durch Vergleich der Messwerte der beiden Beschleunigungssensoren ohne weiteres feststellen.

An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass das Computer-Eingabegerät selbst Rechenmittel zur Auswertung und Verarbeitung der Messwerte der zwei Beschleunigungssensoren aufweisen kann. Es wäre aber auch denkbar, dass die Messwerte oder Messdaten der Beschleunigungssensoren über eine Schnittstelle an eine externe Recheneinheit des Computers gegeben werden, wo dann die weitere Datenverarbeitung stattfindet.

Wenn zwischen Phasen der Benutzung des Computer-Eingabegeräts als Pointer Pausen liegen, während derer das Eingabegerät undefiniert in der Hand gehalten oder abgelegt wird, so erweist es sich als zweckmäßig, wenn nach vorbestimmten oder vorbestimmbaren Zeitintervallen eine Referenzierung oder Zurücksetzung, also ein Reset-Vorgang, ausführbar ist. Durch einen solchen Reset-Vorgang könnte der Cursor in eine vorbestimmte oder vorbestimmbare Position am Computerbildschirm oder auf der Projektionsfläche gebracht werden, wovon ausgehend dann die weitere Pointer-Funktion weitergeführt werden kann. Vorteilhafterweise kann ein solcher Reset-Vorgang auch vom Benutzer vorgenommen werden, wenn er während einer Phase undefinierten Haltens des Eingabegeräts oder nach dem Aufnehmen des Eingabegeräts von der Fläche die Pointerfunktion wieder aufnimmt. Das Eingabegerät weist hierfür erfindungsgemäß vorgesehene Auslösemittel, etwa Taster am Eingabegerät, auf.

Es kann sich nach einem weiteren Erfindungsgedanken auch als vorteilhaft erweisen, wenn das Computer-Eingabegerät Mittel zum Detektieren des Wiederablegens des Eingabegeräts auf die Fläche aufweist und wenn ferner durch das Wiederablegen die zwei Beschleunigungssensoren deaktivierbar sind und dabei automatisch die Sensorik zur Verfolgung einer Lageveränderung des Geräts auf der ebenen Fläche aktivierbar ist.

Auf diese Weise kann ohne Zutun des Benutzers zwischen den verschiedenen als vorteilhaft erkannten Betriebsarten des Computer-Eingabegeräts gewechselt werden. Die Mittel zum Detektieren eines Wiederablegens des Eingabegeräts könnten einerseits durch Auswertung der Messwerte der Beschleunigungssensoren verwirklicht werden. Insbesondere könnte auch ein Spektrum dieser Messwerte im Hinblick auf seine Frequenzanteile betrachtet und ausgewertet werden. Ein Ablegen des Computer-Eingabegeräts auf einer Fläche ist nämlich mit hochfrequenten Anteilen verbunden, die beim manuellen Halten und Führen des Eingabegeräts durch den Benutzer im Raum nicht auftreten. Es wäre aber auch denkbar, dass ein Ruhen des Eingabegeräts festgestellt wird, indem beispielsweise die Messwerte der Beschleunigungssensoren auf die Unterschreitung eines Schwellenwerts hin untersucht werden. Hierfür umfasst das Eingabegerät geeignete Vergleichsmittel und Speichermittel, in denen solche Schwellwerte hinterlegt sind und für einen Vergleich herangezogen werden können. Alternativ könnten die Mittel in einem mit dem Eingabegerät kommunizierenden Computer vorgesehen sein.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Patentansprüchen und aus der zeichnerischen Darstellung und nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Computer-Eingabegeräts.
In der Zeichnung zeigt:
1 eine schematische Darstellung eines Computer-Eingabegeräts.
Das in 1 schematisch dargestellte Computer-Eingabegerät 2 umfasst für die Ausführung einer herkömmlichen Mausfunktion eine an sich bekannte Sensorik 4 in Form eines mechanischen Sensormittels 6 in der Form eines Balls 8, der in einer Gehäuseausnehmung des Eingabegeräts beweglich gelagert ist, so dass er auf einer vorzugsweise ebenen Fläche abrollbar ist. Nicht dargestellte Mittel zur Erfassung und Umsetzung einer Lageveränderung des Computer-Eingabegeräts 2 auf der ebenen Fläche und deren Weiterverarbeitung und Umsetzung in eine Cursorbewegung auf einem Bildschirm eines Computers sind bekannt und brauchen daher nicht weiter erörtert zu werden. Der Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, dass anstelle des mechanischen Sensormittels 6 auch ein optischer Sensor oder eine zweidimensionale Inertialsensorik, wie sie aus DE 101 10 428 A1 bekannt ist, verwendet werden kann.
Das Computer-Eingabegerät 2 umfasst des Weiteren zwei schematisch durch ihre linearen Sensorachsen 10, 12 angedeutete Beschleunigungssensoren 14, 16. Die Beschleunigungssensoren 14, 16 sind beim bestimmungsgemäßen Gebrauch im Wesentlichen in einer horizontalen Ebene und in einem Winkel von vorzugsweise 90° zueinander angeordnet. Des Weiteren sind Mittel 18 zur Erfassung und Weiterleitung der Messwerte der zwei Beschleunigungssensoren 14, 16 vorgesehen. Das Computer-Eingabegerät könnte zusätzlich zu diesen Mitteln 18 selbst Rechenmittel aufweisen, so dass eine vollständige Weiterverarbeitung der Sensorsignale innerhalb des Eingabegeräts in Steuerdaten denkbar wäre, die dann leitungsgebunden oder drahtlos, insbesondere per Funk, an einen Computer übermittelt werden könnten. Im dargestellten Fall ist eine Datenleitung 20 zu dem Computer dargestellt.
Das Computer-Eingabegerät erweist sich insoweit als besonders vorteilhaft, als es in besonders einfacher Weise eine Neigung des Eingabegeräts zur horizontalen Ebene, wenn es in der Hand eines Benutzers gehalten wird, ermitteln kann. Während bei der Verwendung von Inertialsensoren zur Durchführung einer Objektverfolgung üblicherweise aufwendige Integrationsvorgänge der Messwerte der Inertialsensoren durchgeführt werden müssen, kann im vorliegenden Fall und für die vorliegenden Bedürfnisse eine Neigung des Eingabegeräts 2 zur horizontalen Ebene, also um die linearen Sensorachsen 10, 12, allein durch betragsmäßigen Vergleich der Messwerte der Beschleunigungssensoren festgestellt werden, und zwar vorzugsweise durch eine Normierung der Messwerte auf die Erdbeschleunigung g. Wenn ein Beschleunigungssensor 14, 16 exakt in horizontaler Ebene orientiert ist, so ist sein Messsignal 0; ist er mit seiner sensitiven Achse 10, 12 exakt in der Vertikalen nach unten orientiert, so entspricht sein Messwert g; ist er vertikal nach oben orientiert, so ergibt sein Messwert –g. Durch Vergleich der Messwerte der beiden Beschleunigungssensoren 14, 16 lässt sich die Neigung des Eingabegeräts um die Achse 10 und um die Achse 12 ermitteln. Beispielsweise lässt sich eine Neigung um die Achse 10 zur Steuerung eines Cursors auf dem Computerbildschirm in vertikaler Richtung und eine Neigung um die Achse 12 zur Steuerung des Cursors in horizontaler Richtung verwenden, wobei nochmals darauf hingewiesen wird, dass auf eine aufwendige Objektverfolgung, wie sie bei Verwendung einer Inertialsensorik eigentlich durch Integrationsvorgänge stattfindet, verzichtet werden kann.
Zur Ausführung weiterer an sich beliebiger Bedienungsmaßnahmen, wie sie bei Computer-Eingabegeräten üblicherweise vorgesehen sind, sind zwei Tasten 22, 24 angedeutet.
Über eine solche Taste 22, 24 oder über ein weiteres Eingabemittel kann in vorteilhafter Weise jederzeit ein Reset-Vorgang für die Messwerte der Beschleunigungssensoren ausgeführt werden. Dies ist beispielsweise wünschenswert, wenn das Eingabegerät nach einem undefinierten Halten während einer Betriebspause wieder benutzt werden soll. Beispielsweise könnte ein solcher Reset-Vorgang damit einhergehen, dass eine Referenzierung des Eingabegeräts erreicht wird, wobei ein Cursor beispielsweise auf eine bestimmte Position, etwa in der Bildschirmmitte, gebracht wird.
Wird das Computer-Eingabegerät nach einer Phase, während derer es handgehalten benutzt wurde, auf eine Unterlage abgelegt, so ist dies wiederum allein durch Vergleich der Messwerte der beiden Beschleunigungssensoren 14, 16 detektierbar. Es wäre aber auch denkbar, die Messwerte einer Fourier-Betrachtung zu unterziehen und durch Betrachtung des Frequenzspektrums auf ein Ablegen auf eine üblicherweise harte Unterlage anhand höherfrequenter Anteile des Spektrums zu schließen. Solchenfalls erweist es sich jedenfalls als vorteilhaft, wenn die zwei Beschleunigungssensoren durch Detektieren des Wiederablegens des Eingabegeräts deaktivierbar sind und dabei automatisch die Sensorik zur Ermittlung von Lageveränderungen auf der ebenen Fläche aktivierbar ist. In entsprechender Weise kann ein Abheben des Eingabegeräts 2 von einer Unterlage detektiert werden und dadurch automatisch die Sensorik zur Ermittlung von Lageveränderungen auf der Fläche deaktiviert und die zwei Beschleunigungssensoren aktiviert werden.

Claims

Computer-Eingabegerät (2) mit zwei Beschleunigungssensoren (14, 16), deren lineare Sensorachsen (10, 12) beim bestimmungsgemäßen Gebrauch im wesentlichen in einer horizontalen Ebene und in einem Winkel, insbesondere von 90 Grad zueinander verlaufen, so dass eine Neigung des Geräts (2) durch Vergleich der Signale der beiden Beschleunigungssensoren (14, 16) ermittelbar ist und in Abhängigkeit davon und von weiteren Bedienungsmaßnahmen Steuervorgänge am Computer auslösbar sind.
Computer-Eingabegerät (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Neigung oder Orientierung des Eingabegeräts im Raum um eine horizontale und in einer Ebene eines Computerbildschirms oder einer Projektionsfläche verlaufende Raumachse einen Cursor am Computerbildschirm in vertikaler Richtung bewegt.
Computer-Eingabegerät (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Neigung oder Orientierung des Eingabegeräts im Raum um eine horizontale und senkrecht zur Ebene eines Computerbildschirms oder einer Projektionsfläche verlaufende Raumachse einen Cursor am Computerbildschirm in horizontaler Richtung bewegt.
Computer-Eingabegerät (2) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass es auf einer im wesentlichen ebenen Fläche bewegbar ist und eine Sensorik (4) aufweist, um Lageveränderungen des Eingabegeräts auf der ebenen Fläche zu ermitteln und in Abhängigkeit davon und von weiteren Bedienungsmaßnahmen Steuervorgänge am Computer auszulösen.
Computer-Eingabegerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorik (4) einen optischen Sensor oder mechanische Mittel (6), insbesondere einen Ball (8), umfasst.
Computer-Eingabegerät (2) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorik (4) Beschleunigungssensoren umfasst.
Computer-Eingabegerät (2) nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit Abheben des Eingabegeräts (2) von der Fläche oder einer Unterlage die Sensorik (4) zur Ermittlung von Lageveränderungen auf der ebenen Fläche deaktivierbar ist.
Computer-Eingabegerät (2) nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Reset-Vorgang für die Messwerte der Beschleunigungssensoren (14, 16) ausführbar ist, und hierdurch eine Referenzierung des Eingabegeräts (2) und eines durch seine Orientierung im Raum gesteuerten Vorgangs, insbesondere eine Cursorposition, ausführbar ist.
Computer-Eingabegerät (2) nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch Mittel (22, 24) zum jederzeitigen Auslösen des Reset-Vorgangs.
Computer-Eingabegerät nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Mittel zum Detektieren des Wiederablegens des Eingabegeräts auf die Fläche oder eine Unterlage und dadurch, dass durch das Wiederablegen die zwei Beschleunigungssensoren (14, 16) deaktivierbar ist und dabei automatisch die Sensorik (4) zur Ermittlung von Lageveränderungen auf der ebenen Fläche aktivierbar ist.