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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Erzeugung von Eingabesignalen, aufweisend einen Beschleunigungssensor, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Solche Vorrichtungen sind allgemein bekannt. Vorrichtungen zur Erzeugung von Eingabesignalen mit einem Beschleunigungssensor werden herkömmlicherweise lediglich dafür verwendet, dass grobmotorische Bewegungen zur Erzeugung von Eingabesignalen verwendet werden. Solche Anwendungen existieren beispielsweise bei der Portrait Landscape Upside Down Umschaltung (PLUD), bei der Auswertung von codierten mechanischen Bewegungen (Tip-Tap) und bei der Freifalldetektion. Die herkömmlichen Vorrichtungen weisen jedoch den Nachteil auf, dass feinmotorische Bewegungen nicht detektiert und verarbeitet werden können. Es ist daher nachteilig nicht möglich, dass beispielsweise Schreibbewegungen oder Zeichenbewegungen mit Vorrichtungen nach dem Stand der Technik detektiert werden können.
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Es war daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, die die Nachteile des Stands der Technik nicht aufweist.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine Vorrichtung zur Erzeugung von Eingabesignalen, aufweisend einen Beschleunigungssensor, zur Verfügung gestellt wird, wobei die Vorrichtung eine Detektionsfläche mit einer Oberfläche aufweist, wobei eine die Oberfläche berührende Bewegung eines Eingabemittels im Bereich der Detektionsfläche eine von auf der Oberfläche oder auf dem Eingabemittel angeordneten Strukturelementen induzierte Beschleunigung bewirkt, wobei die Beschleunigung mit dem Beschleunigungssensor detektierbar ist.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung, die erfindungsgemäße elektronische Komponente und das erfindungsgemäße Verfahren gemäß den nebengeordneten Ansprüchen haben gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass auf einfache Art und Weise auch feinmotorische Bewegungen, wie Schreibbewegungen oder Zeichenbewegungen, mit herkömmlichen Vorrichtungen zur Erzeugung von Eingabesignalen, aufweisend einen Beschleunigungssensor, detektiert werden können. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann weiterhin vorteilhaft anstelle von kostenintensiven Touchscreens verwendet werden und sie stellt eine wesentlich schnellere Eingabemöglichkeit als eine Tastatur zur Verfügung. Weiterhin ist die erfindungsgemäße Vorrichtung vorteilhaft auf vergleichsweise wenig Raum realisierbar. Weiterhin ist es vorteilhaft möglich, dass die Vorrichtung den natürlichen Schreib-/und Zeichenbewegungen angepasst werden kann, sodass eine vergleichsweise ergonomische Eingabemöglichkeit realisierbar ist.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Detektionsfläche austauschbar ist. Dadurch ist vorteilhaft eine besonders gute Anpassung der Detektionsfläche an die spezifischen Erfordernisse möglich.
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Gemäß einer anderen bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Strukturelemente auf der Detektionsfläche angeordnet sind, wobei die Strukturelemente als Erhebungen und/oder Vertiefungen ausgebildet sind. Dadurch ist vorteilhaft eine besonders einfache Realisierung möglich.
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Gemäß einer anderen bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung ein Mikrofon aufweist, wobei die Bewegung und/oder die Beschleunigung mit dem Beschleunigungssensor und/oder mit dem Mikrofon detektierbar ist. Dadurch ist vorteilhaft eine bessere Detektion möglich.
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Gemäß einer anderen bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung vier Beschleunigungssensoren aufweist, wobei die vier Beschleunigungssensoren an vier Eckpunkten einer viereckigen Detektionsfläche angeordnet sind. Dadurch ist eine besonders positionsgenaue Detektion möglich.
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Gemäß einer anderen bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Detektionsfläche eine tastbare Positionsmarkierung aufweist. Dadurch ist vorteilhaft eine Benutzung der Vorrichtung auch in der Dunkelheit möglich.
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Gemäß einer anderen bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Detektionsfläche als klappbarer Deckel konfiguriert ist. Dadurch ist vorteilhaft eine vergleichsweise einfache Integration der Detektionsfläche beispielsweise in Deckel von Kofferradios möglich.
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Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine elektronische Komponente, wobei die elektronische Komponente durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung steuerbar ist.
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Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Erzeugung von Eingabesignalen, wobei ein Beschleunigungssensor angeordnet wird, wobei eine Detektionsfläche mit einer Oberfläche angeordnet wird, wobei ein Eingabemittel die Oberfläche berührend bewegt wird; wobei die Bewegung des Eingabemittels im Bereich der Detektionsfläche eine von auf der Oberfläche oder auf dem Eingabemittel angeordneten Strukturelementen induzierte Beschleunigung bewirkt, wobei die Beschleunigung mit dem Beschleunigungssensor detektiert wird.
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in den Zeichnungen dar gestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Es zeigen
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1a, 1b schematisch die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform und
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2 schematisch die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem beispielhaften Eingabemittel.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.
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1a zeigt schematisch in einer Aufsicht eine beispielhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 100. Eine Detektionsfläche oder auch Strukturfläche 102 genannt erstreckt sich in zwei Haupterstreckungsrichtungen X und Y. Die Strukturfläche 102 weist eine Oberfläche auf, auf der Strukturelemente bzw. Erhebungen 103 angeordnet sind. Unter der Strukturfläche 102 ist ein Beschleunigungssensor 101 angeordnet (gestrichelt dargestellt). 1b zeigt schematisch die Vorrichtung 100 aus 1a in einer Seitenansicht. In Z-Richtung ist der Beschleunigungssensor 101 unter der Strukturfläche 102 angeordnet.
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Aufgrund des hohen Dynamikumfangs der Beschleunigungssensors 101 lassen sich bereits sehr kleine Beschleunigungswerte detektieren. Vor diesem Hintergrund lassen sich die Applikationen bzw. die Einsatzfelder von Beschleunigungssensoren, insbesondere von Vorrichtungen 100 mit Mehrachsensensoren, erheblich erweitern. Hierbei werden durch die Schreib- bzw. Zeichenbewegung Beschleunigungen mechanisch übertragen und sensiert, der Beschleunigungssensor 101 ist bevorzugt integraler Bestandteil einer zu steuernden elektronischen Komponente, wie beispielsweise ein Laptop, PDA oder Mobiltelefon.
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Eine Vorrichtung 100 weist den Beschleunigungssensor 101 und eine Strukturfläche 102 auf. Diese Strukturfläche 102 hat beispielsweise eine Größe von ca. 10 cm·10 cm. Die Strukturfläche weist bevorzugt äquidistante Zylinder 103 auf, auf die oben, je eine Halbkugel aufgesetzt ist. Der Abstand dieser abgerundeten Zylinder sowohl in x-Richtung als auch in y-Richtung jeweils Mitte-Mitte beträgt bevorzugt 4 mm, der Durchmesser dieser abgerundeten Zylinder bevorzugt 2 mm. Die Vorrichtung 100 ist bevorzugt derart realisiert, dass eine definierte Orientierung der Strukturfläche 102 zur Lage des Beschleunigungssensors 101 in der Vorrichtung 100 vorliegt, d. h. x-Achse des Beschleunigungssensors 101 entspricht der x-Achse der Strukturfläche 102. Gleiches gilt auch für die y- und die z-Achse.
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In 2 ist schematisch die erfindungsgemäße Vorrichtung 100 mit einem beispielhaften Eingabemittel 200 dargestellt. Über die Strukturfläche 102 wird mit dem Eingabemittel 200, das bevorzugt vergleichsweise hart ist und beispielsweise aus einem Kunststoffmaterial gefertigt ist, beispielsweise ein Fingernagel oder Stift, unter leichtem Druck gestrichen. Damit werden mechanische Erschütterungen, d. h. Beschleunigungen generiert, und zwar immer wenn der Stift 200 bei seiner Bewegungskurve nach einer freien Wegstrecke ohne direkten Kontakt mit der Strukturfläche auf den nächsten Zylinder auftrifft. Eine Bewegung in Bewegungsrichtung 201 des Eingabemittels 200 in die Endposition 200' (gestrichelt dargestellt) ergibt in Abhängigkeit von der Bewegungsgeschwindigkeit modulierte Beschleunigungswerte. Diese lassen sich in Komponenten AX1, AZ1 zerlegen, die zu den Hauptrichtungen X und Z parallel sind. Über eine ausreichend starre Kopplung des Beschleunigungssensors 101 mit der Strukturfläche werden die aktuellen Beschleunigungswerte mechanisch auf den Beschleunigungssensors 101 übertragen. Die gemessenen Beschleunigungswerte werden z. B. als zeitliche Folge von Abtastmaxima gespeichert. Als Abtastzeitpunkt wird der Moment gewählt, wenn in z-Richtung ein Beschleunigungswert höher als ein Schwellwert vorliegt. Die zeitliche Abfolge liegt dann als Vektor, der zeitlich variable Beschleunigungswerte enthält, vor. In der Vorrichtung 100 ist bevorzugt ein Dreiachsen-Beschleunigungssensor eingebaut, der die Beschleunigungen und damit die ausgeführten Bewegungen des Eingabemittels 200 auf der Strukturfläche 102 detektiert. Die Strukturfläche 102, die mit dem Beschleunigungssensor 101 direkt gekoppelt ist, ist bevorzugt mit einer elastisch gedämpften Aufhängung versehen, um die Auflösung in der beabsichtigten Applikation zu optimieren.
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Die zeitliche Abfolge der gemessenen Beschleunigungen in Richtung der Messachsen kann bevorzugt in einem Schieberegisterarray als digitalisierte Pattern zwischengespeichert werden und mit Referenzpattern zur Feststellung der Korrelation und damit der Entscheidungsfindung verglichen werden. Die Übereinstimmung der Muster kann bevorzugt für die Entscheidung bzw. Decodierung herangezogen werden. Abhängig von der Gesamtkonfiguration kann alternativ auch eine Auswertung der Differenz aus Maximum und Minimum der Beschleunigung achsenweise erfolgen. Bevorzugt kann von jedem Anregungspaket bestehend aus Maximum und Minimum der Beschleunigung und der überlagerten gedämpften Schwingung der Peakwert zur Auswertung herangezogen und digitalisiert werden. Alternativ kann die Differenz aus Maximum und Minimum des erwähnten Anregungspakets gebildet werden. Anschließend erfolgen die Digitalisierung und das Postprozessing. Weiter bevorzugt erfolgt eine Implementierung durch Mittelung der Spitzenwerte, um vorteilhaft die Störungsanfälligkeit zu verringern.
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Alternativ kann statt der zeitlichen Auswertung eine Frequenzanalyse der gemessenen Muster in Richtung der Messdaten durchgeführt werden. Eine Frequenztransformation kann bereits zu einer Datenreduktion und damit zu einem effizienten Verarbeiten der Messdaten verwendet werden. Bevorzugt wird zur Taktgewinnung für die Transformation bzw. die Datenverarbeitung die Beschleunigung in z-Richtung, d. h. jeweils orthogonal zu den Achsen, in deren Richtung die Information generiert wird, verwendet. Bevorzugt wird eine unterschiedliche Wahl der Abstände der Erhebungen 103 für die x- und die y-Richtung erfolgen. Dann ergibt sich beim Überstreichen der Strukturfläche 102 bereits eine Anregung bei verschiedenen Frequenzen, d. h. anhand des Schwerpunkts der sich einstellenden Frequenz kann auf x- oder y-Richtung geschlossen werden.
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Zur Auswertung der Korrelation im Zeit- oder Frequenzbereich kann bevorzugt das Ensemble der Korrelationsmuster eingeschränkt werden, um die Verarbeitung zu beschleunigen. Sollen beispielsweise nur lateinische Buchstaben oder Ziffern erkannt werden, ist eine derartige Beschränkung vorteilhaft.
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Bevorzugt wird die Strukturfläche 102 austauschbar realisiert. Austauschbare Strukturflächen lassen vorteilhaft eine bedarfsgerechte bzw. bedarfsoptimierte Anpassung der Anwendung oder Applikation zu. Über optimierte Strukturflächen kann mit hoher Genauigkeit die Position auf der Strukturfläche erkannt werden. Weiter kann dies einem Benutzer der Vorrichtung 100 helfen, auch bei Dunkelheit die Position auf der Strukturfläche 102 dezidiert zu finden und mit hoher Genauigkeit Eingaben zu machen. Als Strukturfläche 102 eignen sich alternativ auch Oberflächen mit Absenkungen, Vertiefungen oder Löchern. Bevorzugt weist die Strukturfläche 102 vergleichbar zur Blindenschrift eine abtastbare Codierung zur Position auf.
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Bevorzugt wird zusätzlich zum Beschleunigungssensor 101 ein Mikrofon zur Bewegungsdetektion verwendet. Die Auswertung der Beschleunigungsmessung lässt sich durch gleichzeitige Aufnahme und Verarbeitung eines Mikrofonsignals unterstützen, z. B. kann das im Z-Kanal gemessene Beschleunigungssignal mit dem Mikrofonsignal (bevorzugt über einen Hochpass) korreliert werden.
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Bevorzugt wird mit mehreren verteilten Beschleunigungssensoren eine Fläche aufgespannt, die Beschleunigungssensoren befinden sich beispielsweise an vier Eckpunkten einer quadratischen Strukturfläche 102. Vorteilhaft kann mittels Diversity oder Bestimmung der Amplituden und deren Maxima eine genaue ortsselektive Auswertung erzielt werden. Weiter lassen sich vorteilhaft damit Störeffekte wie Drehung der Strukturfläche 102 herausrechnen.
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Bevorzugt wird die Strukturfläche 102 als z. B. aufklappbarer Deckel (Kombifunktion als Schutzdeckel) realisiert. Damit verbunden ist eine softwaremäßige Umschaltung der Lage der Grundausrichtung der Koordinatenfunktionalität verknüpft, d. h. in Abhängigkeit des Drehwinkels des Klappdeckels wird die Z-Erkennung durch unterschiedliche und/oder umschaltbare Achsen des Beschleunigungssensors 101 bewerkstelligt, wobei bevorzugt der Beschleunigungssensor 101 als mikroelektromechanisches System (MEMS) realisiert wird.
