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Technisches Gebiet
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Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung beziehen sich auf ein Eingabegerät. Insbesondere auf ein akustisches Eingabegerät (für einen Klangsynthesizer) und ein Verfahren zur Auswertung von Vibrationssensormatrizen.
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Hintergrund der Erfindung
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Um digitale als auch analoge elektronische Musikinstrumente besonders lebendig und intuitiv bedienbar zu machen, können akustische Eingabesignale verwendet werden um entweder ein physikalisches Modell anzuregen; Parameter für die Klangsynthese von den Eingabesignalen abzuleiten oder Anregersignale für Resonatoren bestehend aus analogen Schaltungen zu generieren.
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Derzeitige akustische Eingabegeräte bestehen aus einem Vibrationssensor und einem Kraftsensor (AFrame [1]), einem oder mehreren Vibrationssensoren und einem oder mehreren Positions- und Kraftsensoren (Perry Cook [2]), nur einem Vibrationssensor (Mogees [3]); mehreren Positionssensoren mit jeweils einem Vibrationssensor (Kazumi [4]); oder Berührungssensoren und mehreren Vibrationssensoren (Kalichord [5]).
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Die verschiedenen Sensoren sind hierbei beispielsweise auf unterschiedlichen Flächen angebracht um entweder eine akustische Abschirmung der Vibrationssensoren zu erreichen, oder eine Auftrennung der Gesten des Benutzers in Anregung und Tonhöhenveränderung zu erreichen.
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Derzeitige akustische Eingabegeräte können nur eine Geste (bzw. Audiosignal) des Benutzers pro berührter Fläche verarbeiten. Dadurch limitieren sie den Synthesizer auf eine monophone Spielweise pro Fläche. Es können also nicht mehrere Töne gleichzeitig auf einer zusammenhängenden Fläche gespielt werden. Es sind zwar mehrfachAnordnungen von monophonen Flächen denkbar, diese sind allerdings unpraktisch, weil sie umso größere Datenmengen verarbeiten müssen und umso größeren Materialeinsatz benötigen, je mehr Töne gleichzeitig gespielt werden sollen, bzw. je mehr Vibrationsquellen gleichzeitig erfasst werden sollen.
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Aufgabe der Erfindung kann sein, mehrere Gesten des Spielers gleichzeitig - z.B. zwei Fingerbewegungen auf einer Oberfläche - beispielsweise in den Dimensionen Schwingung und Position zu erfassen, bzw. technisch ausgedrückt mehrere Vibrationsquellen auf einer Oberfläche zu erfassen und verfolgen zu können; und dabei sparsam Daten zu erzeugen.
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Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Patentansprüche mit den Vorrichtungsansprüchen 1 und 15, den Verfahrensansprüchen 28 und 29 und den Systemansprüchen 30 und 31 gelöst.
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Erfindungsgemäße Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen definiert.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Ein Ausführungsbeispiel betrifft ein Eingabegerät mit einer Berühroberfläche, einer Berührsensormatrix zur ortsaufgelösten Detektion von Berührungseinwirkung auf die Berühroberfläche, einer Vibrationssensormatrix zur ortsaufgelösten Detektion von Vibration an der Berühroberfläche, und einer Steuerung. Die Steuerung kann ausgebildet sein, um aus der Berührsensormatrix eine Menge von einem oder mehreren Berührungsorten zu bestimmen, abhängig von der Menge von einem oder mehreren Berührungsorten selektiv aus Vibrationssensoren der Vibrationssensormatrix eine Teilmenge von einem oder mehreren Vibrationssensoren auszuwählen, und abhängig von der Vibration, die von der Teilmenge von einem oder mehreren Vibrationssensoren detektiert wird, ein Eingabesignal zu generieren.
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Dieses Ausführungsbeispiel des Eingabegeräts basiert auf der Erkenntnis, dass durch die Steuerung aus einer Berührsensormatrix eine Menge von einem oder mehreren Berührungsorten bestimmt werden kann und somit Vibrationen an der Berühroberfläche durch die Vibrationssensormatrix an der Menge von einem oder mehreren Berührungsorten detektiert werden können und somit eine kleine Datenmenge aufgenommen und verarbeitet werden kann. Durch die Berührsensormatrix kann beispielsweise festgestellt werden an welchen Berührungsorten die Berühroberfläche beispielsweise durch einen Finger, einen Fingernagel, einen Stift, Schlagstöcken, etc. berührt wird. Somit wird ermöglicht, dass die Vibrationssensormatrix beispielsweise nur an den Berührungsorten ausgelesen wird. Dies hat den Vorteil, dass die hohe zeitliche Auflösung, die für die Vibrationsabtastung notwendig ist, räumlich niedrig aufgelöst abgetastet werden kann. Dadurch kann selbst bei einem gleichzeitigen Erfassen von Vibrationen an mehreren Berührungsorten der Berühroberfläche ein sehr kleiner Datenstrom erzeugt werden. Die Berühroberfläche kann auch als taktile Oberfläche verstanden werden. Die Berührungseinwirkung kann beispielsweise eine Krafteinwirkung oder eine kapazitive Einwirkung (z. B. Die Haut einer Fingerkuppe kann bei Berührung eine Kapazitive Änderung hervorrufen) darstellen.
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Somit ist festzuhalten, dass das Eingabegerät mehrere Berührungen eines Benutzers gleichzeitig erfassen kann und dabei den erzeugten Datenstrom minimieren kann.
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Ein Ausführungsbeispiel betrifft ein Eingabegerät, wobei die Berühroberfläche eine Rauheit in einem Bereich von 5 µm bis 5 mm aufweist. Durch die Rauheit der Berühroberfläche kann beispielsweise bei einer Berührung eine Vibration in der Berühroberfläche verursacht werden. Je nach Rauheit kann die Vibration der Berühroberfläche eine andere Vibrationsfrequenz aufweisen. Somit kann das Eingabegerät Eingabesignale mit beispielsweise unterschiedlichen Raten oder Frequenzen aufweisen. Die Rauheit kann als die Mittenrauheit Ra definiert sein.
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Ein Ausführungsbeispiel betrifft ein Eingabegerät, wobei die Berühroberfläche dreidimensionale Strukturen aufweist. Je nach Struktur kann die Berühroberfläche unterschiedliche Vibrationseigenschaften aufweisen, so kann beispielsweise mit den dreidimensionalen Strukturen das Vibrationsspektrum beeinflusst werden. Somit ermöglichen die dreidimensionalen Strukturen beispielsweise Vibrationen der Berühroberfläche mit unterschiedlichen Frequenzen.
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Ein Ausführungsbeispiel betrifft ein Eingabegerät, wobei die Berühroberfläche durch ein Material gebildet wird, das mechanische Schwingungen in lateraler Richtung stärker dämpft als mechanische Schwingungen senkrecht zu der Berühroberfläche. Dadurch wird ermöglicht, dass Vibrationen von den beispielsweise unterhalb der Berühroberfläche liegenden Vibrationssensoren sehr gut ortsaufgelöst detektiert werden können. Zudem kann hierdurch eine Superposition von benachbarten Vibrationen minimiert werden.
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Ein Ausführungsbeispiel betrifft ein Eingabegerät, wobei das Material für die mechanischen Schwingungen in lateraler Richtung eine Dämpfung aufweist, die zumindest 20% größer ist, als die Dämpfung der mechanischen Schwingungen senkrecht zu der Berühroberfläche. Dadurch wird ermöglicht, dass Vibrationen von den beispielsweise unterhalb der Berühroberfläche liegenden Vibrationssensoren sehr gut ortsaufgelöst detektiert werden können. Zudem kann hierdurch eine Superposition von benachbarten Vibrationen minimiert werden. Dies kann beispielsweise auch bei einer Dämpfung von zumindest 10 %, 15 %, 25 %, 30 % oder 40 % erreicht werden.
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Ein Ausführungsbeispiel betrifft ein Eingabegerät, wobei die Steuerung ausgebildet ist, um die Berührsensormatrix mit einer geringeren Messabtastrate zu betrieben, als die Messabtastrate der Vibrationssensormatrix. Dies ermöglicht beispielsweise eine hohe Auflösung von Vibrationen, die auf der Berührungsoberfläche entstanden sind, durch die hohe Messabtastrate der Vibrationssensormatrix bei gleichzeitiger Minimierung der generierten Datenmenge durch die Detektion einer Berührung mit der Berührungsmatrix bei geringer Messabtastrate.
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Ein Ausführungsbeispiel betrifft ein Eingabegerät, wobei die Messabtastrate der Berührsensormatrix zumindest 20 % geringer ist, als die Messabtastrate der Vibrationssensormatrix. Dies ermöglicht beispielsweise eine hohe Auflösung von Vibrationen, die auf der Berührungsoberfläche entstanden sind, durch die hohe Messabtastrate der Vibrationssensormatrix bei gleichzeitiger Minimierung der generierten Datenmenge durch die Detektion einer Berührung mit der Berührungsmatrix bei geringer Messabtastrate. Es ist auch möglich, dass die Messabtastrate der Berührsensormatrix zumindest 10 %, 50% oder 200 % geringer ist, als die Messabtastrate der Vibrationssensormatrix.
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Ein Ausführungsbeispiel betrifft ein Eingabegerät, wobei eine räumliche Auflösung der Berührsensormatrix höher ist, als eine räumliche Auflösung der Vibrationssensormatrix. Dies ermöglicht eine exakte oder fast exakte Bestimmung einer Berührungsposition mit der Berührungsmatrix, wodurch von einer Steuerung beispielsweise ein oder mehrere Vibrationssensoren an dieser Position ausgewählt werden können, die eine Vibration detektieren. Somit wird beispielsweise ermöglicht positionsgenau Vibrationssensoren durch die Steuerung auszuwählen und nur von diesen Vibrationssensoren Daten bezüglich der Detektion einer oder mehrerer Vibrationen zu detektieren, wodurch die generierte Datenmenge minimiert werden kann.
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Ein Ausführungsbeispiel betrifft ein Eingabegerät, wobei die räumliche Auflösung der Berührsensormatrix zumindest 20 % höher ist, als die räumliche Auflösung der Vibrationssensormatrix. Dies ermöglicht eine exakte oder fast exakte Bestimmung einer Berührungsposition mit der Berührungsmatrix, wodurch von einer Steuerung beispielsweise ein oder mehrere Vibrationssensoren an dieser Position ausgewählt werden können, die eine Vibration detektieren. Somit wird beispielsweise ermöglicht positionsgenau Vibrationssensoren durch die Steuerung auszuwählen und nur von diesen Vibrationssensoren Daten bezüglich der Detektion einer oder mehrerer Vibrationen zu detektieren, wodurch die generierte Datenmenge minimiert werden kann. Dies kann beispielsweise auch erreicht werden, wenn die räumliche Auflösung der Berührsensormatrix zumindest 10 %, 15%, 25 %, 30 % oder 40 % höher ist, als die räumliche Auflösung der Vibrationssensormatrix.
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Ein Ausführungsbeispiel betrifft ein Eingabegerät, wobei zumindest ein Teil der Steuerung eine analoge Schaltung aufweist. Durch die analoge Schaltung kann beispielsweise eine mit der Vibrationssensormatrix detektierte Vibration mit hoher Auflösung von der Steuerung verarbeitet und optional anschließend digitalisiert werden.
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Ein Ausführungsbeispiel betrifft ein Eingabegerät, wobei die Steuerung ausgelegt ist, um mehrere der Vibrationssensoren in der ausgewählten Menge zu kombinieren und/oder zu filtern, um das Eingabesignal zu erhalten. Durch die Kombination von mehreren Vibrationssensoren kann beispielsweise erreicht werden, dass die Vibrationen von dem Eingabegerät mit sehr hoher Genauigkeit erfasst werden können und durch die Filterung kann beispielsweise erreicht werden, dass die erfasste Datenmenge reduziert wird, da Informationen, die beispielsweise unwichtig oder weniger von Nutzen sind herausgefiltert werden können. Durch eine Kombination und/oder Filterung kann optional auch das Eingabesignal angepasst oder nach individuellen Wünschen angepasst werden.
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Ein Ausführungsbeispiel betrifft ein Eingabegerät, wobei das Eingabesignal von der Menge von einem oder mehreren Berührungsorten abhängig ist. Die Menge von einem oder mehreren Berührungsorten umfasst beispielsweise mehrere Koordinaten oder Feldnummern der Berührungssensormatrix, um eine Berührung einer bestimmten Berührungsposition zuordnen zu können. Wird die Berührungsoberfläche beispielsweise an ein oder mehreren Berührungspositionen berührt, so kann das Eingabegerät beispielsweise an jedem dieser Berührungspositionen eine durch die Berührung entstandene Vibration detektieren und dieser Berührungsposition auch wieder zuordnen.
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Ein Ausführungsbeispiel betrifft ein Eingabegerät, wobei die Steuerung ausgelegt ist, um aus der Vibration ein Vibrationssignal zu erzeugen und das Vibrationssignal einer von der Menge von einem oder mehreren Berührungsorten abhängigen Filterung und/oder spektralen Formung zu unterziehen. Hierdurch kann ermöglicht werden beispielsweise Berührungspositionsabhängig eine Tonhöhenanpassung des detektierten Vibrationssignal durchzuführen, wodurch beispielsweise, wenn das Eingabegerät für Audiodaten gedacht ist, so kann von der Steuerung eine Klanganpassung durchgeführt werden. Alternativ kann die spektrale Formung und/oder Filterung auch Teil einer nachgelagerten externen Verarbeitung in einem Gerät sein, dass das Eingabesignal (Ausgabesignal) des Eingabegeräts erhält, in welchem Fall das Eingabesignal dann beispielsweise das Vibrationssignal und ein weiteres Signal umfasst, welches den einen oder die mehreren Berührungsorte signalisiert.
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Ein Ausführungsbeispiel betrifft ein Eingabegerät, wobei das erzeugte Eingabesignal eine Trajektorie oder einen Pfad auf der Berühroberfläche zusammen mit einem Parameter, der abhängig von der Vibration ist, aufweist. Der Parameter kann beispielsweise die Berührungsart (Stift, Fingernagel, Fingerkuppe, etc.) sein und abhängig von der Berührungsart beispielsweise auf einem Bildschirm die Trajektorie oder den Pfad mit anderen Farben, Formen, Informationen, Klangfarben oder Tonhöhen präsentieren. Dadurch wird das Eingabegerät zu einem sehr vielseitig einsetzbaren Gerät.
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Ein Ausführungsbeispiel betrifft ein Eingabegerät, wobei das Eingabesignal ein Audiosignal ist, bei dem eine Vibrationsrate, der Vibration der Berühroberfläche, eine Tonhöhe definiert und die Steuerung basierend auf der Menge von einem oder mehreren Berührungsorten eine Tonhöhenanpassung durchführt.
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Ein Ausführungsbeispiel betrifft ein Eingabegerät, wobei die Berührsensormatrix eine Kraftsensormatrix oder eine Kapazitivsensormatrix ist. Somit ist es möglich die Berührposition mit dem Eingabegerät präzise zu erfassen.
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Ein Ausführungsbeispiel betrifft ein Eingabegerät mit einer Berühroberfläche, einer Vibrationssensormatrix zur ortsaufgelösten Detektion von Vibration an der Berühroberfläche, für jeden einer Menge von Vibrationssensoren der Vibrationssensormatrix eine Schaltung zum Messen einer Vibrationsstärke der durch den jeweiligen Vibrationssensor detektierten Vibration, und einer Steuerung. Die Steuerung kann ausgebildet sein, um aus der Vibrationsstärke eine Menge von einem oder mehreren Berührungsorten zu bestimmen, abhängig von der Menge von einem oder mehreren Berührungsorten selektiv eine Teilmenge von einem oder mehreren Vibrationssensoren der Vibrationssensormatrix auszuwählen, und abhängig von der Vibration, die von der Teilmenge von einem oder mehreren Vibrationssensoren detektiert wird, ein Eingabesignal zu generieren. Dies ermöglicht das Eingabegerät ohne Berührsensormatrix zu realisieren und somit kostengünstiger herzustellen. Dabei kann die Vibrationsstärkemessung zeitlich geringer aufgelöst von den Vibrationssensoren erfasst werden, als die Vibrationen durch die Vibrationssensoren. Unter Vibrationsstärke versteht man beispielsweise die maximale Amplitude/Auslenkung der Vibration und die Vibration kann als der komplette zeitliche Verlauf der Vibration definiert sein.
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In einer bevorzugten Ausführung haben die Funktionseinheiten verschiedene räumliche und zeitliche Auflösungen:
| | Vibrationsstärkemessung | Vibrationsmessung |
| zeitliche Auflösung | niedriger | höher |
| räumliche Auflösung | höher | niedriger |
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Ein Ausführungsbeispiel betrifft ein Eingabegerät, wobei die Menge von Vibrationssensoren, zu denen eine Vibrationsstärke bestimmt wird, alle Vibrationssensoren der Vibrationssensormatrix aufweist oder eine Teilmenge. Besonders wenn nur eine Teilmenge der Vibrationssensoren genutzt wird zur Detektion von Vibrationen wird durch das Eingabegerät ermöglicht die generierte Datenmenge zu minimieren.
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Ein Ausführungsbeispiel betrifft ein Eingabegerät, wobei die Steuerung ausgelegt ist, um die Menge von einem oder mehreren Berührungsorten aus einer Verteilung von Vibrationsstärken zu ermitteln, wobei der eine oder die mehreren Berührungsorte lokale Maxima der Verteilung der Vibrationsstärken definieren. Dadurch kann aus der Detektion der Vibrationsstärken Berührungspunkte ermittelt werden und somit Berührungspositionsabhängig Vibrationen detektiert werden. Somit wird ermöglicht mehrere Dimensionen (z. B. Vibration und Berührungsposition) mit dem Eingabegerät zu erfassen.
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Ein Ausführungsbeispiel betrifft ein Eingabegerät, wobei die Schaltung einen Hüllkurvenverfolger aufweist, der ausgebildet ist, um die Vibrationsstärke zu messen. Somit wird es vereinfacht die Berührungsposition ohne Berührungssensormatrix zu bestimmen.
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Ein Ausführungsbeispiel schafft ein Verfahren zur Erzeugung eines Eingabesignals, mit folgenden Schritten: einer ortsaufgelösten Detektion einer Vibration an der Berühroberfläche, hervorgerufen durch eine Berührung einer Berühroberfläche, durch eine Vibrationssensormatrix, einer ortsaufgelösten Detektion einer Berührungseinwirkung, hervorgerufen durch eine Berührung einer Berühroberfläche, auf die Berühroberfläche durch eine Berührsensormatrix, einem Bestimmen einer Menge von einem oder mehreren Berührungsorten aus einer Berührsensormatrix mit einer Steuerung, einem selektiven Auswählen einer Teilmenge von einem oder mehreren Vibrationssensoren aus Vibrationssensoren einer Vibrationssensormatrix abhängig von der Menge von einem oder mehreren Berührungsorten, und einem Generieren eines Eingabesignals abhängig von der Vibration, die von der Teilmenge von einem oder mehreren Vibrationssensoren detektiert wird.
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Ein Ausführungsbeispiel schafft ein Verfahren zur Erzeugung eines Eingabesignals, mit folgenden Schritten: einer ortsaufgelösten Detektion einer Vibration an einer Berühroberfläche, hervorgerufen durch eine Berührung der Berühroberfläche, durch eine Vibrationssensormatrix, einem Messen einer Vibrationsstärke, der durch jeweilige Vibrationssensoren detektierten Vibration für jeden einer Menge von Vibrationssensoren der Vibrationssensormatrix, durch eine Schaltung, einem Bestimmen einer Menge von einem oder mehreren Berührungsorten aus der Vibrationsstärke mit einer Steuerung, einem selektiven Auswählen einer Teilmenge von einem oder mehreren Vibrationssensoren aus Vibrationssensoren einer Vibrationssensormatrix abhängig von der Menge von einem oder mehreren Berührungsorten, und einem Generieren eines Eingabesignals abhängig von der Vibration, die von der Teilmenge von einem oder mehreren Vibrationssensoren detektiert wird.
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Ein Ausführungsbeispiel betrifft ein System, das einen Klangerzeuger und/oder einen Synthesizer und ein Eingabegerät aufweist, wobei das System ausgelegt ist, um ein Eingabesignal des Eingabegeräts an den Klangerzeuger und/oder Synthesizer zu übergeben.
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Ein Ausführungsbeispiel betrifft ein System, das eine Anzeige und ein Eingabegerät aufweist, wobei das System ausgelegt ist, um ein auf der Anzeige angezeigter Bildschirminhalt von dem Eingabegerät mit dem Eingabesignal zu steuern.
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Ein Ausführungsbeispiel betrifft ein System, wobei die Anzeige die Berühroberfläche des Eingabegeräts bildet.
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Der Synthesizer kann ein Klangsynthesizer sein, könnte aber auch ein visueller Synthesizer zur visuellen Ausgabe des durch das Eingabgerät gewonnen Eingabesignals sein. Der Klangerzeuger könnte ein Musikinstrument sein oder ein Lautsprecher und/oder Verstärker, um zusammen mit dem Eingabegerät ein Musikinstrument als System zu bilden. Die Abhängigkeit der spektralen Formung und/oder Filterung kann darin begründet sein, dass abhängig von der Lage des einen oder der mehreren Berührungsorte eine spektrale Position eines Bandpassabschnitt einer Grundfrequenz und/oder eines Bandpassabschnitts einer oder mehrerer Harmonischen eingestellt wird. Letztere werden beispielsweise mit konstantem Abstand zur Grundfrequenz oder mit einem mit der Grundfrequenz steigenden Frequenzabstand eingestellt. Die Filterung und/oder spektrale Formung kann digital aber auch analog erfolgen, wie z.B. durch einen abhängig von dem einen oder den mehreren Berührungsorten eingestellten Resonator.
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Ein Ausführungsbeispiel betrifft ein Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durchführung eines Verfahrens wenn das Programm auf einem Computer abläuft.
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Figurenliste
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Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer mehrlagigen Sensormatrix eines Eingabegeräts gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
- 2 eine schematische Darstellung einer taktilen Oberfläche mit vibrationsdämmender Einlage eines Eingabegeräts gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
- 3 eine schematische Darstellung eines Hüllkurvenverfolgers für ein Eingabegerät gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
- 4 eine schematische Darstellung eines Abtast-Halte-Glieds, einer Schaltlogik und eines Statusregisters für ein Eingabegerät gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
- 5 eine schematische Darstellung einer Kraftsensormatrix-Interpolationsmethode für ein Eingabegerät gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele gemäß den Figuren
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Bevor nachfolgend Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung im Detail anhand der Zeichnungen näher erläutert werden, wird darauf hingewiesen, dass identische, funktionsgleiche oder gleichwirkende Elemente, Objekte und/oder Strukturen in den unterschiedlichen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, so dass die in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellte Beschreibung dieser Elemente untereinander austauschbar ist bzw. aufeinander angewendet werden kann.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Eingabegeräts 100 mit einer Berühroberfläche A, einer Berührungssensormatrix D-G zur ortsaufgelösten Detektion von Berührungseinwirkung auf die Berühroberfläche A, einer Vibrationssensormatrix B zur ortsaufgelösten Detektion von Vibration an der Berühroberfläche A, und einer Steuerung 30. Die Steuerung 30 kann ausgebildet sein, um aus der Berührungssensormatrix D-G eine Menge von einem oder mehreren Berührungsorten 10 zu bestimmen, abhängig von der Menge von einem oder mehreren Berührungsorten 10 selektiv aus Vibrationssensoren 20 der Vibrationssensormatrix B eine Teilmenge von einem oder mehreren Vibrationssensoren 20 auszuwählen, und abhängig von der Vibration, die von der Teilmenge von einem oder mehreren Vibrationssensoren 20 detektiert wird, ein Eingabesignal zu generieren.
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs I.
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Im Folgenden ist von einem Vibrationssensor respektive einer Vibrationssensormatrix die Rede. Hierbei kann gemeint sein, dass der Körperschall eines Materials bzw. einer Oberfläche als Vibration gemessen wird. Dies kann z.B. durch Vibrationssensoren 20 mit piezoelektrischem Element, mit piezoelektrischen Mikrofonen, oder Beschleunigungssensoren realisiert sein.
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Als Berührungssensormatrix wird eine Sensorik bezeichnet, welche die Berührungsposition eines Fingers, einer Hand, eines Stifts, Klöppels oder Schlegels etc. auf (oder wenige mm über) der Oberfläche bestimmt, üblicherweise als X und Y Koordinaten. Dies kann beispielsweise durch eine kapazitive oder resistive Sensorik realisiert werden. Wünschenswert ist auch die Messung der aufgebrachten Kraft, also der Z-Achse der Oberfläche. Dies kann durch Dehnmessstreifen, kapazitive oder resistive Sensoren gemessen werden.
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Die Detektion von Vibration und Berührungsposition kann nicht nur eine unterschiedliche zeitliche Auflösung (Vibration: Samplingrate von z. B. 12-96 kHz, Berührungsposition: ~ 50 Hz - 1 kHz) erfordern sondern kann sich sich vor allem durch die Fähigkeit der Berührungssensorik die Berührung kontinuierlich messbar zu machen unterscheiden. Piezokeramische Elemente eignen sich nur bedingt für die Messung einer Berührung bzw. Kraft, weil sie ihre durch Kompression aufgebaute elektrische Ladung nach kurzer Zeit durch Kriechströme verlieren. Das Integral eines piezokeramischen Elements ist also proportional zur Kraft, allerdings mit einer Abweichung behaftet.
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1 zeigt beispielsweise eine perspektivische Ansicht einer mehrlagigen Sensormatrix. A: Berühroberfläche B: Array aus Vibrationssensoren. C: Vibrationsabsorbierende Schicht. D: Kraftsensormatrix: Anregeelektroden (Spalten). E: Halbleitende, kraftsensible Schicht. F: Abstandshalter (optional). G: Kraftsensormatrix: Sensorelektroden (Reihen). H: Ausschnitte.
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Die mehrlagige Sensormatrix (1) kann eine Funktionseinheit zur Messung der Vibration bestehend aus Vibrationssensormatrix (B) mit Vibrationsübertragunsschicht (A) und Vibrationshemmer (C) und einer Funktionseinheit zur Messung der Berührungsposition auf der Oberfläche (A) aufweisen. In einer bevorzugten Ausführung wird zusätzlich zur Berührungsposition auch die Kraft der Berührung gemessen. Dies wird durch eine Kraftsensormatrix (D-G) realisiert. Diese besteht aus Kraftsensorelektroden (Spalten, D), Halbleitender, kraftsensibler Schicht (E), Abstandshalter (F) und Kraftsensorelektroden (Reihen, G). Die Kraftsensormatrix (D-G) kann in diesem Ausführungsbeispiel die Berührungssensormatrix (D-G) darstellen.
Im bisherigen Stand der Technik sind Vibrationssensormatrizen B nur mit großem Aufwand abtastbar (digitalisierbar). Es müssen alle Vibrationssensoren 20 abgetastet werden, so dass für jeden Sensor ein Datenstrom entsteht. Diese Datenströme müssen nicht nur schnell genug erzeugt werden, sondern auch schnell genug zur weiterverarbeitenden Einheit übertragen werden. Je größer die Anzahl der Sensoren ist, desto mehr Daten fallen an. In der vorliegenden Erfindung kann die Anzahl der Datenströme allerdings frei gewählt werden, unabhängig von der Anzahl der Vibrationssensoren 20. Dies ist möglich, weil das Eingabegerät 100 eine Berührungssensormatrix D-G aufweisen kann, welche die Positionen der Berührung mit der Oberfläche anzeigen kann. Nur an den Positionen, wo eine Berührung mit der Oberfläche festgestellt wird, werden die nächstgelegenen Vibrationssensoren abgetastet. Natürlich können auch eine größere Nachbarschaft, oder alle Vibrationssensoren abgetastet werden.
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In einer bevorzugten Ausführung haben die Funktionseinheiten verschiedene räumliche und zeitliche Auflösungen:
| | Berührungssensormatrix | Vibrationssensormatrix |
| zeitliche Auflösung | niedriger | höher |
| räumliche Auflösung | höher | niedriger |
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Dies hat den Vorteil, dass die hohe zeitliche Auflösung, die für die Vibrationsabtastung notwendig sein kann, räumlich niedrig aufgelöst abgetastet werden kann. Die genauere räumliche Zuordnung der Vibrationssensordaten zu den Berührungspunkten mit der Oberfläche, kann aus den Ergebnisdaten der Kraftsensormatrix erfolgen. Weiterhin können die Vibrationen der Oberfläche da abgetastet werden, wo bereits Berührungen durch die Kraftsensormatrix festgestellt wurden. Dies reduziert den Anteil der anfallenden Daten weiter.
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Die Vibrationssensormatrix (B) [6] kann verschiedentlich ausgeführt sein. Die Vibrationssensoren können als piezokeramisches Element, Biege- oder Dehnmessstreifen oder Beschleunigungssensor ausgeführt sein. In einer bevorzugten Ausführung wird Sensortinte auf ein Substrat (Folie) aufgebracht, wie in
US 2015339001 A1 dargestellt. In dieses Substrat können dann in einem weiteren Vorgang Ausschnitte (
H) gebracht werden. Diese Ausschnitte helfen dabei, die Vibrationsübertragung zwischen den Sensoren zu verringern und so das Übersprechen zweier Vibrationssensoren zu vermindern. In einer möglichen Ausführung sind die Sensoren komplett aus dem Substrat ausgeschnitten und so voneinander vollständig getrennt.
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In einer anderen Ausführung sind die Sensoren fast völlig voneinander getrennt; sie besitzen nur so viel verbindendes Substrat, wie nötig ist, um die Leiterbahnen der einzelnen Sensoren auf dem Substrat zu belassen und evtl. eine Fixierung der Sensoren zu gewährleisten.
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Durch die Erkennung der Berührungsposition 10 in einer niedrigen Abtastrate kann Bandbreite bei der Datenverarbeitung gespart werden, währenddessen die hohe Abtastrate beispielsweise eines Audiosignals beibehalten werden kann. Weiterhin kann die Anzahl der parallel abgetasteten Vibrationssensoren 20 (Audiosignale) frei gewählt werden, somit kann die Datenverarbeitungsrate an die Fähigkeiten der Datenverarbeitungseinheit angepasst werden. Ebenso kann das Eingabegerät 100 eine beliebige Anzahl von Stimmen (gleichzeitigen Spielgesten mit Audiosignal) für einen analogen Synthesizer ausgeben. Somit kann das gleiche Eingabegerät 100 an analoge Synthesizer mit einer verschiedenen Anzahl von Stimmen (Polyphonie) angeschlossen werden. Durch die Integration der Vibrationssensoren in eine Fläche kann Material- und Herstellungsaufwand verringert werden. Die Sensorfläche kann frei geformt werden und integriert sich durch ihre besonders flache Bauweise auch in Produkte mit geringen Bauhöhen.
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2 zeigt beispielsweise eine taktile Oberfläche mit vibrationsdämmender Einlage. A: Vibrationsabsorbierende Trennschicht. B: Vibrationssensoren. C: Vibrationsleitendes Segment.
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Bei der Vibrations- und Kraftsensormatrix in 1 stellt A die taktile Oberfläche dar. In einer bevorzugten Ausführung besitzt diese eine leichte Rauigkeit, so dass sie beim Überstreichen mit der Hand oder einem Gegenstand eine Vibration erzeugen kann. Zusätzlich können hier taktile Orientierungspunkte aufgebracht werden, um die Oberfläche zu Segmentieren und diese Segmente haptisch erfahrbar zu machen. Weiterhin können dreidimensionale Strukturen aufgebracht werden um zusätzliche charakteristische Vibrationen beim Überstreichen der Oberfläche mit einem Gegenstand oder der Hand erzeugen zu können. Diese Strukturen können aufgedruckt werden, oder durch Abtragen von Material entstehen. Eine wünschenswerte Eigenschaft dieser taktilen Oberfläche A wäre eine Dämpfung der Vibrationen innerhalb der Schicht und eine gute Weiterleitung der Vibrationen an die darunterliegende Schicht (die Vibrationssensormatrix B). Eine derartige Ausführung könnte z.B. mittels einer gewobenen Struktur aus harten Fäden - ähnlich einem Textil - realisiert werden. Hierbei können die Vibrationen entlang des Fadens in horizontaler Richtung schlechter weitergegeben werden als an die darunterliegende Schicht (vertikale Richtung), die eine größere Auflagefläche mit der taktilen Oberfläche verbinden kann. In einer alternativen Ausprägung besitzt die Oberfläche eine segmentierte Struktur, wobei zwischen den Segmenten (2: A) eine vibrationsabsorbierende Trennschicht eingezogen ist (2: C). Die Segmente in 2 können beliebige Formen (kreisförmig, oval, rechteckig, dreieckig, etc. ) besitzen und sind nicht an die hier dargestellte rechteckige Grundstruktur gebunden. Alternativ können alle Segmente einzeln, mittels eines vibrationsdämpfenden Materials an einem Gehäuse aufgehängt werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Berührungssensormatrix als Kraftsensormatrix realisiert.
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Eine Kraftsensormatrix kann aus folgenden Funktionseinheiten bestehen:
- - Matrix aus variablen Impedanzen
- - Spaltenanregeelektroden
- - Reihensensorelektroden
- - Anregeelektronik
- - Signalaufbereitungselektronik (optional)
- - Strom-zu-Spannungskoverter
- - Analog-Digital-Konverter (ADC)
- - Schaltlogik
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Die variable Impedanz kann mittels kapazitiven Elementen und / oder resistiven Elementen ausgeführt werden. Die Anregung kann auch auf die Reihen der Matrix geschaltet sein, wenn die Sensorik auf den Spalten der Matrix liegt.
- 1. Die Schaltlogik kann jeweils eine Spalte der Matrix mit der Anregeelektronik und alle anderen Spalten mit der Masse (Ground) verschalten.
- 2. Ebenfalls kann die Schaltlogik eine Reihe der Matrix auf die Signalaufbereitungselektronik, welche mit dem ADC verbunden ist (bzw. direkt auf den ADC), schalten. Die variablen Impedanzen kann einen Strom von der auf die Anregeelektronik geschalteten Spalte auf die mit dem ADC verschaltete Reihe, dessen Größe proportional zur Kraft auf die variablen Impedanzelemente ist, leiten.
- 3. Dieser Strom kann im Strom-zu-Spannungskonverter in eine proportionale Spannung gewandelt werden,
- 4. optional von der Signalaufbereitungselektronik gefiltert werden und
- 5. schließlich im ADC digitalisiert werden. Der digitalisierte Wert kann proportional zur Kraft auf das variable Impendanzelement in der Matrix sein.
- 6. Im nächsten Schritt kann entweder die angeregte Reihe oder die ausgelesene Spalte weitergeschaltet und alle anderen Elektroden auf Masse geschaltet werden. Nun können sich die Vorgänge 1-5 wiederholen bis alle Kombination aus angeregten Spalten und ausgelesenen Reihen ausgeführt sind. Somit kann die komplette Matrix abgetastet sein.
- 7. Die digitale Repräsentation der Kraftausübung auf die Matrix aus variablen Impedanzen kann nun in einer Datenverarbeitungseinheit weiterverarbeitet werden, beispielsweise mit folgenden Schritten:
- a. Räumliche Filterung
- b. Zeitliche Filterung
- c. Erkennung von Kraftmaxima bzw.-zentren
- d. Erkennung von Benutzergesten über die Veränderung der Impedanzen über die Zeit
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Verschiedene Realisierungen der Kraftsensormatrix sind aus dem Stand der Technik bekannt. Eine bevorzugte Realisierung, bei der die Matrix durch zusätzliche, mit der Anrege- und Auswerteelektronik nicht verbundenen Spalten und Reihen ergänzt wird, ist in
WO 2015/048583 A1 beschrieben. Die zusätzlichen Spalten und Reihen können der Interpolation der Matrix dienen. Der Vorteil dieser Ausführung ist, dass hier ohne den Einsatz zusätzlicher elektronischer Komponenten eine Erhöhung der Positionsauflösung möglich ist. Die Trennschärfe zweier benachbarter Kraftpunkte wird hier beispielsweise allerdings nicht höher. Eine zusätzliche bzw. weitere Möglichkeit der Interpolation auf Ebene der Hardware kann durch eine komplexere Verschaltung der Matrixelemente zu Verbundreihen und -spalten erfolgen (
5). Diese Technik wird in Digitalkamerasensoren angewandt.
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Resistive Kraftsensorelemente können wie in 1 durch eine impedanzveränderliche Schicht realisiert werden, welche zwischen Anrege- und Sensorelektroden eingefügt werden kann. Um den dynamischen Bereich der Kraftsensormatrix anzupassen, kann eine Schicht mit Abstandshaltern (1, F) zum Einsatz kommen. Wenn der dynamische Bereich bereits sehr kleine Kraftgrößen umfassen soll, kann ganz auf den Abstandshalter verzichtet werden.
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Auswerte- und Anrege-Elektronik:
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Sowohl die Vibrations- als auch die Kraftsensormatrix können mittels einer passenden Elektronik ausgewertet werden.
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Vibrationssensormatrix:
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Die Vibrationssensoren können eine Verstärkerstufe und einen Multiplexer durchlaufen, ehe sie dem Analog-Digital-Konverter (ADC) zugeführt werden. So können mehrere Sensoren von einem ADC digitalisiert werden. Der Verstärker kann nach dem Multiplexer geschaltet sein, um Komponenten zu sparen. In einer anderen Ausführungsbeispiel werden die Vibrationssensoren nicht digitalisiert, sondern werden direkt an einen Vibrationsausgang weitergeleitet. Hier können mehrere aktive Vibrationssensoren, also jene, die unter einer Berührungseinwirkung wie z. B. einer Krafteinwirkung von der Oberfläche stehen, an je einen Vibrationsausgang weitergeleitet werden. Dort kann die analoge Ausgangsspannung z.B. von resonanten Filtern weiterverarbeitet werden. In einer bevorzugten Ausführung sind die Vibrationssensoren differenziell verstärkt, um Störeinflüsse zu verringern.
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Ausführung ohne Kraftsensormatrix:
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In einer weiteren Ausführung kann durch den geschickten Einsatz der Auswerteelektronik bereits auf Ebene der Vibrationssensormatrix festgestellt werden, welche Vibrationssensoren aktiv sind. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn die Oberfläche segmentiert ist und so diskrete Zonen mit eigenen Vibrationssensoren auf der Oberfläche erkennbar sind (2).
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Dazu kann ein Hüllkurvenverfolger (3) verwendet werden, welcher die Aktivität aller Vibrationssensoren feststellen kann und jene mit der größten Vibrationsaktivität an den ADC bzw. Verstärker weiterleiten kann. Hierzu können mehrere Vibrationssensoren (sns0-sns3) an einen Multiplexer angeschlossen sein, welcher zu einem festgelegten Zeitpunkt jeweils ein Sensorsignal an den Verstärker weiterleiten kann. Anschließend kann das Signal in einem Vollwellengleichrichter (Mixer_1, Comp_1) gleichgerichtet werden, (es eignet sich hier auch ein Halbwellengleichrichter). Nach beispielsweise einem Tiefpassfilter (Opamp_1, Opamp_2) kann das Signal digitalisiert werden, oder in einem Abtast-Halte-Glied zwischengespeichert werden. In der bevorzugten Ausführung wird das Hüllkurvensignal in einem Abtast-Halte-Glied (4) gespeichert. Nun kann die Schaltlogik (4) den nächsten Vibrationssensor auf den Hüllkurvenverfolger schalten und die neugewonnene Hüllkurve mit der bereits im Abtast-Halte-Glied gespeicherten Hüllkurve vergleichen. Ist die neugewonnene Hüllkurve leiser als die bereits gespeicherte Hüllkurve, so kann die Schaltlogik den nächsten Sensor auf den Hüllkurvenverfolger schalten. Ist die neugewonnene Hüllkurve aber lauter, so kann sie, anstelle der alten Hüllkurve im Abtast-Halte-Glied zwischengespeichert werden. Hat die Schaltlogik einmal alle Sensoren durchgeschaltet, so kann die lauteste Hüllkurve im Abtast-Halte-Glied gespeichert sein und der dazugehörige Sensorindex sich im Statusregister „loudest_MIC“ (4) befinden. Der lauteste Sensor kann nun digitalisiert werden oder verstärkt an einen analogen Ausgang weitergeleitet werden.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann ein logarithmisches Suchverfahren implementiert werden. Hierbei können jeweils zwei Teilmatrizen zu Sensorflächen zusammen geschaltet werden. Zunächst kann die komplette Matrix durch die Schaltlogik zu zwei Teilflächen verschaltet (welche zusammen alle Sensoren umfassen können) werden und die Lautheit der Teilflächen mittels der digitalisierten, oder analog gespeicherten (Abstast-Halte-Glied) Hüllkurve durch einen Komparator verglichen werden. Die lautere Teilfläche kann erneut zu zwei Teilflächen aufgeteilt werden (welche zusammen alle Sensoren der lauteren Teilfläche umfassen können) und die Hüllkurvenwerte der Teilflächen können erneut verglichen werden. Dieses rekursive Verfahren kann ausgeführt werden, bis die lauteste Teilfläche aus nur einem Sensor besteht.
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Wenn mehrere Abtast-Halte-Glieder verwendet werden, können darin mehrere Sensorhüllkurvenwerte gespeichert werden. Verschaltet man diese wiederum mit Komparatoren, kann ein Sortierverfahren implementiert werden, welche die Sensoren nach Lautheit sortiert. Die lautesten Sensoren können dann digitalisiert werden, oder an analoge Ausgänge weitergeleitet werden, um so mehrere Berührungspunkte mit der Oberfläche in der Vibration zu erfassen.
In einer weiteren Ausführung werden alle Hüllkurvenwerte digitalisiert und in einem numerischen Array gespeichert, anstatt sie in Abtast-Halte-Gliedern zu speichern. Hier kann ein Array-Sortier-Verfahren angewandt werden um die Sensoren nach Lautheit zu sortieren. Anschließend kann eine beliebige Anzahl von lauten Sensoren vom ADC abgetastet oder an die analogen Ausgänge weitergeleitet werden.
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In einer weiteren Ausführung können in einem Multiauflösungsverfahren mehrere Vibrationsquellen durch sukzessive Fokussierung herauskristallisiert werden. Dabei kann durch Zusammenschaltung von benachbarten Sensoren eine niedrigere räumliche Auflösung erreicht werden. Die niedrigste Positionsauflösung kann sich durch die Zusammenschaltung aller Vibrationssensoren auf der Oberfläche ergeben; die höchste Auflösung durch die Vereinzelung aller Sensoren. Die Schaltlogik kann die sukzessive Erhöhung der Auflösung im Bereich der bereits detektieren aktiven, also lauten, Region(en) veranlassen. Um die Unterscheidung zwischen lauteren und leiseren Regionen verlässlich zu treffen, kann eine Verhältnismäßigkeit zwischen lauten und leisen Regionen gebildet werden. Diese Verhältnismäßigkeit kann z.B. durch ein Lautheitsmaß (Differenz in dB) gebildet werden. Regionen die dabei im Verhältnis lauter als ihre jeweilige Umgebung sind, gelten hier als Vibrationsquellen und werden sukzessive höher aufgelöst, bis die gewünschte Auflösung erreicht ist.
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Gestenerkennung:
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Jede Berührung der Oberfläche, die zeitlich kontinuierlich in Kontakt mit dieser steht, kann eine Geste sein. Während einer Geste kann sich die Position und die Kraftweinwirkung auf die Oberfläche verändern. Die Erkennung der Gesten kann durch die Kraftsensormatrix erfolgen. Es kann eine zeitlich kontinuierliche Geste erkennt werden, wenn ein Kraftsensor oder seine unmittelbare Nachbarschaft eine Kraft misst. Die räumliche Veränderung der Geste kann anhand einer Strecke entlang der nacheinander aktivierten Kraftsensoren nachvollzogen werden. Einer Geste können nun wie folgt Vibrationsdaten zugeordnet werden:
- Es wird beispielsweise zunächst nur ein Vibrationssensor in nächster Nähe zum aktivierten Kraftsensor abgetastet. Falls sich die Geste in der Position verändert wird beispielsweise nun der Vibrationssensor zusätzlich abgetastet, der sich in nächster Nähe in Positionsveränderungsrichtung befindet. Dazu können Positionsveränderungsvektoren mittels der Auswerteelektronik gebildet werden. Der zusätzlich abgetastete Vibrationssensor kann nun dem ursprünglichen Vibrationssignal beigemischt werden. Wenn die Geste die nächste Nähe zum ursprünglichen Sensor verlässt, kann der ursprüngliche Sensor allmählich dem Vibrationssignal entmischt werden, bis er vollständig abgeschaltet wird. Bei einer Geste mit Positionsveränderung können also immer mindestens zwei Vibrationssensorsignale miteinander gemischt werden um einen kontinuierlichen Übergang zwischen den verschiedenen Vibrationssensorsignalen zu ermöglichen. In einer aufwendigeren Ausführung werden stets alle Sensoren einer Nachbarschaft gewichtet gemischt. Wobei der Sensor in nächster Nähe zur Berührung mit der Oberfläche den größten Lautstärkenanteil an der Mischung besitzen kann.
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. zeigt eine schematische Darstellung einer Kraftsensormatrix-Interpolationsmethode für ein Eingabegerät. Die Quadrate 200 sind beispielsweise tatsächliche variable Impedanzelemente und die Linien 210 interpolierte Matrix Reihen und Spalten durch Zusammenschaltung der jeweils in unmittelbarer Nachbarschaft liegenden Sensorelemente.
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In anderen Worten kann es sich bei der taktilen Oberfläche, wie im Vorhergehenden erwähnt, um eine Außenoberfläche des akustischen Eingabegeräts handeln, die über eine gewisse Rauheit verfügt.
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Das akustische Eingabegerät weist beispielsweise an der taktilen Oberfläche ein Material auf, dessen Außenoberfläche die taktile Oberfläche bildet, und das mechanische Schwingungen in lateraler Richtung, d. h. parallel zur Oberfläche, einer höheren Dämpfung aussetzt als senkrecht zur taktilen Oberfläche. Beispielsweise ist die Dämpfung in senkrechter Richtung um mehr als 20% größer.
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Wie ebenfalls oben erwähnt, wird beispielsweise die Kraftsensormatrix mit einer Messabtastrate betrieben, die geringer ist als diejenige der Messabtastrate der Vibrationssensormatrix.
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Die Bestimmung der Menge von einem oder mehreren Berührungsorten und die Auswahl der zugehörigen Teilmenge von einem oder mehreren Vibrationssensoren durch die Steuerung kann beispielsweise durch eine analoge Schaltung implementiert sein.
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Das erzeugte Eingabesignal kann ein akustisches Signal sein, also ein Audiosignal. Die Generierung des akustischen Signals aus der Vibration der ausgewählten Teilmenge von einem oder mehreren Vibrationssensoren kann eine Digitalisierung umfassen. Die Digitalisierung könnte allerdings alternativ auch schon früh, wie zum Beispiel pro Sensor, geschehen, in welchem Fall die Abtastwert bzw. Messwertrate der Kraftsensoren höher als die der Vibrationssensoren ist, wie z.B. um das 20 fache höher oder mehr. In dem Fall mehrere Vibrationssensoren in der ausgewählten Menge können diese kombiniert und/oder gefiltert werden, um das Eingabesignal zu erhalten. Die Erzeugung kann aber auch abhängig von der Menge von einem oder mehreren Berührungsorten sein, wie z.B. von der Lage desselben/derselben entlang einer Lateralrichtung, die beispielsweise eine Tonhöhe des erzeugten Eingabesignals erzeugt. Das Eingabesignal dient zur Eingabe in ein weiteres Gerät. Für das Eingabegerät stellt es natürlich ein Ausgabesignal dar. Das erzeugte Signal kann z.B. einem Synthesizer zugeführten werden. Die Generierung des akustischen Signals aus der Vibration der ausgewählten Teilmenge von einem oder mehreren Vibrationssensoren kann eine Digitalisierung umfassen. Die Digitalisierung könnte allerdings alternativ auch schon früh, wie zum Beispiel pro Sensor, geschehen.
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Das erzeugte Eingabesignal könnte aber auch ein Signal sein, das lediglich eine Trajektorie oder einen Pfad auf der taktilen Oberfläche beschreibt, zusammen mit einem Parameter, der abhängig von der Vibration bestimmt wird und beispielsweise angibt, ab die Trajektorie bzw. der Pfad mit einem Stift, einer Fingerkuppe, einem Fingernagel oder dergleichen eingegeben wurde, d.h. ein Parameter der eine Eingabeart angibt.
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Wie es im Vorhergehenden beschrieben worden ist, ist demnach die Existenz einer Kraftsensormatrix nicht unbedingt nötig. Die Menge von Vibrationssensoren, zu denen eine Vibrationsstärke bestimmt wird, kann alle Vibrationssensoren der Vibrationssensormatrix aufweisen oder aber nur eine Teilmenge, wie z. B. jeder zweite Sensor in Zeilenrichtung und jeder zweite Sensor in Spaltenrichtung oder dergleichen. Die Bestimmung der Menge von einem oder mehreren Berührungsorten kann, wie es im Vorhergehenden erwähnt worden ist, durch die Bestimmung von denjenigen Vibrationssensoren aus der Menge von Vibrationssensoren geschehen, zu denen die Vibrationsstärke am höchsten ist oder deren Vibrationsstärke eine sonstige Bedingung erfüllt. Beispielsweise wird aus der Verteilung von Vibrationsstärken, die zu den Vibrationssensoren der Menge von Vibrationssensoren bestimmt worden ist, eine oder mehrere Vibrationssensoren ausgewählt, die lokale Minima definieren, die aber zumindest um einen Vibrationssensor voneinander beabstandet sind. Die Steuerung kann, wie im Vorhergehenden beschrieben, zumindest teilweise als analoge Schaltung ausgeführt sein. Die Schaltung zum Messen einer Vibrationsstärke kann, wie im Vorhergehenden beschrieben, einen Hüllkurvenverfolger aufweisen.
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Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar. Einige oder alle der Verfahrensschritte können durch einen Hardware-Apparat (oder unter Verwendung eines Hard-ware-Apparats), wie zum Beispiel einen Mikroprozessor, einen programmierbaren Computer oder eine elektronische Schaltung ausgeführt werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen können einige oder mehrere der wichtigsten Verfahrensschritte durch einen solchen Apparat ausgeführt werden.
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Je nach bestimmten Implementierungsanforderungen können Ausführungsbeispiele der Erfindung in Hardware oder in Software implementiert sein. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Speichermediums, beispielsweise einer Floppy-Disk, einer DVD, einer Blu-ray Disc, einer CD, eines ROM, eines PROM, eines EPROM, eines EEPROM oder eines FLASH-Speichers, einer Festplatte oder eines anderen magnetischen oder optischen Speichers durchgeführt werden, auf dem elektronisch lesbare Steuersignale gespeichert sind, die mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenwirken können oder zusammenwirken, dass das jeweilige Verfahren durchgeführt wird. Deshalb kann das digitale Speichermedium computerlesbar sein.
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Manche Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung umfassen also einen Datenträger, der elektronisch lesbare Steuersignale aufweist, die in der Lage sind, mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenzuwirken, dass eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird.
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Allgemein können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung als Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode implementiert sein, wobei der Programmcode dahin gehend wirksam ist, eines der Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer abläuft.
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Der Programmcode kann beispielsweise auch auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert sein.
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Andere Ausführungsbeispiele umfassen das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren, wobei das Computerprogramm auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist.
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Mit anderen Worten ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens somit ein Computerprogramm, das einen Programmcode zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer abläuft.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verfahren ist somit ein Datenträger (oder ein digitales Speichermedium oder ein computerlesbares Medium), auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufgezeichnet ist. Der Datenträger, das digitale Speichermedium oder das computerlesbare Medium sind typischerweise gegenständlich und/oder nichtvergänglich bzw. nichtvorübergehend.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist somit ein Datenstrom oder eine Sequenz von Signalen, der bzw. die das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren darstellt bzw. darstellen. Der Datenstrom oder die Sequenz von Signalen kann bzw. können beispielsweise dahin gehend konfiguriert sein, über eine Datenkommunikationsverbindung, beispielsweise über das Internet, transferiert zu werden.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst eine Verarbeitungseinrichtung, beispielsweise einen Computer oder ein programmierbares Logikbauelement, die dahin gehend konfiguriert oder angepasst ist, eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst einen Computer, auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren installiert ist.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung umfasst eine Vorrichtung oder ein System, die bzw. das ausgelegt ist, um ein Computerprogramm zur Durchführung zumindest eines der hierin beschriebenen Verfahren zu einem Empfänger zu übertragen. Die Übertragung kann beispielsweise elektronisch oder optisch erfolgen. Der Empfänger kann beispielsweise ein Computer, ein Mobilgerät, ein Speichergerät oder eine ähnliche Vorrichtung sein. Die Vorrichtung oder das System kann beispielsweise einen Datei-Server zur Übertragung des Computerprogramms zu dem Empfänger umfassen.
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Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein programmierbares Logikbauelement (beispielsweise ein feldprogrammierbares Gatterarray, ein FPGA) dazu verwendet werden, manche oder alle Funktionalitäten der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein feldprogrammierbares Gatterarray mit einem Mikroprozessor zusammenwirken, um eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Allgemein werden die Verfahren bei einigen Ausführungsbeispielen seitens einer beliebigen Hardwarevorrichtung durchgeführt. Diese kann eine universell einsetzbare Hardware wie ein Computerprozessor (CPU) sein oder für das Verfahren spezifische Hardware, wie beispielsweise ein ASIC.
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Die hierin beschriebenen Vorrichtungen können beispielsweise unter Verwendung eines Hardware-Apparats, oder unter Verwendung eines Computers, oder unter Verwendung einer Kombination eines Hardware-Apparats und eines Computers implementiert werden.
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Die hierin beschriebenen Vorrichtungen, oder jedwede Komponenten der hierin beschriebenen Vorrichtungen können zumindest teilweise in Hardware und/oder in Software (Computerprogramm) implementiert sein.
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Die hierin beschriebenen Verfahren können beispielsweise unter Verwendung eines Hardware-Apparats, oder unter Verwendung eines Computers, oder unter Verwendung einer Kombination eines Hardware-Apparats und eines Computers implementiert werden.
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Die hierin beschriebenen Verfahren, oder jedwede Komponenten der hierin beschriebenen Verfahren können zumindest teilweise durch Hardware und/oder durch Software ausgeführt werden.
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Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.
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Referenzen
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- [1] http://www.aframe.jp/
- [2] Music Synthesis Controller and Method, Patent US6049034A .
- [3] Method to Recognize a Gesture and Corresponding Device, Patent US20170315717A1 .
- [4] http://www.drakemusic.org/our-work/research-development/instrument-ledprojects/kazumi-by-luis-zayas/
- [5] Musical Strum and Percussion Controller, Patent US20170032775A1
- [6] Rob O'Reilly et al., Sonic Nirvana. Using MEMS Accelerometers as Acoustic Pickups in Musical Instruments. In: Analog Dialogue 43-02, February (2009).
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2015339001 A1 [0050]
- WO 2015/048583 A1 [0058]
- US 6049034 A [0093]
- US 20170315717 A1 [0093]
- US 20170032775 A1 [0093]
