DE19525644A1 - Eingabevorrichtung für Computer - Google Patents

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einer Vorrichtung zur Eingabe von Daten in einen Computer mit einem frei beweglichen, lichterfassenden Sensor, der an bestimmten Stellen eines Bildschirms den durch die Bildschirmsteuerung aktivierten Leuchtpunkt erfaßt, wobei eine elektronische Schaltung aus den Signalen des Sensors dessen momentane Position mit Be­ zug auf die Bildschirmoberfläche bestimmt.

Die meistbekannte Eingabevorrichtung für Computer ist die Tastatur. Sie wurde ein wesentlicher Bestandteil des Com­ puters, kurz nachdem diese Maschine erfunden wurde. Sie ist nach wie vor ein unentbehrliches Werkzeug, um mit Software-Anwendungen zu kommunizieren. Die Tastatur ermöglicht es, zahllose Datenverarbeitungsprogramme von einfachen Textver­ arbeitungen bis zu hochentwickelten Softwarepaketen zu be­ dienen. Auf diese Weise ersetzte der Computer zwar die Schreibmaschine und andere mechanische Büromaschinen, be­ hielt jedoch deren Tastatur bei. Als die Nützlichkeit des Computers für Graphik und Zeichnungen entdeckt wurde, scheiterte die Tastatur allerdings daran, daß das Drücken von Tasten von der Bewegung eines Zeichenstifts zu weit entfernt ist. Die Tastatur als Eingabevorrichtung erlaubt keinen natürlichen Fluß menschlicher, zeichnerischer Krea­ tivität auf dem Computerbildschirm. Deshalb traten Ana­ log-/Digitalwandler in Erscheinung, von denen die Maus und das Digitalisier-Tablett am bekanntesten sind.

Solche und ähnliche Vorrichtungen gestatten es dem Bedie­ ner, seine Handbewegung in eine proportionale Bewegung ei­ nes auf seinem Computerbildschirm gezeigten Cursors umzu­ setzen. Das Arbeiten mit der Maus verlangt von dem Bedie­ ner, die Maus in seiner Hand zu halten und sie über eine horizontale Fläche auf seinem Schreibtisch zu bewegen. Gleichzeitig muß er wegen der Cursorbewegung den Bildschirm im Auge behalten. Wenn er den Cursor an der gewünschten Stelle des Bildschirms positioniert hat, muß er eine Taste drücken, um die Position in den Computer einzugeben. Der Computer führt dann die durch die laufende Software defi­ nierte Handlung aus. Das Arbeiten mit der Maus erfordert Talent und eine wochenlange Übung, um die Hand, den Arm und die Cursorbewegung genau und wirkungsvoll zu koordinieren. Daneben benötigt die Maus ebenso wie das Tablett zusätzli­ chen Raum auf dem Schreibtisch oder einem Computertisch. Der letzte Nachteil wird durch die Verwendung einer Track­ ball-Vorrichtung vermindert. Da diese Art von Eingabevor­ richtung jedoch nur mit den Fingerspitzen betätigt wird, erschwert sie für den durchschnittlichen Computerbenutzer die Lernphase weiter. Dennoch ermöglichten diese Eingabe­ vorrichtungen leistungsfähige Graphiksoftware, und CAD (Computer Aided Design) begann seinen Siegeszug über die Welt und verdrängte Zeichenbretter und -maschinen.

Es wurden jedoch neue Software-Anwendungen entwickelt und auf den Markt gebracht, die nicht mit existierenden Einga­ bevorrichtungen, wie der Maus und dem Tablett, und schon gar nicht mit der Tastatur angemessen gesteuert werden kön­ nen. Ein Beispiel für solche Anwendung ist die unter "Windows" arbeitende Software. Weitere Beispiele stellen Programme dar, welche alle mögliche Arten mechanischer und elektronischer Instrumente und sogar Maschinen simulieren. Diese Software projiziert z. B. vollständige Armaturenbret­ ter, ein Oszilloskop oder die Instrumententafel eines Flug­ zeugs auf den Bildschirm. All die mechanischen Tasten und Knöpfe, welche die tatsächliche Ausrüstung hätte, werden als fiktive Elemente angezeigt.

Es gibt sogar Test- und Demonstrationsprogramme, die eine real existierende Ausrüstung nicht nur kopieren, sondern völlig neue Horizonte für Computer-Software-Anwendung er­ öffnen.

Alle diese Anwendungen haben die eine Eigenschaft gemein­ sam, daß sie Bedienungselemente auf dem Bildschirm darstel­ len und von dem Benutzer verlangen, durch Drücken eines ausgewählten Schalters oder Knopfes zu reagieren. Da die Knöpfe nur Bilder sind, kann der Benutzer sie nicht mit seiner Fingerspitze betätigen, indem er sie wie einen nor­ malen Knopf drückt. Man benötigt vielmehr eine technische Hilfe, die als Zeigevorrichtung wirkt.

Die oben beschriebenen Zeigevorrichtungen sind für diesen Zweck unvollkommen, weil sie es nicht erlauben, den Betäti­ gungsvorgang, der natürlichen Neigung folgend durchzufüh­ ren, nämlich mit der Fingerspitze. Dies ist keineswegs überraschend, da sie als Eingabevorrichtungen für Graphik- bzw. Dateneingaben entwickelt wurden und nicht für das Si­ mulieren knopfdrückender Aktionen.

Die Überlegung, daß das Hinzeigen und Berühren der natürli­ che Weg ist, einen Knopf zu drücken, auch wenn dieser fik­ tiv ist, hat zu der Entwicklung von Bildschirmmasken ge­ führt. Eine solche Maske muß für eine bestimmte Software-Anwendung und Bildschirmgröße hergestellt werden und stellt eine Matrix dar, die von dem Computersystem gelesen wird. Sie wird vor dem Bildschirm angebracht, und da sie aus transparentem Material besteht, bleiben die Anzeigen sicht­ bar. Drückt man mit der Fingerspitze in einem Bereich auf die Maske, hinter der ein fiktiver Knopf angezeigt ist, startet der Fingerdruck die programmierte Aktion.

Mit dieser Art von Hilfsmittel ergeben sich die folgenden Probleme:
Die Maske muß im Normalfall vom Endnutzer montiert werden. Seine Geschicklichkeit bestimmt die Qualität des Funk­ tionierens der Vorrichtung. Weiterhin muß die Maske für je­ de unterschiedliche Anwendung gesondert programmiert wer­ den. Auch wenn sie durchsichtig ist, absorbiert die Maske dennoch einen Teil des vom Bildschirm abgestrahlten Lichts und reduziert die grafische Qualität des Schirmbildes er­ heblich. Versucht man, den Verlust an Helligkeit durch Ein­ stellen des Helligkeitsreglers auf einen höheren Wert zu kompensieren, verringert sich die Lebensdauer des Bild­ schirms.

Eine weitere Vorrichtung, die dem Zeigen mit einem Finger bereits näher kommt, ist ein Stylus. Er ist eine stiftför­ mige Vorrichtung, die wie ein Bleistift gehalten wird und mit dem Computersystem über ein Kabel verbunden ist. Das Zeigen mit der Stiftspitze auf einen fiktiven Knopf auf dem Bildschirm löst den Handlungsablauf aus, der für diesen Knopf programmiert ist. Der Nachteil dieses stiftförmigen Instrumentes besteht darin, daß es ursprünglich für das freihändige Skizzieren auf einem Monitor oder einem Fernsehbildschirm entworfen wurde und seine Verwendung zum Drücken von Knöpfen auch nur eine Notlösung darstellt. Wei­ terhin ist unbequem, einen Punkt auf dem meist vertikal ausgerichteten Bildschirm mit einem Stift anzuvisieren, da die sich nähernde Hand relativ zum Arm nach oben geknickt werden muß. Das Verwenden des Stiftes ermöglicht nicht den natürlichen Bewegungsablauf für das Drücken eines Knopfes. Das Wechseln zwischen der Arbeit mit dem Computer und son­ stiger Arbeit, z. B. mit Geräten auf einem Labortisch oder mit Akten auf einem Schreibtisch, macht es ständig erfor­ derlich, den Stift an irgendeiner Stelle aus der Hand zu legen. Man greift dann etwas anderes, legt es ab und sieht sich wieder nach dem Stift um, wobei man sich regelmäßig fragt, wo man ihn dieses Mal auf der Werkbank oder dem Schreibtisch zu suchen hat. Dabei ist es aufreibend und an­ strengend, über die Länge eines gesamten Arbeitstages einen unnatürlichen Bewegungsfluß auszuüben.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, eine Eingabevorrichtung für Computer zu schaffen, die bei her­ kömmlichen Bildschirmen durch eine natürliche Bewegung das unmittelbare Betätigen auf dem Bildschirm angezeigter Soft­ ware-Kommandos und/oder Funktionselemente ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Sensor in ein fingerhutförmiges Gehäuse integriert und mit einer Übertragungseinrichtung verbunden ist, welche die Signale des Sensors umsetzt und an einen mit dem Computer verbunde­ nen Empfänger weiterleitet, und ein Schaltersystem im fin­ gerhutförmigen Gehäuse bei dessen Andruck gegen die Bild­ schirmoberfläche den Sensor und/oder die Übertragungsein­ richtung aktiviert.

Die erfindungsgemäße Eingabevorrichtung erlaubt das Erfas­ sen von Fingerzeigen auf die Bilder, die auf dem Bildschirm dargestellt sind, wobei die Signalerfassung unter Verwen­ dung bekannter elektronischer Schaltungen und Software-Al­ gorithmen geschieht. Hierzu sind keine Veränderungen des Bildschirms erforderlich, und es wird auch kein zusätzli­ cher Platz auf dem Schreibtisch oder der Werkbank für das Funktionieren der Vorrichtung benötigt. Die vorgeschlagene Eingabevorrichtung ist somit der natürlichste Weg für einen Computerbenutzer, einer Aufforderung nachzukommen, eine Bildauswahl zu treffen - nämlich durch Fingerzeigen. Da­ durch wird ein ermüdungsfreies Arbeiten mit simulierten Knöpfen und Symbolen ermöglicht, die auf Bildschirmen ange­ zeigt werden.

Im folgenden wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher auf Ausführungsbeispiele der Erfindung eingegangen. Es zei­ gen:

Fig. 1 eine Eingabevorrichtung mit einem Radiowellensender für die Datenübertra­ gung;

Fig. 1A eine Eingabevorrichtung mit einem lichtabstrahlenden Bauteil für die Da­ tenübertragung;

Fig. 2 die Eingabevorrichtung nach Fig. 1 mit transparent dargestelltem Gehäuse;

Fig. 2A die Eingabevorrichtung nach Fig. 1A mit transparent dargestelltem Gehäuse.

In Fig. 1 ist eine Ausführungsform der Eingabevorrichtung und ihre Anordnung auf dem Finger einer Hand dargestellt. Die Eingabevorrichtung hat ein Gehäuse 1, das so ausgebil­ det ist, daß es bequem auf das äußere Glied eines Fingers 3 der Hand paßt. Es besteht aus einem Material, das nicht leitfähig und angenehm zu tragen ist, vorzugsweise einem elastischen Material, z. B. Kunststoff oder Gummi. Es kann in den verschiedensten Farben gehalten sein und alle nur denkbaren Oberflächenstrukturen haben.

Das Gehäuse 1 besitzt einen z. B. konischen Endbereich 5, an dessen Spitze ein Sensorfenster 7 angeordnet ist. Der obere Bereich des Gehäuses 1 schließt ein Batteriefach 23 ein, das durch einen Deckel 21 abgedeckt ist.

Fig. 2 zeigt die Eingabevorrichtung nach Fig. 1 mit trans­ parent dargestelltem Gehäuse 1, wodurch die eingebaute Technik sichtbar gemacht wird. Man erkennt einen lichter­ fassenden Sensor 9 hinter dem Sensorfester 7, der mit einer Radiowellen-Übertragungseinrichtung 11 verbunden ist.

Die Radiowellen-Übertragungseinrichtung 11 ist ein Minia­ tursender für Radiowellen, der mit Miniatur-Bauelement- oder integrierten Schaltungen aufgebaut ist. Die Schaltung erfaßt Veränderungen des elektrischen Zustandes des Sensors 9 und überträgt den neuen Zustand an einen Empfänger.

Die Radiowellen-Übertragungseinrichtung 11 benötigt eine Reichweite von nicht mehr als ungefähr 50 cm. An sie ist ein Antennensystem 17 angeschlossen. Die Übertragungsein­ richtung 11 und der Sensor 9 werden von einer Batterie 13 mit Strom versorgt, die, z. B. als Knopfzelle ausgebildet, in das Fach 23 paßt.

Das Fach 23 wird durch einen eingedrückten Deckel 21 abge­ deckt. Der Strom fließt von der Batterie 13 zu dem Radio­ wellensender 11 und dem Sensor 9 über ein Schaltersystem 15, das innerhalb des Gehäuses 1 angeordnet ist. Die Spitze des Fingers 3 in dem Gehäuse 1 öffnet oder schließt das Schaltersystem, wenn über die Gehäusespitze 5 Druck aus­ geübt wird. Dies geschieht, wenn der Finger 3 mit der Ein­ gabevorrichtung auf den Bildschirm zeigt und die Gehäuse­ spitze 5 gegen diesen drückt, auch wenn dies nur für einen kurzen Moment geschieht.

Ein Empfänger ist erforderlich, um das ausgesendete Signal zu empfangen und in das Computersystem einzugeben. Der Emp­ fänger ist Teil einer Hardware-Ausrüstung (nicht gezeigt), die in das Computersystem eingesteckt wird. Sie hat die Form herkömmlicher Interface-Karten für Personal Computer. Die Empfängerantenne (nicht gezeigt) ist an dem Monitorge­ häuse (nicht gezeigt) angebracht. Die Hardware-Ausrüstung und die Software greifen auf allgemein bekannten Stand der Technik zurück.

Fig. 1A zeigt eine Eingabevorrichtung, die mit einer LED 19 ausgerüstet ist. Bei dieser Version ist der Radiowellensen­ der 11 durch eine Lichtübertragungseinrichtung 12 ersetzt, wie aus Fig. 2A ersichtlich ist. Fig. 2A zeigt weiterhin die Verbindung zwischen der LED 19 und der Lichtübertra­ gungseinrichtung 12. Das lichtempfangende Bauteil ist an der oberen Kante der Frontfläche des Monitors plaziert (nicht gezeigt). Ansonsten ergeben sich im Vergleich zu der in Fig. 1 und 2 gezeigten Zeigevorrichtung keine weiteren Änderungen, abgesehen vom Wegfall eines Antennensystems.

Abweichend von der obigen Beschreibung kann das Gehäuse beispielsweise auch so ausgebildet sein, daß es nicht nur die Kuppe des Zeigefingers abdeckt. Es kann insgesamt und an seiner Spitze verschiedene andere Formen haben, es kann für verschiedene Fingergrößen ausgebildet sein, und die In­ nenseite kann so ausgeformt sein, daß ein erweiterter Raum für lange Fingernägel vorhanden ist. Der innenliegende Ta­ ster könnte auch durch einen außenliegenden Taster oder einen durch die mit der Wiederholfrequenz des Bildschirm-Leuchtpunkts auftretenden Helligkeitsschwankungen steuer­ baren elektronischen Schaltern ersetzt werden, das Bat­ teriefach könnte genauso gut im unteren Bereich der Vor­ richtung sitzen, und als Energiequelle können Foto-Elemente (Solarzellen) die Batterie ersetzen. Zur Stromversorgung und für die Datenübertragung können auch Kabel mit Licht­ leitern und elektrischen Leitern verwendet werden.

Claims (8)

1. Vorrichtung zur Eingabe von Daten in einen Computer mit einem frei beweglichen, lichterfassenden Sensor (9), der an bestimmten Stellen des Bildschirms den durch die Bildschirmsteuerung aktivierten Leuchtpunkt erfaßt, wo­ bei eine elektronische Schaltung aus den Signalen des Sensors (9) dessen momentane Position in bezug auf die Bildschirmoberfläche bestimmt, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (9) in ein fingerhutförmiges Gehäuse (1) integriert und mit einer Übertragungseinrichtung (11, 17; 12, 19) verbunden ist, welche die Signale des Sen­ sors (9) umsetzt und an einen mit dem Computer verbun­ denen Empfänger weiterleitet, und ein Schaltersystem (15) im fingerhutförmigen Gehäuse (1) bei dessen An­ druck gegen die Bildschirmoberfläche den Sensor (9) und/oder die Übertragungseinrichtung (11; 12) akti­ viert.

2. Eingabevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie eine Batterie zur Energieversorgung besitzt.

3. Eingabevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie Solarzellen für die Energieversorgung aufweist.

4. Eingabevorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungs­ einrichtung einen Radiowellensender (11) und ein An­ tennensystem (17) aufweist.

5. Eingabevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungseinrichtung einen Lichtwellensender (12, 19) aufweist.

6. Eingabevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (9) an der Spit­ ze (5) des fingerhutförmigen Gehäuses (1) und das Schaltersystem (15) axial dahinter angeordnet ist.

7. Eingabevorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Gehäuse (1) aus einem elastischen Material besteht.

8. Eingabevorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Gehäuse (1) aus einem nicht-elasti­ schen Material besteht.