DE4241937A1 - Taktiler Interaktions-Monitor ("TIM") - Google Patents

Description

Auf dem Hilfsgerätemarkt für Blinde werden als Sehhilfen überwiegend Braillezeilen angeboten, die den in Computern benutzten ASCII-Code in Brailleschrift oder synthetische Sprache umwandeln und damit für Blinde lesbar oder hörbar machen (Anbieter unter anderem: Fa. Tieman aus Schwalmstadt, Fa. Metec aus Stuttgart, Fa. Baum aus Wiesenbach, Fa. Papenmeier aus Schwerte).

Um Originalformen von Grafik, Bildern oder Schriftzeichen umzusetzen, sind die Braillezeilen weitestgehenst ungeeignet, da sie nur einen schmalen Bildschirmausschnitt abbilden können. Das Ertasten grafischer Formen, die taktil umgesetzt werden, ist damit sehr zeitaufwendig und bislang auch sehr unübersichtlich.

Dem Patentanmelder ist lediglich ein professionelles Gerät zur Grafik- und Bildumsetzung bekannt, das "Optacon" der Fa. TeleSensory in Marburg. Es kann mit einer Mini-Videokamera kleine Zeichen (zum Beispiel Buchstaben) in vibrierende taktil- wahrnehmbare Informationen umcodieren (dabei vibrieren dunkle Vorlagen-Stellen wesentlich stärker als helle). Mit der einen Hand führt der Optacon-Benutzer die Kamera, mit der anderen ertastet eine Fingerkuppe auf dem Feld mit ca. 244 vibrierenden Stiften das übertragene "Bild". Das neueste auf dem Markt befindliche Modell ist mit einer Computer- Schnittstelle ausgestattet und setzt die Zwei-Hand-Bedienung fort, bei auch weiterhin nur einer Tastfläche.

Weitere Unternehmen die Sehhilfen für Blinde vertreiben, finden sich in der Liste "EDV-Hilfsmittel für Sehbehinderte und Binde" von Dr. Konrad Gerull in Bielefeld, und in der "Übersicht über elektronische Hilfsmittel für Blinde und ihre Hersteller bzw. Vertreiber", zusammengestellt vom Hilfsmittelreferenten Werner Krauße beim Bayerischen Blindenbund e.V., Arnulfstraße 22, 80335 München.

Versuche, dem Blinden visuelle Informationen zugänglich zu machen, sind in den letzten Jahrzehnten vielfältig gewesen. Namentlich hervorzuheben sind dabei wohl u. a. die Arbeiten von Paul Bach-y-Rita aus ?, und Rul Gunzenhäuser und Waltraud Schweikhardt, Universität Stuttgart (Institut für Informatik). Von den letzten drei genannten sind dem Patentanmelder Forschungsanordnungen bekannt, die wohl aufgrund des Fehlens einiger entscheidender Eigenschaften, die diese Patentanmeldung vorstellt, trotz ähnlicher Versuchsanordnungen kein marktfähiges und für den Alltagsgebrauch taugliches Ergebnis erbrachten.

Die Informationsschrift "Access to Visual Computer Information by Blind Persons" des Projektes Technology and Blindness der EG, herausgegeben von K. Fellbaum (u. a. 1990) gibt hier wohl weitere Auskunft.

Da der Patentanmelder vor seiner Erfindung keine Kenntnisse vom Forschungsstand im Bereich der Blinden- Hilfsmittel hatte, sind als Einflüsse auf die theoretische Ausarbeitung des Gerätekonzeptes vor allem philosophische, sprachwissenschaftliche, zeichentheoretische, kognitionswissenschaftliche und KI- Forschungsarbeiten zu nennen. Hervorzuheben sind dabei die Arbeiten von Sir Karl Popper (hier z. B. das Modell der Welt 1, Welt 2 und Welt 3, z. B. in "Das Ich und sein Gehirn"), G. Helbig, Ludwig Wittgenstein, Rudolf Carnap. Grundlage war vor allem eine langjährige, eigene Forschung des Patentanmelders im Bereich Semantik.

Die zunehmende Zahl grafisch­ orientierter Oberflächen in Softwareprogrammen für Normalsichtige hat zu verstärkten Forschungsanstrengungen geführt, um diese auch für Blinde benutzbar zu lachen. So startete im Dezember 1991 "The Tide Guib Project" von der Europäischen Kommission zur Lösung dieses Problems. Ergebnisse sind dem Patentanmelder nicht bekannt, in einer Projektinformation wurden allerdings leicht modifizierte, übliche Braillezeilen dargestellt.

Der in den Patentansprüchen angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, daß bisherige Sehhilfen für Blinde zur Betrachtung von Normalschrift, Grafiken und Bildern mit Farben und Halbtönen zu unflexibel [z. B. im Bezug auf unterschiedliche Lichtverhältnisse, den ortbaren Bildausschnitt (Standort), die Synchronisation des rezipierenden Körperteils und des steuernden Körperteils (beim TIM identisch), die Bildausschnittsgröße, die stufenlose Ausschnittsveränderung, die stufenlose Ausschnittsbewegung, die Ausschnittsbewegung in beliebigen Winkeln und Geschwindigkeiten über das Gesamtbild, die Farbwahrnehmung und die Kontrastwahrnehmung] und zu langsam waren.

Dieses Problem wird durch die in den Patentansprüchen aufgeführten Merkmale mit einer spezifischen Umcodierung der visuell wahrnehmbaren Informationen in eine bestimmte taktile Aufbereitung (aus mehreren Tastfeldern und ggf. auditiven Signalen mit jeweils unterschiedlichen Informationsinhalten); sowie einer echten Bildausschnitt-Gesamtbild-Interaktion und einer echten Mensch-Maschine- Interaktion durch Bewegungssensoren gelöst, die die Bildwahrnehmung für Blinde mit einer Hand und in bislang nicht bekannter Geschwindigkeit und Präzision ermöglicht.

Zwei Punkte sind wichtig zu beachten:

• 1. Die Menge der gleichzeitig bewußt erfaßbaren Daten ist begrenzt. Beim Normalsichtigen natürlich trotz seiner enormen Zahl an Rezeptoren auch. Von der anzunehmenden gleichzeitigen Wahrnehmbarkeit von vielleicht 1 Mrd. Bit pro 1/20 Sekunde beim Auge, bleiben vielleicht auch nur etwa 1000 Bit übrig, die über das Vorbewußtsein hinaus in das Bewußtsein dringen. Und auch hiervon sind die meisten Daten nach einer Zeitspanne von etwa acht Sekunden (= Kurzzeitgedächtnis) wieder vergessen. Mit dem TIM lassen sich auf einem beispielhaften Cursor-Tastfeld 256 Punkte wahrnehmen. Je nach Tastfeld- Technologie, liegt die Setzrate der Tastpunkte bei 10 Hz oder mehr. Das heißt, daß eine Wahrnehmung, bei simultaner Cursor-Tastfeld- Bewegung (Fig. 17 und Fig. 18), von z. B. 1000 Tastpunkten pro Sekunde erreichbar ist. Und diese Zahl kommt bereits deutlich in die Nähe, der mit dem Auge bewußt wahrgenommenen Zahl an Bits. Eventuell kann auch das tastende Körperteil (z. B. die Hand), ähnlich wie das Auge, eine noch sehr viel größere Menge an Tastpunkten vorbewußt wahrnehmen, - hier muß die Forschung ansetzen. Die vorbewußte Wahrnehmungsstufe ist eine vorbewußte Orientierungshilfe und beschleunigt die Decodierung der danach bewußt wahrgenommenen Daten.
• 2. Die Ortung des eigenen Standortes ist erforderlich. Der Normalsichtige hat hier verschiedene "automatische" Orientierungshilfen, unter anderem das Gleichgewichtsorgan. Neigt der Normalsichtige seinen Kopf, oder wird gar der gesamte Körper geneigt, so sorgt das Gehirn für "Ausgleich", der Mensch weiß (außer unter Extrembedingungen) immer wo er ist, und welchen Bildausschnitt er in welche Richtung wahrnimmt. Das Referenz-Tastfeld (Fig. C, Fig. 16-Fig. 19) leistet genau diese Informationsarbeit. Es gibt zu jeder Zeit Auskunft über den Standort und die Größe des Cursors auf dem Computer- Monitor (selbiger braucht natürlich nicht eingeschaltet zu sein, dies ist nur für die Repräsentanz der computer-internen Datenstrukturen der genormte Wahrnehmungsausschnitt).

Diesen beiden Punkten, der begrenzten Datenrate und der Standortorientierung, wurde bei der Konstruktion besonders Rechnung getragen. Man könnte dies als die Übertragung der physiologischen und psychologischen Eigenschaften des Auges auf die Konstruktion bezeichnen.

Die mit der Erfindung verbundenen Vorteile bestehen vor allem darin, daß Blinden mit dem TIM die Welt der Sehenden praktisch vollkommen zugänglich gemacht wird. Damit wird es Blinden zum Beispiel möglich werden, als Grafiker zu arbeiten, Normalschrift und Schreibschrift lesen zu lernen, und mit dem Gerät ebenfalls zu schreiben (z. B. in Schreibschrift). Der Zugang zu praktisch allen bildverarbeitenden elektronischen Medien (Fig. 3-Fig. 6, Computer, W BTX, Modem, FAX, Scanner, Videokamera, Videorekordei, etc.) ist gegeben. Erstmals ist es möglich, daß sich Blinde in der optisch wahrnehmbaren Welt orientieren können. Dieses Gerät könnte demnach zur Außenorientierung für Blinde besonders geeignet sein. Es kann Pfützen, Löcher oder Barrieren auf dem Gehweg wahrnehmbar machen, und selbst das grüne Lichtsignal einer Ampel wäre erfaßbar. Ebenso könnten Sinneseindrücke von sich bewegenden Körpern erlangt werden, weil ein Hinterherschwenken mit Cursor und Kamera möglich ist.

Am Rande sei darauf hingewiesen, daß ein geschickter Nutzer in der Erkennung von IR- und UV-Spektren dem Normalsichtigen sogar weit überlegen sein könnte, was zum Beispiel ganz neue Berufsbilder für Blinde eröffnen könnte. Zum Beispiel den "Wärmetechniker", der Gebäude nach Quellen des Wärmeverlustes untersucht.

Doch so schön sich das anhört, zur Umweltorientierung mit dem TIM gehört ein wahrscheinlich ein- bis zweÿähriges intensives Lernpensum. Die Bedeutung von Zeichen (z. B. Normalschrift, Verkehrszeichen, Pictogramme), aber auch die Schattengeometrie, die Farberscheinungen und anderes muß erst gelernt werden. Dabei hilft gleichsam der TIM, denn er macht möglich, z. B. Lernvideos zu betrachten, die den erstmals ertasteten Gegenstand benennen.

Die Wahrnehmungsqualität und Geschwindigkeit gegenüber Normalsichtigen dürfte, gemäß einer groben Schätzung des Patentanmelders, bei etwa fünf Prozent bis 15% liegen. Dies hängt von der Apparatetechnik, der eingesetzten Software, der Vorlage und dem Lern- und Rezeptionseifer des Benutzers ab.

Das Gerät kann für verschiedene Körperteile, z. B. Kopf, Hände, Füße, geeignet sein. Eine besondere Eignung haben die Hände. Zum einen, weil sie besonders viele differenziert wahrnehmbare taktile Reizpunkte besitzen, zum anderen, weil sie über eine mechanische Vielseitigkeit verfügen (Fingerbewegungen, Handbewegungen und Armbewegungen, jeweils in mehrere Richtungen), die sich in besonderer Weise zum Mensch-Maschine-Dialog, also zur Interaktion, eignen. Die Hand besitzt demnach nicht nur besonders gute sensorische, sondern auch besonders gute signalgebende Eigenschaften. Der Gehörsinn kann hier ergänzend eingesetzt werden.

Das Grundkonzept stellt praktisch ein "Baukasten" aus den wichtigsten TIM- Elementen dar:

• 1. Das interaktive Cursor-Tastfeld (Fig. A), welches in direkter oder indirekter Verbindung mit Bewegungssensoren (Fig. B, Fig. 13) steht. Es kann sich wie ein Maus-Pfeil am PC-Monitor frei über Bild/Grafik/Text bewegen (Fig. 17 und Fig. 18).

Das Cursor-Tastfeld ist simultan bewegbar. Zum Beispiel ein leichter Druck der Hand in eine Richtung, läßt unter den Fingern die grafischen Gebilde, über die es sich simultan bewegt, hinweglaufen. Der Eindruck ist für die Finger vergleichbar so, als wenn unter der stilliegenden Hand sich ein Relief der grafischen Gebilde hin und her bewegt. Die Bewegung des Reliefs hängt in Geschwindigkeit und Richtung von der Stärke des Druckes, der z. B. eingesetzten Hand in die entsprechenden Richtungen ab. Die Größe des simulierten Reliefs könnte mit dem auf normalen Computer- Monitoren dargestellten Ausschnitten (Bildern, Texten, Windows. . .) identisch sein. Dies hätte einfach praktische Gründe, weil so die gesamte vorhandene Hard- und Software- Technologie genutzt werden kann.

Es sei zur Verdeutlichung erwähnt: Über dieses kleine Cursor-Tastfeld sind innerhalb von Sekundenbruchteilen alle originalen PC-Monitor- Punkte erreichbar. Dies sind, je nach Monitor- Auflösung, zwischen ca. 114 Mio. und über einer Millionen Punkte. Jeder einzelne Punkt kann sehr schnell aufgesucht und auf Wunsch verändert werden.

Je nach Geräteausführung ist die Größe des Cursor-Tastfeld- Bildausschnittes ebenfalls frei wählbar (Fig. 19). Das heißt, daß das "Relief" beliebig zu vergrößern und zu verkleinern ist. Zum Beispiel unter dem Daumen könnte ein Wippschalter angebracht werden über den das "Relief" innerhalb von Bruchteilen von Sekunden vergrößert oder verkleinert werden kann. Ein vergrößertes Cursor-Tastfeld bedeutet nichts anderes, als das ein größeres Bildpunktefeld (z. B. 120 × 120 Punkte) auf eine z. B. 16 × 16 Punkte große Matrix umgerechnet wird.

Der Vorzug der z. B. eingesetzten Drucksensoren, die auch kleine Winkel beim simultanen Bewegen über das Bild ermöglichen, ist, daß z. B. auch leicht schräg eingescannte Schriftvorlagen ohne stufenförmige Bewegungen lesbar sind.

• 2. Das Referenz-Tastfeld (Fig. C), welches die Stellung und die Größe des Cursor- Tastfeldes (Fig. 17-Fig. 19) auf der aktuellen Datenlandschaft (=z. B. ein im Computerchip in Bits repräsentiertes Bild) darstellt. Der Blinde kann damit zum Beispiel die simultanen Bewegungen des Cursor-Tastfeldes über die Datenlandschaft (oder einen festgelegten Ausschnitt daraus) im größeren Zusammenhang wahrnehmen.
• 3. Ein Grobübersichts-Tastfeld, welches eine grobe Darstellung der gesamten, aktuellen Datenlandschaft liefert. Auch diese Grobübersicht soll in der Ausschnittsgröße wählbar sein.
• 4. Anzeigen für die Bildhelligkeit (Fig. H).
• 5. Anzeigen für die Farbsättigung.
• 6. Anzeigen für den Kantrastumfang.
• 7. Richtungs- und Geschwindigkeitsanzeigen für die simultanen Bewegungen des Tastfeld- Cursors über die Datenlandschaft (Fig. 1 in Fig. 8).
• 8. Der Auslöser (die Taste) zum Schreiben und Zeichnen kann ohne Anheben der Hand ausgelöst werden (z. B. als Daumen-Taste oder unter der Zeigefingerkuppe, Fig. 12). Die taktile Abbildung des Geschriebenen/ Gezeichneten erscheint gleichzeitig entweder unter der Zeigefingerspitze oder in der Mitte des Cursor-Tastfeldes. Gleichsam ist die Cursorbewegung auch als Veränderung von Punkten auf dem Referenz-Tastfeld wahrnehmbar. Es können einzelne Punkte und auch dicke Striche, korrekte (ungezackte) Kreise, Wellen etc. gezeichnet werden.
• 9. Verschiedene, die Software und Hardware steuernde Funktionstasten: Zum Beispiel um von Farb- auf Schwarz/Weiß- Darstellung zu wechseln, oder um reine Farbauszüge betrachten zu können. Auch um Video- oder Computerbilder zwischenspeichern zu können. Um auf OCR-Schrifterkennung und Wandlung in Braille-Schrift/synthetische Sprache umschalten zu können. Um die Tasten des Computers, zumindest die wichtigsten ("Shift", "Return") schnell (z. B. mit der Hand am TIM) erreichen zu können. Oder um einige Funktionstasten vom Computer auf den TIM zu verlagern. Oder um z. B. einen bestimmten Zeilensprung zu programmieren, um beim Lesen (von z. B. auch eingescannten Texten) nicht immer den nächsten Zeilenanfang suchen zu müssen. Ein Ein-/Ausschalter. Ein Umstellschalter von Video auf Personal- Computer, BTX, oder anderes. Eine Nullstelltaste, die alle Parameter auf eine Grundeinstellung bringt.

Unabhängig von dieser Liste werden grundsätzlich immer Tastfelder benötigt, ggf. auditive Signalgeber, eine ggf. in den TIM eingebaute Signalverarbeitung (z. B. Computerchips), entsprechende Schnittstellen zu anderen Informationsverarbeitungssystemen und eine entsprechende Software. Die Bauart der Tastfelder kann dabei der üblichen Bauart von Braillezeilen, dem Optacon- Prinzip oder anderen Arten der Reizübertragung entsprechen.

Die Darstellung von sogenannter Strich- Grafik ist einfach, weil sie dem einfachsten Setzmodus (gesetzt/nicht gesetzt) der taktil wahrnehmbaren Reizpunkte ("Pins") entspricht. Für die Wiedergabe von Halbtönen (Grauwerten) und/oder Farben sind andere Modi einzusetzen. Sicherlich sind Mehrfachcodierungen einzelner Pins möglich (unterschiedlicher Druck, unterschiedliche Vibration, unterschiedliche Stromstärke, unterschiedliche Wärme). Die eventuell exakter wahrnehmbaren Modi sind solche, die die binäre Codierung der Pins benutzen. Hierfür gibt es z. B. drei denkbare Modi:

• 1. Die Aufteilung des Cursor-Tastfeldes (wie in Fig. 1 und Fig. 2) in z. B. vier Tastfelder (z. B. für jeden langgestreckten Finger der Hand). Jedes dieser vier Tastfelder könnte nun einen bestimmten Grauwertauszug empfangen, bzw. die additiven Grundfarben (Schwarz), Rot, Gelb, Blau.
• 2. Die Grauwert- und/oder Farbauszüge werden, z. B. bei Cursor-Tastfeld- Stillstand, nacheinander übertragen.
• 3. Dunkles Grau oder dunkle Farben werden durch enger zusammenstehende Punkte repräsentiert, helle Bildteile durch weiter auseinanderstehende Punkte (Prinzip z. B. der Telefaxgeräte).

Diese Modi sind auch kombinierbar. So erscheint mir z. B. die Kombination von Punkt 3 zusammen mit der Farbaufteilung auf die vier langen Finger der Hand als besonders sinnvoll.

Um die TIM-Geräte ergonomisch einzusetzen, sollten Justiermöglichkeiten bestehen, um die Lage der Tastflächen und Tasten/Schalter an die verschiedengroßen Körperteile anzupassen, die mit dem TIM arbeiten.

Ausführungsbeispiel 1 (Fig. 1 und Fig. 2)

Der mit einer Hand steuerbare TIM, der zum Beispiel am Computerarbeitsplatz zum Einsatz kommen kann.

Die im folgenden beschriebene Konstruktion ist mit Tastfeldern ausgestattet, die Tastpunkte im Abstand von ca. 2 mm aufweisen. Die Funktionsweise entspricht handelsüblichen Braillezeilen, die mit herausragenden (gesetzten) oder nicht- herausragenden (nicht gesetzten) Pinnen arbeiten.

Das interaktive Cursor-Tastfeld hat eine Gesamt-Pinzahl von 16 × 16 = 256. Das Cursor-Tastfeld wird hier aufgeteilt, um unter den Fingern platziert zu werden. Die Tastflächenteile der langen Finger liegen direkt nebeneinander, das Tastflächenteil des kleinen Fingers liegt leicht versetzt, weil der kleine Finger für gewöhnlich besonders kurz ist.

Ob das Umlernen lohnt (eine durchgehende waagerechte Linie würde beim kleinen Finger um einen Stufensprung nach unten versetzt weitergeführt werden), das müssen sicherlich erst ausführliche Praxistests erweisen. Dennoch hat diese Anordnung ganz besondere Vorzüge für die Grauwerte- und Farberkennung, die hier jeweils unter einem Finger - wahrnehmungs- logisch günstig getrennt - rezipiert werden können.

Im Handballen wird das Referez-Tastfeld angebracht. Es hat eine Größe von 24 × 16 Reizpunkten und entspricht in seinen Seitenverhältnissen ungefähr denen von normalen PC-Monitoren. Der Daumen erreicht, ohne daß die Hand angehoben zu werden braucht, mindestens einen Wippschalter, der den Software-Zoom bedient (dieser legt die Bildausschnittsgröße fest, der vom Cursor-Tastfeld wahrgenommen werden soll) und zwei Tasten, die zum Beispiel mit den Funktionen der Computer-Maus- Tasten identisch sein können.

Das Referenz-Tastfeld könnte auch gleichzeitig als Grobübersichts-Tastfeld genutzt werden. Cursor-Tastfeld-Stand und -Größe könnten dann durch Ein- und Ausschalten in bestimmten Intervallen markiert und ggf. invertiert in die Grobübersichts- Darstellung eingeblendet werden.

Am Rand des Referenz-Tastfeldes befindet sich eine gesonderte Tastpunktereihe, die Auskunft über die Helligkeitswerte gibt.

Der TIM verfügt in dieser Ausführung über keinerlei weitere Tastfelder. Alle anderen Anzeigen werden durch entsprechende Software in die bestehenden Tastfeldanzeigen entweder durch Umschaltung, oder durch zusätzliche Einblendung realisiert.

So kann die Kontrast- und die Farbsättigungsanzeige z. B. per Umschaltung mit dem kleinen Finger an der neben dem kleinen Finger liegenden Taste erfolgen. Die Steuerung, auch der Helligkeit, geschieht hier mit dem neben dem kleinen Finger liegenden und gleichsam von ihm betätigten Wippschalter.

Wenn nun die Hand auf dem TIM, z. B. durch Druck in eine Richtung, eine Bewegungssimulation auslöst, dann erscheinen entweder am Rand des Cursor-Tastfeldes, oder am Rand des Referenz-Tastfeldes sich simultan bewegende Punktreihen. Sie geben gemäß Druckdichtung die Bewegungsrichtung und die Bewegungsgeschwindigkeit an. Eine andere Möglichkeit ist die Einblendung eines Rasterfeldes, welches sich entsprechend der Bewegungsrichtung und Bewegungsgeschwindigkeit über z. B. das Referenz -Tastfeld simultan bewegt. Wenn hier von sich bewegenden, oder sich simultan bewegenden Punkten die Rede ist, so ist die rhythmische Aktivierung dieser Reizpunkte gemeint, vergleichbar mit Bewegungssimulationen bei Lauflichterketten. Auch eine angedeutete Drehbewegung der flachen Hand kann so angezeigt werden; z. B. indem sich im Referenz-Tastfeld ein Fadenkreuz oder ähnliches simultan dreht.

Ausführungsbeispiel 2 (Fig. 8-Fig. 10, Fig. 14)

Die Funktionen gleichen weitgehend dem Ausführungsbeispiel 1, nur daß hier die ertastbaren Punkte auf viel kleinerem Raum zusammenstehen. Je nach Ausführung (ein Tastfeld, zwei Tastfelder oder vier Tastfelder) ist die Orientierungsmöglichkeit unterschiedlich umfangreich.

Die Ausführung mit nur einem Tastfeld könnte z. B. so angelegt sein, daß während der Betätigung des Software- Zooms statt des sonst eingeschalteten Cursor-Tastfeldes das Referenz-Tastfeld gezeigt wird.

In der Zwei-Finger-Ausführung kann ein Tastfeld das Cursor-Tastfeld enthalten, das zweite das Referenz -Tastfeld.

Die Vier- Finger-Ausführung ermöglicht z. B. Farbauszüge unter jeder Fingerkuppe wahrzunehmen.

Ausführungsbeispiel 3 (Fig. 7)

Dies ist eine z. B. mit Drucksensoren ausgestattete Braillezeile. Sie ermöglicht z. B. neben dem Lesen von grafisch­ orientierten Informationen auch den individuellen Zeilenvorschub beim Lesen von Braillebuchstaben. So ist die Buchstabensetzgeschwindigkeit innerhalb von Sekundenbruchteilen an die Lesegeschwindigkeit anpaßbar, und das diagonale oder senkrechte Durchqueren von Texten möglich.

Claims (36)

1. Taktiler Interaktions-Monitor (im folgenden "TIM" genannt), dadurch gekennzeichnet, daß er alle wichtigen Eigenschaften der Physiologie und Psychologie des normalsichtigen Auges beim Sehen, in tastbare (und gegebenenfalls auditive) Informationen umwandelt und die taktil wahrnehmbaren Informationen gleichzeitig vorzugsweise an dem Körperteil (z. B. der Hand) wahrnehmbar macht, welches die Interaktion mit dem TIM leitet (so daß zum Beispiel eine Einhand-Steuerung und gleichzeitige Wahrnehmung aller relevanten Informationen mit einer steuernden Hand und gegebenenfalls dem Gehör möglich ist).

2. TIM, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Tastfeld (= "Cursor-Tastfeld", Fig. A) mit den taktil stimulierenden Reizgebern durch Bewegungsandeutung (z. B. leichtem Druck einer Hand) des zur Tast- Rezeption eingesetzten Körperteils (z. B. der Hand) in eine Richtung, in gleicher Weise veränderte taktil-aufbereitete Informationen erhält, wie sie die simultane Bewegung des zur Rezeption eingesetzten Körperteils über die durch die Informationsverarbeitungseinheit (z. B. Videokamera oder Computer) aufbereitete Datenlandschaft (z. B. Schriftdokumente oder Bilder, die als Bits im Computer- oder Kamera-Chip repräsentiert sind) darstellt (Fig. 16-Fig. 19); dergestalt, als würde z. B. ein Relief (mit z. B. nur einer erhobenen Ebene) entgegen der z. B. stilliegenden und in eine Richtung drückenden Hand unter selbiger entgegen der Druckrichtung der Hand hergezogen (also so, als ob die Hand über ein Relief gleitet, ohne die volle Muskelanstrengung der Hand und Armbewegung ausführen zu müssen).

3. TIM, nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die simultane Bewegung, die durch Richtungsandeutung des zur Tast-Rezeption eingesetzten Körperteils (z. B. der Hand) signalisiert wird, durch Richtungssensoren (die das Meßergebnis zur Informationsverarbeitungseinheit weiterleiten, Fig. B) gemessen wird (z. B. Drucksensoren die den leichten Druck der ansonsten stilliegenden, wahrnehmenden Hand in eine Richtung registrieren), die mit dem zur Rezeption eingesetzten Körperteil (z. B. der Hand) in direkter oder indirekter Verbindung stehen (Fig. 13).

4. TIM, nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß z. B. der Druck eines taktil mit dem TIM rezipierenden Körperteils in verschiedene Richtungen direkt registriert werden kann, weil die Tastfelder oder ein anderer Teil des Gerätes flexibel gelagert sind, und eine reversible, räumliche Verschiebung möglich ist, die von Sensoren registriert wird (Fig. 13).

5. TIM, nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtungssensoren ggf. nicht nur in alle Himmelsrichtungen Bewegungsandeutungen wahrnehmen können, sondern auch nach oben und unten sowie die Drehachsen eines Körpers im Raum.

6. TIM, nach Anspruch 3-5, dadurch gekennzeichnet, daß die eingesetzten Richtungssensoren (z. B. Drucksensoren) mehr als nur den Zustand Ein oder Aus registrieren können, also z. B. feine Druckunterschiede exakt wahrnehmen können und damit die simultanen Bewegungen des tastenden Körperteils (z. B. der Hand) auch in Himmelsrichtungen wie SSO, NNW oder beliebigen anderen Winkeln über die Datenlandschaft (z. B. ein in Bits repräsentiertes Bild) ermöglichen.

7. TIM, nach Anspruch 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die physiologischen und psychologischen Haupteigenschaften des normalsichtigen Auges umcodiert werden in tastbare Informationen, und diese in wahrnehmungs-logisch sinnvolle Gerätekomponenten für bestimmte Informationseinheiten aufgeteilt werden; z. B. in ein Cursor-Tastfeld (es kann sich auf der datenverarbeitungsinternen Datenlandschaft etwa so bewegen wie der Mouse-Pfeil über den PC-Monitor), ein Referenz-Tastfeld, ein Grobübersichts- Tastfeld und Anzeigen für die Helligkeit, den Kontrast, die Farbsättigung und die Bewegungsrichtung und Bewegungsgeschwindigkeit des Cursor- Tastfeldes.

8. TIM, nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine tastbare Gerätekomponente für bestimmte Informationseinheiten (= "Cursor- Tastfeld", Fig. A) einen in der Größe veränderlichen Ausschnitt aus der Datenlandschaft (z. B. eines in Bits repräsentierten Bildes) der Informationsverarbeitungseinheit darstellen kann, ohne daß sich die Tastfläche selber in ihrer flächenmäßigen Ausdehnung verändert.

9. TIM, nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine tastbare Gerätekomponente für bestimmte Informationseinheiten (= "Cursor- Tastfeld") einen in der Größe veränderlichen Ausschnitt aus der Datenlandschaft (z. B. eines in Bits repräsentierten Bildes) der Informationsverarbeitungseinheit darstellen kann, ohne daß sich die Tastfläche selber in ihrer flächenmäßigen Ausdehnung verändert und gemäß der nach Anspruch 2-6 geschilderten Sensoren eine interaktive simultane Bewegung über die aktuelle Datenlandschaft möglich ist und taktil­ wahrnehmbar umsetzt.

10. TIM, nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere tastbare Gerätekomponente für bestimmte Informationseinheiten (= "Referenz- Tastfeld", Fig. C) die Lage und Größe des veränderlichen Ausschnittes (= "Cursor- Tastfeld") aus der Datenlandschaft anzeigt; desweiteren dadurch gekennzeichnet, daß auch gleichzeitig mehrere Referenz-Tastfelder mit z. B. unterschiedlichen Ausschnitten aus der Datenlandschaft eingesetzt werden können.

11. TIM, nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Referenz- Tastfeld in seiner Umsetzung ebenso als eigenständiges Feld plaziert wenden kann (z. B. im Handballen der Hand, die mit dem TIM arbeitet), oder z. B. in den Rand des Cursor-Tastfeldes integriert werden kann, oder des weiteren zum Beispiel auditiv wahrnehmbar gemacht werden kann (z. B. durch zwei unterschiedliche Töne, die mit ihrer Tonhöhe und Tonlänge den Cursor-Tastfeld-Stand und die Cursor-Tastfeld -Größe mitteilen).

12. TIM, nach dem Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Gerätekomponente für bestimmte Informationseinheiten (= "Grobübersichts-Tastfeld") einen vereinfachten taktilen oder auditiven Überblick über die Gesamtfläche oder einen wählbaren Ausschnitt der aktuellen Datenlandschaft liefert.

13. TIM, nach dem Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß weitere Gerätekomponenten für bestimmte Informationseinheiten Helligkeits- (Fig. H), Kantrastumfangs- und Farbinformationen zur verarbeiteten aktuellen Datenlandschaft (z. B. ein in Bits repräsentiertes Bild) wahrnehmbar machen, und dies entweder taktil realisieren [z. B. durch eine Punktereihe aus taktil-wahrnehmbaren Reizpunkten, die z. B. bei voller Helligkeit des rezipierten Bildes gar nicht wahrnehmbar sind (weil sie z. B. nicht gesetzt werden) und mit zunehmender Dunkelheit des Bildes die Zahl der gesetzten, wahrnehmbaren Punkte zunimmt], oder durch verschiedene hörbare Töne, die parallel zum Helligkeits-, Kontrast- und Farbwert an- oder abschwellen.

14. TIM, nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Gerätekomponente für bestimmte Informationseinheiten die simultane Bewegungsrichtung und Bewegungsgeschwindigkeit (die sich z. B. durch den Druck einer mit dem Cursor- Tastfeld des TIM arbeitenden Hand andeutet) wahrnehmbar macht, z. B. durch mindestens eine (z. B. zwei rechtwinkelig zueinander) angebrachte Reihe(n) aus taktil wahrnehmbaren Informationspunkten (z. B. am Rande des Cursor-Tastfeldes mit einer dergestaltigen Codierung, daß die taktil wahrnehmbaren Punkte so wie Lauflichtketten gemäß der Bewegungsrichtung und Bewegungsgeschwindigkeit eingeschaltet werden, und dadurch taktil wahrnehmbar werden); oder aus unterschiedlichen, hörbaren Tönen, die je nach Bewegungsrichtung z. B. höher oder tiefer wenden und je nach Bewegungsgeschwindigkeit die Tonlänge verändern.

15. TIM, nach Anspruch 1-14, dadurch gekennzeichnet, daß veränderliche Wahrnehmungsparameter (z. B. für hell/ dunkel, laut/leise, Kontrastumfang, Cursor-Tastfeld- Bewegungsgeschwindigkeit, Farbsättigung) durch Schalter oder Knöpfe (z. B. Potentiometer) in ihrer Intensität einstellbar sind.

16. TIM, nach Anspruch 1-15, dadurch gekennzeichnet, daß Schalter, die die Wahrnehmungsparameter (z. B. Bildausschnitt aus der Datenlandschaft, Helligkeit des Bildes, Kontrastumfang, Farbwerte) beeinflussen können, in das Gerät integriert werden und möglichst von dem zur Rezeption der tastbaren Information eingesetzten Körperteil selbst ausgeführt werden können (z. B. von den Fingern, der mit dem TIM arbeitenden Hand).

17. TIM, nach Anspruch 15 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß einige wichtige Schalter zur Parameterveränderung als Wippschalter ausgeführt werden.

18. TIM, nach Anspruch 15-17, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalter gegebenenfalls mehrere Schalterzustände (nicht nur Ein/Aus) differenzieren können, so daß z. B. leichter Druck auf den Schalter langsames - und starker Druck auf den Schalter schnelles Vergrößern des Bildausschnittes oder Verändern der Helligkeit des rezipierten, in taktil- oder auditiv-wahrnehmbare Informationen umgesetzten Bildes ermöglicht.

19. TIM, nach Anspruch 1-18, dadurch gekennzeichnet, daß je nach Anwendungsart nur eine bestimmte, anwendungsspezifische Auswahl von Gerätekomponenten für bestimmte Informationseinheiten in die Apparatur integriert zu werden braucht.

20. TIM, nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß es als Computerarbeitsplatz bei dem Gebrauch von einfacher Textverarbeitungssoftware, zum Beispiel auf die Informationseinheiten Grobübersicht, Kontrast und Farbsättigung verzichten könnte.

21. TIM, nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß es für die Anwendung "grafisch-orientierter Oberflächen" (= Software mit Bildern, Symbolen, Farbe, Windows etc.) am Computer und bei der Außenorientierung (Videokamera als Orientierungshilfe für Blinde z. B. im Straßenverkehr) alle bislang genannten Informationseinheiten nützlich sind, und gegebenenfalls auch zusätzliche Rezeptionsflächen (außer dem die Rezeption per Bedienung des interaktiv reagierenden Cursor-Tastfeldes leitenden Körperteiles) Verwendung finden können.

22. TIM, nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Rezeption vielschichtiger Grafik (z. B. farbig, hell/ dunkel, bewegte Bilder) der Benutzer (z. B. Blinder) im ruhenden Zustand (wenn der Blinde z. B. sitzt, steht oder liegt), z. B. eine zweite Hand oder die Füße zur Wahrnehmung (z. B. des Grobübersicht- Tastfeldes, eines zweiten Cursor- Tastfeldes, der differenzierten Farbwahrnehmung, oder anderem) benutzen kann.

23. TIM, nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Rezeption vielschichtiger Grafik (z. B. farbig, hell/ dunkel, bewegte Bilder) der Benutzer (z. B. Blinder) im bewegten Zustand (wenn der Blinde z. B. geht oder fährt), z. B. bei einer vom Kopf gelenkten Videokamera (auf dem Kopf des Blinden befestigt, oder von seinem Kopf simultan gesteuert), besonders gut der Kopf selber als Rezeptionsfläche für das Grobübersichts- Tastfeld dienen kann (weil auch hier wieder das Prinzip der Interaktion wirksam ist, wobei der, die Rezeption lenkende Körperteil auch der beste zur Rezeption ist; eine Hand könnte hierbei weiterhin die Feinrezeption der Bilddetails mit allen oben beschriebenen Eigenschaften für die Bilddecodierung per Einhand - Steuerung und Cursor-Tastfeld übernehmen).

24. TIM, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Gerät auch Braillezeichen gelesen werden können.

25. TIM, nach Anspruch 1-24, dadurch gekennzeichnet, daß auch eine marktübliche Braillezeile, mit neben- und untereinanderliegenden taktil­ wahrnehmbaren Tastpunkten (z. B. eine sogenannte "20er-Zeile", die 20 Braillebuchstaben nebeneinander darstellen kann), mit den in Anspruch 2- 6 beschriebenen Richtungssensoren ausgestattet werden kann [dergestalt, daß z. B. durch den Druck der brailleschriftlesenden Hände in Leserichtung die fortlaufende Setzgeschwindigkeit des nachrückenden Textes oder der dargestellten Grafik (statt Brailleschrift) bestimmt wird, bzw. die freie und beliebig schnelle Durchquerung von Text und Grafik-Darstellung möglich ist (Fig. 7)].

26. TIM, nach Anspruch 24 und 25, dadurch gekennzeichnet, daß die brailleschriftlesenden Hände sich nicht zu bewegen brauchen, sondern Bewegungsandeutungen (z. B. Druck der liegenden Hände in eine Richtung) zum Nachrücken der Brailleschrifttexte oder der Grafik ausreichen.

27. TIM, nach Anspruch 1-26, dadurch gekennzeichnet, daß in die Rezeptionsfelder (z. B. unter die Fingerkuppen, der mit dem TIM arbeitenden Hand) Tasten eingebaut werden (Fig. F und Fig. 12).

28. TIM, nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Tasten unter den Fingerkuppen durch entsprechendes gleichzeitiges Drücken dieser Tasten alle üblichen Funktionen der Tastatur von Schreibmaschinen und Computern realisierbar sind; demgemäß also mit den eingesetzten fünf oder zehn Fingern, z. B. alle ASCII-Zeichen geschrieben werden können, während die Hand/die Hände (Fingerkuppen) gleichzeitig den soeben geschriebenen Text lesen können.

29. TIM, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Funktionstasten so ergonomisch neben oder über den Tastfeldern angebracht werden, daß eine Unterbrechung der Tastwahrnehmung gar nicht, oder nur für einen kurzen Moment nötig ist; dergestalt, daß z. B. eine mit dem TIM arbeitende Hand die direkt über oder neben den Fingern liegenden Tasten bedienen kann (z. B. wie Fig. 11).

30. TIM, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Tastatur aus acht oder mehr Tasten im Gerät eingebaut sein kann, mit der sich durch entsprechenden gleichzeitigen Druck auf die Tasten alle ASCII-Zeichen schreiben lassen.

31. TIM, nach Anspruch 1-39, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenverarbeitungseinheit (mit der Betriebssoftware) zur Umsetzung von Signalen der angeschlossenen Zusatzgeräte (PC, TV-Empfänger, BTX, Videokamera, Videorekorder, etc.) im TIM eingebaut sein kann.

32. TIM, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle bekannten und eventuell noch unbekannten Methoden zur taktilen Reizung (Taststifte, vibrierende Stifte, elektrischer Strom, etc.) eingesetzt werden können.

33. TIM, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl und Lage der einzusetzenden Tastpunkte in den Tastfeldern nicht festgeschrieben ist.

34. TIM, nach Anspruch 1-33, dadurch gekennzeichnet, daß zahlreiche Gerätekomponenten apparativ und/oder durch Softwaresteuerung kombinierbar sind.

35. TIM, nach Anspruch 1-34, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät so gebaut werden soll, daß die Bewegungssensoren so leicht zu betätigen sind, daß z. B. das Gewicht des Gerätes nicht oder kaum spürbar die freie Bewegung, des zur Interaktion mit dem TIM eingesetzten Körperteils (z. B. der Hand) beeinträchtigt; weshalb gegebenenfalls, z. B. Kugellager Verwendung finden sollten, oder eine hängende oder auf einem Balancepunkt stehende Apparatur zu konstruieren ist.

36. TIM, nach Anspruch 1-35, dadurch gekennzeichnet, daß die räumliche Anordnung der Tastfelder und der Funktionsschalter in sich und zueinander verstellbar und damit auf die individuelle Physiognomie des Benutzers einstellbar ist.