DE4344050C1 - Eingabeverfahren und Eingabevorrichtung für Computerterminals zum Schutz vor Ausspähung und zur Gewährleistung der Intimität eines Nutzers - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Eingabeverfahren und eine Eingabevorrichtung für Computerterminals zum Schutz vor Ausspähung und zur Gewährleistung der Intimität eines Nutzers als einem Interaktionsverfahren und dessen Vorrichtung für die Ein- und Ausgabe von Daten an Computerterminals, insbesondere eingesetzt bei öffentlichen Serviceterminals.

Solche Terminals sind z. B. Informationsterminals, Ticket Terminals für den Luftverkehr, Geldautomaten sowie andere Terminals im Banking-Bereich. Die Anzahl öffentlicher Serviceterminals hat in den vergangenen Jahren stark zugenommen. Es ist zu erwarten, daß sich diese Tendenz fortsetzt. Denn die Installation weitgehend flschendeckender Servicenetze ist für die infragekommenden Servicebereiche meist mit günstigeren Aufwand zu erreichen, als das mit von Servicepersonal ausgeführten Dienstleistungen möglich ist. Außerdem sind Serviceterminals problemlos 24 Stunden täglich einsetzbar. Begünstigt wird diese Entwicklung noch durch die fallenden Weltmarktpreise für hochwertige Computertechnik. Gegenwärtig sind Serviceterminals im Banking-Bereich als Geldauotmaten am weitesten verbreitet. Aufgrund der relativ geringen Komplexität der angebotenen Serviceleistung kommen diese Terminals i. a. mit einem kleineren Bildschirm, einer numerischen Tastatur, acht Auswahltasten (für Geldbeträge von 50 DM bis 1000 DM sowie einem extra wählbaren Sonderbetrag) und Funktionstasten, wie für Bestätigung, Korrektur und Abbruch aus. Trotz ihrer hohen Nutzenakzeptanz, die sich wesentlich in ihrer flächendeckenden Aufstellung und ihrer Verfügbarkeit zu jeder Tageszeit begründet, weisen diese Automaten bestimmter periphere sowie auch ganz wesentliche Mängel auf.

Die numerische Tastatur ist als Hardwarelösung festgelegt und wechselt bei unterschiedlichen Automaten zwischen der amerikanischen und der europäischen Tastaturbelegung. Das behindert das Herausbilden von Nutzergewohnheiten bei der Bedienung. Nutzergewohnheiten kommt aber eine große Bedeutung zu, denn sie vermitteln den Nutzern Sicherheit bei der Bedienung.

Die grafische Ausweisung, in welcher Richtung und mit welcher Seite nach oben die Geldkarte eingeführt werden muß, wird von Nutzern oft mißverstanden. Da sich Geldautomaten auch bei diesem Bedienungsschritt voneinander unterscheiden, kann oft beobachtet werden, daß Nutzer die Karte mehrfach eingeben müssen.

Vielen Nutzern ist das, gerade da es in der Öffentlichkeit passiert, sehr unangenehm.

Die eingesetzten Kathodenstrahlbildröhren haben eine relativ geringe Leuchtstärke. Trotz teilweise aufwendiger Helligkeitsabschirmung ist dadurch mitunter bei hoher Umgebungshelligkeit, z. B. durch Sonneneinfall, schon beobachtet worden, daß Bildschirminhalte kaum noch oder garnicht mehr lesbar sind. Dieser Fall tritt eher selten auf, weil er auch mit dem Aufstellungsort des Automaten zusammenhängt.

Wenn er jedoch auftritt, ist er für den Nutzer von großem Nachteil.

Sehr gravierend ist eine für wohl alle Geldautomaten charakterisitische Schwachstelle: Die Sicherheit des Nutzers bei der Eingabe seines Geheimcodes ist unzulänglich. Der vierstellige Code, der das einzige Kriterium für die Sicherheit der Geldkarte ist, kann von Betrügern sehr leicht ermittelt werden. Dazu braucht an vielen Geldautomaten die Zielperson der Betrugshandlung nur aus der richtigen Perspektive von Betrügern bei der Tasteingabe beobachtet zu werden. Da für Terminals, die auf anderen Servicegebieten arbeiten, das Eingeben des Geheimcodes ebenfalls erforderlich ist, scheint es unabdinglich, dafür eine sichere Lösung zu entwickeln.

Der zweite gravierende Nachteil ist die für den Nutzer fehlende Intimität während des Bedienvorganges. In vielen Fällen befindet sich der Kunde beim Geldautomaten geradezu auf dem Präsentierteller. Jeder Umstehende. der es unbedingt wissen will, kann auf dem Bildschirm oder durch die Tasteingabe erkennen, ob gerade 50 DM oder 1000 DM abgehoben werden. Das lädt Betrüger zu kriminellen Handlungen geradezu ein. Die fehlende Intimität hat noch einen weiteren Nachteil. Für Serviceterminals ist es charakteristisch, daß sie in der Öffentlichkeit stehen und bedient werden. Der Nutzer wird bei der Bedienung oft von anderen Personen beobachtet, oder er fühlt sich beobachtet, weil seine Bedienhandlungen sowie deren Resultate für andere Menschen einsehbar sind. Außerdem gerät so jede Fehlbedingung zu einer Art öffentlichem Versagen. Das kann die bei vielen Menschen ohnehin schon existierenden Schwellenängste vor der Nutzung neuer Arten von Terminals noch zusätzlich vergrößern.

Diesem Umstand tragen die in jüngerer Zeit zunehmend installierenden Abschirmungsflächen an öffentlichen Terminals Rechnung. Leider ist für diese Lösungen jedoch charakteristisch, daß trotzdem noch sehr viel von Fremden gesehen werden kann. Denn diese Flächenabschirmungen müßten konsequenterweise zu einer Art Interaktionsbox führen, um wirklich wirkungsvoll zu sein. Dieses widerspricht jedoch dem Charakter des öffentlichen Terminals und steht seiner Akzeptanz direkt entgegen.

Eine Alternative sind optische Gitter oder Raster, die sich direkt vor dem Bildschirm befinden. Hier sind zwar die Bedienbewegungen der Nutzer noch einsehbar, die Bildschirminhalte sind aber nur noch aus einer bestimmten Blickwinkelspanne erkennbar. Letztlich hat aber auch diese Lösung bei den in der Öffentlichkeit installierten Terminals nicht dazu geführt, daß der Nutzer wirklich der Einzige ist, der Bildschirminhalte einsehen kann. Nur so kann er sich aber wirklich sicher fühlen.

Wie erwähnt, gibt es auch außerhalb des Banking-Bereiches bereits Informations- und Serviceterminals. Einsatzgebiete sind z. B. Buchung und Ticketverkauf für den Flugverkehr, Stadtinformationen oder Orientierungspläne für Einkaufszentren. Die für Geldautomaten meist charakteristischen Bedingungsverfahren mittels festbelegter Hardware- Auswahltasten sind für diese Terminals nicht geeignet, weil ihr Leistungsangebot meist erheblich komplexer und differenzierter ist, als daß es mit einigen Auswahltasten für eine relativ geringe Anzahl von Optionen bedienbar wäre. Die Lösungen in diesem Bereich sind in der Mehrzahl Touchscreens. Seltener treten Kombinationen von Screen und Trackball oder Handrad auf. Ein wichtiger Vorteil dieser Lösung ist: Ständige Blickwechsel des Nutzers zwischen Screen und peripheren Tasten sind nicht mehr nötig.

Der Touchscreen hat gegenüber den anderen Interaktionsverfahren einen wichtigen Vorteil. Der Nutzer kann durch Bildschirmberührung die gewünschte Option direkt eingeben, da optische und haptische Bedienfläche in einer Fläche verschmelzen. Lapidar ausgedrückt faßt der Nutzer einfach nach dem, was er haben will. Das lernt er schon im Kindesalter. Demzufolge besteht für keinen Nutzer die Gefahr, Koordinationsschwierigkeiten bei der Bedienung zu bekommen, oder erst nach längeren Lernprozessen für die Bedienung qualifiziert zu sein. Das ist bei Eingabe mittels Trackball oder Handrad anders. Diese Verfahren müssen von computerungeübten Nutzern koordinativ erst erlernt werden. Dadurch sind sie für große Akzeptanz im öffentlichen Bereich eher weniger geeignet. Außerdem stellt ihre Bedienungsweise im Vergleich zum Touchscreen einen Umweg dar. Demnach scheint der Touchscreen das beste Interaktionsmedium für die Interaktion an öffentlichen Terminals zu sein. Denn mit seiner Bedienungsweise paßt er sich Fähigkeiten an, die eigentlich fast alle Menschen ohne hin schon besitzen.

Trotz dieser Vorzüge weist auch die Touchscreen-Interaktion Mängel auf. Diese Mängel finden auch in der immer noch relativ geringen Akzeptanz des Touchscreens in der Öffentlichkeit ihren Niederschlag.

Ein solcher Mangel ist ergonomischer Natur. Die optimale optische Blickachse des stehenden Menschen erfordert weitgehend senkrechte Bildschirme, da sie bei ca. 15 Grad unter der Waagerechten liegt. Für Tastbedienhandlungen ist aber eine etwa waagerechte Tastfläche (ca. 15 Grad über waagerecht, etwa in Hüfthöhe) optimal. Beim Touchscreen verschmelzen jedoch Berührungs- und Blockfläche in einer Fläche. Für dieses Problem existieren im wesentlichen bisher drei Lösungen.

Es gibt Screens, die nahezu senkrecht in Augenhöhe angebracht sind. Hier muß der Nutzer seine Hand bei längeren Interaktionen immer wieder von der hängenden Stellung nach oben an den Screen führen oder sie die ganze Zeit in der Schwebe halten. Außerdem spricht gegen diese Lösung der enorme Körpergrößenunterschied vom 5. Perzentil weiblich bis zum 95. Perzentil männlich. Er beträgt ca. 40 cm und stellt für die optimale Anbringung eines Screens, der aus unmittelbarer Nähe betrachtet werden muß, ein Problem dar.

Weiterhin gibt es Screens, die etwa in Stehpulthöhe mit ca. 15 Grad Neigung über der Waagerechten angebracht sind. Hier muß der Nutzer während der gesamten Interaktionsdauer den Kopf in gesenkter Stellung halten. Bei großgewachsenen Nutzern kann dabei oft eine gekrümmte Haltung beobachtet werden.

Die günstigste, weil vermittelnde Lösung, stellen Touchscreens dar, die mit einer 45-Grad-Neigung installiert sind. Aber gerade diese Lösung bietet eine optimale Möglichkeit für die Spiegelung der einfallenden Sonne oder von Deckenleuchten auf den Bildschirm und damit dem Auftreten von unbedingt zu meidenden Blendungsreflexen. Die Entspiegelung von Bildschirmoberflächen schafft dem nach Beobachtungen an existierenden Terminals nur unbefriedigend Abhilfe. Darüber hinaus ist die Entstehung von Blendungsreflexen an öffentlich installierten Bildschirmen ein generelles Problem.

Das haptische Erlebnis des Tastens auf eine glatte, harte und oft kalte Glasplatte empfinden viele Nutzer als unangenehm oder zumindest stark gewöhnungsbedürftig. Die beim Tasten entstehenden Fingerabdrücke, die oft deutlich sichtbar sind, gereichen der Akzeptanz dieses Interaktionsmediums eindeutig zum Nachteil.

Aus dem Gesagten kann gefolgert werden, daß für ein Interaktionsverfahren für ein öffentliches Serviceterminal eine Lösung entwickelt werden muß, die den entscheidenden Vorteil des Touchscreens, das direkte Ansprechen der gewünschten Option, beinhaltet. Seine nachteiligen Seiten müssen jedoch ausgeschlossen werden. Eine große Bedeutung kommt bei dieser Lösung der Gewährleistung von optischem Datenschutz und Intimität für den Nutzer bei.

Ein für die vorliegende Erfindung relevantes Interaktionsverfahren wurde bei IBM von Hans E. Korth in Hinsicht auf Subnotebooks und Palmtops entwickelt. Diese Lösung gemäß EP 05 54 492 A1 stützt sich im Stand der Technik auf die japanische Offenlegungsschriften JP 59-132079 A; JP 02-132510 A; JP 63-167923 A und die US 48 43 568 A.

Für dieses Verfahren sind keine hardwareseitigen Bauteile für die Dateneingabe in den Computer mehr erforderlich. Deshalb ist der Vorteil dieser Entwicklung, daß die Volumenschrumpfung der Computerhardware nicht mehr bei den antropometrisch relevanten und deshalb nicht sinnvoll zu verkleinernden Eingabegeräten, wie z. B. dem Keyboard, enden muß. Denn sie sind für dieses Verfahren nicht mehr notwendig.

Die Signaleingabe wird bei diesem System durch die Beobachtung und Analysierung der Hand- und Fingerbewegungen mittels eines TV-Sensors bewirkt. Ein Fenster auf dem Bildschirm zeigt simultan die Schablone eines Keyboards sowie schematisch die Hände während der Bedienbewegung. Der TV-Sensor überwacht mit einem dreistufigen Algorythmus die Bedienbewegungen. In der ersten Stufe werden die Konstrastwerte der Hand entlang einer bestimmten Linie ermittelt. In der zweiten Stufe wird die Handkontur eingelesen. In der dritten Stufe werden die Fingerspitzen beobachtet. Das System erkennt die Geschwindigkeitsdifferenzen während der Bewegung der Hände und dem Auftreffen der Fingerspitzen auf die Schreibtischplatte. Es wertet die Aufprallgeschwindigkeit der Fingerspitzen im Zusammenhang mit dem Ort des Auftreffens als Anschlag einer bestimmten Taste oder Eingabe eines Befehls. Der Nutzer muß die Tischplatte seines Schreibtisches dabei mit den Fingerspitzen fest anschlagen. Eine sachte Berührung reicht nicht aus, um von dem System als Anschlag erkannt zu werden. Bei diesem System handelt es sich um eine Methode für die photoanalytische bzw. optische Eingabe von Daten.

Computernutzer, die in der Lage sind, perfekt mit zehn Fingern zu schreiben, können so mit der unsichtbaren Tastatur ihre Befehle in den Computer eingeben. Für das Eingeben mit dem Ein-Finger-Suchsystem, dem an öffentlichen Terminals eine große Bedeutung zukommt, wird empfohlen, daß sich der Nutzer eine Folie mit einer aufgedruckten Tastenbelegung auf den Schreibtisch legt.

Der Nachteil dieser Lösung liegt darin, daß der Mensch, der diese Technik nutzt, seine Tastgewohnheiten ändern muß. Außerdem ist er zur Einhaltung oder Aneignung bestimmter Benutzungsmuster bzw. Handlungsmuster gezwungen. Für die Akzeptanz öffentlicher Terminals, die nach einem solchen Verfahren arbeiten würden, kann das sehr nachteilig sein.

Bei dieser Lösung wird für Nutzer, die nach dem Ein-Finger-Suchsystem arbeiten, eine Folienschablone mit Tastaturaufdruck als Tastunterlage empfohlen. Das zwingt sie wieder zu Blickwechseln zwischen Bildschirm und Tastfläche. Außerdem wird dies unmöglich, wenn wie am Touchcreen die grafischen Bildinhalte nach jedem Bedienungsschritt wechseln. Aus dem Siemens-Magazin COM 4/89, Seite 36, ist unter der Überschrift "Die Bank zum Anfassen" ein Selbstbedienungsterminal bekannt, das einen großflächigen Farbgrafikschirm besitzt. Bloßes Berühren des Schirms ("touch screen") steuert den Dialog mit dem Gerät; statt Tasten zu drücken, berührt der Benutzer direkt auf den Farbgrafikschirm entsprechend markierte Felder. Diese Touch-Screen-Technik wird ergänzt durch die Bedienerführung über Leuchtstreifen, die den jeweils beim Vorgang wichtigen Geräteteil markieren, wie die Öffnung zum Einführen der Scheckkarte oder den Ausgabeschacht. Technischer Hintergrund des Touch-Screens ist ein Infrarot-Gitter vor dem Bildschirm. Nähert sich die Hand oder der Zeigestift dem Monitor, wird das Gitter an bestimmten Kreuzungspunkten durchbrochen. Die dadurch aktivierten Felder auf dem Bildschirm reagieren zur Bestätigung mit Verfärbung. Des weiteren ist angeführt, daß die erforderliche Diskretion und Sicherheit durch den versenkten Bildschirm und durch die PIN-Tastatur gewährleistet ist, somit vor neugierige Blicke ausschließt.

Der Nachteil dieser Lösung besteht darin, daß die Befehlseingabe direkt an einem Ort (großflächigen Farbgrafikschirm) vorgenommen wird und somit die Intimität des Benutzers nicht immer gewährleistet bleibt. Eine Ausspähung mit technischen Mitteln und durch neugierige Blicke und noch vielmehr durch Betrüger ist nicht ausgeschlossen, denn weder der versenkte Bildschirm noch die spezifische Anordnung des PIN-Pads am Terminal können dies perfekt bewirken, wie Beobachtungen an diesen Terminals gezeigt haben.

Im Gegensatz zur erfinderischen eigenen Lösung besitzt dieses System auch keinen wirksamen Schutz gegen Blendungsreflexe sowie kontrastarme Bildschirmanzeigen, die bei hoher Umgebungshelligkeit an solchen Bildschirmen zwangsläufig auftreten. Der nahezu senkrecht angeordnete Touchscreen ist für den Nutzer ergonomisch ungünstiger als eine waagerechte oder sanft ansteigende Tastfläche, wie sie für die erfinderische eigene Lösung charakteristisch ist.

Ein weiteres, für die erfinderische eigene Lösung relevantes Interaktionsverfahren ist aus der WO 93/14454 A1 bekannt.

Besonders für die Nutzung an Portable-Computern wurde ein Befehlseingabeverfahren konzipiert, das ohne die für den Menschen vertraute Befehlseingabe mittels Tastberührung der menschlichen Hand bzw. den Input durch Hand und Maus auskommt. Bei diesem monokular konzepierten Verfahren wird vor einem Auge des Nutzers ein Mikrovideo Display Monitor mittels eines Kopfbügels positioniert.

Der Monitor erzeugt ein virtuelles Bild eines grafischen Interfaces. Das Gewicht dieser WO-Anmeldung liegt auf der Befehlseingabe durch die Fokussierbewegungen des menschlichen Auges. Das System kann erkennen, welche Optionen das Auge des Nutzers fokussiert und ist somit in der Lage, das Fokussieren einer Option durch das Auge des Nutzers als Befehlseingabe zu verstehen. Außerdem verfügt das System über die Möglichkeit der Spracheingabe durch den Nutzer.

Ein Nachteil der beschriebenen Lösung besteht in der für den Nutzer hohen Anpassungsleistung, die er erbringen muß, um mittels Blickbewegungen Optionen auslösen zu können. Während die erfinderische eigene Lösung das Prinzip der Tastauswahl aufgrund seiner Einfachheit und hohen Akzeptanz in nahezu allen Nutzerkreisen bewußt beibehält, muß hier vom Nutzer ein substanziell neues Interaktionsverfahren erst erlernt bzw. trainiert werden. Nutzer werden in naher Zukunft demzufolge vornehmlich Experten und Spezialisten sein. Für den Einatz an fest installierten öffentlichen Serviceterminals, die einen möglichst breiten Nutzerkreis zugänglich sein müssen, ist dieses System daher nicht geeignet.

Die monokulare Auslegung des Systems ist ebenfalls ein Nachteil. Bei kontrastreicher Umgebung entstehen, solange der Nutzer das nicht benötigte Auge nicht schließt, im Gehirn des Menschen unlogische Simultanbilder, bei denen sich die größten Kontraste der Bildschirmanzeige und des Umgebungshintergrundes (des Ortes, an dem sich der Nutzer mit seinem Portable Computer gerade aufhält), willkürlich vermischen (diese Tatsache kann mittels einfacher Versuche nicht nachgewiesen werden). Eine streßfreie und gesundheitlich unbedenkliche Mensch-Computer-Interaktion ist damit nicht gewährleistet. Zudem werden die Stereo-Seherfahrungen und -gewohnheiten, die sich im Verlaufe der menschlichen Entwicklungsgeschichte herausgebildet und als optimal für den Menschen erwiesen haben, nicht berücksichtigt.

Für die Entwicklung eines Interaktionsverfahrens für die Anwendung an öffentlichen Terminals sind nach der Analyse des Standes der Technik also zwei Merkmale von grundlegender Bedeutung.

Erstens: Das Terminal soll möglichst für alle Nutzer, also auch für die immer noch sehr große Zahl von computerungeübten Nutzern, einfach und sicher bedienbar sein. Deshalb ist es erforderlich, daß es sich mit seinem Interaktionsverfahren hochgradig an Fähigkeiten und Leistungsmöglichkeiten anpaßt, die jeder infragekommende Nutzer von vornherein mitbringt. Die Bedienung darf also hardwareseitig keinen koordinativen oder die Zuordnung von Eingabebedeutungen und dazugehörigen Tasten o. ä. betreffenden Lernprozeß erfordern. Schon der allererste Bedienungsvorgang am Terminal muß für den jeweiligen Nutzer ein möglichst problemloser Erfolg werden. Nur so kann für die installierten Terminals breite Akzeptanz und somit wirtschaftliche Effizienz erzielt werden. Ein Interaktionsmedium, das diese Merkmale z. T. aufweist, ist der Touchscreen.

Zweitens: Für den Interaktionsprozeß ist es von unabdingbarer Bedeutung, daß er für den Nutzer das Merkmal der Intimität aufweist. Resultate oder Inhalte seiner Eingabebefehle müssen gerade bei einem in der Öffentlichkeit aufgestellten Terminal vor unerwünschter Beobachtung anderer Menschen sicher geschützt sein. Aus den beiden genannten Eingangsgrößen resultiert die logische Folge, daß das zu entwickelnde Interaktionsverfahren einerseits die leichte Bedienbarkeit des Touchscreens für sich aufheben, andererseits aber seine sich in eingeschränkter Akzeptanz niederschlagenden Nachteile ausschließen muß. Zusätzlich muß es das Merkmal der Intimität aufweisen, das dem Touchscreen nicht immanent ist.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Eingabeverfahren und eine Eingabevorrichtung anzugeben, durch die ein Schutz vor Ausspähung und die Intimität eines Nutzers gewährleistet ist, wobei die Eingabebefehle ausschließlich nur vom Nutzer selbst wahrnehmbar sind, und wobei die Bedienung eines Terminals möglichst für alle Nutzer, auch für die computerungeübten Nutzer einfach und sicher gestaltet ist, und die unterschiedlichen Fähigkeiten und Leistungsvermögen der Nutzer berücksichtigt werden.

Erfidnungsgemäß wird die Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 und 8 angegebenen Merkmale gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen.

Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß das Lösungsprinzip aufgrund seiner spezifischen Konfiguration perfekten Schutz vor unerwünschter Beobachtung der eingegebenen Daten durch andere Personen als dem Nutzer selbst bewirkt. Fremde Personen können nur noch Tastbewegungen auf einer nicht informationshaltigen Tastfläche sehen. In der praktischen Anwendung bedeutet das z. B. vollkommene Sicherheit des Nutzers bei der Eingabe seines Geldkarten-Geheimcodes in ein öffentliches Terminal. Diese ist bisher nicht gegeben. Die nur sehr theoretische Möglichkeit des Erkennens und Identifizierens spezifischer Tastmuster durch Fremde kann mit einer entsprechenden Gestaltung der grafischen Bedienoberfläche des Bildschirminhaltes restlos ausgeschlossen werden.

Sie wird aber auch so kaum eine Rolle spielen.

Die Anwendung des Touchscreen-Interaktionsverfahrens werden neue, zusätzliche Perspektiven eröffnet. Sein spezifischer Bedienungsvorteil für den Einsatz an öffentlichen Terminals, der im direkten Berühren der gewünschten Option auf dem Bildschirm besteht, wird dadurch bewahrt, daß optische und haptische Handlungsfläche virtuell vor den Augen des Menschen zusammengeführt werden. Die Bedienung bleibt dabei genauso einfach. Aber darüberhinaus sind die spezifischen Defizite des Touchscreens beim beschriebenen System nicht mehr existent. Der Nutzer braucht keine haptisch armselige Glasplatte mehr betasten, sondern er kann eine Fläche berühren, die aus seine Berührung direkt reagiert, indem sie einem Fingerdruck bis zu einem bestimmten Punkt nachgibt und danach zurückfedert. Dadurch wird das für den Menschen ursprüngliche und wichtige Feedback für Tastbedienungen wieder möglich. Gleichzeitig wird damit das Problem der oft nicht ganz unfettigen Abdrücke der Finger vorheriger Nutzer, das für den Touchscreen charakteristisch ist, ebenfalls durch entsprechende Materialwahl weitgehend ausgeschaltet. Zudem sind das Problem weniger die Fingerabdrücke an sich, sondern vielmehr die Tatsache, daß der Nutzer sie auf einer Glasplatte sieht.

Durch den eingesetzten Sucherbildschirm werden die zwei prinzipiellen Probleme der Bildung von Blendungsreflexen sowie Entstehung kontrastarmer Bildschirmanzeigen aufgrund zu hohen Umgebungshelligkeit, die für öffentlich installierte Bildschirme bezeichnend sind, vollkommen ausgeschaltet. Das beschriebene ergonomische Problem der unterschiedlichen optimalen Aktionsflächen bzw. -achsen für Auge und Hand des Menschen wird durch die optisch-virtuelle Zusammenführung von Tast- und Sehfeld vor dem menschlichen Auge ausgeschaltet. Auch unterschiedliche Körpergrößen der Nutzer stellen durch die aufgrund des virtuellen Bildes möglich gewordene geringe Dimensionierung des Sucherbildschirmes keine Schwierigkeiten mehr dar. Bezüglich der Tastgewohnheiten paßt sich die Technik dem Menschen an, und nicht umgekehrt. Denn jeder Nutzer kann seine Tasthandlungen so ausführen, wie er es möchte und wie sie ihn zu eigen sind.

Außerdem sind aufgrund der sehr hohen Lichtempfindlichkeit heutiger Videokameras keine speziellen Anforderungen an die Umgebungshelligkeit sowie an Material und Farbe des Tastuntergrundes notwendig.

Ferner sind beim vorliegenden System keinerlei Hilfen wie Tastaturschablonen u. a. für den Nutzer notwendig.

Das vorliegende System ist nicht nur in der Lage, Tastberührungen als Befehle zu erkennen. Es ist genau vorstellbar, daß mit einem Stift auf der Tastfläche eingegebene Handschriften an den Bildschirm übermittelt und als Befehl gewertet werden. Diese Interaktionsform wird in Zukunft zunehmend Bedeutung erlangen.

Von Vorteil ist die fotorealistische Übermittlung der Hand des Nutzers an den Bildschirm. Dadurch kann er die vertuelle Hand, die er auf dem Bildschirm sieht, sofort als identisch mit seiner eigenen Hand identifizieren und die Bewegungen auch dementsprechend normal und einfach koordinieren.

Die Erfindung wird nachstehend durch
*die Eingabevorrichtung und
*durch das Eingabeverfahren für Computerterminals zum Schutz vor Ausspähung und zur Gewährleistung der Intimität eines Nutzers an einem interaktiven serviceterminals erläutert.

Die in der Fig. 1 dargestellte Eingabevorrichtung ist charakterisiert durch einen Sucherbildschirm 1, der den optischen-visuellen Sinneskanal des Nutzers binokular anspricht und von sehr geringen Ausmaßen ist.

Diesem Sucherbildschirm 1 ist ein optisches System 2 vorgelagert, das aus einer oder mehreren Konvexlinsen 3 besteht.

Zusätzlich erweist sich die Installation einer konkav gewölbten Kontrastfilterscheibe 4, die sich vor den Konvexlinsen 3 befindet, als günstig. Sie hat gleichzeitig die Funktion eines optischen Gitters oder Rasters. Betrachtet der Nutzer den Sucherbildschirm 1 aus unmittelbarer Nähe, so nimmt er optisch ein virtuelles Bild 5 wahr. Dieses befindet sich im Raum hinter dem Sucherbildschirm 1. Der Nutzer erhält so den Eindruck, als würde er an der Stelle im Raum, wo sich das virtuelle Bild 5 befindet, eine konventionelle Touchscreen-Bedienoberfläche wahrnehmen, Die scheinbare Touchscreenoberfläche sollte von realistischen Ausmaßen gekennzeichnet sein, die durch die Verhältnisse von Größe der Nutzerhand und Schrift- oder Grafikgröße sowie ergonomisch günstigem Abstand der zu betätigenden Tastoptionen, die auf einer berührungsempfindlichen Eingabefläche 6 vorgenommen werden, bestimmt werden muß.

Das virtuelle Bild 5 sowie die geringe Größe und spezifische Anordnung dieser Bauelemente bewirken, daß der Bildschirminhalt ausschließlich von dem am Terminal interagierenden Menschen wahrgewommen wird. Die Folge ist ein perfekter Schutz der am Bildschirm eingegebenen Daten vor den Blicken unerwünschter Beobachter oder etwaiger Betrüger.

Blendungsreflexe auf der Oberfläche der konklav gewölbten Kontrastfilterscheibe 4 werden ebenfalls ausgeschaltet. Ein optisches Grundgesetz für die Bildentstehung an Hohlspiegeln besagt, daß ein Bildgegenstand, der sich außerhalb der einfachen Brennweite in Achsnähe eines Konkavspiegels befindet, vergrößert wird, und kopfstehend vom Hohlspiegel abgebildet wird. Wäre die konkav gewölbte Kontrastfilterscheibe 4 ein Spiegel und bei Blendungsreflexen handelt es sich um Spiegelungen, so wäre ihre ohnehin schon kleine Oberfläche vollkommen vom vergrößerten Abbild des Kopfes des Nutzers bedeckt. Wo aber ein Abbild eine Fläche vollkommen bedeckt, kann kein zweiter Bildgegenstand abgebildet werden, der sich in größerer Entfernung von der Abbildungsfläche befindet als der Bildgegenstand des vorhandenen Bildes. Genau dieser Zusammenhang ist für die Entfernungsverhältnisse von Sucherbildschirm 1, Kopf des Nutzers und möglichen Blendungsquellen charakteristisch. Außerdem spendet der Kopf des Menschen noch zusätzlichen Schatten, weil dessen Gesichtsfläche größer ist als die Oberfläche der Konvexlinse 3 und er sich in unmittelbarer Nähe vor dem Bildschirm befindet.

Weiterhin werden durch die beschriebene Konfiguration kontrastarme oder sogar unkenntliche Bildschirminhalte aufgrund zu großer Umgebungshelligkeit vollständig ausgeschaltet.

Das Funktionsprinzip des Sucherbildschirmes 1 kann monokular oder binokular ausgelegt werden. Günstig ist jedoch eine binokulare Auslegung. Denn sie kommt den gewohnten Seherfahrungen der Nutzer am meisten entgegen und gewährleistet eine ablenkungsarme sowie streßfreie Interaktion am ehesten.

Am Sucherbildschirm 1 sind zusätzlich noch ein Mikrofon 7 sowie Lautsprecher 8 installiert. Ihre Anordnung kann sich unter produktsemantischen und Nutzungsaspekten der Lage von Mund und Ohren am menschlichen Kopf anpassen. Dadurch wird zusätzlich zur Interaktion über den optisch-visuellen Sinneskanal noch Interaktion über den akustischen Sinneskanal möglich. Das erweitert die Leistungsfähigkeit des Systems sowie den Nutzerkomfort nachhaltig. Denn dadurch werden verbale Interaktion mit auf dem Sucherbildschirm 1 möglicherweise live eingeblendetem Servicepersonal oder Operatoren sowie die Sendung akustischer Feedbacks oder multisensueller doppelter Codierungen zusätzlich möglich.

Außerdem wird so ein multisensueller Charakter der Interaktion, dort wo er sinnvoll ist, möglich. Das kommt den interaktiven Erfahrungen der Menschen aus der zwischenmenschlichen Interaktion entgegen und kann sich deshalb günstig auf die Akzeptanz des Serviceterminals auswirken.

Aufgrund der geringen Abmessungen des Sucherbildschirmes 1 sowie der unterschiedlichen Körpergrößen der potentiellen Nutzer, und um z. B. Rollstuhlfahrer oder andere körperlich behinderte Menschen in den Nutzerkreis mit einzubeziehen, ist es sinnvoll, den Sucherbildschirm 1 so zu installieren, daß er sich an unterschiedliche Kopfhöhen von Nutzern anpassen kann oder von diesen angepaßt wird.

Mit dem Sucherbildschirm 1 für sich betrachtet ist das am Touchscreen vorteilhafte direkte Berühren gewünschter Optionen selbstredend noch nicht möglich, da ein virtuelles Bild keine taktile Kontaktfläche (berührungsempfindlichen Eingabefläche) aufweisen kann. Deshalb ist es erforderlich, eine Möglichkeit zu schaffen, dieses virtuelle Bild wiederum auf eine virtuelle Art zu berühren. Dieses wird mit zwei weiteren interaktiv relevanten Hardware-Komponenten ermöglicht.

Die berührungsempfindlichen Eingabefläche 6 für den Nutzer besteht aus einem Sensorengitter oder Raster 9. Dieses soll in einer für die Hand des Nutzers ergonomisch günstigen Position unter dem Sucherbildschirm 1 installiert sein. Seine Flächenausmaße sollten der Größe konventioneller Touchscreens bzw. der Größe des vom Nutzer am beschriebenen Sucherbildschirm 1 wahrgenommenen virtuellen Bildes 5 entsprechen.

Wie in Fig. 2 dargestellt, werden realistische und ergonomisch günstige Größenverhältnisse zwischen der Hand des Nutzers und der berührungsempfindlichen Eingabefläche 6 erzielt, die der Koordination der Tastbewegungen des Nutzers entgegenkommen. Das Sensorengitter oder Raster 9 kann unter einer homogenen, haptisch hochwertigen und auf sanften Berührungsdruck des Nutzers bis zu einem bestimmten, konstant definierten Anschlagpunkt hin nachgebenden berührungsempfindlichen Eingabefläche 6 verborgen sein. Das ist günstig, weil damit das in der Nutzererfahrung codierte taktile Feedback erreicht werden kann, daß der Nutzer erfährt, wenn er eine Taste betätigt und diese bis zu einem bestimmten Punkt seinem Druck nachgibt, um danach wieder zurückzufedern. Das ist auch ein entscheidender Vorteil gegenüber dem Touchscreen, bei dem ein solches Feedback durch die Glasplatte nicht möglich ist und deshalb auf akustischem oder grafischem Umweg simuliert werden muß. Das ist für viele potentielle Nutzer eher gewöhnungsbedürftig. Außerdem kann die Materialqualität der berührungsempfindlichen Eingabefläche 6 so ausgelegt werden, daß die Entstehung der für den Touchscreen charakteristischen Fingerabdrücke der Nutzer weitgehend vermieden wird.

Die Funktionsbelegung der Sensoren des Sensorengitters oder Rasters 9 oder der berührungsempfindlichen Eingabefläche 6 korrespondiert dabei direkt mit den zu den einzelnen Optionen gehörenden scheinbaren Berührungsfeldern des jeweiligen virtuellen Bildes 5, das gerade am Sucherbildschirm 1 angezeigt wird. Demzufolge hat jedes bestimmte scheinbare Berührungsfeld des im Sucherbild 1 angezeigten virtuellen Bildes 5 identische Koordinaten x, y, oder wenigstens identische Koordinatenverhältnisse innerhalb des virtuellen Bildes 5 wie das dazugehörige Sensorfeld oder der dazugehörige Sensor innerhalb der gesamten berührungsempfindlichen Eingabefläche 6 des Serviceterminals. Wenn der Benutzer nach dem Betätigen einer Option ein neues virtuelles Bild 5 am Sucherbildschirm 1 gezeigt bekommt, entsteht auf der berührungsempfindlichen Eingabefläche 6 simultan die zu diesem neuen Bild gehörige Funktionsbelegung der für die Optionsauswahl zu berührenden Sensorfelder.

Die Signaleingabe in das System erfolgt demnach durch den Nutzer mittels der Tastberührung von Sensorfeldern oder einzelner Sensoren.

Die dritte interaktionsrelevante Komponente ermöglicht die Bewegungskoordination der Hand oder Finger des Nutzers innerhalb der Eingabefläche 6 sowie die virtuelle Berührung der gewünschten Optionen, die auf den virtuellen Bild 5 des Sucherbildschirmes 1 angezeigt werden.

Diese Aufgabe wird von einer Videokamera 10 nach Fig. 2 erfüllt, die über der berührungsempfindlichen Eingabefläche 6 installiert ist. Die Videokamera 10 übermittelt die Hand des Nutzers sowie deren Bewegungen in das virtuelle Bild 5 des Sucherbildschirmes 1. Das erfolgt, indem die Videokamera 10 die Hand und deren Bewegungen aufnimmt und diese Bewegungen der Nutzerhand und Finger simultan in das virtuelle Bild 5 des Sucherbildschirmes 1 einkopiert werden. Die sich in Wirklichkeit unter der Hand befindende berührungsempfindliche Eingabefläche 6 wird dabei nicht mit in das virtuelle Bild 5 übermittelt. Dadurch nimmt der Nutzer, während er in den Sucherbildschirm 1 blickt, ein virtuelles Bild 5 der Bildschirmanzeige wahr, über welchem er virtuell die Oberseite seiner eigenen, tastenden Hand erkennen kann.

Die Folge ist, daß sich vor den Augen des am Serviceterminal interagierenden Menschen ein virtuelles Bild 5 befindet, dessen Inhalte sich mit dem Bild decken, das er sieht, wenn er an einem konventionellen Touchscreen seine Tasthandlungen ausführt. Die Bewegungskoordination der Tastberührungen ist genauso einfach und sicher für den Nutzer wie am konventionellen Touchscreen. Der Nutzer kann seine Tastbewegungen bzw. Tastdistanzen und -richtungen auf der waagerecht angeordneten berührungsempfindlichen Eingabefläche 6 problemlos koordinieren, weil er diese Bewegungen sowie die Bedeutung der Berührungsfelder beim Sehen in den sich vor seinen Augen befindenden Sucherbildschirm 1 gleichzeitig übermittelt bekommt. Die in der Wirklichkeit existierende Trennung von optisch-virtuell vor den Augen des Nutzers zusammengeführten Tast- und Sichtfeld stellt dabei koordinativ keinerlei Problem dar. Das wurde experimentell überprüft.

Als günstig für die Anbringung der Videokamera 10 erweist sich eine Position, die sich etwa mittig über der berührungsempfindlichen Eingabefläche 6 befindet. Dadurch wird eine realistische Perspektive für die gefilmte Hand erreicht, die etwa der gewohnen Perspektive des menschlichen Auges bei vergleichbaren Tasthandlungen entspricht. Außerdem werden so weder Rechts- noch Linkshänder benachteiligt.

Für Nutzer, die das Serviceterminal zum ersten Mal nutzen, kann auf der berührungsempfindlichen Eingabefläche 6 oder neben ihr die Aufforderung stehen: "Bitte berühren Sie die Tastfläche und sehen sie gleichzeitig in den Sucherbildschirm". Alle anderen interaktionsrelevanten Gestaltungsaufgaben können über die Gestaltung der grafischen Benutzungsoberfläche sehr flexibel gelöst werden.

Verwendete Bezugszeichen

 1 Sucherbildschirm
 2 optisches System
 3 Konvexlinse
 4 konkav gewölbte Kontrastfilterscheibe
 5 virtuelles Bild
 6 berührungsempfindliche Eingabefläche
 7 Mikrofon
 8 Lautsprecher
 9 Sensorengitter oder Raster
10 Videokamera

Claims (14)

1. Eingabeverfahren für Computerterminals zum Schutz vor Ausspähung und zur Gewährleistung der Intimität eines Nutzers, dadurch gekennzeichnet, daß in ein virtuelles Bild (5), das an einem Sucherbildschirm (1) anliegt, welcher in Kopfhöhe des Nutzers so angeordnet wird, daß keine andere Person Einblick nehmen kann, mittels einer Videokamera (10) von Hand ausgeführte Bedienhandlungen des Nutzers, die auf einer berührungsempfindlichen Eingabefläche (6) ablaufen, kopiert werden, daß der Nutzer seine Bedienhandlungen im virtuellen Bild (5) beobachtet, um gezielt bestimmte Positionen des virtuellen Bildes (5) zu erreichen, wobei die im virtuellen Bild (5) angeordneten Positionen bestimmten Positionen auf der berührungsempfindlichen Eingabefläche (6) entsprechen, und daß die Eingabe durch Druck auf eine Position der berührungsempfindlichen Eingabefläche (6) erfolgt.

2. Eingabeverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck auf eine Position der berührungsempfindlichen Eingabefläche (6) mittels eines Infrarotgitters, induktiver Felder, akustischer Koordinaten oder eines Rasters mechanischer Tasten erkannt wird.

3. Eingabeverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bedienhandlungen des Nutzers in einer abstrahierten oder verfremdeten Form an den Sucherbildschirm (1) übermittelt werden.

4. Eingabeverfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das virtuelle Bild (5) eine grafische Benutzeroberfläche, bewegte Bilder, existierende oder virtuelle Personen, Gegenstände oder Räume gezeigt.

5. Eingabeverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bedienhandlungen des Nutzers mittels seiner Finger erfolgen.

6. Eingabeverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bedienhandlungen des Nutzers mittels eines Stiftes erfolgen.

7. Eingabeverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schrift- und/oder Zeichenerkennung für vom Nutzer eingegebene Schriften und/oder Zeichen vorgesehen ist.

8. Eingabevorrichtung für Computerterminals zum Schutz vor Ausspähung und zur Gewährleistung der Intimität eines Nutzers, bestehend aus

• - einem kleinen Sucherbildschirm 1, der den optischen-visuellen Sinnenkanal des Nutzers monokular oder binokular anspricht,
• - einem vorgelagerten optischen System (2), das eine oder mehrere Konvexlinsen (3) und eine davor angeordnete konkav gewölbte Kontrastfilterscheibe (4) enthält,
• - einer berührungsempfindlichen Eingabefläche (6) mit rasterförmig angeordneten fühlbaren Druckpunken, die die Koordinaten einer Druckposition ermittelt und so angeordnet ist, daß sie für die Hand des Nutzers bequem erreichbar ist,
• - einer Videokamera (10), die über der berührungsempfindlichen Eingabefläche (6) angeordnet ist.

9. Eingabevorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die konkav gewölbte Kontrastfilterscheibe (4) die Funktion eines optischen Gitters oder Rasters hat.

10. Eingabevorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß dem vorgelagerten optischen System (2) ein Mikrofon (7) sowie ein Lautsprecher (8) zugeordnet sind, die der Lage von Mund und Ohren des menschlichen Kopfes anpaßbar sind, so daß eine zusätzliche Interaktion über den akustischen Sinneskanal gewährleistet ist.

11. Eingabevorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die berührungsempfindliche Eingabefläche (6) ein Sensorengitter (9) aufweist.

12. Eingabevorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die berührungsempfindliche Eingabefläche (6) unter dem Sucherbildschirm (1) so angeordnet ist, daß sie von dem jeweiligen Nutzer in günstiger Höhe einstellbar ist.

13. Eingabevorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die berührungsempfindliche Eingabefläche (6) ein Ausmaß besitzt, das der Größe handelsüblicher berührungsempfindlicher Bildschirme (Touch Screens) entspricht.

14. Eingabevorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der berührungsempfindlichen Eingabefläche (6) nicht starr ist.