DE69822099T2

DE69822099T2 - Eingabevorrichtung für ein graphisches display mit magnetsensoren

Info

Publication number: DE69822099T2
Application number: DE69822099T
Authority: DE
Inventors: Hubert Kars-Michiel LENSSEN; Emiel Marc LAMBRECHTS; Johannes Gerardus VOS
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1997-07-08
Filing date: 1998-05-11
Publication date: 2005-01-20
Anticipated expiration: 2018-05-12
Also published as: DE69822099D1; US6982699B1; EP0923762A1; EP0923762B1; WO1999003060A1; JP2001500299A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Steuern eines graphischen Elementes auf einer Wiedergabeanordnung durch Manipulation der Eingabevorrichtung, wobei dieses Verfahren die nachfolgenden Verfahrensschritte umfasst:

– einen Messschritt, der eine Anzahl Komponenten eines einer Orientierung der Eingabevorrichtung zugeordneten magnetischen Feldes misst, und
– einen Steuerschritt, der das graphische Element auf Basis der Anzahl Komponenten steuert, wobei dieser Steuerschritt einen Rechenschritt umfasst, der ein erstes Signal berechnet, und zwar auf Basis von wenigstens zwei der Anzahl Komponenten, wobei das erste Signal eine geradlinige Bewegung des graphischen Elementes in einer ersten Richtung an der Wiedergabeanordnung darstellt.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine Eingabevorrichtung zur Steuerung eines graphischen Elementes an einer Wiedergabeanordnung, wobei diese Eingabevorrichtung Folgendes enthält:

– eine Anzahl Sensoren zum messen betreffender Komponenten eines magnetischen Feldes in Bezug auf eine Orientierung der Eingabevorrichtung, und
– einen Controller zur Steuerung des graphischen Elementes auf Basis der Anzahl Komponenten
– wobei der Controller Rechenmittel aufweist zum berechnen eines ersten Signals auf Basis von Daten von wenigstens zwei Sensoren, wobei das erste Signal eine geradlinige Bewegung des graphischen Elementes in einer ersten Richtung an der Wiedergabeanordnung darstellt.

In dem US Patent 5.394.028 ist eine Eingabevorrichtung beschrieben, deren Orientierung durch Messung des magnetischen Feldes an der Stelle der Eingabevorrichtung ermittelt wird. Dieses magnetische Feld kann das geomagnetische Erdfeld oder ein örtliches Magnetfeld sein. Die Eingabevorrichtung hat drei zueinander orthogonale Gruppen von Hall-Sensoren, eine für jede Richtung des magnetischen Feldes. Das Ausgangssignal jeder der Gruppen wird verstärkt und nach einer Analog-Digitalumwandlung als drei einzelne Signale einem Computer zugesandt. Jedes der drei Signale stellt eine betreffende Kompo nente des magnetischen Feldes dar und die Signale stellen "Pitch", "Roll" bzw. "Yaw" der Eingabevorrichtung dar. Das bekannte System steuert Computergraphiken an einer Wiedergabeanordnung entsprechend den Pitch-, Roll- und Yaw-Signalen von der Eingabevorrichtung.
Das Dokument EP-A-0215695 (beispielsweise der Oberbegriff der Hauptansprüche) beschreibt eine Eingabevorrichtung mit einem magnetischen Dipol, gebildet durch eine Spule, angeregt durch einen AC-Generator mit einer bestimmten Frequenz, wobei der genannte Dipol einen Ursprung und ein magnetisches Moment hat, und mit Richtungs-Magnetometern zum Messen von x-, y- und z-Komponenten des umgebenden Magnetfeldes. Die Magnetometer sind in drei rechte Winkel bildenden Dreiflächnern orientiert. Die Koordinaten des Ursprungs des Dipols gegenüber den Messeinrichtungen werden berechnet. Die Orientierungswinkel des Dipolmomentes gegenüber den Magnetometern werden bestimmt. Deswegen sollen viele mathematische Vorgänge durchgeführt werden. Die von den Magnetometern gelieferten Signale werden digitalisiert und einem Prozessor zugeführt, vorgesehen zum Verarbeiten der genannten digitalisierten Signale. Der Prozessor ist mit einer Elektronenstrahlröhre verbunden, d. h. mit einer Wiedergabeanordnung, und berechnet das Signal, das den Cursor steuert, der die Zeichen an der Elektronenstrahlröhre definiert. Das berechnete Signal stellt eine Übergangsbewegung des Cursors in einer Richtung dar, dargestellt durch die Linien der Zeichen am Wiedergabeschirm. In der Praxis lässt sich ist die bekannte Eingabevorrichtung nicht bequem bedienen.
Es ist daher u.a. eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, das eine benutzerfreundliche und intuitive Eingabe schafft und die Steuerung der Graphiken an der Wiedergabeanordnung verbessert. Diese Aufgabe wird nach der vorliegenden Erfindung mit einem Verfahren erreicht, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der Rechenschritt weiterhin die Berechnung eines zweiten Signals auf Basis von wenigstens zwei Komponenten der Anzahl Komponenten umfasst, wobei wenigstens eine Komponente der wenigstens zwei Komponenten von den wenigstens zwei Komponenten zum Berechnen des ersten Signals abweicht, wobei das zweite Signal eine Translationsbewegung des Graphikelementes in einer zweiten Richtung, die anders ist als die genannte erste Richtung, an der Wiedergabeanordnung darstellt.
Nach der vorliegenden Erfindung kann die Eingabevorrichtung Rechenmittel enthalten zum berechnen eines ersten Signals, beispielsweise des X-Signals, und eines zweiten Signals, beispielsweise des Y-Signals. Zwei Komponenten der genannten Anzahl Komponenten können beispielsweise benutzt werden zum Berechnen des ersten Signals (beispielsweise des X-Signals) in Bezug auf die Bewegung des graphischen Elementes in einer ersten Richtung, beispielsweise in einer horizontalen Richtung, an der Wiedergabeanordnung, und zwei der Komponenten, von denen eine anders ist als die zwei Komponenten, die zum Berechnen des ersten Signals verwendet wurde, benutzt werden können zum berechnen des zweiten Signals (beispielsweise des Y-Signals) in Bezug auf die Bewegung des graphischen Elementes in einer zweiten Richtung, beispielsweise einer vertikalen Richtung, an der Wiedergabeanordnung. Das erste Signal X kann unter Verwendung von Z- und X-Komponenten des magnetischen Feldes ermittelt werden und zum Ermitteln des zweiten Signals Y können die Komponenten Z und Y benutzt werden.
Auf diese Art und Weise kann das Verfahren bei der Bewegung des graphischen Elementes, beispielsweise eines Anzeigers, in eine bestimmte Position an der Wiedergabeanordnung angewandt werden, und durch diesen Vorgang auf einen bestimmten Gegenstand aus einer Anzahl Gegenstände an der Wiedergabeanordnung gezeigt werden. Die Bewegungen der Eingabevorrichtung steuern die Bewegungen des Anzeigers an der Wiedergabeanordnung. Dem Hinzeigen auf einen Gegenstand kann irgendein Bestätigungsschritt folgen, wobei der bestimmte Gegenstand aus der Anzahl Gegenstände selektiert wird. Der Anzeiger kann ein Cursor sein, wie ein Pfeil, zum Anzeigen einer Taste auf einem Menü von Tasten, die Aufgaben oder Informationsitems in einem Anwendungsprogramm darstellen. Der bewegende Anzeiger kann auch als ein sich bewegendes Hervorheben oder als eine andere anzeigende Maßnahme längs einer Reihe selektierbarer Gegenstände implementiert werden. Weiterhin kann das auf diese Art und Weise gesteuerte graphische Element ein komplexerer Gegenstand sein als der Anzeiger. Es kann ein animierter Gegenstand an der Wiedergabeanordnung sein, wie ein Kraftwagen oder ein Flugzeug sein, wobei die Translationsbewegung derselben durch die Translationsbewegung der Eingabevorrichtung gesteuert wird. Das graphische Element kann ebenfalls ein animiertes Zeichen sein, das durch eine virtuelle Welt hindurch an der Wiedergabeanordnung geführt wird, wobei die Führung die von der Eingabevorrichtung gesteuerte Translationsbewegung umfasst.
Es ist an sich bekannt, die Position eines Cursors an einer Wiedergabeanordnung durch Ermittlung der Orientierung einer Eingabevorrichtung zu steuern. Das US Patent 5.440.326 beschreibt eine Eingabevorrichtung, die mit einem Gyroskop versehen ist um Änderungen in der Orientierung der Vorrichtung zu erfassen. Durch diese Änderungen wird ein Cursor an einem Computer-Wiedergabeschirm gesteuert. Das Gyroskop wird von einem Motor angetrieben, der eine beträchtliche Menge an Energie erfordert. Das Gyroskop ist kompliziert in seiner Herstellung und ist relativ kostspielig. Weiterhin erfährt die Eingabevorrichtung mit dem Gyroskop eine innere kontinuierliche Drift, was zu einer Bewegung des Cursors an der Wiedergabeanordnung führt, während die Eingabevorrichtung still gehalten wird. Die Eingabevorrichtung nach der vorliegenden Erfindung weicht stark ab von der bekannten Eingabevorrichtung des Bezugsmaterials, und zwar indem die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung auf einem anderen Prinzip der Empfindung der Orientierung gründet. Die Orientierung der Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung wird durch Messung des magnetischen Feldes um die Eingabevorrichtung herum ermittelt. Dies vermeidet die oben genannten Nachteile: die Vorrichtung braucht nur wenig Energie, lässt sich einfacher Herstellen und empfindet keine Drift. Weiterhin kann die Größe der Eingabevorrichtung nach der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu der bekannten Vorrichtung sehr gering sein.
Bei einer der Ausführungsformen des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung schafft ein Initialisierungsschritt eine Bezugsorientierung für die Eingabevorrichtung. Nachfolgende Änderungen in der Orientierung der Eingabevorrichtung werden in Bezug auf diese Bezugsposition berechnet. Eine derartige Bezugsorientierung kann beispielsweise die Orientierung der Eingabevorrichtung sein, während der Benutzer auf die Mitte der Wiedergabeanordnung zeigt. Der wirkliche Auslöser zum Durchführen des Initialisierungsschrittes kann aus mehreren Möglichkeiten gewählt werden. Dies könnte sein, wenn die Vorrichtung aktiviert wird, beispielsweise eingeschaltet wird oder vom Platz abgehoben wird, wodurch auf diese Weise sofort eine Bezugsposition geschaffen wird. Außerdem oder auf alternative Weise könnte der Initialisierungsschritt auf Wunsch des Benutzers durchgeführt werden, beispielsweise durch Betätigung einer zu diesem Zweck vorgesehenen Taste. Auch könnte die Durchführung des Initialisierungsschrittes durch ein externes Ereignis ausgelöst werden, beispielsweise durch eine plötzliche Störung in dem Magnetfeld.
Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das magnetische Feld durch einen Dauermagneten oder einen Elektromagneten erzeugt werden.
Ein derartiges erzeugtes Feld kann als Stärker als das permanente Erdmagnetfeld sein. Die Orientierung der Eingabevorrichtung kann danach auf eine zuverlässigere An und Weise detektiert werden, was weniger empfindlich für Störungen ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird auch erreicht in einer Eingabevorrichtung, die das Kennzeichen aufweist, dass die Rechenmittel weiterhin vorgesehen sind zum Berechnen eines zweiten Signals auf Basis von Daten von wenigstens zwei Sensoren der Anzahl Sensoren, wobei wenigstens einer der wenigstens zwei Sensoren anders ist als die wenigstens zwei Sensoren zum Berechnen des ersten Signals, wobei das zweite Signal eine Translationsbewegung des Graphikelementes in einer zweiten Richtung an der Wiedergabeanordnung darstellt, die anders ist als die genannte erste Richtung. Die Eingabevorrichtung nach der vorliegenden Erfindung ermöglicht die Steuerung eines graphischen Elementes an der Wiedergabeanordnung. Dies kann zum Anzeigen und Selektieren von Gegenständen aus einer Anzahl Gegenstände an der Wiedergabeanordnung und zum Steuern eines animierten Gegenstandes oder Zeichens an der Wiedergabeanordnung benutzt werden. Weiterhin ist die Eingabevorrichtung nach der vorliegenden Erfindung weniger empfindlich für Störungen als die bekannte Eingabevorrichtung, weil sie Daten aus zwei Komponenten des magnetischen Feldes zu einem einzigen Steuersignal kombiniert. Eine Störung in einer ersten Komponente wird nicht völlig das Steuersignal erreichen, sondern wird durch die zweite Komponente gemittelt.
Nach einer Ausführungsform der Eingabevorrichtung nach der vorliegenden Erfindung umfasst die Eingabevorrichtung Rückstellmittel zum Messen von Bezugsdaten der Sensoren in Bezug auf die Orientierung der Eingabevorrichtung. Mit Hilfe der Rückstellmittel kann eine Bezugsorientierung der Eingabevorrichtung ermittelt werden. Die Rechenmittel sind vorgesehen zum Berechnen des ersten Signals auf Basis einer Differenz zwischen aktuellen Daten und den Bezugsdaten der betreffenden Sensoren der wenigstens zwei Sensoren der Anzahl Sensoren. Das Steuersignal für das graphische Element basiert auf den Vergleich zwischen einer nachfolgenden Orientierung der Eingabevorrichtung und der Bezugsorientierung. Die Rückstellmittel können über eine zugeordnete Rückstelltaste an der Wiedergabeanordnung oder über einen Schalter aktiviert werden, der eingeschaltet wird, wenn die Eingabevorrichtung aus der Ruhelage herausgenommen wird. Ein Beispiel ist, wenn der Benutzer der Eingabevorrichtung die Rückstelltaste benutzt, indem er in Richtung der Mitte der Wiedergabeanordnung zeigt, wodurch auf diese Weise diese Orientie rung zu der Bezugsorientierung gemacht wird. Wenn der Benutzer daraufhin von der Mitte weg zeigt, wird das graphische Element an der Wiedergabeanordnung von der Mitte weg in derselben Richtung wie die Eingabevorrichtung zeigen. Zusätzlich oder auf alternative Weise zu der Aktivierung der Rückstellmittel über eine Rückstelltaste oder einen Schalter, können die Rückstellmittel aktiviert werden, wenn eine Störung in dem Magnetfeld ermittelt wird. Auf diese Weise hat die Störung keinen fehlerhaften Einfluss auf die Bewegung des Zeigers und die Eingabevorrichtung wird mit einer neuen Bezugsorientierung wieder aktiv gemacht.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Eingabevorrichtung nach der vorliegenden Erfindung ist wenigstens ein Sensor der Anzahl Sensoren ein MR-Sensor (magnetoresistiv). Ein MR-Sensor ist ein empfindlicher und geeigneter Sensor zum Messen eines kleinen Magnetfeldes. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn das Erdmagnetfeld in der Eingabevorrichtung benutzt wird.
Bei einer anderen weiteren Ausführungsform der Eingabevorrichtung nach der vorliegenden Erfindung umfassen zwei Sensoren der Anzahl Sensoren einen MR-Sensor, und ein dritter Sensor der Anzahl Sensoren umfasst einen Hall-Sensor, wobei die drei Sensoren auf einem einzigen Substrat hergestellt werden. Ein MR-Sensor ist empfindlich in der Ebene des Sensors. Zwei MR-Sensoren können auf einem einzigen flachen Substrat vorgesehen werden zum Messen des Magnetfeldes in zwei Richtungen in der Ebene des Substrats. Ein Hall-Sensor ist empfindlich für das Magnetfeld senkrecht zu der Ebene des Sensors. Der Hall-Sensor kann auf demselben Substrat wie die zwei MR-Sensoren zum messen des magnetischen Feldes in der Richtung senkrecht zu der Ebene des Substrats vorgesehen werden. Auf diese Weise misst jeder der drei Sensoren eine der drei orthogonalen Richtungen des magnetischen Feldes. Bei einer Ausführungsform wird jeder der Sensoren einzeln hergestellt und wird daraufhin in der gewünschten Lage an dem gemeinsamen Substrat befestigt, beispielsweise wie in einem sog. MCM ("Multi Chip Module") Eine spätere Zusammensetzung der Eingabevorrichtung erfordert nur das gemeinsame Substrat und erfordert keine weiteren Zusammensetzung verschiedener Substrate zu der Eingabevorrichtung. Eine alternative Ausführungsform ist die, wo die drei Sensoren unmittelbar auf demselben gemeinsamen Substrat, beispielsweise einem Silizium-Wafer hergestellt werden. Die Vorteile sind, dass nur ein einziger Herstellungsprozess erforderlich ist und dass die Positi onierung und die Ausrichtung der Sensoren auf einfache Art und Weise in diesem Prozess verwirklicht werden können.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im vorliegenden Fall näher beschrieben. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung des Prinzips der Wirkungsweise der Eingabevorrichtung nach der vorliegenden Erfindung,
2 eine Darstellung der Translationsbewegung nach der vorliegenden Erfindung eines graphischen Elementes an der Wiedergabeanordnung,
3 eine schematische Darstellung einer Eingabevorrichtung nach der vorliegenden Erfindung,
4 eine schematische Darstellung einer alternativen Ausführungsform der Eingabevorrichtung nach der vorliegenden Erfindung,
5 eine schematische Darstellung einer Gliederung der Sensoren der Eingabevorrichtung auf einem einzigen Substrat, und
6 eine Übersicht der Anordnung der Eingabevorrichtung unter Verwendung eines Magneten zum Erzeugen des magnetischen Feldes.
Entsprechende Merkmale in den jeweiligen Figuren sind mit denselben Bezugszeichen angegeben.
1 zeigt schematisch das Prinzip der Wirkungsweise der Eingabevorrichtung nach der vorliegenden Erfindung. Die Eingabevorrichtung 100 wird vorgesehen zum Messen der drei orthogonalen Komponenten des magnetischen Feldes 102. Dieses magnetische Feld kann das Erdmagnetfeld oder ein örtliches magnetisches Feld sein, spezielle erzeugt von der Eingabevorrichtung. Die Eingabevorrichtung umfasst einen Sensor 104 zum Messen der H_x-Komponente 106, einen Sensor 108 zum Messen der H_y-Komponente 110 und einen Sensor 112 zum Messen der H_z-Komponente 114. Die Sensoren in 1 werden beispielsweise als AMR-Sensoren (anisotrop magnetoresistiv) implementiert. Andere Typen von Sensoren sind ebenfalls denkbar. Die Sensoren erzeugen ein Signal, das proportional zu der betreffenden gemessenen Komponente des magnetischen Feldes ist. Der Wert des Ausgangssignals für ein bestimmtes magnetisches Feld ist abhängig von der Konstruktion des Sensors und kann unter den drei Sensoren verschieden sein. Ein MR-Sensor ist empfindlich für ein Magnetfeld in einer bestimmten Richtung in der Ebene des Sensors und erzeugt ein Signal, das proportional zu dem Magnetfeld in dieser Richtung ist. Das Signal V_x des Sensors 104 ist proportional zu der Stärke der H_x-Komponente des Magnetfeldes, das Signal V_y des Sensors 108 ist proportional zu der Stärke der H_y-Komponente des Magnetfeldes und das Signal V_z des Sensors 112 ist proportional zu der Stärke der H_z Komponente des Magnetfeldes. Die Ausgangssignale werden weiter verarbeitet und benutzt zur Steuerung eines graphischen Elementes an der Wiedergabeanordnung des Systems, für das die Eingabevorrichtung wirksam ist. Wenn die Orientierung der Eingabevorrichtung sich in eine neue Lage ändert, werden die drei Sensoren und das dargestellte Koordinatensystem eine neue Lage gegenüber dem Magnetfeld 102 einnehmen. In Abhängigkeit von der Änderung der Orientierung werden die gemessenen Komponenten sich ändern, was zu neuen Ausgangssignalen führt, aus denen die neue Lage berechnet werden kann. Wenn das Magnetfeld von einem örtlichen Magneten erzeugt werden würde, kann die Orientierung des Magnetfeldes gegenüber der Eingabevorrichtung auch durch Änderung der Orientierung des örtlichen Magneten geändert werden. Dies wird auf dieselbe Art und Weise zu neuen Ausgangssignalen führen, die von den Sensoren her erhalten werden. Wenn also das Magnetfeld, das örtlich erzeugt wird, als Gegenhänger des Erdmagnetfeldes, gibt es eine Entwurfswahl für die Eingabevorrichtung zum Ändern der Orientierung des Magnetfelds gegenüber den Sensoren. Der Teil der Eingabevorrichtung zum Erzeugen des Magnetfeldes kann stationär sein und der Teil mit den Sensoren kann frei beweglich sein, oder der Teil mit den Sensoren kann stationär sein und der Teil, der das Feld erzeugt, kann frei beweglich sein.
Die Eingabevorrichtung nach 1 schafft drei Sensorausgangssignale, welche die Information über die Orientierung der Eingabevorrichtung gegenüber dem Magnetfeld tragen. Nach der vorliegenden Erfindung werden diese drei Sensorausgangssignale zu zwei Signalen reduziert, die eine Translationsbewegung eines graphischen Elementes an der Wiedergabeanordnung darstellen. Eine einfache Art und Weise der Berechnung der zwei Signale ist in den nachfolgenden Formeln gegeben:
In dieser Ausführungsform ist eine zusätzliche Sinus-Funktion angewandt zum Erhalten des X-Signals und des Y-Signals. Eine alternative Berechnung wäre erforderlich um die Sinusfunktion fortzulassen. Weiterhin können betreffende Skalierungsfaktoren in den Formeln angewandt werden zum Erhalten einer geeigneten Skalierung für die Translationsbewegung des graphischen Elementes an der Wiedergabeanordnung.
In einer alternativen Ausführungsform werden das X-Signal und das Y-Signal gegenüber einer Bezugsorientierung der Eingabevorrichtung berechnet. Dazu wird die Eingabevorrichtung in der gewünschten Bezugsrichtung rückgestellt und die betreffenden Ausgangssignale V_x0, V_y0 und V_z0 der Sensoren werden ermittelt und für nachfolgende Berechnungen gespeichert. Das X-Signal und das Y-Signal werden danach entsprechend den nachfolgenden Formeln erhalten:
In Fällen, in denen die Gesamtstärke des Magnetfeldes im Wesentlichen dasselbe ist für verschiedene Positionen der Eingabevorrichtung, beispielsweise im Falle des Erdmagnetfeldes, können die Formeln (3) und (4) wie folgt reduziert werden:
2 zeigt die Translationsbewegung nach der vorliegenden Erfindung eines graphischen Elementes an der Wiedergabeanordnung. An einer Wiedergabeanordnung 202 wird ein graphisches Element 204 wiedergegeben. Dieses graphische Element kann als Cursor, beispielsweise in Form eines Pfeils, eines Kreuzes oder in Form eines anderen Symbols implementiert werden. Der Cursor kann auch als eine Art von Hervorhebung implementiert werden, die über Objekte an der Wiedergabeanordnung bewegt werden, wodurch das bestimmte Objekt hervorgehoben wird, auf das gezeigt wird. Weiterhin kann das graphische Element ein komplexeres Bild sein, das ein Objekt an der Wiedergabeanordnung darstellt. Das graphische Element 204 wird in Reaktion auf das X-Signal 208 in der horizontalen Richtung 206 verlagert und wird in Reaktion auf das Y-Signal 212 in der vertikalen Richtung 210 verlagert. Die wirkliche Bewegung in einer bestimmten Richtung in Reaktion auf das betreffende Signal kann verschiedenartig implementiert werden. Es ist möglich, dass das graphische Element eine Position in der Richtung einnehmen kann, umgekehrt proportional zu dem Signal. Wenn das Signal Null ist, befindet sich das graphische Element in der Bezugslage, beispielsweise in der Mitte der Wiedergabeanordnung, und wenn das Signal einen bestimmten Wert hat, nimmt das graphische Element eine Lage ein entsprechend diesem Wert und bleibt dort solange das Signal diesen Wert hat. Bei dieser Implementierung folgt das graphische Element den Bewegungen der Eingabevorrichtung in direkter Übereinstimmung. Eine alternative Implementierung ist dort, wo der Wert des Signals als Schalter verwendet wird, der die Bewegung des graphischen Elementes aktiviert. Solange das Signal Null ist, bleibt das graphische Element in der letzten Lage in der betreffenden Richtung. Wenn das Signal einen bestimmten Wert hat, bewegt es mit einer bestimmten Geschwindigkeit, beispielsweise im Verhältnis zu dem Wert des Signals, und tut dies bis der Signalwert sich ändert. Bei dieser Implementierung arbeitet die Eingabevorrichtung auf gleiche Weise wie ein Gaspedal und die wirkliche Lage des graphischen Elementes hat keine Übereinstimmung mit dem wirklichen Signalwert.
Das X-Signal und das Y-Signal, die von der Eingabevorrichtung nach der vorliegenden Erfindung erzeugt worden sind, stellen betreffende Translationsbewegungen dar. Wie diese Signale in einer Applikation, die mit dem System arbeitet, mit dem die Ein gabevorrichtung verbunden ist, benutzt werden, wird durch die betreffende Applikation bestimmt. Die Applikation kann das Signal benutzen zum Steuern der Translationsbewegung des graphischen Elementes in einer Art und Weise, wie oben beschrieben. Die Applikation kann aber auch das Signal benutzen zum Erzeugen einer anderen, möglicherweise komplexeren Bewegung des graphischen Elementes.
Die Eingabevorrichtung nach der vorliegenden Erfindung kann eine Rückstellfunktion haben, die eine neue Bezugsorientierung für die Bewegungen des graphischen Elementes schafft. Das Rückstellen der Eingabevorrichtung kann zwei einzelne Aktionen betreffen. Die Ausgangswerte entsprechend der Orientierung zu dem Zeitpunkt der Rückstellung werden ermittelt und für nachfolgende Messzwecke gespeichert. Diese Werte werden danach als Offset-Werte in den nachfolgenden Berechnungen benutzt. Weiterhin kann das Rückstellen der Eingabevorrichtung das graphische Element verlagern, beispielsweise den Cursor, in eine vorbestimmte Lage, beispielsweise in die Mitte der Wiedergabeanordnung, in die obere linke Ecke der Wiedergabeanordnung oder auf das erste Objekt einer Reihe von Objekten am Wiedergabeschirm. Zum Durchführen der Rückstellfunktion kann die Eingabevorrichtung mit einer speziellen Rückstelltaste versehen werden, die von dem Benutzer der Vorrichtung betätigt werden soll. Wenn der Benutzer die Eingabevorrichtung mit einer geeigneten Orientierung festhält, kann er die Rückstellfunktion bedienen und auf diese Art und Weise diese geeignete Orientierung als Bezugsorientierung definieren. Die Rückstellfunktion kann auch durchgeführt werden, wenn die Eingabevorrichtung aktiviert wird. Dies kann als Schalter verwirklicht werden, der aktiviert wird, wenn der Benutzer die Eingabevorrichtung aus der Ruhelage aufnimmt. Die Rückstellfunktion kann im Falle einer Störung ebenfalls automatisch durchgeführt werden, was zu einer relativ großen Änderung in der gesamten Stärke des Magnetfeldes führt. Die Eingabevorrichtung dieser Ausführungsform überwacht die Stärke des Magnetfeldes und wenn diese zu sehr von den Bezugwerten abweicht, wird die Rückstellfunktion wieder durchgeführt. Dazu wird ermittelt, ob eine der nachfolgenden Bedingungen erfüllt wird: V x2+V y2+V z2 > (1+δ).(V x02+V y02+V z02 ) (7) V x2+V y2+V z2 < (1–δ).(V x02+V y02+V z02 ) (8)
In diesen Formeln definiert das Symbol δ eine Schwelle für die erlaubte Variation in der Stärke des Magnetfeldes.
In dem Beispiel nach 1 und 2 sind die zwei Komponenten des Magnetfeldes, aus denen das Signal zur Steuerung des graphischen Elementes berechnet wird, orthogonale Komponenten. Dies ist nicht notwendig zur Anwendung der vorliegenden Erfindung und die zwei Komponenten können einen unterschiedlichen Winkel zueinander haben. Es ist eine ausreichende Bedingung, dass die zwei Komponenten nicht voneinander abhängig sind, d. h. dass sie sich nicht völlig in derselben Richtung erstrecken. Die Kombination zweier Komponenten zu einem einzigen Signal zur Steuerung der Translationsbewegung des graphischen Elementes macht das Signal weniger abhängig von Störungen in dem Magnetfeld. Ein Fehler in einer der Komponenten, verursacht durch eine Störung, gelangt nicht völlig zu dem Signal, sondern sein Effekt wird durch die andere Komponente gemittelt. Dies ist ebenfalls in den jeweiligen Formeln zum Berechnen des X-Signals oder des Y-Signals, beispielsweise in den Formeln (1) und (2) ersichtlich.
3 zeigt schematisch eine Eingabevorrichtung nach der vorliegenden Erfindung. Ein frei beweglicher Handheld-Teil 302 umfasst die Sensoren 104, 108 und 112 und einen Controller 304, der das graphische Element auf Basis von Ausgangssignalen der Sensoren steuert. Die Eingabevorrichtung umfasst weiterhin Rechenmittel 306 zum Berechnen des X-Signals und des Y-Signals und Rückstellmittel 308 zum Rückstellen der Eingabevorrichtung auf eine Bezugsorientierung. Die Rückstellmittel werden über einen Schalter 310 betrieben, der als eine vom Benutzer betätigbare Taste implementiert werden kann oder als Teil eines Aktivierungsschalters, der die Vorrichtung aktiviert. Die Vorrichtung umfasst weiterhin einen Speicher 312 zum Speichern der Ausgangssignale der Sensoren in einer Ruhezeit, zur späteren Verwendung als Bezugswerte. Das berechnete X-Signal und Y-Signal werden von dem Handheld-Teil über einen Sender 314 dem stationären Teil 316 in der Nähe einer Wiedergabeanordnung 318, an der das graphische Element verlagert werden soll, zugeführt. In dem stationären Teil 316 werden die Signale in einem Empfänger 320 empfangen und über die Schnittstelle 322 der Wiedergabeanordnung zugeführt. Der Sender 314 und der Empfänger 320 können als eine IR-Sende-Empfangsanlage oder als Funkfrequenz-Sende-Empfangsanlage ausgebildet sein. Auf alternative Weise kann der bewegbare Teil 302 über Kabel mit dem stationären Teil verbunden sein, wodurch auf diese Weise die Notwendigkeit eines Senders und eines Empfängers vermieden wird. Dies wird aber die Bewegungen des Handheld-Teils 302 gewissermaßen beschränken. In dem in 3 dargestellten Beispiel befinden sich die meisten Elemente der Eingabevorrichtung in dem frei beweglichen Handheld-Teil 302 und dieser Teil überträgt das X-Signal, das Y-Signal und einen Befehl zur Verlagerung des graphischen Elementes in die Bezugslage.
4 zeigt eine schematische Darstellung einer alternativen Ausführungsform der Eingabevorrichtung nach der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform umfasst der Handheld-Teil 302 die Sensoren 104, 108 und 112, den Rückstellschalter 310 und den Sender 314. Die anderen Elemente befinden sich nun in dem stationären Teil 316 der Eingabevorrichtung. Der Handheld-Teil überträgt die Sensor-Ausgangssignale V_x, V_y und V_z und, ggf. die Tatsache, dass der Rückstellschalter aktiviert worden ist, zu dem stationären Teil.
5 zeigt schematisch eine Anordnung der Sensoren der Eingabevorrichtung auf einem einzigen Substrat. Die Eingabevorrichtung umfasst ein Substrat 502, beispielsweise aus Silizium, auf dem drei Sensoren vorgesehen worden sind. Der Sensor 504 ist ein MR-Sensor, der für Messung eines Magnetfeldes in der Richtung 506 empfindlich gemacht worden ist und der Sensor 508 ist ebenfalls ein MR-Sensor, aber dieser ist für Messung eines Feldes in der Richtung 510 empfindlich gemacht worden. Der Sensor 512 ist ein Hall-Sensor, der in der Richtung 514, senkrecht zu dem Substrat empfindlich gemacht worden ist. Auf diese Weise können die drei Sensoren je eine orthogonale Komponente des Magnetfeldes durch das Substrat hindurch messen und können daher als die Sensoren in der Eingabevorrichtung nach der vorliegenden Erfindung benutzt werden. Es ist vorteilhaft die drei Sensoren auf einem einzigen Substrat herzustellen, weil sie auf diese Weise in einem einzigen Herstellungsschritt verwirklicht werden können. Es ist nicht notwendig zur Herstellung der Eingabevorrichtung verschiedene Substrate zusammenzustellen, die je einen oder zwei Sensoren tragen. Das Substrat 502 kann weiterhin die Sensorverbindungsdrähte und die zusätzliche Schaltungsanordnung 516 enthalten, welche die erforderlichen Elemente, wie den Controller 304, die Rechenmittel 306, die Rückstellmittel 308, den Speicher 312 und den Sender 314 enthalten. Dies erleichtert weiterhin die herstellung der Eingabevorrichtung und reduziert die Fertigungskosten.
6 zeigt eine Übersicht der Anordnung der Eingabevorrichtung unter Verwendung eines Magneten zum Erzeugen des Magnetfeldes. Ein Magnet 602, dabei kann es sich entweder um einen Dauermagneten oder einen Elektromagneten handeln, erzeugt ein Magnetfeld 604. Der bewegliche Teil 302 der Eingabevorrichtung hat eine bestimmte Orientierung gegenüber dem Magnetfeld, was zu bestimmten Werten, gemessen durch die drei Sensoren, führt. Der bewegliche Teil 302 überträgt seine Signale zu dem stationären Teil 316, der das Steuersignal zu der Wiedergabeanordnung 318 liefert zur Bewegung des Anzeigers. Bei einer Ausführungsform der Eingabevorrichtung nach der vorliegenden Erfindung ist der Magnet wie ein Armband am Handgelenk des Benutzers verwirklicht worden und der bewegliche Teil 302 wie ein Ring am Finger der entsprechenden Hand. Das graphische Element an der Wiedergabeanordnung wird durch einfache Bewegungen dieses Fingers gesteuert, weil die Orientierung des beweglichen Teils 302 dann in Bezug auf das Magnetfeld entsprechend den Bewegungen sich ändert. Die Funktion des Armbandes und des Ringes könnte auf einfache Art und Weise getauscht werden, was zu der Anordnung führt, wobei der Ring einen Magneten enthält und das Armband den Sensor aufweist, der Änderungen des Magnetfeldes empfindet. Auch bei dieser Anordnung wird das graphische Element durch Bewegungen des Funkers mit dem Ring gegenüber dem Handgelenk mit dem Armband gesteuert.
Bei einer alternativen Ausführungsform ist der Magnet 602 in dem stationären Teil 316 vorgesehen, wodurch auf diese Weise ein einziger stationärer Teil der Eingabevorrichtung gebildet wird. Bei dieser Ausführungsform enthält die Eingabevorrichtung nach der vorliegenden Erfindung dennoch nur zwei Teile, trotz der Tatsache dass zum Erzeugen des Magnetfeldes ein Magnet verwendet wird.

Claims

Verfahren zur Steuerung eines Graphikelementes (204) in einer Wiedergabeanordnung (202, 318) durch Manipulation einer Eingabevorrichtung (100, 302), wobei dieses Verfahren die nachfolgenden Verfahrensschritte umfasst: – einen Messschritt, der eine Anzahl Komponenten (106, 110, 114) eines Magnetfeldes (102) misst, die mit einer Orientierung der Eingabevorrichtung relatiert sind, und – einen Steuerschritt, der das Graphikelement steuert, und zwar auf Basis der Anzahl Komponenten, – wobei der Steuerschritt einen Rechenschritt umfasst, der ein erste Signal (208) auf Basis von wenigstens zwei (106, 110) Komponenten der Anzahl Komponenten berechnet, wobei das erste Signal eine Translationsbewegung des Graphikelementes in einer ersten Richtung (206) an der Wiedergabeanordnung darstellt, dadurch gekennzeichnet, dass – der Rechenschritt weiterhin die Berechnung eines zweiten Signals (212) auf Basis von wenigstens zwei (106, 114) Komponenten der Anzahl Komponenten umfasst, wobei wenigstens eine Komponente (114) der wenigstens zwei Komponenten von den wenigstens zwei Komponenten zum Berechnen des ersten Signals abweicht, wobei das zweite Signal eine Translationsbewegung des Graphikelementes in einer zweiten Richtung (210), die anders ist als die genannte erste Richtung, an der Wiedergabeanordnung darstellt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Steuerschritt einen Initialisierungsschritt umfasst, der Bezugswerte der Anzahl Komponenten gegenüber der Orientierung der Eingabevorrichtung misst, und zwar zu dem Zeitpunkt der Durchführung des Initialisierungsschrittes, und wobei der Rechenschritt das erste Signal auf Basis einer Differenz zwischen aktuellen Werten und Bezugswerten der betreffenden Komponenten der wenigstens zwei Komponenten der Anzahl Komponenten berechnet.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Messschritt drei Komponenten des Magnetfeldes misst, wobei auf diese Weise die Stärke des Magnetfeldes gemessen wird und wobei der Initialisierungsschritt durchgeführt wird, wenn die Differenz in der Stärke zwischen zwei aufeinander folgenden Durchführungen des Messchrittes größer ist als eine vorbestimmte Schwelle.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Magnetfeld (102, 604) von einem Dauermagneten oder einem Elektromagneten (602) erzeugt wird.
Eingabevorrichtung (100, 302) zur Steuerung eines Graphikelementes (204) an einer Wiedergabeanordnung (202, 318), wobei diese Eingabevorrichtung Folgendes umfasst: – eine Anzahl Sensoren (104, 108, 112) zum Messen der betreffenden Komponenten (106, 110. 114) eines Magnetfeldes (102) in Bezug auf eine Orientierung der Eingabevorrichtung, und – einen Controller (304) zur Steuerung des Graphikelementes auf Basis der Anzahl Komponenten, – wobei der Controller Rechenmittel (306) aufweist zum Berechnen eines ersten Signals (208) auf Basis von Daten von wenigstens zwei (104, 108) Sensoren der Anzahl Sensoren, wobei das erste Signal eine Translationsbewegung des Graphikelementes in einer ersten Richtung (206) an der Wiedergabeanordnung darstellt, dadurch gekennzeichnet, dass – die Rechenmittel (306) weiterhin vorgesehen sind zum Berechnen eines zweiten Signals (212) auf Basis von Daten von wenigstens zwei Sensoren (104, 112) der Anzahl Sensoren, wobei wenigstens einer (112) der Sensoren der wenigstens zwei Sensoren anders ist als die wenigstens zwei Sensoren zum Berechnen des ersten Signals, wobei das zweite Signal eine Translationsbewegung des Graphikelementes in einer zweiten Richtung (210) an der Wiedergabeanordnung darstellt, die anders ist als die genannte erste Richtung.
Eingabevorrichtung nach Anspruch 6, weiterhin mit Rückstellmitteln (308) zum Messen von Bezugsdaten der Anzahl Sensoren in Bezug auf die Orientierung der Eingabevorrichtung und wobei die Rechenmittel vorgesehen sind zum Berechnen des ersten Signals auf Basis einer Differenz zwischen aktuellen Daten und den Bezugsdaten von betreffenden Sensoren der wenigstens zwei Sensoren der Anzahl Sensoren.
Eingabevorrichtung nach Anspruch 6, wobei wenigstens einer der Anzahl Sensoren ein MR (magnetoresistiv) Sensor (504) ist.
Eingabevorrichtung nach Anspruch 6, wobei zwei Sensoren der Anzahl Sensoren einen MR-Sensor (504, 508) aufweist und wobei ein dritter Sensor der Anzahl Sensoren einen Hall-Sensor (512) umfasst, wobei die drei Sensoren auf einem einzigen Substrat (502) vorgesehen sind.