EP1440416A2

EP1440416A2 - Bedieneinrichtung

Info

Publication number: EP1440416A2
Application number: EP02779187A
Authority: EP
Inventors: Wilhelm BOLLHÖFER
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2001-10-31
Filing date: 2002-10-29
Publication date: 2004-07-28
Also published as: CN1610921A; US20050052345A1; US7495655B2; WO2003038587A2; CN100549924C; DE20117645U1; WO2003038587A3

Abstract

Die erfindungsgemässe Bedieneinrichtung weist ein mobiles Bedienteil (F) zur Abstrahlung eines diffusen Lichtstrahls (LS) auf. Eine elektronische Verarbeitungseinheit (V) generiert eine graphische Bedienoberfläche (VA) und ist vorteilhaft über eine Datenverbindung (K1,K2) mit einer Anzeigeeinheit (D,VD) verbunden. Auf dieser können graphische Bedienoberflächen (VA) visualisiert werden. Ein optischer Empfangssensor (S) setzt Bewegungsrichtungen (B) des diffusen Lichtstrahls (LS) eines mobilen Bedienteils (F) in ein Steuersignal um, das in der Verarbeitungseinheit eine den Bewegungen des diffusen Lichtstrahls (LS) entsprechende Nachführung einer graphischen Bedienmarkierung (C) bzw. der Lage der graphischen Bedienoberfläche (VA) und/oder Teilen derselben und/oder von darin befindlichen visuellen Elementen (C) bewirkt.

Description

Beschreibung

Bedieneinrichtung

Bei der Bild- und Datenverarbeitung sind verschiedenartige Vorrichtungen zur Vornahme von Positionierungen auf einer grafischen Bedienoberfläche bekannt, die auf einer Anzeigeeinheit wie z.B. einem Monitor, einem großflächigen Anzeigefeld oder einem LCD-Display visualisiert werden. In der Pra- xis werden Standard- Eingabegeräte eingesetzt, z.B. Tastaturen, die ein spezielles Tastenfeld zur Vornahme von Positionierungen aufweisen, sogenannte Computer- Mäuse oder Eingabegeräte mit einer Rollkugel . Als weitere Eingabegeräte dieser Art sind beispielsweise Joysticks, d.h. ein Bedienelement in Form eines Hebels, oder Grafiktabletts im Gebrauch.

In der Praxis kommen unterschiedlichste Formen von Positionierungen vor. Zum einen kann die grafische Bedienoberfläche selbst, ein Teil derselben oder ein z.B. stark vergrößerter Ausschnitt daraus einer Verschiebung auf der Anzeigeeinheit unterworfen werden. Dies tritt häufig dann auf, wenn der insgesamt anzeigbare Bereich größer ist als die Anzeigefläche der Anzeigeeinheit. Weiterhin ist es bei einem Gebrauch z.B. eines Computersystems ständig erforderlich, graphische Be- dienmarkierungen neu zu positionieren. Diese werden häufig Cursor, Einfügemarke oder Mauszeiger genannt und zeigen den Ort an, an dem eine Veränderung z.B. durch eine Auslösung einer Dateneingabe bewirkt werden kann.

Bei den oben genannten Eingabegeräten werden elektrische

Steuersignale zur Bewirkung von Positionsveränderungen auf mechanischem Wege erzeugt, z.B. durch Betätigen von Tasten oder Abtastung einer Rollbewegung in x- , y- Raumrichtung. Die Steuersignale werden an eine Verarbeitseinheit übermittelt, welche hieraus eine entsprechende Positionsänderung z.B. einer Bedienmarkierung auf der Anzeigeeinheit bewirkt . Diese Funktionalität setzt voraus, dass das jeweilige Eingabegerät bei der Verarbeitseinheit systemtechnisch registriert und aktiviert ist.

Weiterhin ist es zumindest gewöhnungsbedürftig, dass die Be- wegungen an oder mit einem derartigen Eingabegerät räumlich entkoppelt von den davon hervorgerufenen Positionsänderungen auf der Anzeigeeinheit stattfinden. So wird z.B. eine PC-Maus auf einer Oberfläche bewegt, während eine dazugehörige Positionsänderungen auf einem Monitor eintritt. In der Regel be- findet sich das zu bedienende Eingabegerät und die Anzeigeeinheit nicht gleichzeitig im Blickfeld einer Bedienperson.

Aus der DE 19880483 ist eine Eingabevorrichtung für einen Computer bekannt. Ferner betrifft die DE 19861129 ein ent- sprechendes Verfahren zur Durchführung von Abstimmungen mittels einer Eingabevorrichtung für einen Computer mit einer graphischen Benutzeroberfläche.

Dabei wird die Bedienoberfläche eines in einem Computer ab- laufenden Anwenderprogrammes auf einem Monitor angezeigt und mittels eines Projektors zusätzlich auf einen Darstellungsbereich, z.B. eine Bildwand, projiziert. Hiermit kann deren Inhalt von mehreren Personen betrachtet werden. Mit Hilfe von Sendeeinrichtungen in Form von Laserpointern können gebündel- te Lichtstrahlen auf den Darstellungsbereich gerichtet werden. Mit den jeweils auftretenden Lichtflecken wird ein Mauszeiger nachgebildet und es können an dieser Stelle auf der Projektionsflache angezeigte bedienbare Inhalte der graphischen Bedienoberfläche aktiviert werden.

Zur Aktivierung ist hinter der Bildwand eine Bildaufnahmevorrichtung bestehend aus einem CCD Sensor mit Optiksystem plaziert, deren Erfassungsbereich zumindest die gesamte Bildwand umfaßt. Eine Steuerschaltung erfaßt durch Zeilen- und spal- tenweise Auswertung des CCD Sensors die genaue x- y- Position eines auftreffenden Lichtflecks. Hiermit wird ein elektronisches Signale erzeugt und an den Computer übertragen, das charakteristisch ist für den Ort, an dem der Strahl im Erfassungsbereich auf die Bildwand trifft bzw. für Strecke und Richtung, in die sich ein auftref ender Lichtfleck bewegt. Hiermit werden asynchrone Mauszeiger Positionierungsereignis- se nachgebildet und es ist eine Aktivierung von Objekten im Erfassungsbereich möglich.

Mit dieser Art der Nachbildung von Mauszeigern ist aber der Nachteil verbunden, dass ein Lichtfleck mit Erfassung von dessen Position auf der Bildwand und einer Zuordnung zu dort projizierten bedienbaren Objekten einer grafisches Bedienoberfläche selbst die Eigenschaft eines eigenständigen Cursors annimmt. Dieser ist nicht synchron mit dem Cursor, der auf dem Monitor des dazugehörigen Computers angezeigt und z.B. mittels einer Computermaus verwaltet wird. Auf das im

Computer ausgeführte Anwendungsprogramm können somit von verschiedenen Cursorn ausgelöste Aktionen einwirken. Eine solche Vorrichtung ist im industriellen Bereich z.B. in einer Warte zur Steuerung einer Fertigungsanlage aus Sicherheitstechni- sehen Gründen nicht einsetzbar.

Ein weiterer Nachteil der aus der DE 198 80 483 und DE 198 61 129 bekannten Vorrichtungen wird darin gesehen, dass eine Bildaufnahmevorrichtung mit einem Erfassungsbereich benötigt wird, der den Darstellungsbereich z.B. eines Großbildschirms vollständig überdeckt. Hierzu muss die Bildaufnahmevorrichtung in einem u.U. deutlichen Abstand vor oder hinter der Bildwand und den darauf zu erfassenden Lichtpunkten angeordnet werden. Da die xy Koordinatenlage eines Lichtpunktes und dessen Bewegung absolut in Bezug zu den Abmessungen des Erfassungsbereichs erfasst werden, ist weiterhin eine Kalibrierung der Bildaufnahmevorrichtung relativ zur Bildschirmwand erforderlich. Die Bildaufnahmevorrichtung darf nach der Kalibrierung nicht mehr verschoben werden.

Ein weiterer Nachteil wird darin gesehen, dass die Oberfläche der Bildwand den auftreffenden Lichtpunkt reflektieren muss, da andernfalls eine Navigation und Positionierung durch eine Bedienperson nicht möglich ist. Bei Bildschirmen ist eine Reflexion der Oberfläche aber unerwünscht. Die aus der DE 198 80 483 und DE 198 61 129 bekannte Vorrichtung ist somit z.B. bei Verwendung einer Leinwand als Darstellungsbereich, nicht aber bei einem TFT- Bildschirm einsetzbar. Ferner muß die Sendeeinrichtung einen scharfen, gut sichtbaren Lichtpunkt erzeugen, damit eine Positionierung durch eine Bedienperson möglich ist . Insbesondere bei Großbildschirmen wird hierzu in der Sendeeinrichtung Laserstrahlung eingesetzt werden müssen. Dabei sind aber Sicherheitsbestimmungen einzuhalten.

Aus der DE 43 36 677 und DE 197 57 674 sind Eingabevorrichtungen zur Positionierung eines Objektes auf einer grafischen Oberfläche bekannt. Dabei wird die Lage eines Lichtpunktes im Raum erfaßt und die Bewegung diese Lichtpunktes in eine entsprechende Bewegung des Objektes umgesetzt.

Die aus der DE 43 36 677 bekannte Anordnung dient zur Bestim- mung einer räumlichen Position und zur Eingabe von Steuerinformationen in ein System mit graphischer Bedienoberfläche. Hierzu verfügt die Anordnung zumindest über ein von einem Benutzer betätigbares Eingabegerät mit Lichtquelle, eine benachbart zur Benutzeroberfläche des Systems angeordnete Kame- ra und einen Beschleunigungssensor im Eingabegerät zur Erfassung von axial zur Benutzeroberfläche gerichteten Beschleunigungen. Die Anordnung ermöglicht einerseits die Feststellung der örtlichen Lage des Eingabegerätes, um damit die Steuerung eines Cursors auf der Benutzeroberfläche zu bewirken. Unter Verwendung des Beschleunigungssensors kann nicht nur eine Bewegung senkrecht zur Oberfläche erfaßt werden, dieser Beschleunigungssensor kann auch dazu verwendet werden, um Aktionen des Benutzers, wie z. B. Selektion von Objekten oder Zu- standswechsel des Programms, an die Kamera zu melden.

Aus der DE 197 57 674 ist eine Anordnung zur Positionserfas- sungsVorrichtung und Fernsteuerung bekannt . Die Anordnung hat die Aufgabe, die Position eines auf dem Anzeigeschirm einer Empfangseinheit angezeigten Cursors durch zweidimensionales oder dreidimensionales Positionieren einer Sendeeinheit fernzusteuern. Eine andere Aufgabe der bekannten Anordnung ist es, eine Funktion durch Betätigen eines EIN/AUS Schalters an der Sendeeinheit auszuwählen. Das von einem Lichtquellenblock einer Sendeeinheit emittierte Licht wird über einen ersten optischen Block abgestrahlt . Eine Empfangseinheit empfängt das Licht von der Sendeeinheit über einen zweiten optischen Block in einem Sensorblock. Ein Erkennungsblock erfaßt die

Lichtintensität abhängig vom Ausgangssignal des Sensorblocks. Ein Steuerungsblock berechnet die zweidimensionale oder dreidimensionale Position der Sendeeinheit und zeigt diese Position als Cursorposition auf dem Anzeigeschirm an.

Die aus den Dokumenten DE 43 36 677 bzw. der DE 197 57 674 bekannten Eingabevorrichtungen weisen den Nachteil auf, dass eine den Lichtpunkt hervorrufende Lichtquelle signifikant bewegt werden muß, um eine Bewegung des Lichtpunktes erfassen zu können. Hierzu ist es bei einer in der Hand gehaltenen

Lichtquelle in der Regel erforderlich, dass der gesamte Arm bewegt werden muß. Eine Bewegung der Lichtquelle "aus dem Handgelenk" ist hierüber nicht möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Eingabevorrichtung zu schaffen, bei der ein Benutzer auf eine besonders einfache Weise auf einer graphischen Bedienoberfläche Positionsänderungen von Elementen, insbesondere eines Cursors, hervorrufen und Aktionen auslösen kann.

Die Aufgabe wird gelöst mit einer Bedieneinrichtung gemäß dem vorliegenden Anspruch 1. Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Bedieneinrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die erfindungsgemäße Bedieneinrichtung für ein Anzeigefeld enthält ein mobiles Bedienteil mit Mitteln zur Abstrahlung eines diffusen Lichtstrahls. Eine elektronische Verarbeitungseinheit, die mindestens eine Datenverbindung aufweist, generiert zumindest eine graphische Bedienoberflächen z.B. von einem Anwendungsprogramm. Über mindestens eine Anzeige- einheit, welche an eine Datenverbindung der Verarbeitungseinheit angeschlossen ist, werden graphische Bedienoberflächen visualisiert. Ein optischer Empfangssensor ist an eine Datenverbindung der Verarbeitungseinheit angeschlossen und setzt Bewegungsrichtungen des diffusen Lichtstrahls des mobilen Be- dienteils in ein Steuersignal um, das nach Übertragung über eine Datenverbindung in der Verarbeitungseinheit eine den Bewegungen des diffusen Lichtstrahls entsprechende Nachführung der Lage der graphischen Bedienoberfläche und/oder Teilen derselben und/oder von darin befindlichen visuellen Elementen bewirkt.

Bei der vorliegenden Erfindung wird als ein "diffuser Lichtstrahl" eine z.B. kegelförmige Lichtemission angesehen, deren Projektionsabbild auf einer Fläche in der Ebene möglichst fein verteilte Intensitätsschwankungen aufweist. Dabei können die Intensitätsschwankungen z.B. ein mit einem Stoffmuster vergleichbare feines „Gewebe" aufweisen, aber auch quasi frei verteilt sein. Das Projektionsabbild kann z.B. eine quasi freie Verteilung von Hell- und Dunkelbereichen beliebiger Form aufweisen. Beispielhaft kann der "diffuse Lichtstrahl" durch eine unregelmäßige Streuung einer Lichtquelle z.B. mittels einer Streuscheibe hervorgerufen werden. Die Oberfläche der Streuscheibe kann hierzu auf vielfache Weise, z.B. durch eine Lackierung mit einem semi- transparenten Lack, eine un- regelmäßige Beschichtung u.dgl. belegt sein, bzw. durch eine schleifende Flächenbehandlung aufgerauht sein. Das Projekti- onsabbild des "diffusen Lichtstrahls" soll also eine Art von „marmorierter" Struktur aufweisen, und kann die jeweilige graphische Bedienoberfläche möglichst großflächig überdecken.

Eine Bedieneinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung hat den besonderen Vorteil, dass keine definierte räumliche Zu- Ordnung des mobilen optischen Empfangssensors zur Größe der Darstellungsfläche der Anzeigeeinheit notwendig ist. Insbesondere ist keinerlei Abstandstiefe zwischen Anzeigeeinheit und Empfangssensor einzuhalten. Folglich kann der Empfangs- sensor an einem beliebigen Ort im Streubereich des Lichtstrahls des mobilen Bedienteils plaziert werden, z.B. unmittelbar unterhalb einer als Anzeigeeinheit dienenden Bildwand oder z.B. auf der Oberseite des Gehäuses eines als Anzeigeeinheit dienenden Monitors. Grundsätzlich kann der Empfangs- sensor somit in der gleichen Ebene mit der Anzeigeeinheit bzw. davor oder daneben oder darüber liegend angeordnet sein.

Bei der vorliegenden Erfindung ist ferner keine Kalibrierung des Empfangssensors in Bezug auf die räumliche Lage der An- zeigeeinheit notwendig, da Positionsänderungen der Bedienoberfläche bzw. von visuellen Elementen auf der Bedienoberfläche relativ zur ursprünglichen Position des verschobenen Objektes bewirkt werden. Der mobile optische Empfangssensor kann somit jederzeit bewegt und an einem anderen Ort aufge- stellt werden.

Bei der vorliegenden Erfindung ist ferner keine Reflexion eines Lichtstrahls z.B. zum Zwecke der Orientierung und visuellen Rückkopplung der gewählten Position für einen Benutzer erforderlich. Vielmehr dient das der Positionsänderung unterworfene Objekt selbst als visuelle Marke.

Dies ist besonders vorteilhaft, wenn es sich bei dem, einer Positionsänderung ausgesetzten Objekt um einen Cursor oder Einfügemarke handelt. Der tatsächliche, bereits positionierte Cursor des Systems ist die visuelle Marke. Hierdurch sind Fehleingaben in Bezug auf dessen Position nicht möglich, da diese vom Computer selbst bestimmt wird. Auch kann die Geschwindigkeit der Cursorbewegung vom Computer überwacht und ausgewertet werden. Da der tatsächliche Systemcursor bei der Erfindung quasi nachgeführt wird, kann das eingesetzte optische Bedienteil auch nicht sichtbares Licht aussenden, z.B. Infrarotstrahlung. Ferner wird bei der vorliegenden Erfindung kein kleinflächiger, d.h. scharfer Lichtpunkt benötigt, so dass insbesondere bei möglicher Personengefährdung ein Einsatz von Laserstrahlung nicht zwingend erforderlich ist.

Im Weiteren wird die Erfindung mittels bevorzugter Ausführungsbeispiele mit Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Dabei zeigen

Figur 1 eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung, wobei die Lichtquelle des optischen Bedienteils der Erfindung einen "diffusen Lichtstrahl" ausgibt und der optische Empfangssensor beispielhaft unter einer großflächigen Anzeigeeinheit angeordnet ist,

Figur 2 eine zweite vorteilhafte Ausführung der Erfindung, wobei der diffuse Lichtstrahl durch Streuung eines Laserstrahls erzeugt wird,

Figur 3 eine vorteilhafte Anwendung der Erfindung, wobei auf der Anzeigeeinheit ein bedienbares Prozessabbild einer technischen Einrichtung ausgegeben wird und die optische Bedieneinrichtung zusätzlich zur Positionierung der Bedienmarkierung die Aktivierung von Funktionen im Prozessabbild ermöglicht.

Figur 1 zeigt eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung, wobei die Lichtquelle LQ des optischen Bedienteils F einen diffusen Lichtstrahl LS ausgibt. Das Projektionsabbild des dif- fusen Lichtstrahls stellt in der Ebene einer großflächigen Anzeigeeinheit D beispielhaft ein inhomogenes Lichtfeld LFD dar. Dieses ist zumindest so groß, dass ein beispielhaft unter der Anzeigeeinheit D, z.B. einem Großbildschirm, angeordneter optischer Empfangssensor S davon überdeckbar ist.

Die erfindungsgemäße Bedieneinrichtung weist eine elektronische Verarbeitungseinheit V auf, die zumindest graphische Be- dienoberflachen z.B. von Anwendungsprogrammen und gegebenenfalls frei positionierbare graphische Bedienmarkierungen zusätzlich datentechnisch generiert. Im Beispiel der Figur 1 wird eine graphische Bedienoberfläche VA und eine cursorarti- ge Bedienmarkierung C generiert und sowohl auf dem Anzeige- feld D als auch auf einem lokalen Monitor VD der Verarbeitungseinheit V ausgegeben. Hierzu ist die Verarbeitungseinheit über eine bevorzugt busartige Datenverbindung Kl mit der Anzeigeeinheit D verbunden. Über eine weitere Datenverbindung K2 ist der mobile optische Empfangssensor S an die Verarbeitungseinheit V angeschlossen. Die Verbindungen Kl, K2 können auch in einer gemeinsamen Busleitung zusammen gefaßt sein.

Im Beispiel der Figur 1 wird das mobile Bedienteil F der er- findungsgemäßen Bedieneinrichtung von einer Person P gehandhabt. Diese aktiviert durch Betätigung einer Taste Tl die Lichtquelle LQ am Kopfende des Bedienteils F und löst damit die Abstrahlung eines diffusen Lichtstrahles LS aus. Dieser ist auf ein als Anzeigeeinheit D dienendes großflächiges An- zeigefeld gerichtet. Der diffuse Lichtstrahl LS erzeugt als Projektionsabbild ein inhomogenes Lichtfeld LFD mit einer bevorzugt feinpunktigen Verteilung von hellen und dunkleren Bereichen auf dessen Oberfläche. Durch ein geeignetes Schwenken des Bedienteils F kann das inhomogene Lichtfeld in ausgewähl- te Raumrichtungen B verschoben werden. Erfindungsgemäß können hiermit Anzeigeinhalte VA auf dem Anzeigefeld D in derselben Raumrichtung nachgeführt werden.

Dies wird am Beispiel der Positionierung einer graphischen Bedienmarkierung C, insbesondere eines Cursors oder Mauszeigers, nachfolgend im Detail erläutert. Der Bediener P zeigt hierzu mit dem mobilen Bedienteil F in Richtung eines Bildschirms D. Nach einem Drücken und Festhalten der Taste Tl kann der Cursor C auf dem Bildschirm D entsprechend bewegt werden. Bewegt er das Bedienteil nach rechts, so bewegt sich auch der Cursor C auf dem Bildschirm D nach rechts. Bewegt er das Bedienteil F nach unten, so bewegt sich auch der Cursor C auf dem Bildschirm D nach unten. Ist die gewünschte Position erreicht, wird die Taste Tl wieder losgelassen. Über weitere Tasten T2 kann der Bediener P Eingaben durchführen. Die Anordnung der Tasten Tl, T2 und die durch deren Betätigung ak- tivierbaren Eingabemöglichkeiten können dabei so gestaltet sein, dass diese den Tasten einer Computermaus und der Belegung von deren rechter und linker Maustaste weitgehend vergleichbar sind.

Zur Erzielung der oben dargestellten Funktionalität weist die erfindungsgemäß Bedienvorrichtung einen bevorzugt mobilen optischen Empfangssensor S auf, der in räumlicher Nähe zur Anzeigeeinheit D plaziert ist. Im Beispiel der Figur 1 ist dieser unter dem Anzeigefeld D angeordnet. Für die Erfindung ist keine besondere räumliche Beziehung zwischen Anzeigeeinheit und Empfangssensor erforderlich. Der Empfangssensor kann somit besonders vorteilhaft in der erwarteten Blickrichtung einer Bedienperson plaziert werden. Dabei wird diese erwartete Blickrichtung zwar üblicherweise, aber nicht zwangsläufig, mit der auf die Anzeigeeinheit gerichteten Blickrichtung der Bedienperson übereinstimmen.

Der optische Empfangssensor S wertet die Bewegungsrichtungen B des diffusen Lichtstrahls LS des mobilen Bedienteils F und des davon erzeugten inhomogene Muster des Lichtfeldes LFD aus und setzt diese in ein Steuersignal um. Dieses wird über eine Datenbusverbindung K1,K2 an eine Verarbeitungseinheit V übertragen. Diese wiederum bewirkt eine den Bewegungen des diffusen Lichtstrahls LS entsprechende Nachführung der Lage von Anzeigeinhalten auf dem Anzeigefeld, d.h. einer graphischen Bedienoberfläche und/oder Teilen derselben und/oder von darin befindlichen visuellen Elementen, wie z.B. dem Cursor C.

Im Beispiel der Figur 1 könnte der optische Empfangssensor S auch auf dem Gehäuse des lokalen Monitors VD der elektronische Verarbeitungseinheit angebracht sein. Würde der Bediener P das Bedienteil F auf den Monitor richten, so wäre die oben beschriebenen Positionsänderungen in der gleichen Weise ausführbar. Dies ist besonders dann vorteilhaft, wenn abhängig von der jeweiligen Situation die aktuelle Blickrichtung der Bedienperson überwiegend auf den Monitor VD gerichtet ist.

Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Bedieneinrichtung besteht darin, dass das mobile Bedienteil nicht systemtechnisch mit der jeweils zu bedienenden Anzeigeeinheit verbunden sein muss. Es ist weder eine unmittelbare datentechni- sehe Verbindung noch eine logische Anmeldung des mobilen Bedienteils bei Verarbeitungseinheit erforderlich z.B. im Sinne eines Betriebsmittels . Vielmehr können gemäß der Erfindung mit einem mobilen Bedienteil beliebige Anzeigeeinheiten bedient werden, sofern diese mit einem entsprechenden optischen Empfangssensor ausgerüstet sind. Im einem einfachen Anwendungsfall kann z.B. ein mit einer entsprechenden Streuscheibe versehenes, handelsübliches „laser pointing device" bereits als mobiles Bedienteil eingesetzt werden. Das mobile Bedienteil der erfindungsgemäßen Bedieneinrichtung hat vorteilhaft die Form einer Handgerätes, insbesondere einer Fernbedienung.

Diese ermöglicht es einem Benutzer, quasi in Richtung der dazugehörige Anzeigeeinheit "zu zeigen" . Im einfachsten Fall kann hierzu eine beliebige Strahlungsquelle eingesetzt werden, deren projizierter Lichtkegel flächenräumlich verteilte Intensitätsschwankungen aufweist, wie z.B. eine Taschenlampe mit einem entsprechendem Reflektor oder Streuscheibe.

Gegenüber bisherigen Standard- Eingabegeräten weist die erfindungsgemäße Bedieneinrichtung als besonderen Vorteil auf, dass damit eine Bedienung auf eine besonders ergonomische

Weise möglich ist. Es wird in der Praxis von Bedienpersonen als besonders angenehm empfunden, wenn mit einem ortsungebundenen Bedienteil, z.B. in Form eines Handgeräts, auf einen Bildschirm gezeigt werden kann, an der dann direkt sichtbare Veränderungen bewirkt werden können, besonders Positionsänderungen eines Cursors . Das Zeigen und Bewegen mit einer Vorrichtung in der Art einer Fernbedienung ist einfacher, als eine Eingabe von Positionsveränderungen über eine Maus, eine Tastatur oder einen Joystick. Die besondere Eigenschaft der erfindungsgemäßen Bedienvorrichtung, dass mit dessen mobilem Bedienteil nicht auf bestimmte Teile in einer graphischen Be- dienvorrichtung quasi gezielt werden muss, sondern eine nur annähernde Ausrichtung des mobilen Bedienteils auf den optischen Empfangssensor ausreichend ist, trägt weiter zum Bedienungskomfort bei .

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Bedieneinrichtung besteht darin, dass keine mechanischen Teile wie z.B. eine Rollkugel, Tastatur oder Maus benötigt werden. Es wird weiterhin keine Unterlage benötigt, wie z.B. eine Tischoberfläche, ein Mauspad oder ein Grafiktablett.

Figur 2 zeigt eine weitere vorteilhafte Ausführung der Erfindung, wobei der diffuse Lichtstrahl LS und das von hiervon hervorgerufene Projektionsabbild LP in Form eines „diffusen Lichtfeldes" durch einen Laser SL erzeugt wird. Hierbei er- zeugt der Laser einen Laserstrahl LS, der über eine entsprechende Streulinse SL z.B. eine Art von „Punktmuster" auf der Projektionsfläche FL erzeugt. Die so erzeugte Projektion der Lichtquelle LA im Bedienteil F bildet sich auf einer innen liegenden Oberfläche als ein Lichtpunktmuster ab. Werden Be- dienteil F und damit die Lichtquelle LA bewegt, so bewegt sich auch das Lichtpunktmuster. Eine lichtempfindliche Oberfläche im Empfangssensor S, z.B. ein CCD-Bildsensor oder eine Lateraleffektdiode, kann die Bewegungsrichtung des Licht- punktmusters auswerten und ein entsprechendes Steuersignal zur Nachführung eines Cursors C errechnen.

Figur 3 zeigt eine vorteilhafte Anwendung der Erfindung, wobei auf der Anzeigeeinheit ein bedienbares Prozessabbild z.B. einer technischen Einrichtung ausgegeben wird und die opti- sehe Bedieneinrichtung zusätzlich zur Positionierung einer

Bedienmarkierung auch eine Aktivierung von Funktionen im Prozessabbild ermöglicht. Technische Einrichtungen werden in zunehmender Weise mit Hilfe von digitalen, programmierbaren Vorrichtungen bedient, die vielfach auch ein Automatisierungssystem darstellen können bzw. ein Bestandteil eines solchen sein können. Unter technischen Einrichtungen werden dabei alle Arten von technischen Geräten und Systemen sowohl in Einzelanordnung als auch in einer z.B. über einen Feldbus datentechnisch miteinander vernetzten Anordnung verstanden. So sind unter technischen Ein- richtungen z.B. im Rahmen einer industriellen Anwendung einzelnen Betriebsmittel zu verstehen, wie z.B. Antriebe, Bearbeitungsmaschinen. Als eine technische Einrichtung wird aber auch eine gesamte Produktionsanlage angesehen, bei der u.U. mit lokal verteilten Betriebsmitteln ein gesamter technischer Prozess, z.B. in einer chemischen Anlage, einer Fertigungsanlage oder verarbeitenden Anlage, ausgeführt wird.

Die zur Führung von technischen Einrichtungen eingesetzten programmierbaren Vorrichtungen werden allgemein als HMI Gerä- te bezeichnet, wobei mit HMI der Begriff „Human Machine Interface" abgekürzt wird. Weiterhin ist es übliche geworden, diese Geräteklasse als Vorrichtungen zum „Bedienen- und Beobachten" technischer Einrichtungen zu bezeichnen, abgekürzt als „B+B-Geräte" . Diese Geräte, die den eigentlichen, zur un- mittelbaren Steuerung einer technischen Einrichtung dienenden Geräten häufig vorgelagert sind, weisen eine zunehmende Funktionalität auf. Der Begriff HMI Gerät ist als Oberbegriff zu verstehen und umfasst alle zu dieser Gerätegruppe gehörigen Komponenten, z.B. „Operator Panels", die häufig auch abge- kürzt als „OP" bezeichnet werden. HMI Geräte weisen eine zunehmende Funktionalität auf und übernehmen z.B. in einem vernetzten Automatisierungssystem Funktionen, die allgemein als Vor- und Nachbearbeitung von Daten der zu steuernden technischen Einrichtung angesehen werden können. Hierdurch wird ei- ne zusätzliche zentrale Steuereinrichtung, z.B. eine speicherprogrammierbare Steuerung, nicht nur entlastet. Vielmehr werden durch ein HMI Gerät Funktionen ermöglicht, die Komfort und Qualität einer Bedienung durch eine Bedienperson, d.h. insbesondere die Übersicht über die zu bedienende Einrichtung und die Fehlerfreiheit von Bedienungen, deutlich verbessern.

Figur 3 zeigt beispielhaft ein HMI System. Dabei dient eine elektronische Verarbeitungseinheit V zur Steuerung eines nicht näher dargestellten technischen Anlage. Die Verarbeitungseinheit ist beispielhaft in Form eines Computers V ausgeführt, der mindestens ein anlagenspezifisches Steuerungs- programm ausführt. Dieses generiert mindestens ein bedienbares Prozessabbild VA, das über einen als Anzeigeeinheit dienenden Monitor VD ausgegeben wird. Die Verarbeitungseinheit V mit der Anzeigeeinheit VD kann z.B. an einer zentralen Stelle in einer Warte der technischen Anlage platziert sein. Zur Er- leichterung der Bedienung verfügt das in Figur 3 dargestellte HMI System über eine weitere Anzeigeeinheit D. Diese kann dezentral an einer ausgewählten Stelle der technischen Anlage angeordnet sein, um z.B. Maschinenbedienern vor Ort Einfluss- nahmen auf den Zustand der technischen Anlage zu ermöglichen. Bei der weiteren Anzeigeeinheit D kann es sich z.B. um ein Operator Panel handeln, das über eine vorteilhaft als Feldbusverbindung ausgeführte Datenverbindung Kl mit der Verarbeitungseinheit V verbunden ist. Auf der Anzeigeeinheit D wird das gleich Prozessabbild VA wird auf dem Monitor VD zur Ausgabe gebracht. Mit Hilfe der Erfindung ist eine besonders ergonomische Bedienung der Anzeigeeinheit D möglich. Gegenüber herkömmlichen Operator Panels kann dabei u.U. auch vollständig auf separate Bedientasten an der Anzeigeeinheit verzichtet werden. Ferner kann die Anzeigeeinheit D eine im Ver- gleich zu herkömmlichen Operator Panels deutlich vergrößerte Anzeigefläche aufweisen.

Zur Bedienung richtet eine Bedienperson die optische Bedieneinrichtung F auf die Anzeigeeinheit D. Der davon abgesandte Lichtstrahl LS überdeckt auf Grund seiner Streuung auch den optischen Empfangssensor S, der im Beispiel der Figur 3 unterhalb der Anzeigeeinheit D angeordnet ist. Die Bedienein- richtung F ist beispielhaft in der Art einer Fernbedienung mit zwei Funktionstasten T1,T2 ausgeführt. Die Lichtquelle LQ an der Stirnseite weist vorteilhaft Infrarot LED's auf.

Drückt eine Bedienperson die Funktionstaste Tl, so wird ein Infrarot-Lichtstrahl LS von der Lichtquelle LQ ausgesendet. Der Empfangssensor S erfasst den Lichtstrahl LS und sendet über die Datenverbindung K2 zunächst ein Signal "Taste Tl gedrückt" an den Computer V. Eine Bewegung der Bedieneinrich- tung F wird vom Empfangssensor S ebenfalls erkannt und z.B. als Information "Taste Tl gedrückt, Cursor um Delta x/y bewegt" an den Computer V übertragen. Der Computer V führt nun den Cursor C auf der Anzeigeeinheit D entsprechend der er- fassten relativen Bewegung der Bedieneinrichtung F nach.

Die Genauigkeit der Positionierung und die Nachführgeschwindigkeit des Cursors C auf Anzeigeeinheit D, kann von der Bewegungsgeschwindigkeit des Lichtstrahles LQ abhängig gemacht werden. Eine langsamere Bewegung bewirkt eine langsamere und somit genauere Positionierung des Cursors C, während eine schnellere Bewegung eine schnellere, aber nicht ganz so genaue Nachführung und damit Positionierung des Cursors C hervorruft. Ist der Cursor C auf die erfindungsgemäße Weise bis zur Erreichung der gewünschten Zielposition nachgeführt, dann kann der Bediener die Taste Tl loslassen. In der Regel liegt der Cursor C dann auf einer Stelle des Prozessabbildes D, an der Funktionen ausgelöst werden können. Für deren Aktivierung kann der Bediener die Taste T2 betätigen. Hiermit wird ebenfalls die Lichtquelle LQ eingeschaltet, wobei dem Infrarot- Lichtstrahl LS zusätzlich die Information "Taste T2 gedrückt" aufmoduliert wird. Der Computer V kann dann die dazugehörige Funktion auslösen. Die optische Bedieneinheit F kann auch weitere Funktionstasten aufweisen, denen z.B. frei programmierbare Aktionen zugeordnet werden können.

Claims

Patentansprüche

1. Bedieneinrichtung für ein Anzeigefeld (D) , mit

a. einem mobilen Bedienteil (F) mit Mitteln (LQ,LA,T1) zur Abstrahlung eines diffusen Lichtstrahls (LS) ,

b. einer elektronischen Verarbeitungseinheit (V) , die in einer graphischen Bedienoberfläche (VA) eine frei positionierbare graphische Bedienmarkierung (C) datentechnisch generiert,

c. einer Anzeigeeinheit (D,VD) , welche die graphische Bedienoberfläche (VA) und die graphische Bedienmarkierungen (C) visualisiert, und mit

d. einem optischen Empfangssensor (S) , der Bewegungsrichtungen (B) des diffusen Lichtstrahls (LS) des mobilen Bedienteils (F) in ein Steuersignal umsetzt, das in der Verarbeitungseinheit (V) eine den Bewegungen des diffusen Lichtstrahls (LS) entsprechende Nachführung der graphischen Bedienmarkierung (C) auf der Anzeigeeinheit (D,VD) bewirkt.

2. Bedieneinrichtung für ein Anzeigefeld (D) , mit

b. einer elektronischen Verarbeitungseinheit (V) , die

i. zumindest eine graphische Bedienoberfläche (VA) ge- neriert, und

ii. mindestens eine Datenverbindung (K1,K2) aufweist,

c. mindestens einer Anzeigeeinheit (D,VD) , welche

i. an eine Datenverbindung (K1,K2) der Verarbeitungs- einheit (V) angeschlossen ist, und ii. eine graphische Bedienoberfläche (VA) visualisiert,

d. einem optischen Empfangssensor (S) , der

i. an eine Datenverbindung (K1,K2) der Verarbeitungs- einheit (V) angeschlossen ist und

ii. Bewegungsrichtungen (B) des diffusen Lichtstrahls (LS) eines mobilen Bedienteils (F) in ein Steuersignal umsetzt, das nach Übertragung über eine Datenverbindung (K1,K2) in der Verarbeitungseinheit (V) eine den Bewegungen des diffusen Lichtstrahls (LS) entsprechende Nachführung der Lage der graphischen Bedienoberfläche (VA) und/oder Teilen derselben und/oder von darin befindlichen visuellen Elementen (C) auf der Anzeigeeinheit (D,VD) bewirkt.

3. Bedieneinrichtung für ein Anzeigefeld (D) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der optische Empfangssensor (S) mobil ist.

4. Bedieneinrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Mittel des mobilen Bedienteils (F) einen gestreuten Laserstrahl (LS) als diffusen Lichtstrahl erzeugt.

5. Bedieneinrichtung nach Anspruch 4, mit einem laser poin- ting device mit Streuelement als mobiles Bedienteil (F) .

6. Bedieneinrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, mit einer Taschenlampe als mobiles Bedienteil (F) .

7. Bedieneinrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Mittel des mobilen Bedienteils (F) einen im infraroten Be- reich liegenden diffusen Lichtstrahl (LS) erzeugen.

8. Bedieneinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das mobile Bedienteil (F) die Form eines Handgerätes aufweist, insbesondere einer Fernbedienung.