WO2003054682A2 - Eingabevorrichtung - Google Patents

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WO2003054682A2
WO2003054682A2 PCT/IB2002/005171 IB0205171W WO03054682A2 WO 2003054682 A2 WO2003054682 A2 WO 2003054682A2 IB 0205171 W IB0205171 W IB 0205171W WO 03054682 A2 WO03054682 A2 WO 03054682A2
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local
stylus
compass sensor
magnetic field
arrangement
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Juergen Plog
Davor Amroudi
Original Assignee
Koninklijke Philips Electronics N.V.
Philips Corporate Intellectual Property Gmbh
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Publication date
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    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/046—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by electromagnetic means
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/033—Pointing devices displaced or positioned by the user, e.g. mice, trackballs, pens or joysticks; Accessories therefor
    • G06F3/0354—Pointing devices displaced or positioned by the user, e.g. mice, trackballs, pens or joysticks; Accessories therefor with detection of 2D relative movements between the device, or an operating part thereof, and a plane or surface, e.g. 2D mice, trackballs, pens or pucks
    • G06F3/03545—Pens or stylus

Definitions

  • the invention relates to an input device.
  • Electrode configuration a magnetic field generator which emits an alternating magnetic field at the tip of its electrode, a differential amplifier, switch arrangements which select electrodes of the liquid crystal display in succession and connect these electrodes to the differential amplifier, and a coordinate detection circuit which detects the coordinates of a position in which the Magnetic field generator is based on a timing control for selecting the electrodes of the liquid crystal display and an output signal of the differential amplifier. Detection of the coordinates, which has the same structure as the liquid crystal display, can be achieved by means of the liquid crystal display, which is specially set up for displaying images.
  • a magnetic flux-detecting digitizer an input pen and a method for position detection are known, in which the position of an input pen is to be detected with the aid of a matrix-shaped, magnetic flux-detecting digitizer which generates a magnetic flux.
  • a magnetic flux detector is formed by a series connection of a magnetic resistor and a diode. Horizontal control signals and vertical control signals are generated independently of one another and in succession, and a current through the magnetic flux detector can be determined individually from a signal such as the voltage across a load resistor.
  • the magnetic flux detector which a magnetic field-generating stylus is approaching can be detected from the time control for activating the horizontal control signals and vertical control signals and the voltage across the load resistor, so that a function as an input tablet is obtained.
  • the known arrangements are very complex.
  • the object of the invention is to create a simple and inexpensive input device.
  • an input device having an input pen which comprises a device for generating a magnetic field, a local input area within which the local position of the input pen is to be determined, and an arrangement for detecting the local position of the input pen within the local input area wherein the arrangement for detecting the local position of the stylus has at least one magnetic compass sensor arrangement for detecting a direction of the field lines of the magnetic field at the location thereof
  • Compass sensor arrangement and an evaluation stage for determining at least one spatial coordinate representing the local position of the stylus within the local input area from the detected local position of the stylus.
  • the local input area is an at least one-dimensional, delimited spatial area within which the spatial position of the input pen is to be determined.
  • Any type of device, body, etc. is to be understood as an input pen, the spatial position of which is to be determined within the local input area.
  • the stylus is designed in the form of a pen, for example, but can also have a different spatial configuration.
  • the input device according to the invention it is possible to dispense with a complex matrix structure.
  • the input device according to the invention manages with a small number of compass sensor arrangements which are of simple construction. These compass sensor arrangements are known per se and are sold, for example, by Philips Semiconductors GmbH as magnetic field sensors under the type designation KMZ 52. This
  • Magnetic field sensors of the type KMZ 52 contain two sensor elements in a so-called DIL housing of conventional design, the measuring field directions that are most sensitive to magnetic fields are oriented at right angles to each other in such a way that the measuring field most sensitive to magnetic fields of the first of the sensor elements is perpendicular to the longitudinal center axis of the DIL housing and the most magnetic field sensitive measuring direction of the second the sensor elements extends parallel to the longitudinal central axis of the DIL housing.
  • an output voltage formed in proportion to the sine function of the angle between the longitudinal central axis of the DIL housing and the direction of the field lines of an applied magnetic field is emitted by the first sensor element, whereas the second Sensor element an output voltage formed proportional to the cosine function of this angle between the longitudinal central axis of the DIL housing and the direction of the field lines of the applied magnetic field is emitted.
  • the local input area extends one-dimensionally along a spatial coordinate representing the local position of the input pen within the local input area
  • the arrangement for detecting the local position of the input pen has a (single) magnetic one
  • the local position of the stylus along this spatial coordinate is clearly described by a direction of the field lines of the magnetic field at the location of this compass sensor arrangement, and the compass sensor arrangement is designed to detect this direction of the field lines of the magnetic field.
  • the value of a scalar parameter can be specified, for example.
  • a user can specify a desired value for this scalar parameters by positioning the stylus along the linienfb 'shaped input area in a simple manner.
  • One of many possible application examples of such a device is the input of a setpoint value for a volume setting of a device for communication or
  • Consumer electronics as a replacement for contact-type input devices such as pushbuttons or potentiometers.
  • the local input area is spanned two-dimensionally by two spatial coordinates describing the local position of the stylus within the local input area
  • the arrangement for detecting the local position of the stylus has at least two magnetic compass sensor arrangements spaced in a predetermined manner, the local one The position of the stylus along these spatial coordinates is clearly described by a direction of the field lines of the magnetic field at the location of at least two of these compass sensor arrangements, and the compass sensor arrangements are set up to detect these directions of the field lines of the magnetic field.
  • Such a flat-shaped input device in which in particular the local input area is at least largely arranged in one plane and by two spatial ones which at least essentially form a Cartesian coordinate system Coordinates are set up and the compass sensor arrangements are arranged at least largely on this plane at a predetermined distance from one another and are set up to detect directions of the field lines of the magnetic field occurring along this plane at the location of the compass sensor arrangements, is advantageous as a flat input medium, for example an input tablet, for devices for detecting Data can be used for an arrangement for data processing.
  • the local input area is spanned three-dimensionally by three spatial coordinates describing the local position of the input pen within the local input area.
  • the arrangement for detecting the local position of the stylus has at least three magnetic spaced apart in a predetermined manner
  • Compass sensor arrangements the local position of the stylus along these spatial coordinates is uniquely described by a direction of the field lines of the magnetic field at the location of at least three of these compass sensor arrangements and the compass sensor arrangements are designed to detect these directions of the field lines of the magnetic field.
  • a three-dimensional position determination for the stylus can also be carried out.
  • One of many possible application examples for such a device can be an input device for a digitizer for recording the contour of spatial bodies, for example an electronic drawing or graphic “tablet” for inputting three-dimensional drawings or graphics.
  • the input device according to the invention can be used for simple typeface acquisition for simple typeface recognition when handwritten input of data, for example the input of a personal signature.
  • the input device according to the invention can also be easily coupled to a projection device in order to make representations designed by a user by hand or in the form of a hand sketch directly visible, for example by means of a video projection.
  • the signals supplied by the evaluation stage included in the input device according to the invention, which reproduce the values of the spatial coordinates representing the detected local position of the stylus within the local input area, can also be formatted in a simple manner to suit a PC mouse interface, so that the input device according to the invention can be connected directly to a standard PC.
  • the input device according to the invention can preferably also be used as an input medium for miniature computers.
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of an exemplary course of the magnetic field lines of a magnetic field generated by an input pen according to an exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 3 shows a block diagram of an exemplary embodiment of an evaluation circuit in an input device according to the invention.
  • FIG. 1 which shows a schematic illustration of a two-dimensional exemplary embodiment of the invention
  • the reference numeral 1 denotes an at least largely flat, rectangular input tablet, which forms the input area here.
  • a magnetic compass sensor arrangement 2 or 3 is arranged in each of two of the four corners of the rectangular input tablet 1 which are adjacent to one another and which, in a manner known per se, e.g. each with a magnetic field sensor of the type KMZ 52 mentioned.
  • the two magnetic compass sensor arrangements 2 and 3 are attached to one another at a predetermined distance L and preferably below the input tablet.
  • An input pen 4 can be positioned on the input tablet 1
  • a magnetic field H is generated from this permanent magnet, the magnetic field lines of which are roughly schematized in a greatly simplified perspective illustration in FIG. 2 and which is a radial component having. This passes through the two magnetic compass sensor arrangements 2 and 3.
  • the position of the stylus 4 on the input tablet can be determined by simple trigonometric relationships from the values for the angles a and b determined by means of the compass sensor arrangements 2 and 3 and the specification for the distance L. 1 can be determined.
  • the dimensions of the input tablet 1 and the position for example, of a Cartesian coordinate system x, y assigned to the input tablet, the coordinates of the position of the stylus 4 in this Cartesian coordinate system x, y can be determined very easily in a further signal processing step.
  • the magnetic compass sensor arrangements 2 and 3 are preferably designed in the form of the described magnetic field sensors of the KMZ 52 type.
  • the longitudinal central axis of the DIL housing of these magnetic field sensors runs in particular in the direction of the baseline, i.e. due to the direct connection between the compass sensor arrangements 2 and 3.
  • FIG. 3 shows a block diagram of an exemplary embodiment of an evaluation circuit in an input device according to the invention, elements already described again being provided with identical reference numerals.
  • the magnetic compass sensor arrangements 2 and 3 - preferably again in the form of the described magnetic field sensors of the KMZ 52 type - are each connected to a signal processing stage 7 or 8.
  • the output voltages of the sensor elements of the magnetic field sensors are fed to the latter via the connections between the magnetic compass sensor arrangements 2 and 3 and the signal processing stages 7 and 8.
  • angles a and b are determined in the signal processing stages 7 and 8, and a signal from an evaluation stage 9 representing the values of these angles a and b is used to determine the spatial position of the stylus within the local input range Coordinates supplied.
  • a signal representing the values of these coordinates determined in this way is available at an output 10 of the evaluation stage 9.
  • the input pen 4 is also coupled to the evaluation stage 9 via a line 11.
  • the evaluation stage 9 can be fed additional signals from the stylus. These can be used, for example, to control the evaluation of the local position of the stylus within the local input area.
  • a command signal can be given via line 11 which triggers or ends the evaluation, so that only selected positions of the stylus into which it is placed before the start of the evaluation are recorded, and the stylus without recording and possibly recording its local position Location can be moved.
  • the stylus can be equipped with a pressure contact or other device for triggering a command signal.
  • the invention can be advantageously used for a wide variety of input media for devices for recording, processing and / or transmitting data, for example PCs, miniature computers, consumer electronics devices such as interactive television, Internet connection devices and the like.
  • Magnetic compass sensor arrangement Magnetic compass sensor arrangement
  • L Distance of the magnetic compass sensor arrangements 2 and 3 from one another which is determined along a direct connection path, referred to as a baseline, between the compass sensor arrangements 2 and 3 x coordinate of a Cartesian coordinate system x, yy coordinate of a Cartesian coordinate system x, ya angle around which the arrow 5 and the line 22 is rotated relative to the direct connection section between the compass sensor arrangements 2 and 3, which is referred to as the baseline, b angle by which the arrow 6 and the line 23 is rotated relative to the direct connection section between the compass sensor arrangements 2 and 3, which is referred to as the baseline

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Abstract

Beschrieben wird eine Eingabevorrichtung mit einem Eingabestift, der eine Einrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes umfaßt, einem örtlichen Eingabebereich, innerhalb dessen die örtliche Lage des Eingabestifts zu bestimmen ist, sowie einer Anordnung zum Erfassen der örtlichen Lage des Eingabestifts innerhalb des örtlichen Eingabebereichs, worin die Anordnung zum Erfassen der örtlichen Lage des Eingabestifts wenigstens eine magnetische Kompasssensoranordnung zum Detektieren einer Richtung der Feldlinien des Magnetfeldes am Ort dieser Kompasssensoranordnung sowie eine Auswertestufe zur Bestimmung wenigstens einer die örtliche Lage des Eingabestifts innerhalb des örtlichen Eingabebereichs darstellenden räumlichen Koordinate aus der erfassten örtlichen Lage des Eingabestifts enthält. Dadurch wird eine einfache und preiswerte Eingabevorrichtung geschaffen.

Description

Eingabevorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Eingabevorrichtung.
Aus der EP 0 685 816 A2 ist eineAnordnung zum Detektieren von Koordinaten bekannt, die eine Anzeigeeinrichtung benutzt. Diese Anordnung umfaßt eine Flüssigkristallanzeige mit einer matrixförmig über Kreuz angeordneten
Elektrodenkonfiguration, einen Magnetfelderzeuger, der an der Spitze seiner Elektrode ein magnetisches Wechselfeld abgibt, einen Differenzverstärker, Schalteranordnungen, die nacheinander Elektroden der Flüssigkristallanzeige auswählen und diese Elektroden mit dem Differenzverstärker verbinden, sowie einen Koordinatendetektionsschaltkreis, der die Koordinaten einer Position detektiert, in der sich der Magnetfelderzeuger befindet, beruhend auf einer Zeitsteuerung zum Auswählen der Elektroden der Flüssigkristallanzeige und eines Ausgangssignals des Differenzverstärkers. Eine Detektion der Koordinaten, die dieselbe Struktur wie die Flüssigkristallanzeige aufweist, kann mittels der Flüssigkristallanzeige, die speziell für die Darstellung von Bildern eingerichtet ist, erreicht werden.
Aus der JP-A-2000-076001 sind ein magnetflußdetektierender Digitalisierer, ein Eingabestift und ein Verfahren zur Positionsdetektion bekannt, bei dem die Position eines Eingabestifts mit Hilfe eines matrixförmigen, magnetflußdetektierenden Digitalisierers detektiert werden soll, der einen magnetischen Fluß erzeugt. Dabei ist ein Magnetflußdetektor durch eine Reihenschaltung eines magnetischen Widerstands und einer Diode gebildet. Horizontalsteuersignale und Vertikalsteuersignale werden unabhängig voneinander und nacheinander erzeugt und ein Strom durch den Magnetflußdetektor kann individuell aus einem Signal wie der Spannung an einem Lastwiderstand festgestellt werden. Dadurch kann derjenige Magnetflußdetektor, dem sich ein magnetfelderzeugender Eingabestift nähert, aus der Zeitsteuerung zur Aktivierung der Horizontalsteuersignale und Vertikalsteuersignale sowie der Spannung am Lastwiderstand detektiert werden, so daß eine Funktion als Eingabetablett erhalten wird. Die bekannten Anordnungen sind sehr aufwendig aufgebaut. Die Erfindung hat die Aufgabe, eine einfache und preiswerte Eingabevorrichtung zu schaffen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Eingabevorrichtung mit einem Eingabestift, der eine Einrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes umfaßt, einem örtlichen Eingabebereich, innerhalb dessen die örtliche Lage des Eingabestifts zu bestimmen ist, sowie einer Anordnung zum Erfassen der örtlichen Lage des Eingabestifts innerhalb des örtlichen Eingabebereichs, worin die Anordnung zum Erfassen der örtlichen Lage des Eingabestifts wenigstens eine magnetische Kompaßsensoranordnung zum Detektieren einer Richtung der Feldlinien des Magnetfeldes am Ort dieser
Kompaßsensoranordnung sowie eine Auswertestufe zur Bestimmung wenigstens einer die örtliche Lage des Eingabestifts innerhalb des örtlichen Eingabebereichs darstellenden räumlichen Koordinate aus der erfaßten örtlichen Lage des Eingabestifts enthält.
Als örtlicher Eingabebereich ist in diesem Zusammenhang ein wenigstens eindimensionaler, umgrenzter Raumbereich bezeichnet, innerhalb dessen die räumliche Lage des Eingabestifts bestimmt werden soll. Als Eingabestift soll dabei jede Art von Vorrichtung, Körper, usw. zu verstehen sein, deren räumliche Lage innerhalb des örtlichen Eingabebereichs zu bestimmen ist. Der Eingabestift ist dabei nur beispielhaft stiftformig ausgebildet, kann jedoch auch eine andere räumliche Gestaltung aufweisen. Bei der erfindungsgemäßen Eingabevorrichtung ist es möglich, auf eine aufwendige Matrixstruktur zu verzichten. Der Gestaltung des Eingabebereichs entsprechend kommt die erfindungsgemäße Eingabevorrichtung mit einer geringen Anzahl von für sich einfach aufgebauten Kompaßsensoranordnungen aus. Diese Kompaßsensoranordnungen sind an sich bekannt und werden beispielsweise von der Philips Semiconductors GmbH als Magnetfeldsensoren unter der Typenbezeichnung KMZ 52 vertrieben. Diese
Magnetfeldsensoren vom Typ KMZ 52 enthalten in einem sogenannten DIL-Gehäuse üblicher Bauform zwei Sensorelemente, deren magnetfeldempfindlichste Meßrichtungen in der Weise rechtwinklig zueinander ausgerichtet sind, daß sich die magnetfeldempfindlichste Meßrichtung des ersten der Sensorelemente rechtwinklig zur Längsmittelachse des DIL- Gehäuses und die magnetfeldempfindlichste Meßrichtung des zweiten der Sensorelemente parallel zur Längsmittelachse des DIL-Gehäuses erstreckt. Dadurch wird vom ersten Sensorelement eine proportional zur Sinusfunktion des Winkels zwischen der Längsmittelachse des DIL-Gehäuses und der Richtung der Feldlinien eines anliegenden Magnetfeldes ausgebildete Ausgangsspannung abgegeben, wohingegen vom zweiten Sensorelement eine proportional zur Kosinusfunktion dieses Winkels zwischen der Längsmittelachse des DIL-Gehäuses und der Richtung der Feldlinien des anliegenden Magnetfeldes ausgebildete Ausgangsspannung abgegeben wird. Durch Verknüpfung beider Ausgangsspannungen läßt sich auf einfache Weise ein Signal erzeugen, welches eine eindeutige Bestimmung dieses Winkels über den gesamten Winkelbereich von 360° ermöglicht.
In einer einfachsten Ausgestaltung der Erfindung erstreckt sich der örtliche Eingabebereich eindimensional entlang einer die örtliche Lage des Eingabestifts innerhalb des örtlichen Eingabebereichs darstellenden räumlichen Koordinate, weist die Anordnung zum Erfassen der örtlichen Lage des Eingabestifts eine (einzige) magnetische
Kompaßsensoranordnung auf, ist die örtliche Lage des Eingabestifts entlang dieser räumlichen Koordinate durch eine Richtung der Feldlinien des Magnetfeldes am Ort dieser Kompaßsensoranordnung eindeutig beschrieben und ist die Kompaßsensoranordnung zum Detektieren dieser Richtung der Feldlinien des Magnetfeldes eingerichtet. Mit einer derartigen Vorrichtung zur Bestimmung der Lage des Eingabestiftes entlang einer Linie kann beispielsweise der Wert eines skalaren Parameters vorgegeben werden. Ein Benutzer kann so in einfacher Weise durch Positionierung des Eingabestifts entlang des linienfb'rmigen Eingabebereichs einen gewünschten Wert für diesen skalaren Parameter vorgeben. Eines von vielen möglichen Anwendungsbeispielen einer solchen Vorrichtung ist die Eingabe eines Sollwertes für eine Lautstärkeeinstellung eines Gerätes der Nachrichten- oder
Unterhaltungselektronik als Ersatz für kontaktbehaftete Eingabeeinrichtungen wie Tastschalter oder Potentiometer.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der örtliche Eingabebereich zweidimensional durch zwei die örtliche Lage des Eingabestifts innerhalb des örtlichen Eingabebereichs beschreibende räumliche Koordinaten aufgespannt, weist die Anordnung zum Erfassen der örtlichen Lage des Eingabestifts wenigstens zwei in vorgegebener Weise beabstandete magnetische Kompaßsensoranordnungen auf, ist die örtliche Lage des Eingabestifts entlang dieser räumlichen Koordinaten durch je eine Richtung der Feldlinien des Magnetfeldes am Ort wenigstens zweier dieser Kompaßsensoranordnungen eindeutig beschrieben und sind die Kompaßsensoranordnungen zum Detektieren dieser Richtungen der Feldlinien des Magnetfeldes eingerichtet.
Eine derartige, flächig ausgebildete Eingabevorrichtung, bei der insbesondere der örtliche Eingabebereich wenigstens weitgehend in einer Ebene angeordnet und durch zwei zumindest im wesentlichen ein kartesisches Koordinatensystem bildende räumliche Koordinaten aufgespannt ist und die Kompaßsensoranordnungen wenigstens weitgehend an dieser Ebene in vorbestimmtem Abstand voneinander angeordnet und zum Detektieren von entlang dieser Ebene am Ort der Kompaßsensoranordnungen auftretenden Richtungen der Feldlinien des Magnetfeldes eingerichtet sind, ist vorteilhaft als flächiges Eingabemedium, z.B. Eingabetablett, für Einrichtungen zum Erfassen von Daten für eine Anordnung zur Datenverarbeitung einsetzbar. Aus den am Ort der Kompaßsensoranordnungen bestimmten Richtungen der Feldlinien des vom Eingabestift erzeugten Magnetfeldes und dem vorbestimmten Abstand, in dem die Kompaßsensoranordnungen voneinander angeordnet sind, läßt sich unmittelbar die Lage des Eingabestifts in der Ebene des Eingabebereichs bezüglich der genannten kartesischen Koordinaten berechnen.
In einer anderen Fortbildung der erfindungsgemäßen Eingabevorrichtung ist der örtliche Eingabebereich dreidimensional durch drei die örtliche Lage des Eingabestifts innerhalb des örtlichen Eingabebereichs beschreibende räumliche Koordinaten aufgespannt. Entsprechend weist die Anordnung zum Erfassen der örtlichen Lage des Eingabestifts wenigstens drei in vorgegebener Weise beabstandete magnetische
Kompaßsensoranordnungen auf, ist die örtliche Lage des Eingabestifts entlang dieser räumlichen Koordinaten durch je eine Richtung der Feldlinien des Magnetfeldes am Ort wenigstens dreier dieser Kompaßsensoranordnungen eindeutig beschrieben und sind die Kompaßsensoranordnungen zum Detektieren dieser Richtungen der Feldlinien des Magnetfeldes eingerichtet.
Damit kann in Erweiterung der vorstehend beschriebenen Vorrichtungen auch eine dreidimensionale Positionsbestimmung für den Eingabestift vorgenommen werden. Eines von vielen möglichen Anwendungsbeispiel für eine derartige Vorrichtung kann eine Eingabevorrichtung für einen Digitalisierer zur Erfassung der Kontur räumlicher Körper sein, beispielsweise ein elektronischen Zeichen- oder Grafϊk-„Tablett" zur Eingabe dreidimensionaler Zeichnungen oder Grafiken.
In einer weiteren, beispielhaften, bevorzugten Anwendung kann die Eingabevorrichtung gemäß der Erfindung zur einfachen Schriftbilderfassung für eine einfache Schriftenerkennung bei handschriftlicher Eingabe von Daten, z.B. der Eingabe einer persönlichen Unterschrift, dienen. Die erfmdungs gemäße Eingabevorrichtung ist auch einfach mit einer Projektionsvorrichtung zu koppeln, um von einem Benutzer handschriftlich oder in Gestalt einer Handskizze entworfene Darstellungen unmittelbar durch z.B. eine Videoprojektion sichtbar zu machen. Die durch die von der erfindungsgemäßen Eingabevorrichtung umfaßten Auswertestufe gelieferten Signale, welche die Werte der die erfaßte örtliche Lage des Eingabestifts innerhalb des örtlichen Eingabebereichs darstellenden räumlichen Koordinaten wiedergeben, können auch in einfacher Weise passend für eine PC-Maus-Schnittstelle formatiert werden, so daß die erfindungsgemäße Eingabevorrichtung unmittelbar an einen standardmäßigen PC anschließbar ist. Bevorzugt kann die erfindungsgemäße Eingabevorrichtung auch als Eingabemedium für Miniaturrechner eingesetzt werden.
Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt und wird im
Nachfolgenden näher beschrieben. Es zeigen
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines zweidimensionalen Ausführungsbeispiels der Erfindung,
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines beispielhaften Verlaufs der magnetischen Feldlinien eines von einem Eingabestift gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung erzeugten Magnetfeldes, und
Fig. 3 eine blockschematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Auswerteschaltung in einer erfindungsgemäßen Eingabevorrichtung.
In Fig. 1, welche eine schematische Darstellung eines zweidimensionalen Ausführungsbeispiels der Erfindung zeigt, ist mit dem Bezugszeichen 1 ein wenigstens weitgehend ebenes, rechteckförmiges Eingabetablett bezeichnet, welches hier den Eingabebereich bildet. In je einer von zwei einander benachbarten der vier Ecken des rechteckformigen Eingabetabletts 1 ist je eine magnetische Kompaßsensoranordnung 2 bzw. 3 angeordnet, die in vorbeschriebener, an sich bekannter Weise z.B. mit je einem Magnetfeldsensor des genannten Typs KMZ 52 ausgebildet ist. Die beiden magnetischen Kompaßsensoranordnungen 2 und 3 sind in vorgegebenem Abstand L voneinander und bevorzugt unterhalb des Eingabetabletts an diesem angebracht. Auf dem Eingabetablett 1 ist ein Eingabestift 4 positionierbar, der eine
Einrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes umfaßt, die bevorzugt durch einen Dauermagneten gebildet ist. Von diesem Dauermagneten wird ein Magnetfeld H erzeugt, dessen magnetische Feldlinien grobschematisch in einer stark vereinfachten Perspektivdarstellung in Fig. 2 teilweise skizziert sind und welches eine radiale Komponente aufweist. Diese durchsetzt die beiden magnetischen Kompaßsensoranordnungen 2 und 3. Die Richtungen dieser Komponenten des Magnetfeldes an den Orten der beiden magnetischen Kompaßsensoranordnungen 2 und 3 sind durch gestrichelte Linien 22 bzw. 23 sowie Pfeile 5 bzw. 6 innerhalb der Symbole für die Kompaßsensoranordnungen 2, 3 dargestellt. Gegenüber einer Grundlinie, die durch die unmittelbare Verbindungsstrecke zwischen den beiden Kompaßsensoranordnungen 2 und 3 gebildet ist und entlang der der Abstand L der Kompaßsensoranordnungen 2 und 3 voneinander bestimmt ist, sind der Pfeil 5 und die Linie 22 um einen Winkel a und der Pfeil 6 und die Linie 23 um einen Winkel b gedreht. Die Linien 22, 23 schneiden sich in der Position des Eingabestifts 4. Aus den mittels der Kompaßsensoranordnungen 2 und 3 bestimmten Werten für die Winkel a und b sowie der Angabe für den Abstand L kann nach einfachen trigonometrischen Beziehungen die Position des Eingabestifts 4 auf dem Eingabetablett 1 bestimmt werden. Mit Vorgabe der Abmessungen des Eingabetabletts 1 und der Lage z.B. eines dem Eingabetablett zugeordneten kartesischen Koordinatensystems x, y lassen sich in einem weiteren Signalbearbeitungsschritt sehr einfach die Koordinaten der Position des Eingabestifts 4 in diesem kartesischen Koordinatensystem x, y ermitteln.
In der vorstehend beschriebenen Konfiguration sind die magnetischen Kompaßsensoranordnungen 2 und 3 bevorzugt in der Form der beschriebenen Magnetfeldsensoren vom Typ KMZ 52 ausgeführt. Die Längsmittelachse des DIL-Gehäuses dieser Magnetfeldsensoren verläuft dabei insbesondere in Richtung der Grundlinie, d.h. durch die unmittelbare Verbindungsstrecke zwischen den Kompaßsensoranordnungen 2 und 3.
Fig. 3 zeigt eine blockschematische Darstellung eines Ausfuhrungsbeispiels einer Auswerteschaltung in einer erfindungsgemäßen Eingabevorrichtung, wobei bereits beschriebene Elemente wieder mit identischen Bezugszeichen versehen sind. Darin sind die magnetischen Kompaßsensoranordnungen 2 und 3 - bevorzugt wieder in der Form der beschriebenen Magnetfeldsensoren vom Typ KMZ 52 - mit je einer Signalbearbeitungsstufe 7 bzw. 8 verbunden. Über die Verbindungen zwischen den magnetischen Kompaßsensoranordnungen 2 bzw. 3 und den Signalbearbeitungsstufen 7 bzw. 8 werden den Letzteren die Ausgangsspannungen der Sensorelemente der Magnetfeldsensoren zugeführt. Aus den gemessenen Werten dieser Ausgangsspannungen werden in den Signalbearbeitungsstufen 7 bzw. 8 die Winkel a und b ermittelt und je ein die Werte dieser Winkel a und b darstellendes Signal einer Auswertestufe 9 zur Bestimmung der die örtliche Lage des Eingabestifts innerhalb des örtlichen Eingabebereichs darstellenden räumlichen Koordinaten zugeleitet. Ein die so bestimmten Werte dieser Koordinaten repräsentierendes Signal ist an einem Ausgang 10 der Auswertestufe 9 verfügbar.
Im Schaltbild der Fig. 3 ist außerdem der Eingabestift 4 über eine Leitung 11 mit der Auswertestufe 9 gekoppelt. Über eine derartige Leitung 11 können der Auswertestufe 9 vom Eingabestift zusätzliche Signale zugeleitet werden. Diese können beispielsweise dazu dienen, die Auswertung der örtlichen Lage des Eingabestifts innerhalb des örtlichen Eingabebereichs zu steuern. Bevorzugt kann über die Leitung 11 ein Befehlssignal gegeben werden, welches die Auswertung auslöst oder beendet, so daß nur ausgewählte Lagen des Eingabestifts, in die dieser vor Beginn der Auswertung gebracht wird, erfaßt werden, und der Eingabestift ohne Erfassung und ggf. Aufzeichnung seiner örtlichen Lage bewegt werden kann. Der Eingabestift kann mit einem Druckkontakt oder einer anderen Einrichtung zum Auslösen eines Befehlssignals ausgestattet sein.
Die Erfindung ist vorteilhaft einsetzbar für unterschiedlichste Eingabemedien für Einrichtungen zur Erfassung, Verarbeitung und/oder Übertragung von Daten, z.B. PC's, Miniaturrechner, Geräte der Unterhaltungselektronik wie interaktives Fernsehen, Internet- Anschlußgeräte und dergleichen.
Bezugszeichenliste :
Eingabetablett
1. Magnetische Kompaßsensoranordnung 2. Magnetische Kompaßsensoranordnung
3. Eingabestift
4. Pfeil zur Darstellung der Richtung der radialen Komponente des Magnetfeldes am Ort der magnetischen Kompaßsensoranordnung 2
5. Pfeil zur Darstellung der Richtung der radialen Komponente des Magnetfeldes am Ort der magnetischen Kompaßsensoranordnung 3
6. Signalbearbeitungsstufe zur magnetischen Kompaßsensoranordnung 2
7. Signalbearbeitungsstufe zur magnetischen Kompaßsensoranordnung 3 Auswertestufe
Ausgang der Auswertestufe 9 Leitung zur Kopplung des Eingabestifts 4 mit der Auswertestufe 9
Gestrichelte Linie zur Darstellung der Richtung der radialen Komponente des
Magnetfeldes H am Ort der magnetischen Kompaßsensoranordnung 2
Gestrichelte Linie zur Darstellung der Richtung der radialen Komponente des
Magnetfeldes H am Ort der magnetischen Kompaßsensoranordnung 3 H Magnetfeld, erzeugt durch die vom Eingabestift 4 umfaßte Einrichtung zur
Erzeugung eines Magnetfeldes
L Abstand der magnetischen Kompaßsensoranordnungen 2 und 3 voneinander, der entlang einer als Grundlinie bezeichneten, unmittelbaren Verbindungsstrecke zwischen den Kompaßsensoranordnungen 2 und 3 bestimmt ist x Koordinate eines kartesischen Koordinatensystems x, y y Koordinate eines kartesischen Koordinatensystems x, y a Winkel, um den der Pfeil 5 und die Linie 22 gegenüber der als Grundlinie bezeichneten, unmittelbaren Verbindungsstrecke zwischen den Kompaßsensoranordnungen 2 und 3 gedreht ist b Winkel, um den der Pfeil 6 und die Linie 23 gegenüber der als Grundlinie bezeichneten, unmittelbaren Verbindungsstrecke zwischen den Kompaßsensoranordnungen 2 und 3 gedreht ist

Claims

PATENTANSPRÜCHE:
1. Eingabevorrichtung mit einem Eingabestift, der eine Einrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes umfaßt, einem örtlichen Eingabebereich, innerhalb dessen die örtliche Lage des Eingabestifts zu bestimmen ist, sowie einer Anordnung zum Erfassen der örtlichen Lage des Eingabestifts innerhalb des örtlichen Eingabebereichs, worin die Anordnung zum Erfassen der örtlichen Lage des Eingabestifts wenigstens eine magnetische Kompaßsensoranordnung zum Detektieren einer Richtung der Feldlinien des Magnetfeldes am Ort dieser Kompaßsensoranordnung sowie eine Auswertestufe zur Bestimmung wenigstens einer die örtliche Lage des Eingabestifts innerhalb des örtlichen Eingabebereichs darstellenden räumlichen Koordinate aus der erfaßten örtlichen Lage des Eingabestifts enthält.
2. Eingabevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der örtliche Eingabebereich eindimensional entlang einer die örtliche Lage des Eingabestifts innerhalb des örtlichen Eingabebereichs darstellenden räumlichen Koordinate erstreckt, die Anordnung zum Erfassen der örtlichen Lage des Eingabestifts eine (einzige) magnetische
Kompaßsensoranordnung aufweist, die örtliche Lage des Eingabestifts entlang dieser räumlichen Koordinate durch eine Richtung der Feldlinien des Magnetfeldes am Ort dieser Kompaßsensoranordnung eindeutig beschrieben ist und die Kompaßsensoranordnung zum Detektieren dieser Richtung der Feldlinien des
Magnetfeldes eingerichtet ist.
3. Eingabevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der örtliche Eingabebereich zweidimensional durch zwei die örtliche Lage des Eingabestifts innerhalb des örtlichen Eingabebereichs beschreibende räumliche Koordinaten aufgespannt ist, die Anordnung zum Erfassen der örtlichen Lage des Eingabestifts wenigstens zwei in vorgegebener Weise beabstandete magnetische Kompaßsensoranordnungen aufweist, die örtliche Lage des Eingabestifts entlang dieser räumlichen Koordinaten durch je eine Richtung der Feldlinien des Magnetfeldes am Ort wenigstens zweier dieser Kompaßsensoranordnungen eindeutig beschrieben ist und die Kompaßsensoranordnungen zum Detektieren dieser Richtungen der Feldlinien des Magnetfeldes eingerichtet sind.
4. Eingabevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der örtliche Eingabebereich dreidimensional durch drei die örtliche Lage des Eingabestifts innerhalb des örtlichen Eingabebereichs beschreibende räumliche Koordinaten aufgespannt ist, die Anordnung zum Erfassen der örtlichen Lage des Eingabestifts wenigstens drei in vorgegebener Weise beabstandete magnetische Kompaßsensoranordnungen aufweist, die örtliche Lage des Eingabestifts entlang dieser räumlichen Koordinaten durch je eine
Richtung der Feldlinien des Magnetfeldes am Ort wenigstens dreier dieser
Kompaßsensoranordnungen eindeutig beschrieben ist und die Kompaßsensoranordnungen zum Detektieren dieser Richtungen der Feldlinien des Magnetfeldes eingerichtet sind.
5. Eingabevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der örtliche Eingabebereich wenigstens weitgehend in einer Ebene angeordnet und durch zwei zumindest im wesentlichen ein kartesisches Kordinatensystem bildende räumliche Koordinaten aufgespannt ist und die
Kompaßsensoranordnungen wenigstens weitgehend an dieser Ebene in vorbestimmtem Abstand voneinander angeordnet und zum Detektieren von entlang dieser Ebene am Ort der Kompaßsensoranordnungen auftretenden Richtungen der Feldlinien des Magnetfeldes eingerichtet sind.
6. Einrichtung zum Erfassen von Daten für eine Anordnung zur
Datenverarbeitung, gekennzeichnet durch eine Eingabevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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