WO2007135127A2 - Tragbares computereingabegerät mit taktiler rückkopplung - Google Patents

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WO2007135127A2
WO2007135127A2 PCT/EP2007/054883 EP2007054883W WO2007135127A2 WO 2007135127 A2 WO2007135127 A2 WO 2007135127A2 EP 2007054883 W EP2007054883 W EP 2007054883W WO 2007135127 A2 WO2007135127 A2 WO 2007135127A2
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input device
computer
user
computer input
housing
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Bernd FRÖHLICH
Jan Hochstrate
Hendrik Schneider
Marc Ehrle
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Bauhaus-Universität Weimar
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    • 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
    • G06F3/016—Input arrangements with force or tactile feedback as computer generated output to the user
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
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    • 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
    • G06F3/0346—Pointing devices displaced or positioned by the user, e.g. mice, trackballs, pens or joysticks; Accessories therefor with detection of the device orientation or free movement in a 3D space, e.g. 3D mice, 6-DOF [six degrees of freedom] pointers using gyroscopes, accelerometers or tilt-sensors

Definitions

  • the present invention relates to a portable computer input device having a housing which can be cantilevered in the hand of the user during data input, and having an input unit arranged on the housing, which allows the control of a virtual pointer in a computer application, and with a tactile feedback unit.
  • the virtual pointer may be the cursor m a word processing program that can be controlled by the so-called computer mouse.
  • the virtual pointer may be replaced by a virtual character, for example, programs in Spielpro ⁇ , whose movements are controlled by the input device.
  • Em common use case for virtual pointer is found in Prasentationsprogrammen where the user controls the input device both the end of the presentation can sen and on certain elements of the presented representation NOTE By ⁇ . Since presentations are usually held in front of a larger audience, here input devices are used, which allow the user to move relatively freely in space and to drive the input device with it. These are often portable computer input devices that allow one-handed operation. For the controller Presenting and positioning a virtual pointer, it is usually sufficient if the virtual pointer can be moved in a two-dimensional plane.
  • a problem in the control of presentations it is, however, that the portable input devices can be handled less precise by users as example ⁇ , a high-resolution computer mouse.
  • ⁇ a high-resolution computer mouse.
  • a three-dimensional computer mouse with tactile feedback is known.
  • This input device can be held in one hand by the user and serves to position a virtual pointer in three-dimensional space.
  • the device has several deformable elements that are operable by individual fingers. it Simple switches or force sensors can be coupled. From the position of the input device and the operation of the deformable elements control signals are generated, which can be transmitted to the computer application.
  • control signals are generated, which can be transmitted to the computer application.
  • For tactile feedback to the user there is a vibrator in the input device that can be activated by the computer application.
  • the user can be signaled certain states of the computer application.
  • the generated vibration can serve as an attention signal to the user, since it can be varied depending on different states of the computer application at best in their strength or frequency.
  • input devices are used, in which the pointing direction of the user's hand is scanned by optical or electromagnetic tracking methods (positioning method) as well as by inertial sensors (acceleration measurement) or compass-like sensors.
  • the sensors used work partly absolutely and partly relatively.
  • the sensor of the input unit is often arranged in the housing of a user-carried input device, can in certain application cases - eg in optical tracking - - A -
  • the inventive computer input device provides the user at least one tactile surface, which can be deflected by a feedback unit depending on the position of the virtual pointer within the computer application different degrees to signal the user about reaching a certain position, such as driving over a Dividing line in a displayed table or reaching a window limit in the graphic display.
  • a feedback unit depending on the position of the virtual pointer within the computer application different degrees to signal the user about reaching a certain position, such as driving over a Dividing line in a displayed table or reaching a window limit in the graphic display.
  • three-dimensional scenes which are displayed by a computer application can also be communicated to the user via the touch surface of the computer input device according to the invention.
  • the actual depth of the scene can be mapped in a linear or non-linear manner to the deflection of the tactile surface.
  • the feedback unit further comprises a drive and possibly a transmission or a conversion mechanism in order to convert the movement provided by the drive into the desired, linear or profiled deflection of the tactile surface.
  • a linear drive can be dispensed with a separate implementation.
  • a plunger coil drive can be used, which allows the tactile surface to be extended more or less strongly out of the housing of the computer input device in the case of different levels of current supply.
  • rotary actuators that cause the deflection of the tactile surface, for example via a rack and pinion.
  • piezoelectric drives are conceivable.
  • the tactile sensitivity of the fingertips is very high, so that even minimal deflection changes the tactile surface can be perceived by the user and distinguished from each other.
  • a plurality of tactile surfaces for example as finger knobs, are provided, which can be controlled separately. This makes it possible to deliberately convey individual fingers of the user discretely information by force feedback. By using several feedback units, individual fingers that grip the device can be specifically stimulated.
  • the deflection of the tactile surface can be a few millimeters to several centimeters, if a motion actuator with a sufficiently large deflection amplitude is used.
  • the kmasthetician perception of individual fingers can thus be used for signal transmission or feedback.
  • the drive of the tactile surfaces is effected by controllable shape memory metals, which change their shape due to the action of current or heat.
  • controllable shape memory metals which change their shape due to the action of current or heat.
  • special wires are suitable for this, which experience a relatively strong change in length as a result of current flow-induced heating.
  • Several such wires can be arranged in the form of a matrix, so that the tactile surface is composed of the end faces of numerous wires. Alternatively, the wires can travel under a tactile surface and move them.
  • the housing of the Computeremgabeger ates in the form of a pistol grip Gestal ⁇ tet, which can be well grasped by the user and held for a long time.
  • the input unit may be arranged, for example in the form of a trackball or a touchpad, while the tactile surface is arranged for example on the front of the pistol grip and acts on the index finger of the user.
  • the computer input device may have integrated into it several tactile surfaces which, for example, act on different fingers of the user and thus allow different feedback from the computer application. It is also possible to let the tactile surface act not on a single finger, but on the user's palm.
  • a further modified embodiment is characterized by the provision of a composed of several partial surfaces Tast Chemistry.
  • This allows a direction-dependent feedback to be achieved.
  • the tactile surface in the form of a matrix of 4x4 small needle heads or the above-mentioned wire ends exist, which can be controlled individually.
  • the technology for designing such matrices is known in principle from devices with which Braille characters can be automatically mapped.
  • a displacement sensor eg a potentiometer
  • a force sensor is coupled to the tactile surface, with which the restoring force or displacement applied by the user against a feedback-related deflection of the tactile surface can be scanned.
  • This force sensor can be used to trigger special switching functions. For example, it is possible to make the position control of the virtual pointer on reaching a window limit depending on whether the user overcomes a displacement force applied by the feedback unit by impressing a counterforce, only in this case leaving the active window with the virtual pointer is allowed. It is particularly advantageous if the orientation of the haptic feedback in the direction of the screen m is directly related to the pointer movement.
  • the user can, for example, by this feedback haptically notice the edge of the window if and only if the virtual pointer reaches the edge of the window. If the edge of the window is represented as a depression, then at that moment the tactile surface or a region thereof starts and then re-enters. For the user, this feels like an extended finger that travels along the screen surface.
  • the computer input device is connected in a manner known per se via wired or wireless data transmission connections to a computer.
  • an optical unit can be integrated, which generates, for example, a laser beam, in order to be able to point to certain places in real space without going through the computer application. This expands the possibilities of replacing the computer input device.
  • the input unit may further comprise switch keys, as is known in principle from the prior art.
  • FIG. 1 is a perspective schematic representation of a portable ⁇ computer input device, which is held by a user's hand;
  • Fig. 2 is a simplified, partially broken side view of the computer input device.
  • Fig. 1 is a simplified perspective view of a preferred embodiment of a portable computer input device 01 is shown.
  • the computer delivery device 01 can be held and operated by the user with one hand 02.
  • the computer input device 01 preferably has a pistol-shaped housing 03.
  • Other forms of housing are of course possible.
  • the computer input device comprises an input unit, which has a joystick 04 and two switch keys 05 in the embodiment shown.
  • a control ball instead of the joystick, a control ball, a touchpad or other known input elements can also be used.
  • the user can pivot the joystick 04 or rotate the control ball with his thumb to control a virtual pointer in position in a computer application.
  • the switch buttons 05 can also be operated with the thumb to trigger special switching functions in the computer application.
  • the joystick 04 and the switching keys 05 are arranged in the embodiment shown on the upper side of the housing 03.
  • the computer input device further comprises a feedback unit which has a touch surface 06 on the front side of the pistol-shaped housing 03. During use is the index finger of the user on the Tastflache 06, so that a shift of the Tastflache 06 relative to the housing 03 for the user is noticeable.
  • the tactile surface 06 may be configured in the form of a pushbutton which extends substantially over the entire width of the housing 03 at its front side.
  • the Tastflache 06 is slidably mounted in the housing 03 so that they can protrude different distances from the housing. The direction of movement is indicated in Fig. 2 by a double arrow.
  • the possible linear displacement of the tactile surfaces 06 may include several millimeters. Characterized in that the index finger of the user rests against the front of the Tastflache 06, the displacement is immediately tracked by the user. It is for example possible, when crossing a dividing line in a table by the virtual pointer, the tactile surface 06 to drive out of the housing 03 by about one third of their movement path and signal reaching a window boundary on the graphic display by completely retracting the tactile surface 06.
  • the Tastflache 06 can be driven very fine steps, can be so that, when specific appli ⁇ of the surface course, for example, compounds of a uberst ⁇ chenen from the virtual pointer path by the movement of Tastflache 06 simulated. In this way, the user is provided with a tactile impression of a topography of a virtual path.
  • a drive 07 and, if necessary, a transmission is arranged in the computer input device, which are shown only symbolically in the figure.
  • the dashed lines further positions of the drive units illustrate the displacement movement. It can be used linear actuators, which can save the conversion gear.
  • electrical or piezoelectric drives are used, but a pneu ⁇ matic or hydraulic actuation of the tactile surface 06 would be conceivable.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein tragbares Computereingabegerät (01) mit einem Gehäuse (03), welches während der Dateneingabe vom Benutzer freitragend in einer Hand (02) gehalten werden kann, und mit einer Eingabeeinheit, welche die Steuerung eines virtuellen Zeigers in einer Computeranwendung gestattet. Weiterhin umfasst das Computereingabegerät eine Rückkoppeleinheit, welche eine veränderliche Auslenkung mindestens einer Tastfläche (06) gegenüber dem Gehäuse (03) bewirkt, die von der Position des virtuellen Zeigers innerhalb eines von der Computeranwendung definierten Raumes abhängig ist. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur interaktiven Bedienung einer Computeranwendung.

Description

Tragbares Computereingabegerät mit taktiler Rückkopplung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein tragbares Computerein- gabegerat mit einem Gehäuse, welches wahrend der Dateneingabe vom Benutzer freitragend in der Hand gehalten werden kann, und mit einer am Gehäuse angeordneten Eingabeeinheit, welche die Steuerung eines virtuellen Zeigers in einer Computeran- wendung gestattet, und mit einer taktilen Ruckkoppeleinheit .
Für die Steuerung von Computern werden neben Tastaturen vor allem auch Eingabegerate verwendet, mit denen ein virtueller Zeiger oder ein anderes virtuelles Objekt auf einer graphi- sehen Anzeige positioniert werden kann, um damit verschiedene Funktionen von bzw. in Computeranwendungen zu steuern. Im einfachsten Fall kann es sich bei dem virtuellen Zeiger um den Cursor m einem Textverarbeitungsprogramm handeln, der mit Hilfe der so genannten Computermaus gesteuert werden kann. Der virtuelle Zeiger kann beispielsweise in Spielpro¬ grammen durch eine virtuelle Figur ersetzt sein, deren Bewegungen mit dem Eingabegerat gesteuert werden.
Em häufiger Anwendungsfall für virtuelle Zeiger findet sich in Prasentationsprogrammen, wo der Benutzer mit dem Eingabegerat sowohl den Ablauf der Präsentation steuert, als auch auf bestimmte Elemente der präsentierten Darstellung hinwei¬ sen kann. Da Präsentationen üblicherweise vor einem größeren Publikum abgehalten werden, kommen hier Eingabegerate zum Einsatz, die es dem Benutzer gestatten, sich relativ frei im Raum zu bewegen und das Eingabegerat dabei mit sich zu fuhren. Es handelt sich häufig um tragbare Computereingabege- rate, die eine Einhandbedienung gestatten. Für die Steuerung von Präsentationen und die Positionierung eines virtuellen Zeigers ist es normalerweise ausreichend, wenn der virtuelle Zeiger in einer zweidimensionalen Ebene bewegt werden kann. Dies lasst sich beispielsweise durch Verwendung des vom so genannten Trackball bekannten Eingabeprinzips erreichen, wobei das mobile Eingabegerat in einem Gehäuse eine Bedienkugel besitzt, die vom Benutzer in Drehung versetzt werden kann und deren Rotation in zwei Richtungen abgefragt und als Steu¬ ersignal an die Computeranwendung übermittelt wird. Alterna- tiv können aber auch andere Prinzipien, beispielsweise das so genannte Touchpad für die Positionssteuerung des virtuellen Zeigers verwendet werden.
Problematisch bei der Steuerung von Präsentationen ist es allerdings, dass die tragbaren Eingabegerate von den Benutzern weniger präzise gehandhabt werden können, als beispiels¬ weise eine hochauflosende Computermaus. Es fallt dem Benutzer insbesondere bei der Nutzung sehr großer Prasentationsflachen schwer, den virtuellen Zeiger exakt zu steuern oder bei hoch- auflosenden Anzeigen einen relativ kleinen Bereich einer Schaltflache anzusteuern. Aus größerem Abstand ist es für den Benutzer außerdem schwierig, die aktuelle Position des virtuellen Zeigers auf der Prasentationsflache wieder zu finden, da er den Blick wahrend der Präsentation häufig von der Anzeige wegrichten muss, um in einem guten Kommunikationskontakt mit seinem Publikum zu bleiben.
Aus der US 5,506,605 ist eine dreidimensional arbeitende Computermaus mit taktiler Ruckkopplung bekannt. Dieses Einga- begerat kann vom Benutzer in einer Hand gehalten werden und dient der Positionierung eines virtuellen Zeigers im dreidimensionalen Raum. Das Gerat besitzt mehrere deformierbare Elemente, die von einzelnen Fingern bedienbar sind. Daran konnen einfache Schalter oder Kraftsensoren angekoppelt sein. Aus der Lage des Eingabegerätes und der Betätigung der deformierbaren Elemente werden Steuersignale generiert, die an die Computeranwendung übermittelt werden können. Für eine taktile Ruckkopplung an den Benutzer ist ein Vibrator in dem Eingabegerat vorhanden, der von der Computeranwendung aktiviert werden kann. Damit können dem Benutzer bestimmte Zustande der Computeranwendung signalisiert werden. Die erzeugte Vibration kann für den Benutzer aber nur als Aufmerksamkeitssignal dienen, da sie in Abhängigkeit unterschiedlicher Zustande der Computeranwendung allenfalls in ihrer Starke oder Frequenz variiert werden kann.
Für die Abtastung einer Handbewegung und deren Umsetzung in eine Cursorbewegung stehen unterschiedliche Verfahren und Gerate im Stand der Technik zur Verfugung, die mit der vorliegenden Erfindung verknüpft werden können. Beispielhaft sei auf eine gyroskopische Sensortechnologie verwiesen, bei welcher die Bewegung der Hand des Benutzers im Raum und die damit hervorgerufenen Lageveranderung des Eingabegerätes abgetastet wird. Ein Eingabegerat, welches von dieser Technologie Gebrauch macht, ist beispielsweise in der US 5,898,421 beschrieben .
Weiterhin kommen Eingabegerate zum Einsatz, bei denen die Zeigerichtung der Hand des Benutzers durch optische oder elektromagnetische Trackingverfahren (Ortungsverfahren) sowie durch Tragheitssensoren (Beschleunigungsmessung) oder kompassartige Sensoren abgetastet werden. Die verwendeten Sensoren arbeiten teilweise absolut und teilweise relativ. Die Sensoπk der Eingabeeinheit ist häufig im Gehäuse eines vom Benutzer getragenen Eingabegerätes angeordnet, kann in bestimmten Anwendungsfallen - z.B. beim optischen Tracking - - A -
aber auch außerhalb des Gehäuses angeordnet sein. Da dem Fachmann diese Technologien bekannt sind, wird die vorliegende Erfindung nur beispielhaft in Verbindung mit einer einfachen Gestaltung einer Eingabeeinheit beschrieben. Dem Fachmann ist bewusst, dass genauso gut auch andere Eingabeeinheiten und -technologien verwendbar sind.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein tragbares Computereingabegerat bereit zu stellen, welches dem Benutzer insbesondere bei der Vorführung einer Präsentation eine gezielte taktile Ruckkopplung aus der Computeranwendung ermöglicht, wobei eine direkte Verbindung zwischen der Position des virtuellen Zeigers auf einer Anzeigetlache und der hervorgerufenen taktilen Ruckkopplung möglich sein soll.
Diese Aufgabe wird durch das im Anspruch 1 definierte Compu¬ tereingabegerat gelost. Außerdem gibt der unabhängige Anspruch 15 ein Verfahren zur Losung der genannten Aufgabe an.
Das erfindungsgemaße Computereingabegerat stellt dem Benutzer mindestens eine Tastflache bereit, die von einer Ruckkoppel- einheit in Abhängigkeit von der Position des virtuellen Zeigers innerhalb der Computeranwendung unterschiedlich stark ausgelenkt werden kann, um dem Benutzer darüber das Erreichen einer bestimmten Position zu signalisieren, beispielsweise das Überfahren einer Trennlinie in einer angezeigten Tabelle oder das Erreichen einer Fensterbegrenzung in der graphischen Anzeige. Gerade bei der heutzutage häufig verwendeten quasi- dreidimensionalen Darstellung von Schaltknopfen in einer graphischen Oberflache einer Computeranwendung lasst sich auf diese Weise das Überfahren von erhabenen Symbolen mit dem virtuellen Zeiger durch eine mehr oder weniger starke Auslenkung der Tastflache an den Benutzer signalisieren.
In ahnlicher Weise können über die Tastflache des erfindungs- gemäßen Computereingabegerats auch dreidimensionale Szenen an den Nutzer vermittelt werden, die von einer Computeranwendung zur Anzeige gebracht werden. Einerseits kann die tatsachliche Tiefe der Szene in linearer oder nicht-linearer Weise auf die Auslenkung der Tastflache abgebildet werden. Andererseits ist es auch möglich, die Normale oder den Gradienten der Oberflache unter einem dreidimensionalen Cursor auf die Auslenkung der Tastflache abzubilden.
Die Ruckkoppeleinheit umfasst neben der eigentlichen Tastfla- che, die beispielsweise als auslenkbarer Fingerknopf gestaltet sein kann, weiterhin einen Antrieb und gegebenenfalls ein Getriebe bzw. eine Umsetzmechanik, um die vom Antrieb bereitgestellte Bewegung in die gewünschte, lineare oder profilierte Auslenkung der Tastflache umzusetzen. Bei der Verwen- düng eines Linearantriebs kann auf eine gesonderte Umsetzung verzichtet werden. Beispielsweise lasst sich im einfachsten Fall ein Tauchspulenantrieb einsetzen, der bei unterschiedlich starker Bestromung die Tastflache mehr oder weniger stark aus dem Gehäuse des Computereingabegerates ausfahren lasst. Es können aber auch rotatorische Antriebe eingesetzt werden, die beispielsweise über ein Zahnstangengetriebe die Auslenkung der Tastflache bewirken. Für kleinere Auslenkungen sind piezoelektrische Antriebe denkbar. Dabei ist zu berücksichtigen, dass die taktile Empfindlichkeit der Fingerspitzen sehr hoch ist, so dass bereits minimale Auslenkungsanderungen der Tastflache vom Benutzer wahrgenommen und voneinander unterschieden werden können. Bei einer alternativen Ausfuhrungsform sind mehrere Tastflachen, beispielsweise als Fingerknopfe, vorgesehen, die getrennt ansteuerbar sind. Dadurch ist es möglich, gezielt einzelnen Fingern des Benutzers diskret Informationen durch Kraftruckkopplung zu übermitteln. Durch die Verwendung mehrerer Ruckkoppeleinheiten können einzelne Finger, die das Gerat greifen, gezielt stimuliert werden.
Dabei kann die Auslenkung der Tastflache wenige Millimeter bis mehrere Zentimeter betragen, wenn ein Bewegungsaktuator mit ausreichend großer Auslenkungsamplitude verwendet wird. Die kmasthetische Wahrnehmung einzelner Finger kann somit zur Signalubertragung bzw. Ruckkopplung eingesetzt werden.
Bei einer weiteren alternativen Ausfuhrungsform erfolgt der Antrieb der Tastflachen durch steuerbare Formgedachtnis- metalle, die durch die Einwirkung von Strom bzw. Warme ihre Form andern. Insbesondere eignen sich dafür spezielle Drahte, die durch stromflussbedingte Erhitzung eine relativ starke Langenanderung erfahren. Mehrere solcher Drahte lassen sich in Form einer Matrix anordnen, sodass die Tastflache aus den Stirnflachen zahlreicher Drahte zusammengesetzt ist. Alternativ können die Drahte unter einer Tastflache entlang laufen und diese bewegen.
Bei einer bevorzugten Ausfuhrungsform ist das Gehäuse des Computeremgabegerates in Form eines Pistolengriffs gestal¬ tet, welcher vom Benutzer gut gegriffen und über längere Zeit gehalten werden kann. An der Oberseite des Gehäuses kann die Eingabeeinheit, beispielsweise in Form eines Trackballs oder eines Touchpads angeordnet sein, wahrend die Tastflache beispielsweise an der Vorderseite des Pistolengriffes angeordnet ist und auf den Zeigefinger des Benutzers einwirkt. Bei abgewandelten Ausfuhrungsformen können im Computereinga- begerat mehrere Tastflachen integriert sein, die beispielsweise auf verschiedene Finger des Benutzers einwirken und darüber unterschiedliche Ruckkopplungen von der Computeranwendung ermöglichen. Ebenso ist es möglich, die Tastflache nicht auf einen einzelnen Finger, sondern auf die Handflache des Benutzers einwirken zu lassen.
Eine nochmals abgewandelte Ausfuhrungsform zeichnet sich durch die Bereitstellung einer aus mehreren Teilflachen zusammengesetzten Tastflache aus. Damit lasst sich eine rich- tungsabhangige Ruckkopplung erreichen. Beispielsweise kann die Tastflache in Form einer Matrix von 4x4 kleinen Nadel- köpfen bzw. den oben bereits erwähnten Drahtenden bestehen, die individuell angesteuert werden können. Die Technologie zur Gestaltung solcher Matrizen ist prinzipiell aus Geraten bekannt, mit denen Braille-Zeichen automatisch abgebildet werden können.
Bei einer weitergebildeten Ausfuhrungsform ist an die Tastflache ein Wegsensor (z.B. ein Potentiometer) oder ein Kraftsensor angekoppelt, mit welchem die vom Benutzer gegen eine ruckkopplungsbedingte Auslenkung der Tastflache aufgebrachte Ruckstellkraft oder -weg abgetastet werden kann. Über diesen Kraftsensor lassen sich spezielle Schaltfunktionen auslosen. Beispielsweise ist es möglich, die Positionssteuerung des virtuellen Zeigers beim Erreichen einer Fenstergrenze davon abhangig zu machen, ob der Benutzer eine von der Ruckkoppel- einheit aufgebrachte Verschiebekraft durch Einprägen einer Gegenkraft überwindet, wobei nur in diesem Fall das Verlassen des aktiven Fensters mit dem virtuellen Zeiger gestattet wird. Es ist besonders vorteilhaft, wenn die Ausrichtung der hapti- schen Ruckkopplung in Richtung des Bildschirms m direktem Zusammenhang mit der Zeigerbewegung steht. Wenn der virtuelle Zeiger vom Benutzer mit der Hand- bzw. Fingerbewegung von links nach rechts über ein Anzeigefenster bewegt wird, dann kann der Benutzer durch diese Ruckkopplung z.B. den Fensterrand genau dann haptisch bemerken, wenn der virtuelle Zeiger den Fensterrand erreicht. Falls der Fensterrand als eine Vertiefung dargestellt wird, dann fahrt in diesem Moment die Tastflache oder ein Bereich davon aus und gleich wieder ein. Für den Benutzer fühl sich dies an, wie ein verlängerter Finger, der auf der Bildschirmoberflache entlang fahrt.
Das Computereingabegerat ist in an sich bekannter Weise über drahtgebundene oder drahtlose Datenubertragungsverbindungen an einen Computer angeschlossen. Außerdem kann eine optische Einheit integriert sein, die beispielsweise einen Laserstrahl generiert, um ohne Umweg über die Computeranwendung auf bestimmte Stellen im realen Raum zeigen zu können. Dies erweitert die Emsatzmoglichkeiten des Computereingabegera- tes . Bei abgewandelten Ausfuhrungsformen kann die Eingabeeinheit weiterhin Schalttasten umfassen, wie dies aus dem Stand der Technik prinzipiell bekannt ist.
Weitere Vorteile, Einzelheiten und Weiterbildungen des erfin- dungsgemaßen Computereingabegerats ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausfuhrungsform, unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen: Fig. 1 eine perspektivische Prinzipdarstellung eines trag¬ baren Computereingabegerates, welches von einer Benutzerhand gehalten wird;
Fig. 2 eine vereinfachte, teilweise aufgebrochene Seitenansicht des Computereingabegerats .
In Fig. 1 ist eine vereinfachte perspektivische Ansicht einer bevorzugten Ausfuhrungsform eines tragbaren Computereingabe- gerates 01 gezeigt. Das Computeremgabegerat 01 lasst sich vom Benutzer mit einer Hand 02 halten und bedienen. Dazu besitzt das Computereingabegerat 01 vorzugsweise ein pisto- lengπffformig gestaltetes Gehäuse 03. Andere Gehauseformen sind naturlich möglich.
In an sich bekannter Weise umfasst das Computereingabegerat eine Eingabeeinheit, welche bei der gezeigten Ausfuhrungsform einen Joystick 04 und zwei Schalttasten 05 besitzt. Anstelle des Joysticks können auch eine Bedienkugel, ein Touchpad oder andere bekannte Eingabeelemente verwendet werden. Der Benutzer kann den Joystick 04 verschwenken oder die Bedienkugel mit dem Daumen in Drehung versetzen, um einen virtuellen Zeiger in einer Computeranwendung hinsichtlich seiner Posi- tion zu steuern. Die Schalttasten 05 können ebenfalls mit dem Daumen bedient werden, um spezielle Schaltfunktionen in der Computeranwendung auszulosen. Der Joystick 04 und die Schalt¬ tasten 05 sind bei der gezeigten Ausfuhrungsform an der Oberseite des Gehäuses 03 angeordnet.
Das Computereingabegerat umfasst weiterhin eine Ruckkoppel- einheit, die eine Tastflache 06 an der Vorderseite des pisto- lengπffformigen Gehäuses 03 besitzt. Wahrend der Benutzung liegt der Zeigefinger des Benutzers an der Tastflache 06 an, so dass darüber eine Verlagerung der Tastflache 06 gegenüber dem Gehäuse 03 für den Benutzer spurbar wird.
Aus der in Fig. 2 gezeigten Seitenansicht des Computereinga- begerats ist die Funktionsweise der Tastflache 06 besser ersichtlich. Die Tastflache 06 kann in Form einer Drucktaste ausgestaltet sein, die sich im Wesentlichen über die gesamte Breite des Gehäuses 03 an dessen Vorderseite erstreckt. Die Tastflache 06 ist verschiebbar im Gehäuse 03 gelagert, so dass sie unterschiedlich weit aus dem Gehäuse herausragen kann. Die Bewegungsrichtung ist in der Fig. 2 durch einen Doppelpfeil angegeben.
Die mögliche lineare Verschiebung der Tastflachen 06 kann mehrere Millimeter umfassen. Dadurch, dass der Zeigefinger des Benutzers an der Vorderseite der Tastflache 06 anliegt, wird deren Verlagerung sofort vom Benutzer gespurt. Es ist beispielsweise möglich, beim Überfahren einer Trennlinie in einer Tabelle durch den virtuellen Zeiger die Tastflache 06 um etwa ein Drittel ihres Bewegungsweges aus dem Gehäuse 03 herauszufahren und das Erreichen einer Fenstergrenze auf der graphischen Anzeige durch vollständiges Herausfahren der Tastflache 06 zu signalisieren.
Es ist darauf hinzuweisen, dass die Tastflache 06 sehr feinstufig angesteuert werden kann, so dass bei speziellen Anwen¬ dungen beispielsweise der Oberflachenverlauf eines vom virtuellen Zeiger uberstπchenen Weges durch die Bewegung der Tastflache 06 nachgebildet werden kann. Dem Benutzer wird auf diese Weise ein taktiler Eindruck einer Topographie eines virtuellen Weges vermittelt. Zur Ansteuerung der Tastflache 06 ist im Computereingabegerat ein Antrieb 07 und bei Bedarf ein Getriebe angeordnet, die in der Figur nur symbolisch dargestellt sind. Die gestrichelt eingezeichneten weiteren Positionen der Antriebseinheiten verdeutlichen die Verschiebebewegung. Es können Linearantriebe verwendet werden, wodurch sich das Umsetzungsgetriebe einsparen lasst. Vorzugsweise kommen elektrische oder piezoelektrische Antriebe zum Einsatz, jedoch wäre auch eine pneu¬ matische oder hydraulische Betätigung der Tastflache 06 denkbar.
Bezugs zeichenliste
Ol Computereingabegerät
02 Hand des Benutzers
03 Gehäuse
04 Bedienkugel
05 Schalttasten
06 Tastfläche
07 Antrieb

Claims

Patentansprüche
1. Tragbares Computereingabegerat (Ol) , welches wahrend der Dateneingabe vom Benutzer freitragend in einer Hand (02) gehalten werden kann, mit - einem Gehäuse (03),
- einer Eingabeeinheit, welche die Steuerung eines virtuellen Zeigers in einer Computeranwendung gestattet, und
- einer taktilen Ruckkoppeleinheit, dadurch gekennzeichnet, dass die Ruckkoppeleinheit durch eine veränderliche Auslenkung mindestens einer Tastflache (06) gegenüber dem Gehäuse (03) gebildet ist, die von der Position des virtuellen Zeigers innerhalb eines von der Computeranwendung definierten Raumes abhangig ist.
2. Computereingabegerat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingabeeinheit (04, 05) am oder im Gehäuse (03) angeordnet ist.
3. Computereingabegerat nach Anspruch 2, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Eingabeeinheit mit Hilfe von Lage- und/oder Beschleunigungssensoren und/oder gyroskopischen Sensoren raumliche Handbewegungen des Benutzers abtastet.
4. Computereingabegerat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingabeeinheit als Trackballein¬ heit ausgestaltet ist, welche eine vom Benutzer drehbare Bedienkugel und Sensoren zur Abtastung der Drehrichtung der Bedienkugel umfasst.
5. Computereingabegerat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingabeeinheit als Touchpad oder Joystick (04) ausgestaltet ist.
6. Computereingabegerat nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ruckkoppeleinheit mindestens einen Antrieb (07) umfasst, welcher zur Erzeugung der veränderlichen Auslenkung der Tastflache (06) von der Computeranwendung gesteuert wird.
7. Computereingabegerat nach Anspruch 6, dadurch gekenn- zeichnet, dass das Gehäuse (03) pistolengriffformig gestaltet ist, wobei die Eingabeeinheit (04, 05) an der Oberseite und die Tastflache (06) der Ruckkoppelemheit an der Vorderseite des Gehäuses (03) angeordnet sind, und wobei die Tastflache (06) von zumindest einem Finger der Bedienhand (02) umgriffen werden kann.
8. Computereingabegerat nach Anspruch 7, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass die Tastflache (06) so angeordnet ist, dass sie am Zeigefinder des Benutzers anliegt, wenn dieser das pistolengriffformige Gehäuse (03) halt, und dass die Tastflache (06) vom Antrieb (07) aus dem Gehäuse (03) heraus- und/oder hereinfahrbar ist.
9. Computereingabegerat nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (07) ein Getriebe umfasst, welches die Antriebsbewegung in eine lineare Verschiebebewegung umsetzt und diese an die Tastflache (06) übertragt.
10. Computereingabegerat nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (07) ausgewählt ist aus der Gruppe:
- rotatorischer Elektromotor, - Tauchspulenantrieb,
- linearer Direktantrieb,
- piezoelektrischer Antrieb,
- elektrischer Hubmagnet,
- Kompressor, - langenveranderliche elektrisch aktivierte Drahte.
11. Computereingabegerat nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Tastflache (06) in mehrere Teilflachen unterteilt ist, die unabhängig voneinander ansteuerbar sind.
12. Computereingabegerat nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin Schalttasten (05) am Gehäuse (03) angeordnet sind, welche bei Betätigung Schaltsignale an die Computeranwendung übertragen.
13. Computereingabegerat nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass es über eine drahtgebundene oder drahtlose Datenubertragungsverbindung an einen Computer ankoppelbar ist.
14. Computereingabegerat nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass an die Tastflache (06) ein Kraft- oder Wegsensor angekoppelt ist, welcher die vom Benutzer gegen eine Auslenkung aufgebrachte Gegenkraft und/oder die vom Benutzer erzwungene Stellung der Tastflache ermittelt.
15. Verfahren zur interaktiven Bedienung einer Computeranwendung, die folgenden Schritte umfassend:
- Erzeugen von Steuersignalen in einer Eingabeeinheit
(04) eines Computereingabegerätes (Ol) ; - Übertragen der Steuersignale an eine Computeranwendung;
- Positionieren eines virtuellen Zeigers innerhalb der Computeranwendung in Abhängigkeit von den Steuersignalen;
- Generieren eines Rύckkoppelsignals, wenn der virtuelle Zeiger eine vorbestimmte Position in einem von der
Computeranwendung vordefinierten virtuellen Raum einnimmt;
- Übertragen des Rύckkoppelsignals zum Computereingabegerät (01) ; und - Verschieben einer Tastflache (06) des Computereingabegerätes (01) , welche vom Benutzer abtastbar ist, in Abhängigkeit vom Rύckkoppelsignal .
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Tastfläche (06) gegen einen Finger des Benutzers verschoben wird, wenn der virtuelle Zeiger eine Begrenzung eines Anzeigefensters, eine Eingabefeld oder ein Menuelement erreicht.
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