DE19702225C1

DE19702225C1 - Eingabeeinrichtung zur mehrfingrigen Dateneingabe

Info

Publication number: DE19702225C1
Application number: DE1997102225
Authority: DE
Inventors: Harro Prof Dr Kiendl
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-01-23
Filing date: 1997-01-23
Publication date: 1998-05-20
Anticipated expiration: 2017-01-24

Description

Derzeit sind viele und sehr unterschiedliche elektronische Geräte mit Bildschirm, wie Computermonitor, Fernsehbildschirm oder Flüssigkristalldisplay, gebräuchlich. Zu nen nen sind Computer, Fernsehgeräte, Telespiele, Meßgeräte oder Steuerungs- und Rege lungseinrichtungen in der Verfahrenstechnik mit Bildschirm zur Anzeige von Struktur bildern des Prozesses. Zur Bedienung dieser Geräte (im folgenden werden diese Geräte stellvertretend für alle möglichen Geräte Computer genannt) gibt es viele unterschiedli che Eingabeeinrichtungen wie beispielsweise in Form einer Tastatur, einer Maus oder eines Touch-Panels. Diese Eingabeeinrichtungen weisen die folgenden Kennzeichen auf: Die Verwendung einer Tastatur erfordert von Ungeübten in der Regel eine direkte Augenkontrolle der Bedienerfinger. Blindeingabe ist nur möglich, wenn nicht zu viele Tasten vorliegen und wenn der Bediener geübt ist. Bei Verwendung einer handelsübli chen Maus erfolgt die Eingabe unter indirekter Augenkontrolle: Hierzu verfolgt man die Funktion des Cursors auf dem Bildschirm und bewegt die Maus auf einer Unterlage. Das hierdurch gegebene Kommando entspricht der Eingabe einer Verschiebung des Cursors relativ zu seiner derzeitigen Position: Bei jedesmaligem neuem Aufsetzen der Maus hat man einen neuen Bezugspunkt. Die durchgeführte Bewegung der Maus wird auf dem Bildschirm, ausgehend von der jeweils erreichten Position des Cursors, als neue Wegstrecke angetragen. Deshalb entspricht die Position der Hand des Bedieners nicht der Position des Cursors auf dem Bildschirm. Dies behindert die Schnelligkeit der Eingabe. Zudem ist eine Berührung der Maus mit der Unterlage für die Eingabe erfor derlich. Bei schneller Mausbewegung kann der Kontakt zur Unterlage abreißen. Man muß dann erneut ansetzen. Auch dies behindert die Schnelligkeit der Eingabe. Bei Ver wendung eines Touch-Panels entspricht in der Regel die Bewegung des Bedienerfingers - wie beim Arbeiten mit der Maus - einer Verschiebung der Cursorposition relativ zu ih rer bisherigen Position. Bei gewissen Touch-Panels kann man analog zur Eingabe über Folientastaturen Eingaben durch Berühren von Schaltflächen vornehmen. Dann ent spricht zwar die Position des Fingers der Position des Cursors auf dem Bildschirm, es ist dann aber in der Regel eine direkte Augenkontrolle des Fingers zur Eingabe notwen dig.

In jüngerer Zeit sind Eingabeeinrichtungen vorgeschlagen worden, die im Vergleich zu dem Obengenannten eine schnellere Blindeingabe ermöglichen sollen.

In der DE 40 08 743 A1 ist als Eingabeeinrichtung eine übliche Tastatur vorgesehen, wobei aber die Tasten bzw. eine Tastenauflage mit Berührkontakten versehen ist. Das Tastenfeld sowie die Tastaturbelegung wird auf dem Bildschirm dargestellt. Überdies werden die berührten Tasten auf dem Bildschirm optisch hervorgehoben. Hiermit ist ei ne Blindeingabe möglich. Allerdings hat sie folgende Nachteile: Sie ermöglicht kein schnelles berührungsloses Navigieren. Dieses muß nach wie vor blind erfolgen, da die Position des Fingers oder der Finger auf dem Bildschirm nicht angezeigt wird. Die An zeige der berührten Tasten liefert lediglich eine Information darüber, ob die gewünschte Taste bereits erreicht worden ist, und ermöglicht im negativen Falle eine Nachkorrektur, ohne den Blick vom Bildschirm abwenden zu müssen.

In der nachveröffentlichten DE 196 05 427 A1 wird für eine ähnliche Eingabeeinrich tung vorgeschlagen, ein Abbild der Finger auf dem Bildschirm anzuzeigen. Dadurch ist grundsätzlich eine einfachere Dateneingabe möglich. Die Schrift befaßt sich aber nicht mit dem Problem der gleichzeitigen Betätigung mehrerer Tasten bzw. Schaltflächen.

Die vorliegende Erfindung geht von der Aufgabe aus, eine Eingabeeinrichtung zur mehrfingrigen Dateneingabe in elektronische Geräte mit Bildschirm zu schaffen, die ei ne schnelle - vor allem auch beidhändige - Eingabe ohne direkte Augenkontrolle er möglicht.

Der Kern der Erfindung besteht darin, daß Benutzerfinger, die sich der Eingabeeinrich tung - ohne diese zu berühren - genähert haben, auf dem Bildschirm bildmäßig darge stellt werden. Hierdurch läßt sich die Eingabegeschwindigkeit, insbesondere bei beid händiger Eingabe, im Vergleich zu bekannten Eingabeeinrichtungen erheblich vergrö ßern: Wenn dem Bediener die Position des Eingabefinders bzw. der Eingabefinger op tisch auf dem Bildschirm angezeigt wird, erhält er unmittelbare Hinweise darauf; wie er den bzw. die Eingabefinger zu bewegen hat - beispielsweise quer zur Fingerrichtung oder in der Achse der Fingerrichtung -, um die zur Eingabe erforderlichen Fingerposi tionen zu erreichen. Die Abbildung der Finger ermöglicht daher einerseits - wie nach dem Stand der Technik bereits bekannt - eine berührungslose schnelle Nachkorrektur. Andererseits ermöglicht sie darüber hinaus aber auch ein berührungsloses schnelles Na vigieren eines oder mehrerer Eingabefinger, um den oder die Finger so zu positionieren, bis sie die erforderlichen Eingabepositionen ganz oder näherungsweise erreicht haben. Bei kleineren Abweichungen gegenüber der exakten Eingabeposition ermittelt eine Ent scheidungseinrichtung, welche Schaltfläche am meisten berührt wird und deshalb als aktiviert gelten soll.

Die Erfindung wird nun anhand eines Beispiels näher erläutert. Es zeigen:

Bild 1 den Teil der Eingabeeinrichtung, der mit den Fingern berührt wird bzw. dem die Finger sich nähern,

Bild 2 die zugehörige Anzeige auf dem Bildschirm des elektronischen Geräts.

Die erfindungsgemäße Eingabeeinrichtung besteht aus einem Panel 1 - beispielsweise von der Form und Größe einer herkömmlichen Tastatur, das vom Bediener mit den Fin gern bedient wird. Zur Vereinfachung wird im folgenden nur von einem Finger gespro chen. Das Panel ist mit Annäherungssensoren 2 bestückt, die berührungslos auf die Po sition des Fingers 3 ansprechen. Beispielsweise ist das Panel mit gitterförmig an geordneten Fototransistoren besetzt, und eine Lichtquelle, die oberhalb des Panels ange ordnet ist, führt zu einem Schattenwurf des Fingers. Aus den Meßsignalen der Fototran sistoren wird die Position des Fingers ermittelt. Diese Positionsermittlung findet in dem Panel statt und wird dann an den angeschlossenen Computer weitergegeben und auf dem Bildschirm als Grafik 7 angezeigt. Oder die erwähnten Meßsignale werden zu nächst in den Computer geleitet, die Position des Fingers wird dort ermittelt und als Grafik auf dem Bildschirm dargestellt. Wenn daher der Benutzer seinen Finger bewegt, kann er diese Bewegung auf dem Bildschirm verfolgen, ohne auf das Panel zu blicken, d. h. ohne direkte Augenkontrolle seines Fingers. Damit kann er den Finger sehr schnell positionieren.

Das Panel ist ferner mit einer Reihe von Tasten 4 oder Schaltflächen 5 versehen, deren Positionen und Formen zusammen mit der Form des Panels auf dem Bildschirm als Grafiken 8 bzw. 9 dargestellt werden. Deshalb kann der Bediener seinen Finger unter Beobachtung des Bildschirms berührungslos sehr schnell so positionieren, daß die Fin gerspitze direkt über einer gewünschten Taste bzw. Schaltfläche liegt. Die Darstellung des Fingers ist so gewählt, daß man einerseits den Finger, andererseits aber noch die an gleicher Stelle liegende Darstellung der Tasten oder Schaltflächen erkennen kann. Hier zu wird beispielsweise nur der Umriß des Fingers oder durch Farb- oder Helligkeitsän derung des darunterliegenden Bildes dargestellt. Es kann eine Einrichtung vorgesehen werden, die dem Benutzer anzeigt, über welcher Taste bzw. über welcher Schaltfläche die Fingerspitze liegt (Scout-Anzeige). Hierzu kann beispielsweise die auf dem Bild schirm dargestellte Taste bzw. Schaltfläche durch Blinken oder durch eine hellere oder farblich andere Darstellung 10 hervorgehoben werden. Die Eingabe erfolgt durch Be rührung oder Druck mit dem Finger auf das Panel. Hierdurch wird beispielsweise eine darunterliegende Hebeltaste oder Taste einer Folientastatur mechanisch betätigt. Alter nativ ist das Panel mit Drucksensoren 6 bestückt. Die Meßsignale werden dem Compu ter zugeleitet, und dort wird daraus ermittelt, welche Taste bzw. welche Schaltfläche betätigt worden ist. Bei dieser Entscheidung - wie auch bei der Entscheidung für die Scout-Anzeige - kann ein Fuzzy-Modul dazu verwendet werden, in Zweifelsfällen die am besten begründete Entscheidung zu treffen. Das Panel kann als eine glatte Fläche ausgebildet sein, in die die erwähnten Annäherungs- und Drucksensoren integriert sind.

Nutzanwendungen der erfindungsgemäßen Eingabeeinrichtung liegen beispielsweise in der Bedienung eines Computers ohne direkte Augenkontrolle des Fingers: Die Augen kontrolle wird indirekt durch Beobachtung des Abbildes des Fingers auf dem Bild schirm vorgenommen. Damit kann die Eingabe erfolgen, ohne die Augen vom Bild schirm abzuwenden. Das auf dem Bildschirm dargestellte Bild kann so aufgebaut sein, daß beispielsweise in seinem unteren Teil das Abbild des Panels eingeblendet ist und ebenso dort die Position des Fingers angezeigt wird, während sein oberer Teil für die üblichen Anzeigen, wie für den editierten Text oder die bearbeiteten Grafiken, reserviert ist. Zur Unterstützung des Bedieners kann ihm optisch oder akustisch angezeigt werden, ob und welche eine Eingabe durch Niederdrücken des Fingers erfolgt ist. Hierzu kann beispielsweise die Taste bzw. Schaltfläche für eine kurze Zeit farblich anders dargestellt werden (Quittierung).

Mit dieser Eingabeeinrichtung kann man die Arbeit mit einem Computer in bestimmten Anwendungsfällen beschleunigen. Beispielsweise ist diese Eingabeeinrichtung vorteil haft für ungeübte Bediener. Ferner können bettlägerige Kranke mit einem Computer ar beiten, indem sie ausschließlich den Monitor beobachten. Die Eingabe erfolgt ohne di rekte Augenkontrolle des Fingers. Ferner kann man so einen Fernseher bedienen, bei spielsweise zur Umschaltung auf ein anderes Programm oder Veränderung der Hellig keit oder der Farbigkeit: Hierzu kann man das Panel mit einem einzigen tastbaren Knopf versehen, bei dessen Niederdrücken das Abbild der Tasten bzw. der Schaltflächen und die Position des Fingers auf dem Bildschirm erscheinen. Nach dieser Initialisierung kann man die gewünschten Eingaben vornehmen. Ebenso kann man, ohne den Blick vom Fernsehschirm abzuwenden, einen angeschlossenen Videorecorder programmie ren.

Ein weiteres Anwendungsfeld ist die Bedienung von Computerspielen: Die Eingabe kann über ein Panel erfolgen, das einer üblichen Tastatur entspricht. Alternativ können Panels vorgesehen werden, deren Schaltflächen hinsichtlich ihrer Positionen und Grö ßen auf das Spiel abgestimmt sind. Beispielsweise kann bei einem Ballspiel das Akti vieren einer Schaltfläche bewirken, daß der rollende Ball beim Auftreffen auf die im Bildschirm dargestellte Schaltfläche reflektiert wird.

Solche Eingabeeinrichtungen können individuell für eine Applikation entworfen wer den. Universeller sind Eingabepanels, die im folgenden Sinne programmierbar sind: Hierzu kann man die benötigten Schaltflächen softwaremäßig durch Zuordnung ent sprechender Annäherungssensoren festlegen und damit die Schaltfläche, je nach Appli kation, modifizieren.

Eine weitere Anwendung liegt in der Betätigung von Tasten zum Musizieren. Hierzu wird das Eingabepanel so gestaltet, daß die Anordnung der einzelnen Schaltflächen der Anordnung der Tasten des Musikinstrumentes entsprechen.

Zur Verbindung der Eingabeeinrichtung mit dem Computer wird beispielsweise ein elektrisches Kabel oder ein Lichtleiter verwendet. Bequemer ist eine kabellose Verbin dung, beispielsweise über Infrarotsignale, Ultraschallsignale oder über Funk. Als Annä herungssensoren können optische Sensoren, wie Fototransistoren, verwendet werden. Dann ist eine Lichtquelle erforderlich. Sie kann extern vorgesehen oder in die Eingabe einrichtung integriert sein, beispielsweise in Form von gitterförmig angeordneten Foto dioden. Im letzteren Fall wird die Nähe des Fingers durch das von ihm reflektierte Licht angezeigt. Die Reflexion läßt sich durch Verwendung eines gut reflektierenden Finger handschuhs verstärken. Auch können handelsübliche Bauelemente verwendet werden, die in einer Baueinheit lichtimitierende und auf Licht reagierende Sensoren vereinigen. Als Annäherungssensoren kann man auch pyroelektrische Sensoren, die auf die vom Finger ausgesandte Wärmestrahlung reagieren, verwenden. Dann ist keine Lichtquelle erforderlich.

Den vom Finger ausgeübten Druck kann man mechanisch über eine Hebeltaste oder durch Tasten, wie sie von Folientastaturen bekannt sind, registrieren. Ferner können handelsübliche Drucksensoren verwendet werden, die beispielsweise auf dem piezoelek trischen Effekt oder auf der Änderung der Kapazität eines Kondensators basieren.

Claims

1. Eingabeeinrichtung zur mehrfingrigen Dateneingabe in elektronische Geräte mit Bildschirm ohne direkte Augenkontrolle der Finger,

- welche mit Annäherungssensoren versehen ist, die positionsspezifisch darauf reagieren, wenn sich ein oder mehrere Bedienerfinger in der Nähe der Eingabe einrichtung befinden,
- welche mit Berührungssensoren versehen ist, die positionsspezifisch darauf rea gieren, wenn ein oder mehrere Finger die Oberfläche der Eingabeeinrichtung berührt bzw. berühren und dort einen gewissen Druck ausübt bzw. ausüben,
- wobei von den genannten Sensoren abgegebene oder daraus abgeleitete Signale über eine Datenverbindung in das elektronische Gerät eingespeist werden,
- und wobei auf der Oberfläche der Eingabeeinrichtung eine oder mehrere Schalt flächen festgelegt sind und diese auf dem Bildschirm dargestellt werden, wobei das angeschlossene elektronische Gerät durch Auswertung der von den Berüh rungssensoren gelieferten Signale ermittelt, welche Schaltflächen von Fingern berührt werden und damit als aktiviert gelten sollen,
dadurch gekennzeichnet, daß
- auch Abbilder der Finger, die sich der Eingabeeinrichtung genähert haben, auf grund einer Auswertung der Signale der Annäherungssensoren auf dem Bild schirm dargestellt werden, wobei die Positionen den Darstellungen den Positio nen von Eingabeeinrichtung und Finger zueinander entsprechen, und
- bei Berührung mehrerer einander benachbarter Schaltflächen durch denselben Finger eine Entscheidungseinrichtung ermittelt, welche dieser Schaltflächen am meisten berührt und deshalb als aktiviert gelten soll.

2. Eingabeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Entschei dungseinrichtung ein Fuzzy-Modul verwendet wird.

3. Eingabeeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch Auswertung der von den Annäherungssensoren gelieferten Signale ermittelt und angezeigt wird, welche Schaltfläche bzw. Schaltflächen aktiviert werden würden, wenn der bzw. die Finger in der gerade erreichten Position niedergedrückt werden würden.

4. Eingabeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß über ein optisches oder akustisches Signal quittiert wird, ob eine Eingabe oder wel che Eingabe durch Niederdrücken des Fingers erfolgt ist.

5. Eingabeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltflächen über ein entsprechendes Softwaremodul definierbar und daher, je nach Applikation, individuell wählbar sind.

6. Eingabeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß als Annäherungssensoren optische Sensoren verwendet werden.

7. Eingabeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das elektronische Gerät mit Bildschirm ein Computer ist.

8. Eingabeeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die geometri sche Anordnung der einhändig oder zweihändig zu bedienenden Schaltflächen auf die in einem Computerspiel vorgesehenen Handlungsalternativen abgestimmt ist.

9. Eingabeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das elektronische Gerät mit Bildschirm ein Fernseher ist.

10. Eingabeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das elektronische Gerät mit Bildschirm zur Regelung oder Steuerung eines technischen Prozessen eingesetzt ist und die Anordnung der Schaltflächen der geo metrischen Anordnung oder der funktionalen Beziehung von betätigbaren Teilpro zessen entspricht.

11. Eingabeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das elektronische Gerät mit Bildschirm zur Bedienung eines Tasteninstrumentes eingesetzt ist und die Geometrie der Anordnung der Schaltflächen der Anordnung der Tasten des betreffenden Tasteninstrumentes entspricht.