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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff
von Anspruch 1 sowie eine Eingabevorrichtung nach dem Oberbegriff
von Anspruch 7. Die Erfindung wird nachfolgend am Beispiel der Tastatur
eines Mobiltelefons ("Handy") erläutert, ohne
jedoch auf diese spezielle Anwendung beschränkt zu sein. Grundsätzlich ist
die Erfindung in allen Fällen
vorteilhaft anwendbar, in denen über
eine Tastatur mit einer begrenzten Anzahl an Tasten zahlreiche verschiedene
Signale eingegeben werden sollen, so z.B. bei Fernbedienungen von
elektronischen Geräten
(TV, Video etc.).
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1 zeigt perspektivisch das
beispielhafte Mobiltelefon 10 mit einer aus neun Tasten 12 bestehenden
Tastatur und mit einer Anzeige 11. Bei der Eingabe von
Text (z.B. für
SMS oder ein Telefonbuch) tritt das Problem auf, dass über die
wenigen Tasten 12 alle Buchstaben des Alphabets und gegebenenfalls
weitere Zeichen einzugeben sind. Dies wird derzeit so gelöst, dass
jeder Taste 12 mehrere Zeichen zugeordnet sind, die bei
wiederholten, kurz hintereinander erfolgenden Betätigungen
der Taste oder bei Festhalten der Taste zyklisch durchlaufen und
auf der Anzeige 11 dargestellt werden. Zur Reduzierung
der Tipparbeit ist ferner das "T9" System bekannt,
bei dem für
jede aus mehreren Zeichen bestehende Eingabe die theoretisch möglichen Zeichenkombinationen
mit einem internen Wörterbuch
abgeglichen werden, so dass nicht im Wörterbuch befindliche Kombinationen
aussortiert werden können.
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Aufgabe
der Erfindung war es, ein vereinfachtes Verfahren zur Eingabe von
Informationen über
mindestens ein Bedienelement (Taste etc.) anzugeben.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs
1 sowie eine Eingabevorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs
7 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen enthalten.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zur Eingabe von Informationen durch die Betätigung eines Betätigungselementes
an einer Eingabevorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die
einer Betätigung
des Betätigungselementes
zugeordnete Information von der räumlichen Orientierung der Eingabevorrichtung und/oder
von der Änderung
der räumlichen
Orientierung der Eingabevorrichtung abhängt. Der Begriff "Eingabevorrichtung" umfasst hierbei
und im Folgenden jede Vorrichtung, die durch eine irgendwie geartete,
gezielte Betätigung
bzw. Auslösung
ein Signal erzeugt, insbesondere eine Tastatur. Bei einer Tastatur
ist es mit dem Verfahren zum Beispiel möglich, ein und derselben Betätigungshandlung
(Tastendruck) verschiedene Informationen zuzuordnen, je nachdem,
wie die Tastatur während
des Druckes gehalten oder bewegt wird. Hierdurch kann die Menge
der mit einer einfachen Betätigung
einer begrenzten Anzahl von Tasten eingebbaren Informationen erheblich
vergrößert werden.
Das Verfahren lässt
sich daher mit besonderem Vorteil bei einer Handytastatur einsetzen,
um hiermit alphanumerische Zeichen einzugeben.
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Gemäß einer
speziellen Ausgestaltung des Verfahrens wird die räumliche
Orientierung der Eingabevorrichtung durch die Neigung der Eingabevorrichtung
relativ zur Vertikalen und/oder durch die Ausrichtung der Eingabevorrichtung
relativ zu einer ausgezeichneten Himmelsrichtung repräsentiert.
Beide Orientierungsarten lassen sich lokal durch in der Eingabevorrichtung
angebrachte Sensoren wie zum Beispiel einen Schwerkraftsensor beziehungsweise
Neigungssensor oder einen Magnetfeldsensor detektieren.
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Vorzugsweise
werden die Werte der räumlichen
Orientierung der Eingabevorrichtung und/oder der Änderung
der räumlichen
Orientierung in Intervalle unterteilt, wobei die einer Betätigung des
Betätigungselementes
zugeordnete Information innerhalb eines jeden solchen Intervalls
konstant ist. Bei Überschreiten
der Intervallgrenzen springt die Zuordnung der Information dagegen
von einem Wert auf den anderen, wobei vorzugsweise eine Hysterese
vorgesehen wird, um ein instabiles Verhalten an den Intervallgrenzen
zu vermeiden.
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Gemäß einer
Weiterbildung des Verfahrens wird bei einer innerhalb von vorgegebenen
Zeitabständen erfolgenden
wiederholten Betätigung
des Betätigungselementes
die Zuordnung der Information durch zyklische Auswahl aus einer
vorgegebenen Menge von Informationen vorgenommen. Wenn zum Beispiel
die Taste eines Mobiltelefons ohne zu große Zwischenpausen mehrfach hintereinander
betätigt
wird, durchläuft
das dem Tastendruck zugeordnete Zeichen zyklisch eine Reihe vorgegebener
Zeichen.
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Gemäß einer
anderen Weiterbildung der Erfindung wird ein Teach-In Verfahren
verwendet, um die Abhängigkeit
zwischen der Information, die der Betätigung eines Betätigungselementes
zugeordnet wird, und der räumlichen
Orientierung der Eingabevorrichtung und/oder der Änderung
der räumlichen
Orientierung der Eingabevorrichtung festzulegen. Unter einem Teach-In
wird dabei analog zur Robotik ein Vorgehen bezeichnet, bei welchem
während
einer Definitionsphase eine als Muster dienende Haltung und/oder
Bewegung der Eingabevorrichtung ausgeführt wird, welcher eine durch
den Benutzer explizit festgelegte Information zugeordnet wird. Nach
Abschluss der Definitionsphase wird von der Eingabevorrichtung dann
diese Information später
immer wieder der Betätigung
des Betätigungselementes
zugeordnet, wenn das während
der Definitionsphase vorgegebene und abgespeicherte Muster einer
Haltung oder Bewegung (oder ein ähnliches
Muster) wieder auftritt. Auf diese Weise kann der Benutzer zum Beispiel
bei einem Mobiltelefon individuell festlegen, welche alphanumerischen
Zeichen bei welcher Neigung des Mobiltelefons dem Druck einer bestimmten
Taste zugeordnet werden sollen. Darüber hinaus kann der Benutzer
jedoch auch komplexere Bewegungen wie zum Beispiel bestimmte Schwenkbewegungen
des Mobiltelefons als Muster vorgeben, anhand derer bestimmte Informationen
zugeordnet werden. So könnte
beispielsweise bei Durchführung
einer räumlichen
Schreibbewegung mit dem gesamten Mobiltelefon in Form des Buchstabens "A" dieser entsprechende Buchstabe zugeordnet werden.
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Gemäß einer
anderen Weiterbildung der Erfindung kann die Betätigung des Betätigungselementes durch
die Bewegung der Eingabevorrichtung erfolgen. Wie bereits erläutert wurde,
ist unter einer Eingabevorrichtung nicht nur eine Tastatur im herkömmlichen
Sinne zu verstehen, welche von Hand zu bedienende mechanische Betätigungselemente
enthält.
Vielmehr kann das Betätigungselement
auch eine Schaltung oder ein Sensor sein, welcher) durch eine bestimmte
Bewegung der Eingabevorrichtung ausgelöst wird. Je nach Art dieser
Bewegung kann dabei die dem Auslösevorgang
zugeordnete Information unterschiedlich sein. In Fortführung des
vorstehend genannten Beispiels könnte
ein Mobiltelefon beispielsweise eine Betätigungsvorrichtung enthalten,
welche durch eine Schwenkbewegung des Mobiltelefons in Form eines
geschriebenen Buchstabens ausgelöst
wird und dann gleichzeitig den Wert dieses Buchstabens als eingegebene
Information zuordnet.
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Bei
dem Verfahren wird eine der Betätigung
des Betätigungselementes
zugeordnete Information vorzugsweise dem Benutzer angezeigt, so
dass dieser eine Kontrolle über
den Eingabevorgang erhält.
Dabei kann die Anzeige der zugeordneten Information insbesondere
auch nach einer Beendigung der Betätigung des Betätigungselementes
fortgesetzt werden. Während
der Benutzer zum Beispiel bei einem Mobiltelefon eine Taste gedrückt hält und die
Neigung des Mobiltelefons verändert,
können
fortlaufend auf der Anzeige die momentan zugeordneten Buchstaben/Zahlen
angezeigt werden, wobei der bei Loslassen der Taste vorherrschende
Wert anschließend
dauerhaft beibehalten wird.
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Die
Erfindung betrifft ferner eine Eingabevorrichtung mit mindestens
einem Betätigungselement
und mit einer damit verbundenen Ausleseeinheit, welche bei Betätigung des
Betätigungselementes
ein Auslesesignal erzeugt. Die Eingabevorrichtung kann wie oben
erläutert
eine Tastatur sein, ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Sie
ist dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens einen Orientierungssensor
enthält.
Die von einem solchen Orientierungssensor erfassten Informationen
bezüglich
der Lage der Eingabevorrichtung können dann für eine intelligente Zuordnung
von Informationen zur Betätigung
des Betätigungselementes
verwendet werden, wobei die Eingabevorrichtung insbesondere so eingerichtet
sein kann, dass sie ein Verfahren der oben erläuterten Art ausführen kann.
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Der
Orientierungssensor kann insbesondere mit der Ausleseeinheit der
Eingabevorrichtung gekoppelt sein, wobei die Ausleseeinheit so eingerichtet
ist, dass das erzeugte Auslesesignal von dem die Orientierung der
Eingabevorrichtung repräsentierenden
Signal des Orientierungssensors abhängt.
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Bei
dem Orientierungssensor kann es sich um einen Neigungssensor und/oder
einen Sensor für
die Himmelsrichtung, insbesondere einen Magnetfeldsensor handeln.
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Die
Eingabevorrichtung kann ferner eine Anzeige (Monitor, Display) zur
Darstellung eines dem Auslesesignal der Ausleseeinheit zugeordneten
Zeichens enthalten.
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Gemäß einer
Weiterbildung der Eingabevorrichtung kann diese eine Alarmeinrichtung
enthalten, welche mit dem Orientierungssensor gekoppelt und so eingerichtet
ist, dass sie in einem Bereitschaftszustand einen Alarm auslöst, wenn
der Orientierungssensor eine Änderung
der Orientierung der Eingabevorrichtung detektiert. Eine derartige
Alarmfunktion ist zum Beispiel in Verbindung mit einem Mobiltelefon
vorteilhaft, wobei das Telefon nach Scharfstellen der Alarmeinrichtung
auf eine Veränderung
der Orientierung mit einem akustischen, optischen und/oder telefonischen
Alarm reagieren kann, sofern die Scharfstellung nicht durch einen
autorisierten Eingriff aufgehoben wird.
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Gemäß einer
anderen Weiterbildung der Erfindung kann die Eingabevorrichtung
einen Schrittzähler und/oder
eine Einrichtung zur Entfernungsmessung mittels Integration enthalten,
wobei der Schrittzähler
oder die Einrichtung mit dem Orientierungssensor gekoppelt ist.
Wenn der Orientierungssensor zum Beispiel in einem Mobiltelefon
integriert ist, kann auf diese Weise durch bloßes Hinzufügen von Software eine zusätzliche und
nützliche
Funktionalität
erreicht werden. Weitere Nutzungen eines integrierten Orientierungssensors
ergeben sich insbesondere durch Spiele. So könnte beispielsweise bei einem
Mobiltelefon das von der Neigung des Mobiltelefons abhängige Rollen
einer Kugel durch ein Labyrinth auf dem Display simuliert werden.
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Im
Folgenden wird die Erfindung mit Hilfe der Figuren beispielhaft
erläutert.
Es zeigt:
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1 wie der Betätigung einer
einzigen Taste an einem Handy je nach dessen Neigung verschiedene Buchstaben
zugeordnet werden;
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2 die Definition von Orientierungswinkeln
relativ zur Schwerkraft;
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3 die Zuordnung von Buchstaben
zu Winkelintervallen;
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4 die Zuordnung nach 3 mit zusätzlicher
Abhängigkeit
von der Winkeländerung;
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5 ein Flussdiagramm für die Zuordnung
von Information bei wiederholter Tastenbetätigung;
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6 die Definition von Orientierungswinkeln
relativ zur Himmelsrichtung.
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Das
in den Figuren stellvertretend für
beliebige Eingabevorrichtungen bzw. Tastaturen betrachtete Mobiltelefon 10 enthält einen
Neigungssensor (nicht dargestellt), welcher die Beschleunigung relativ
zum Schwerefeld der Erde (Vektor g) misst. Im statischen Fall entspricht
diese Beschleunigung der Neigung des Mobiltelefons 10,
welche sich durch die Winkel α und β zwischen
dem Vektor g und der Querachse bzw. Längsachse des Mobiltelefons 10 angeben
lässt (2). Neigungssensoren sind
mittlerweile als kostengünstige
mikro-mechanoelektronische Bauteile erhältlich und können insbesondere
in Mikrochips integriert sein (vgl. Baustein ADXL der Firma Analog
Devices, München).
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Mit
Hilfe des Neigungssensors kann das Mobiltelefon 10 wie
in 1 angedeutet erkennen,
ob es nach links (α < αI)
oder rechts (α > αr) geneigt
gehalten wird. Bei Neigung nach links kann eine Ausleseeinheit (nicht
dargestellt) für
die Tastatur dann eine Betätigung
der Taste 12 (mit dem Aufdruck der Ziffer "8" und der Überschrift "tuv")
als Eingabe des Buchstabens "t" interpretieren.
Entsprechend wird eine Neigung nach rechts als Buchstabe "v" und ein in etwa horizontales Halten
als Buchstabe "u" interpretiert. Als
horizontale Lage des Mobiltelefons 10 wird dabei das vorgegebene
und vorzugsweise vom Benutzer einstellbare Intervall [αI; αr]
definiert. Der Benutzer kann demnach drei verschiedene Buchstaben über einen
Tastendruck und die dazu passenden Neigung des Mobiltelefons 10 eingeben.
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Weiterhin
kann auch die Neigung um die Querachse entsprechend dem Winkel β ausgewertet
werden. Das Diagramm von 3 gibt
dies im Koordinatensystem der Neigungswinkel α und β wieder, wobei jeweils die zweidimensionalen
Winkelintervalle, denen ein bestimmtes Zeichen zugeordnet wird,
durch Linien abgegrenzt sind. So kann eine Neigung der Anzeige 11 nach
unten (β > βu) je
nach Winkel α die
entsprechenden Großbuchstaben "T", "U", "V" zur Anzeige bringen. Eine Anhebung
der Anzeige 11 nach oben ( β < βo) kann für
die Anzeige weiterer Zeichen verwendet werden, wobei die horizontale
Haltung (αI ≤ α ≤ αr)
insbesondere als die Ziffer "8" interpretiert wird.
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Eine
entsprechende Zuordnung läßt sich
auch für
den Fall angeben, dass das Handy über Kopf gehalten und bedient
wird (beispielsweise im Liegen des Benutzers).
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Neben
der statischen Information über
den aktuellen Neigungswinkel könnte
das Handy alternativ oder ergänzend
auch die dynamische Änderung
des Neigungswinkels auswerten. Dabei würde eine Winkeländerung "nach links", "nach rechts", "nach vorne" oder "nach hinten" eine entsprechende
Interpretation der Tastatureingabe auslösen. In 4 ist eine mögliche kombinierte Auswertung
des Neigungswinkels α (2) und seiner Änderung
dα/dt dargestellt.
Für eine
ruhige Haltung (dα/dt
= 0) ergibt sich die Situation von 3 Der
eingezeichnete Verlaufspfeil zeigt eine Bewegung des Handys, bei
der ausgehend von einer ruhigen, nach rechts (zum "v") geneigten Haltung nach links geschwenkt
wird. Durch die Berücksichtigung
der Neigungsänderung
dα/dt kann
dabei der Buchstabe "t" schon früher, bei
einer etwa horizontalen Haltung des Handys, ausgewählt werden.
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Eine ähnliche
Berücksichtigung
der Neigungsänderung
ist natürlich
auch für
den Winkel β (2) möglich.
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5 zeigt in einem Flussdiagramm
eine mögliche
Ablaufsteuerung für
die Ausleseeinheit des Mobiltelefons 10, wobei zur Vereinfachung
nur die Verwendung statischer Signale dargestellt ist. Zu Anfang
wartet die Ausleseeinheit dabei in einer Endlosschleife auf einen
ersten Druck irgendeiner Taste. Wenn dieser Tastendruck erfolgt,
wird ein Zähler
r (für
die Wiederholungen des Tastedruckes) auf den Wert "1" gesetzt. Dann wird der Code n der gedrückten Taste
gelesen. Dieser maschineninterne, vorzugsweise binär repräsentierte Code
ist der gedrückten
Taste eindeutig zugeordnet und unterscheidet sie von den übrigen Tasten.
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Als
nächstes
werden die aktuellen Neigungswinkel α und β vom Neigungssensor gelesen.
Dann erfolgt die Anzeige des Zeichens Z, welches dem Code n, den
Winkeln α, β und dem
r-ten Tastendruck zugeordnet ist: Z = Z (n, α, β, r). Für das in 1 gezeigte erste Drücken der Taste mit dem Aufdruck
der Ziffer "8" könnte Z in
Abhängigkeit
von α und β z.B. aus 3 entnommen werden.
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Im
nächsten
Schritt wird überprüft, ob die
gedrückte
Taste mit dem Code n inzwischen losgelassen wurde. Falls dies nicht
der Fall ist, erfolgt ein erneutes Abfragen der aktuellen Neigungswinkel α und β und – gegebenenfalls – eine Aktualisierung
der Anzeige. Der Benutzer kann also bei gedrückter Taste durch Bewegung
des Mobiltelefons 10 verschiedene Zeichen auf die Anzeige
bringen.
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Wenn
die Taste mit dem Code n losgelassen wurde und nicht innerhalb einer
vorgegebenen bzw. vom Benutzer einstellbaren Zeitspanne Δt (typischerweise
maximal einige Sekunden) erneut gedrückt wird, bleibt das zuletzt
angezeigte Zeichen in der Anzeige stehen und der Cursor, der die
aktuelle Schreibposition in der Anzeige markiert, geht ein Feld
weiter. Anschließend
wird auf eine weitere Betätigung
irgendeiner Taste gewartet.
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Falls
jedoch die Taste mit dem Code n innerhalb der Zeitspanne Δt nach dem
Loslassen erneut gedrückt
wird, wird dies als Wunsch des Benutzers verstanden, durch die Reihe
der verfügbaren
Zeichen zu "wandern" oder zu "scrollen". Dazu wird zunächst der
Zähler
r um Eins erhöht,
dann werden die aktuellen Neigungswinkel α und β eingelesen, und schließlich wird
das Zeichen Z (n, α, β, r) angezeigt.
Die Abhängigkeit des
Zeichens Z von dem Wiederholungszähler r kann z.B. wie folgt
aussehen:
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Während bisher
nur die Berücksichtigung
der Neigungswinkel α, β relativ
zum Schwerefeld der Erde beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht
hierauf begrenzt. Zusätzlich
oder alternativ kann nämlich
auch die Ausrichtung des Handys relativ zu den Himmelsrichtungen
Norden, Süden,
Westen und Osten berücksichtigt werden. 6 zeigt dabei die Definition
eines Ausrichtungswinkels γ relativ
zur Richtung Norden. Zur Bestimmung der Nordrichtung bietet sich
insbesondere das Erdmagnetfeld an, welches z.B. über einen Hall-Sensor im Handy
ermittelt werden kann. Selbstverständlich sind auch andere Bestimmungsverfahren
denkbar, etwa über
die Benutzung des Global Positioning System (GPS) oder – gerade
bei Handys – über Richtfunkverfahren.
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Auch
bei dem Ausrichtungswinkel γ ist
es natürlich
möglich,
seine Änderung
dγ/dt bei
der Auswertung zu berücksichtigen.
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Die
Einzelheiten der Auswertung des Ausrichtungswinkels γ und/oder
seiner Änderung
können
analog zur oben beschriebenen Auswertung der Neigung gestaltet werden.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung, dem selbstständige Bedeutung zukommt, kann
der Orientierungssensor auch zur Detektion eines vorgegebenen besonderen
Zustandes der Eingabevorrichtung bzw. des Handys verwendet werden.
Insbesondere kann der Orientierungssensor unter Ankopplung an eine Alarmeinrichtung
zum Diebstahlschutz des Handys eingesetzt werden. Die in den Bereitschaftszustand
versetzte ("schart
gestellte") Alarmeinrichtung
erhält
dabei die Signale vom Orientierungssensor und löst einen Alarm aus, wenn sie
eine Änderung
der Orientierung detektiert. Der Alarm kann z.B. als akustischer
Alarm oder bei einem Handy auch als Absenden eines telefonischen
Alarmrufes ausgestaltet sein. Eine derartige Alarmeinrichtung erkennt
somit, ob ein ruhend abgelegtes Handy bewegt wird, was insbesondere
bei einem Diebstahl durch einen unbefugten Zugriff geschehen kann.
Der daraufhin ausgelöste
Alarm setzt vorzugsweise zeitverzögert ein, um dem berechtigten
Benutzer Gelegenheit zu geben, die Bereitschaft der Alarmeinrichtung
z.B. durch Eingabe eines Zifferncodes aufzuheben. Selbstverständlich kann
auf diese Weise auch ein mit dem Handy verbundener Gegenstand, etwa
eine Tasche gegen Diebstahl geschützt werden.
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Eine
weitere Anwendung eines Beschleunigungs- oder Neigungssensors in
einer Eingabevorrichtung bzw. einem Handy, der selbstständige Bedeutung
zukommt, besteht in der Realisierung eines Schrittzählers. Dabei
werden typische Beschleunigungsmuster erkannt und gezählt, die
auftreten, wenn ein am Körper
getragenes Handy durch Schreiten des Trägers bewegt wird.
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Schließlich könnte ein
Beschleunigungs- oder Neigungssensors in einer Eingabevorrichtung
bzw. einem Handy auch als Entfernungsmesser eingesetzt werden, indem über einen
vorgegebenen Zeitraum hinweg Beschleunigungen gemessen und integriert
werden.
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Der
Fachmann erkennt, dass die obigen Anwendungen nur beispielhaft sind
und weitere Anwendungen eines Beschleunigungs- oder Neigungssensors
in einer Eingabevorrichtung bzw. einem Handy denkbar sind.
