CH696094A5 - Vorrichtung mit der Funktion einer Computer-Maus. - Google Patents

Description

  [0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit der Funktion einer Computer-Maus unter Ausnützung der Kopfbewegung des Benutzers sowie elektromagnetischer Strahlung, insbesondere von Infrarot-Strahlung, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, sowie bevorzugte Ausführungsformen des hierfür benötigten Empfängers nach dem Oberbegriff der Patentansprüche 7 und 9.

[0002] Allgemein bekannt ist die klassische Computer-Maus von LOGITECH, mit Hilfe derer ein auf dem Monitor sichtbares Positionierungszeichen in Form eines vertikalen Strichs, eines Pfeils oder eines Kreuzes über den ganzen Bildschirm hin verschoben werden kann, wobei durch Mausklick, d.h. durch Betätigung eines an der Maus vorgesehenen Schalters, an der jeweiligen Stelle der Cursor positioniert wird.

   Die Maus enthält unterseitig eine rundum drehbare, auf einer Unterlage aufliegende Kugel (Track ball), deren Drehung zu einer Verschiebung des Positionierungszeichens führt. Die Maus ist über ein Kabel mit dem Computer verbunden und wird von Hand bedient. Eine derartige Maus enthält in der Regel noch einen zweiten sowie mitunter auch einen dritten Schalter, mittels dessen (denen) weitere Funktionen möglich sind, sowie - neuerdings - noch ein mit dem Finger drehbares Rad, welches die rasche Abwicklung der Seitenfolge auf dem Bildschirm erlaubt.

   Im US-Patent 4 920 260 wie auch in der DE 4 031 600 wird schliesslich jeweils eine Maus mit optischer Abtastung der Unterlage vorgeschlagen, welche den Trackball überflüssig werden lässt.

[0003] In den US-Patenten 5 459 489 und 5 945 981 wird vorgeschlagen, die Computer-Maus durch ein füllfederartiges Gebilde zu ersetzen, welches in der Hand gehalten wird und über IR (Infrarot)-Licht Signale aussendet, welche über einen entsprechenden Empfänger zu einer Verschiebung des Positionierungszeiches auf dem Bildschirm herangezogen werden.

[0004] Nachteilig an einer Computer-Maus wie auch an diesen füllfederartigen Gebilden ist, dass für ihre Betätigung eine Hand benutzt werden muss; die Hände sind jedoch bei der (Schreib-) Arbeit am Computer normalerweise voll ausgelastet.

   Ausserdem benötigt eine Maus etwas freien Platz, welcher bei kleinen PC-Tischen oftmals fehlt.

[0005] Um unabhängig von einer derartigen Maus oder von andern, mit der Hand zu betätigenden Vorrichtungen zu sein, wurde auch schon vorgeschlagen, das Positionierungszeichen über die Kopfbewegung des Benutzers zu steuern. Gemäss dem US-Patent 5 367 315 geschieht dies über mehrere IR-Sender und Empfänger, die rund um den Monitor angeordnet sind und die Veränderung der Position der Augen oder des Kopfes des Benutzers erfassen, wobei das IR-Licht reflektiert wird. Die Methode ist recht kompliziert.

   Bei einem anderen, unter dem Namen "Natural Point track IR" angebotenen Gerät ist dagegen an einer fixen Stelle eine Infrarot-Quelle vorgesehen, deren gegen den Benutzer hin ausgesandte Strahlung einen an seiner Stirn angebrachten Punkt optisch derart hervortreten lassen, dass er mittels einer vis-à-vis angebrachten CCD-Kamera (CCD = Charge Coupled Device) erfasst und zur Positionsbestimmung herangezogen werden kann.

   Diese Methode ist ebenfalls relativ umständlich und insofern kostspielig, als eine derartige Kamera erforderlich ist.

[0006] Die vorliegende Erfindung ist verwandt mir der zuletzt beschriebenen Methode und stellt sich die Aufgabe, eine Vorrichtung mit der Funktion einer Computer-Maus zu schaffen, welche die Nachteile der Computer-Maus sowie der anderen erwähnten Verfahren/Vorrichtungen nicht aufweist und im Vergleich zur Methode mit der CCD-Kamera billiger und genauer ist.

[0007] Die Aufgabe wird mit Hilfe der erfindungsgemässen Ausbildungsmerkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Eine bevorzugte Möglichkeit zur Ausführung der sonst vom Mausklick übernommenen Funktionen ist Gegenstand des Patentanspruchs 2.

   Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.

[0008] Bei der erfindungsgemässen Vorrichtung wird die Position eines Positionierungszeichens auf dem Monitor (Bildschirm) durch Kopfbewegungen des Benutzers gesteuert. Dies wird dadurch bewerkstelligt, dass erstens an einer dem Benutzer frontal gegenüberliegenden, von diesem unabhängigen, während des Vorgangs fixen Stelle ein primärer Sender für elektromagnetische Strahlung vorgesehen ist, welcher in Richtung Kopf des Benutzers strahlt. Zweitens trägt der Benutzer an bzw. auf seinem Kopf einen entsprechenden, primären Empfänger als Teil eines Head-Sets, bei welchem die Strahlung auf eine Projektionsebene fokussiert und mittels wenigstens eines Sensors, eines sog.

   PSDs (= Position Sensing Detector), in ein oder mehrere elektronische Signale um gewandelt wird, mittels dessen/derer der Winkel zwischen der Position des primären Senders und der Position des primären Empfängers und damit des Kopfs des Benutzers exakt ableitbar ist. Drittens gehört zur Erfindung, dass diese(s) elektronische(n) Signal(e) auf drahtlose Weise vom primären Empfänger über einen sekundären, im Head-Set vorgesehenen Sender an einen weiteren, sekundären Empfänger übermittelt wird (werden), welcher an den Computer respektive an ein mit dem Computer in Verbindung stehendes elektronisches Steuerelement angeschlossen ist.

   Und schliesslich wird diese(s) Signal(e) mittels eines Computer-Programmzusatzes bzw. mittels des elektronischen Steuerelements in einen adäquaten Befehl zur Positionierung des Cursors umgewandelt.

[0009] Die Arbeitsdistanz zwischen Kopf und Monitor ist abhängig von der Leistung insbesondere des primären Senders respektive von der Empfindlichkeit der verwendeten PSDs. Diese sollten so ausgewählt werden, dass eine Arbeitsdistanz von 10 bis 80 cm möglich ist.

[0010] Der Head-Set wird am Kopf befestigt, beispielsweise an einem Brillenbügel, als Haarreif bzw. mit einer Haarklammer oder mittels eines ähnlichen Bügels, wie er bei Kopfhörern üblich ist, und enthält somit wenigstens den primären Empfänger und den sekundären Sender mit den entsprechenden Komponenten.

   Darüber hinaus ist eine Batterie oder ein aufladbarer Akku vorzusehen, welche(r) einen drahtlosen Betrieb ermöglicht. Ein Kabel wäre zu wenig benutzerfreundlich. Es versteht sich von selbst, dass eine möglichst miniaturisierte Ausführung von Vorteil ist, dass der Head-Set die Bewegungen des Kopfes nicht behindern darf und dass eine direkte Sichtverbindung zum Monitor bestehen muss.

[0011] Allfällige zusätzliche Befehle an den Computer wie insbesondere der Mausklick zur Fixierung des Cursors am Ort des Positionierungszeichens erfolgen vorzugsweise über die Tastatur. Die entsprechenden Tasten werden mit Hilfe eines Installationsprogramms zugeordnet.

[0012] Der primäre Sender wird am besten oben am Monitor befestigt oder eingebaut und bevorzugt zusammen mit dem sekundären Empfänger, d.h. im selben Gehäuse, vorgesehen.

   Als elektromagnetische Strahlung kommt insbesondere Infrarot bzw. Licht mit einem hohen Anteil an Infrarot in Frage, welches vorzugsweise mit einer Infrarot-LED (= Light Emitting Diode) erzeugt wird. Damit keine Störungen durch Umwelteinflüsse, insbesondere durch andere im Raum vorhandene Licht- und Wärmequellen möglich sind, wird die Strahlung in genau definierter Weise moduliert. Dadurch können Fremdeinflüsse vermieden werden.

[0013] Um eine exakte Winkelmessung zu ermöglichen, wird bei einer bevorzugten Ausführungsform die elektromagnetische Strahlung mittels einer Linse bzw. eines Linsensystems derart beeinflusst, dass auf der Projektionsebene zwei schmale, senkrecht zueinander stehende Geraden erscheinen, welche bei einer Winkelveränderung beim auftreffenden Strahl ihre relativen Positionen verändern.

   Als Sensoren sind in diesem Falle zwei senkrecht zueinander stehende, eindimensional operierende PSDs erforderlich. Eine andere bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetische Strahlung mittels einer Linse derart beeinflusst wird, dass auf der Projektionsebene ein einzelner Punkt erscheint. Als Sensor ist in diesem Falle nur ein einziger, jedoch zweidimensional operierender PSD erforderlich.

[0014] Die Übermittlung vom sekundären Sender zum sekundären Empfänger erfolgt vorzugsweise über Funk oder Infrarot, so dass ein drahtloser Betrieb möglich ist. Die hierfür und für alle andern zur Realisierung der vorgeschlagenen Erfindung erforderlichen Bauelemente sind Stand der Technik und im Fachhandel erhältlich.

[0015] Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben.

   Sie sind unter anderem auch in den Zeichnungen dargestellt.

[0016] Es zeigen:
<tb>Fig. 1:<sep>eine erfindungsgemässe Vorrichtung in Betrieb, d.h. zusammen mit Computer, Monitor, Tastatur und Kopf des Benutzers;


  <tb>Fig. 2:<sep>den Strahlengang vom primären Sender über zwei Linsen zu zwei eindimensionalen PSDs; sowie


  <tb>Fig. 3:<sep>den Strahlengang vom primären Sender über eine einzige Linse zu einem zweidimensionalen PSD.

[0017] Fig. 1 zeigt, wie der primäre Sender 1 auf dem Monitor 2 vis-à-vis vom Kopf 4 des Benutzers installiert werden kann. Er wird dabei vorzugsweise zusammen mit dem sekundären Empfänger 10 im selben Gehäuse 9 vorgesehen. Der Benutzer trägt an seinem Kopf den Head-Set 3, in diesem Falle seitlich über dem Ohr. Letzterer enthält u.a. den primären Empfänger sowie den sekundären Sender. Durch geeignete Kopfbewegungen wird das Positionierungszeichen 5 in x- wie auch in y-Richtung verschoben. Eingezeichnet sind ferner der Computer (PC) 12, welcher über das Kabel 11 mit dem primären Sender/sekundären Empfänger 1/10 verbunden ist, sowie die Tastatur 14, welche über das Kabel 13 am Computer angeschlossen ist.

   Aus Fig. 2 wird der Strahlengang bei Einsatz von zwei senkrecht aufeinanderstehenden, eindimensionalen PSDs ersichtlich, ausgehend vom primären Sender 1, welcher den elektromagnetischen Strahl 1 ¾ aussendet. Vorgesehen wird hierfür vorzugsweise eine Infrarot-LED, welche u.a. den Vorteil hat, weniger vom Umgebungslicht gestört zu werden. Um jede Störung auszuschliessen, wird er zusätzlich moduliert. Der - modulierte - Strahl wird durch die zwei separaten bzw. miteinander kombinierten Linsen 6a und 6b in zwei senkrecht zueinander stehende Strahlungsebenen aufgeteilt, welche auf der hinter den Linsen vorgesehenen Projektionsebene je eine Projektionslinie erzeugen.

   Diese beiden senkrecht zueinander stehenden, geraden Projektionslinien 7a und 7b wiederum treffen auf zwei PSDs 8a und 8b, welche ebenfalls senkrecht zueinander und ausserdem senkrecht zu den entsprechenden Projektionslinien stehen. Die PSDs wandeln den auftretenden Lichtstrahl in zwei positionsabhängige Ströme um. Wenn der Benutzer nun seinen Kopf 4 und damit auch den eine solche Vorrichtung enthaltenden Head-Set 3 hin und her bewegt, wandern beide Projektionslinien in y- bzw. in x-Richtung, was zu entsprechenden Signalveränderungen führt. Jene werden dann mittels des sekundären Sende-/Empfangssystems an den Computer weitergegeben und führen zu einer entsprechenden Verschiebung des Positionssignals 5 auf dem Bildschirm. Wie in Fig. 3 dargestellt, ist es aber auch möglich, einen zweidimensionalen PSD 8c einzusetzen.

   In diesem Fall bedarf es nur einer einzelnen Linse 6c, welche den Strahl fokussiert und den Projektionspunkt 7c erzeugt.

Hinweisnummernverzeichnis

[0018] 
1 : primärer Sender
1 ¾ : elektromagnetische Strahlung
2 : Monitor
3 : Head-Set
4 : Kopf des Benutzers
5 : Positionierungszeichen
6a : horizontal-linear fokussierende Linse
6b : vertikal-linear fokussierende Linse
6c : punktuell fokussierende Linse
7a : horizontale Projektionslinie
7b : vertikale Projektionslinie
7c : Projektionspunkt
8a : vertikal positionierter eindimensionaler PSD
8b : horizontal positionierter eindimensionaler PSD
8c : zweidimensionaler PSD
9 : Gehäuse
10 : sekundärer Empfänger
11 : Verbindungskabel
12 : Computer, z.B. PC
13 : Verbindungskabel
14 : Tastatur

Claims (10)

1. Vorrichtung mit der Funktion einer Computer-Maus, dadurch gekennzeichnet, dass die Position eines Positionierungszeichens (5) auf dem Monitor (2) durch Kopfbewegungen des Benutzers gesteuert wird, und zwar dadurch, dass an einer dem Benutzer frontal gegenüberliegenden, von diesem unabhängigen, während des Vorgangs fixen Stelle ein primärer Sender (1) für elektromagnetische Strahlung (1') vorgesehen ist, welcher in Richtung Kopf (4) des Benutzers strahlt; dass der Benutzer an bzw. auf seinem Kopf einen entsprechenden, primären Empfänger als Teil eines Head-Sets (3) trägt, bei welchem die Strahlung auf eine Projektionsebene fokussiert und mittels wenigstens eines Sensors, eines sogenannten PSD, d.h.

Position Sensing Detector (8a-c), in ein oder mehrere elektronische Signale umgewandelt wird, mittels dessen/derer der Winkel zwischen der Position des primären Senders und der Position des primären Empfängers und damit des Kopfs des Benutzers exakt ableitbar ist; dass diese(s) elektronische Signal(e) auf drahtlose Weise vom primären Empfänger über einen sekundären, im Head-Set vorgesehenen Sender an einen weiteren, sekundären Empfänger (9) übermittelt wird (werden), welcher an den Computer respektive an ein mit dem Computer in Verbindung stehendes elektronisches Steuerelement angeschlossen ist; und dass diese(s) Signal(e) mittels eines Computer-Programmzusatzes bzw. mittels des elektronischen Steuerelements in einen adäquaten Befehl zur Positionierung des Cursors umgewandelt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass allfällige zusätzliche Befehle an den Computer (12), insbesondere der Mausklick zur Fixierung des Cursors am Ort des Positionierungszeichens, über die Tastatur (14) erfolgen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der primäre Sender (1) vis-à-vis dem Head-Set (3) vorgesehen ist und dass der sekundäre Empfänger (10) vorzugsweise an derselben Stelle bzw. in demselben Gehäuse (9) vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als elektromagnetische Strahlung (1 ¾) Infrarot bzw. Licht mit einem hohen Anteil an Infrarot vorgesehen wird, vorzugsweise erzeugt von einer Infrarot-LED (= Light Emitting Diode).

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlung (1 ¾) moduliert ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Übermittlung vom sekundären Sender zum sekundären Empfänger(10) über Funk oder Infrarot erfolgt.

7. Primärer Empfänger für eine Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetische Strahlung (1 ¾) mittels einer Linse bzw. eines Linsensystems (6a, b) derart beeinflusst wird, dass auf der Projektionsebene zwei schmale, senkrecht zueinander stehende Geraden (7a, b) erscheinen, welche bei einer Winkelveränderung beim auftreffenden Strahl ihre relativen Positionen (y, x) verändern.

8. Primärer Empfänger nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Sensoren zwei senkrecht zueinander stehende, eindimensional operierende PSDs (8a, b) vorgesehen sind.

9. Primärer Empfänger für eine Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetische Strahlung (1 ¾) mittels einer Linse 6c) derart beeinflusst wird, dass auf der Projektionsebene ein einzelner Punkt (7c) erscheint.

10. Primärer Empfänger nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Sensor ein zweidimensional operierender PSD (8c) vorgesehen ist.