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DE4336677C1 - Arrangement for determining a spatial position and for inputting control information into a system having a graphical user interface - Google Patents

Arrangement for determining a spatial position and for inputting control information into a system having a graphical user interface

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DE4336677C1
DE4336677C1 DE19934336677 DE4336677A DE4336677C1 DE 4336677 C1 DE4336677 C1 DE 4336677C1 DE 19934336677 DE19934336677 DE 19934336677 DE 4336677 A DE4336677 A DE 4336677A DE 4336677 C1 DE4336677 C1 DE 4336677C1
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light
light beam
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Peter Dr Domann
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Siemens Corp
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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
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Abstract

The arrangement comprises a pen-like input device (EG) having a light source and at least one camera (KA) arranged adjacently to the user interface and serving to receive the light generated by the input device. The two-dimensional position of the input device which is actuated by the user is ascertained by the camera. With the aid of an acceleration sensor arranged in the input device, a movement axially to the user interface is detected, for the purpose of inputting depth information, and transmitted to the system via the light beam. Furthermore, the light beam emitted by the input device can be modulated in order to transmit additional information to the system. <IMAGE>

Description

Zur Eingabe von Informationen in ein Rechnersystem oder in ein Kommunikationssystem mit graphischer Benutzeroberfläche (im folgenden System genannt) sind verschiedene Verfahren bekannt. Zum Beispiel kann zum Zeigen und Konstruieren bei Büro- und Serienarbeiten eine Maus oder ein Rollstift verwen­ det werden. In rauher Betriebsumgebung und im zeitkritischen Einsatz sind diese Eingabegeräte weniger geeignet. Ein weite­ res Eingabegerät ist Touch Screen. Hier wird ein Schirm mit einem Stift berührt. Diese Eingabemethode ist nicht sehr genau. Eine direkte 3D-Manipulation ist nicht möglich.For entering information in a computer system or in a communication system with a graphical user interface (hereinafter referred to as the system) are different processes known. For example, to show and construct at Office and series work use a mouse or a roller pen be det. In a harsh operating environment and in time-critical These input devices are less suitable for use. A wide one The input device is a touch screen. Here is an umbrella with touched a pen. This input method is not very I agree. Direct 3D manipulation is not possible.

Zum Zeichnen, Malen und Eingeben von Schrift können auch Graphiktabletts mit elektronischen Zeichenstiften eingesetzt werden. In kleinen portablen Geräten kommt eine Variante davon zum Einsatz, das Pen Pad, bei dem direkt auf einen Flüssigkristallbildschirm geschrieben wird. Hier ist das Schreiben anstrengend, das Zeigen erfordert Bildschirme oder eine Pad-Berührung. Für 3D-Manipulationen fehlt die Tiefen­ information.Graphics tablets with electronic crayons can also be used to draw, paint and enter text. A variant of this is used in small portable devices, the pen pad, which is written directly on a liquid crystal screen. Writing is exhausting here, pointing requires screens or a touch on the pad. The depth information is missing for 3- D manipulations.

Schließlich können auch starre Kugeln, Drehregler-Arrays und Handschuhe zur Eingabe verwendet werden.Finally, rigid balls, knob arrays and Gloves are used for typing.

Aus EP 0 484 160 A2 ergibt sich ein Eingabegerät, das als Lichtquelle realisiert ist und das Licht zu einem elektronischen System überträgt. Das Licht fällt auf eine Sichtoberfläche, dort wird die Position des Lichtes auf der Fläche festgestellt, um die Funktion festzustellen, die ausgeführt werden soll. Tiefeninformation kann dabei nicht zum System übertragen werden. An input device results from EP 0 484 160 A2, which as Light source is realized and the light becomes one electronic system transmits. The light falls on one Visible surface, there is the position of the light on the Area determined to determine the function that to be executed. Depth information cannot be transferred to the system.  

Aus US 4 695 831 ist ein Lichtgriffel entnehmbar, der so ausgeführt ist, daß er Information vom Bildschirm auswerten kann. Dabei soll festgestellt werden können, welche Position der Lichtgriffel auf dem Bildschirm hat. Der Bildschirm weist ein Raster auf, der Lichtgriffel einen Photoempfänger in der Spitze des Lichtgriffels und weiterhin einen Beschleunigungs­ messer, um festzustellen, ob der Lichtgriffel auf dem Bild­ schirm aufgesetzt ist oder nicht. Tiefeninformation kann mit Hilfe dieses Lichtgriffels nicht übertragen werden.From US 4,695,831 a light pen can be removed, the like is carried out that he evaluate information from the screen can. It should be possible to determine which position the light pen on the screen. The screen points a grid on, the light pen a photo receiver in the Tip of the light pen and still an acceleration knife to determine if the light pen in the picture screen is attached or not. Depth information can with With the help of this light pen can not be transferred.

Aus US-PS 4 787 051 ist entnehmbar, daß mit Hilfe einer Maus oder eines Stifts Informationen in ein System eingegeben werden können. Die Maus bzw. der Stift enthält Beschleunigungssensoren, die die Beschleunigung in jeder Richtung erfassen und zum System übertragen.From US-PS 4 787 051 it can be seen that with the help of a mouse or a pen Information can be entered into a system. The Mouse or stylus contains acceleration sensors that measure acceleration capture in any direction and transfer to the system.

Das der Erfindung zugrundeliegende Problem besteht darin, eine Anordnung anzugeben, die zusätzlich zur 2D-Positionsbe­ stimmung eine Tiefeninformation für 3D-Anwendungen bereit­ stellt, und mit der eine direkte intuitive Eingabe von Posi­ tionen und von Informationen in ein System und das Positio­ nieren von Objekten auf der Benutzeroberfläche eines solchen Systems möglich ist. Derartige Systeme können Leitwarten, Stellwerke, Verkehrsleitsysteme, medizinische Geräte sein, die eine Benutzeroberfläche, z. B. einen Bildschirm aufweisen. The problem underlying the invention is to specify an arrangement that in addition to the 2D-Positionbe depth information for 3D applications provides, and with the direct intuitive input of Posi and information in one system and the position kidney of objects on the user interface of such System is possible. Such systems can control rooms, Signal boxes, traffic control systems, medical devices, which has a user interface, e.g. B. have a screen.  

Das Problem wird gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.The problem is solved according to the features of claim 1 solved.

Mit dem Eingabegerät, das eine Lichtquelle enthält und unter Verwendung der Kamera bei der Benutzeroberfläche, kann sowohl die Position des Lichtpunktes des Eingabegerätes festgestellt werden, als auch weitere Informationen zum System übertragen werden, und zwar durch Modulation des Lichtstrahles. Damit ist es möglich, ein Objekt auf der Benutzeroberfläche durch Betätigung des Eingabegerätes bzw. das System zu steuern.With the input device that contains a light source and under Using the camera in the user interface, can both the position of the light point of the input device is determined are transmitted as well as further information to the system by modulating the light beam. In order to it is possible to move an object through the user interface Actuation of the input device or to control the system.

Um dem System nicht nur eine Information in einen zweidimen­ sionalen Raum, sondern auch in einem dreidimensionalen Raum übermitteln zu können, ist im Eingabegerät ein Beschleuni­ gungssensor vorgesehen, der die Beschleunigung des Eingabegerätes axial zur Benutzeroberfläche erfaßt. Diese Information kann wiederum zur Modulation des Lichtstrahles verwendet werden und zum System übertragen werden. Der Be­ schleunigungssensor kann somit zur Eingabe von Tiefeninfor­ mationen in 3D-Anwendungen herangezogen werden, aber auch zur Selektion von Objekten und/oder zur Auslösung von Aktionen durch kurze oder ruckartige Bewegungen.To give the system not just information in two dimensions sional space, but also in a three-dimensional space Being able to transmit is an accelerator in the input device Provided sensor that accelerates the Input device detected axially to the user interface. These Information can in turn be used to modulate the light beam used and transferred to the system. The Be The acceleration sensor can thus be used to enter depth information mations in 3D applications, but also to select objects and / or to trigger Actions through short or jerky movements.

Im Eingabegerät kann weiterhin ein lageabhängiger Schalter vorgesehen werden, um das Eingabegerät einzuschalten. Dieser Schalter kann so realisiert sein, daß er das Eingabegerät in senkrechter Position in einer Halterung oder beim Tragen in einer Tasche des Benutzers ausschaltet.A position-dependent switch can also be located in the input device be provided to turn on the input device. This Switch can be implemented so that he in the input device vertical position in a holder or when carried in turns off a user's pocket.

Zur Energieversorgung der Komponenten im Eingabegerät kann ein Akkumulator verwendet werden. Dann ist es vorteilhaft, den Ladezustand des Akkumulators z. B. über den Lichtstrahl zum System zu übertragen und diesen Ladezustand z. B. auf der Benutzeroberfläche anzuzeigen. To supply power to the components in the input device an accumulator can be used. Then it is advantageous the state of charge of the battery z. B. on the light beam to transfer to the system and this state of charge z. B. on the Display user interface.  

Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn auch das Eingabegerät einen Lichtempfänger für den Empfang von vom System gesen­ deten Lichtsignalen enthält. Dann können Informationen vom System zum Eingabegerät übertragen werden.It is also advantageous if the input device too a light receiver for the reception of the system contains the light signals. Then information from System to be transferred to the input device.

Ein besonderer Vorteil der Anordnung besteht darin, daß kein Kontakt zwischen dem Eingabegerät und dem System erforderlich ist. Damit sind Störungen aus der Umgebung weitgehend ausge­ schlossen. Im übrigen können die Störungen aus der Umgebung mit Hilfe der Bündelung des Lichtstrahles, durch Einstellung des Kamerablickwinkels und durch die Wahl von Lichtfrequenz und Kodierung beeinflußt werden.A particular advantage of the arrangement is that no Contact between the input device and the system is required is. This largely eliminates interference from the environment closed. Otherwise, the interference from the environment with the help of the bundling of the light beam, by adjustment the camera viewing angle and the choice of light frequency and coding can be influenced.

Da durch die Modulation des Lichtstrahles Informationen vom Eingabegerät zum System übertragen werden können, ist es möglich, personenspezifische Daten des berechtigten Benutzers im Eingabegerät zu speichern und bei der Benutzung des Einga­ begerätes zur Identifikation oder Autorisierung der Informa­ tionseingabe heranzuziehen. Diese Autorisierung kann sowohl im System erfolgen, indem dann die vom Eingabegerät in das System übertragene persönliche Kodierung mit einem im System gespeicherten Referenzwert verglichen wird. Sicherheitskri­ tische Anwendungen, z. B. in Kernkraftwerken, lassen sich damit robust gegen Störungen absichern. Gleichzeitig ist aber auch eine flexible Benutzerordnung möglich.Since the modulation of the light beam provides information from Input device can be transferred to the system, it is possible, personal data of the authorized user save in the input device and when using the input device for identification or authorization of the informa input input. This authorization can be both in the system by then moving from the input device into the System transmitted personal coding with one in the system stored reference value is compared. Security crisis table applications, e.g. B. in nuclear power plants secure robustly against interference. But at the same time flexible user regulations are also possible.

Andere Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Other developments of the invention result from the Subclaims.

Anhand von Ausführungsbeispielen, die in den Figuren darge­ stellt sind, wird die Erfindung weiter erläutert. Es zeigen Using exemplary embodiments that Darge in the figures are, the invention is further explained. Show it  

Fig. 1 einen möglichen Aufbau des Eingabegerätes, Fig. 1 shows a possible structure of the input device,

Fig. 2 die Anordnung einer Kamera benachbart zur Benutzer­ oberfläche. Fig. 2 shows the arrangement of a camera adjacent to the user surface.

Nach Fig. 1 weist das Eingabegerät EG zunächst eine Leucht­ diode LD auf, die einen Lichtstrahl erzeugt, der von einer Kamera KA abgetastet wird (Fig. 2). Die Kamera KA kann be­ nachbart zur Benutzeroberfläche BO des Systems angeordnet sein. Mit Hilfe der Kamera KA kann die örtliche Lage des Eingabegerätes EG festgestellt werden und diese Lagen z. B. zur Steuerung des Cursers auf der Benutzeroberfläche BO verwendet werden.According to Fig. 1, the input device EC initially a light-emitting diode LD, which generates a light beam that is scanned by a camera KA (Fig. 2). The camera KA can be arranged adjacent to the user interface BO of the system. With the help of the camera KA, the local position of the input device EG can be determined and these positions z. B. can be used to control the cursor on the user interface BO.

Um den Lichtstrahl, der von der Leuchtdiode LD erzeugt wird, modulieren zu können, kann weiterhin im Eingabegerät EG ein Lichtsteuermodul LM vorgesehen werden. Mit diesem Modul ist es möglich, den Lichtstrahl mit Informationen zu versehen, die z. B. zur Steuerung des Systems, dem die Information zugeführt wird, verwendet werden kann. Um sowohl die Leucht­ diode LD und das Lichtsteuermodul LM mit Strom zu versorgen, kann eine Batterie BA im Eingabegerät EG angeordnet sein. Die Batterie BA kann ein Akkumulator sein, der wiederaufladbar ist. Dann kann es zweckmäßig sein, im Eingabegerät ein induk­ tives Ladegerät LG vorzusehen, mit dem die Batterie BA aufge­ laden werden kann.Around the light beam, which is generated by the light emitting diode LD, To be able to modulate can continue in the input device EG Light control module LM can be provided. With this module is it is possible to provide the light beam with information the z. B. to control the system that the information supplied, can be used. To both the luminous to supply diode LD and the light control module LM with current, A battery BA can be arranged in the input device EG. The Battery BA can be an accumulator that is rechargeable is. Then it can be useful to have an induc in the input device tives charger LG to provide the battery BA up can be loaded.

Die bisherige Ausführung des Eingabegerätes EG ermöglichte nur, daß die Position des Eingabegerätes EG im zweidimensio­ nalen Raum mit Hilfe der Kamera KA erfaßbar war. Um auch eine Tiefeninformation axial zur Benutzeroberfläche BO erfassen zu können, ist im Eingabegerät EG ein Beschleunigungssensor BM vorgesehen, mit dem die Bewegung des Eingabegerätes EG senkrecht zur Benutzeroberfläche BO gemessen wird. Die ent­ sprechende Beschleunigungsinformation kann zur Modulation des Lichtstrahles verwendet werden und zum System übertragen werden. The previous design of the input device EG enabled only that the position of the input device EG in two dimensions nalen room was detectable with the help of the camera KA. To be one too Capture depth information axially to the user interface BO can, is an acceleration sensor BM in the input device EG provided with which the movement of the input device EG is measured perpendicular to the user interface BO. The ent speaking acceleration information can be used to modulate the Light beam can be used and transmitted to the system become.  

Zum Ein- bzw. Ausschalten des Eingabegerätes EG kann im Gerät ein lageempfindlicher Schalter KT eingesetzt werden. Dieser Schalter KT kann so ausgeführt sein, daß das Eingabegerät EG automatisch ausgeschaltet wird, wenn das Eingabegerät in senkrechter Stellung ist oder z. B. von seinem Benutzer getra­ gen wird. Dazu ist es zweckmäßig, daß Eingabegerät stiftartig auszuführen.To switch the input device EG on or off, you can use the device a position sensitive switch KT can be used. This Switch KT can be designed so that the input device EG automatically turns off when the input device is in is vertical position or z. B. getra from its user will. For this purpose, it is expedient that the input device is pen-like to execute.

Eine derartig ausgeführte Anordnung mit dem Eingabegerät EG und der Kamera KA ermöglicht es somit, sowohl die Position des Eingabegerätes festzustellen als auch Informationen mit dem Lichtstrahl zum System zu übertragen. Mit diesen Informa­ tionen kann z. B. das System gesteuert werden. Unter Verwen­ dung des Beschleunigungssensors kann nicht nur eine Bewegung senkrecht zur Oberfläche erfaßt werden, dieser Beschleuni­ gungssensor kann auch dazu verwendet werden, um Aktionen des Benutzers, wie z. B. Selektion von Objekten oder Zustandswech­ sel des Programs, an die Kamera zu melden.Such an arrangement with the input device EG and the camera KA thus enables both the position determine the input device as well as information with to transmit the light beam to the system. With this information tions z. B. the system can be controlled. Under use The acceleration sensor can not only move perpendicular to the surface, this acceleration sensor can also be used to monitor the actions of the User, such as B. Selection of objects or change of state program to report to the camera.

Weiterhin kann das Eingabegerät mindestens einen mechanischen Selektionsschalter enthalten, der zur Auslösung von Aktionen des Systems verwendet wird, z. B. durch schnelle axiale Bewe­ gung des Eingabegerätes.Furthermore, the input device can have at least one mechanical Selection switch included to trigger actions the system is used, e.g. B. by fast axial movement input device.

Der Ladezustand des Akkumulators BA kann nicht nur über den Lichtstrahl zum System gemeldet werden, es ist auch vorstell­ bar, daß der Ladezustand, wenn er einen bestimmten Schwell­ wert unterschreitet, mit Hilfe eines akustischen Signales gemeldet wird.The state of charge of the accumulator BA can not only be determined by the Beam of light to be reported to the system, it is also imaginable bar that the state of charge when it reaches a certain threshold value falls below, with the help of an acoustic signal is reported.

Selbstverständlich kann das Eingabegerät EG auch Sensorschal­ ter zur Steuerung von Funktionen des Systems enthalten, z. B. zur Justierung des Nullpunktes für die Eingabe der Geräteko­ ordinaten in die Benutzeroberfläche. Mit Hilfe weiterer Leuchtdioden ist es möglich, weitere Signale zum System zu übermitteln. Wenn im Eingabegerät EG ein Lichtempfänger angeordnet wird, dann können auch Informationen vom System über Licht empfangen werden.Of course, the input device EG can also be a sensor scarf ter to control functions of the system included, for. B. for adjusting the zero point for entering the device co ordinates in the user interface. With the help of others LEDs allow additional signals to be sent to the system to transfer. If in the input device EG a light receiver then information from the system can also be arranged be received via light.

Claims (10)

1. Anordnung zur Bestimmung einer räumlichen Position und zur Eingabe von Steuerinformationen in ein System mit graphischer Benutzeroberfläche,
  • - bei der ein vom Benutzer betätigbares Eingabegerät (EG) mit einer Lichtquelle vorgesehen ist, die einen Lichtstrahl erzeugt,
  • - bei der mindestens eine Kamera (KA) vorgesehen ist, die den Lichtstrahl empfängt und daraus die zweidimensionale Position des Eingabegerätes (EG) parallel zur Benutzeroberfläche (BO) erfaßt,
  • - bei der im Eingabegerät (EG) ein Beschleunigungssensor (BM) vorgesehen ist, der zur Eingabe von Tiefeninformation axial zur Benutzeroberfläche (BO) gerichtete Beschleunigungen erfaßt,
  • - bei der das Eingabegerät (EG) zur Eingabe zusätzlicher Informationen zur Steuerung des Systems ausgelegt ist, welche zusammen mit der Beschleunigungsinformation durch den Licht­ strahl zum System übertragen, mittels der Kamera (KA) erfaßt und vom System wiedergewonnen werden.
1. arrangement for determining a spatial position and for entering control information into a system with a graphical user interface,
  • a user-operated input device (EG) is provided with a light source that generates a light beam,
  • at least one camera (KA) is provided, which receives the light beam and uses it to detect the two-dimensional position of the input device (EG) parallel to the user interface (BO),
  • an acceleration sensor (BM) is provided in the input device (EG), which detects accelerations directed axially to the user interface (BO) for entering depth information,
  • - In which the input device (EG) is designed to enter additional information for controlling the system, which is transmitted together with the acceleration information by the light beam to the system, detected by the camera (KA) and recovered by the system.
2. Anordnung nach Anspruch 1, bei der die Kamera benachbart zur Benutzeroberfläche (BO) angeordnet ist.2. Arrangement according to claim 1, where the camera is adjacent to the user interface (BO) is arranged. 3. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der im Eingabegerät (EG) ein lageabhängiger Schalter (KT) zum Ein/Ausschalten des Eingabegerätes vorgesehen ist.3. Arrangement according to one of the preceding claims, where in the input device (EG) a position-dependent switch (KT) is provided for switching the input device on / off. 4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der zur Energieversorgung im Eingabegerät ein Akkumulator vorgesehen ist.4. Arrangement according to one of the preceding claims, an accumulator for the energy supply in the input device is provided. 5. Anordnung nach Anspruch 4, bei der der Ladezustand des Akkumulators zum System übertragen wird und auf der Benutzer­ oberfläche angezeigt wird. 5. Arrangement according to claim 4, wherein the state of charge of Accumulator is transferred to the system and on the user surface is displayed.   6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der im Eingabegerät ein Lichtempfänger für den Empfang von vom System gesendeten Lichtsignalen vorgesehen ist.6. Arrangement according to one of the preceding claims, in which in the input device a light receiver for reception provided by light signals sent by the system. 7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der im Eingabegerät mindestens ein Sensorschalter zur Übermittlung von Steuerungsinformationen an das System vorge­ sehen ist.7. Arrangement according to one of the preceding claims, at least one sensor switch in the input device Pre-transmission of control information to the system see is. 8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der Mittel vorgesehen sind, die dem Lichtstrahl eine persönliche Kodierung des Benutzers aufprägen, die zur Iden­ tifizierung und Berechtigung des Benutzers des Eingabegerätes verwendet wird.8. Arrangement according to one of the preceding claims, in which means are provided that provide a light beam Imprint personal coding of the user that leads to iden tification and authorization of the user of the input device is used. 9. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der durch kurze oder ruckartige Bewegungen des Eingabege­ rätes Objekte auswählbar oder Aktionen auslösbar sind.9. Arrangement according to one of the preceding claims, in the case of short or jerky movements of the input advisable objects can be selected or actions can be triggered. 10. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Eingabegerät stiftartig ausgeführt ist.10. Arrangement according to one of the preceding claims, in which the input device is designed like a pen.
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