Die Erfindung betrifft eine Computeranlage und ein Steuerungsver ^¬ fahren dafür. Die erfindungsgemäße Computeranlage weist eine Da ^¬ tenverarbeitungseinheit, eine lichtempfindliche positionssensiti ^¬ ve Eingabefläche und ein bewegliches Eingabegerät auf.

In den Schriften CN 201369026 Y, DE 101 92 575 Tl, DE 10 2006 053 239 AI, EP 1 775 656 AI, JP 200410528 A, KR 2004 0066 986 A und US 2005 1345 55 AI werden Eingabegeräte für Datenverarbeitungsanlagen vorgeschlagen, in welchen Laserpointer und als Positionsän- derungssensoren Inertialsensoren in einem Gehäuse enthalten sind. Die Inertialsensoren dienen zur Verschiebung einer Arbeitsmarkierung auf einer Anzeigefläche. Der Laserpointer dient nicht als Eingabegerät, sondern dazu, bei einer Präsentation die Aufmerksamkeit des Publikums auf einen bestimmten Flächenbereich der Anzeigefläche zu lenken. Indem Positionsänderungssensoren und Laserpointer in einem Gerät vereinigt sind, erspart sich die prä ^¬ sentierende Person das Hantieren mit einem zweiten Gerät. Indem die Positionsänderungssensoren Inertialsensoren sind, d.h. "unmittelbar" Translations- oder Rotationsbeschleunigungen messen, braucht man nicht wie bei einer Computermaus eine Oberfläche an der man das Eingabegerät entlang bewegen muss.

In der EP 1050015 Bl ist ein gängiges Prinzip für eine sogenannte "optische Computermaus" beschrieben. Das Eingabegerät wird an ei ^¬ ner Oberfläche gleitend geführt bewegt. Es beleuchtet einen klei ^¬ nen Flächenbereich der Oberfläche, nimmt Bilder des beleuchteten Flächenbereichs auf und errechnet an Hand der Verschiebung von zeitlich nacheinander aufgenommenen, als gleich erkannten Bildelementen, die stattgefundene Positionsverschiebung. Das Gerät ist gut dazu geeignet von einem Punkt aus die relative Ver ^¬ schiebung des Eingabegerätes an einer Fläche zu messen. Wenn das Gehäuse in der Gestalt eines Schreibstiftes ausgeführt wird, kön ^¬ nen damit auch die Bewegungen welche beim Schreiben in Hand- schrift erforderlich sind, gut ausgeführt werden und damit Hand ^¬ schrift schon während des Schreibvorganges erfasst werden.

Die WO 2007046604 AI zeigt ein Eingabegerät, welches etwa die Form eines Schreibstiftes aufweist. Es enthält mehrere voneinan ^¬ der unabhängige Sensoreinrichtungen für die Messung einer Positionsveränderung. Eine Sensoreinrichtung basiert auf dem Prinzip der "optischen Computermaus" (wie oben besprochen) , weitere Sensoreinrichtungen sind Inertialsensoren . Dadurch ist das Eingabegerät auch dann funktionstüchtig, wenn es von einer Oberfläche abgehoben ist. Durch einen Berührungssensor wird erfasst ob das Gerät an einer Oberfläche anliegt oder nicht. Wenn es an der Oberfläche anliegt wird automatisch auf den Betriebszustand "op ^¬ tischen Computermaus" gestellt, wobei man insbesondere Hand ^¬ schrift oder Handzeichnungen sehr gut schon während des Entstehens einlesen kann.

Die WO 2010006348 AI und die WO 2010118450 AI zeigen eine Computeranlage, welche durch eine lichtempfindliche positionssensitive Eingabefläche zu steuern ist. Die Eingabefläche ist ein flächiger Lichtwellenleiter und das bewegliche Eingabegerät ist ein Zeige ^¬ gerät, welches einen Lichtstrahl aussendet. Das von dem Zeigege ^¬ rät auf der Eingabefläche auftreffende Licht ruft durch Lumines ^¬ zenz langwelligeres Licht in der Wellenleitermode hervor, dessen Intensität mit der Entfernung zum Auftreffpunkt des verursachen ^¬ den Lichtes abnimmt. An mehreren Stellen an der Eingabefläche sind kleinflächige fotoelektrische Sensoren angebracht, an wel ^¬ chen elektrische Signale generiert werden, deren Signalstärke von der lokalen Intensität des Lichtes in der Wellenleitermode abhän ^¬ gig ist und von welchen auf den Auftreffpunkt des verursachenden Lichtes rückgeschlossen wird. Indem die Eingabefläche auch Ausga ^¬ befläche für durch die Datenverarbeitungseinheit ausgegebene Bil ^¬ dinformation sein kann, kann durch das Zeigegerät die absolute Position einer Bearbeitungsmarkierung (eines "Cursors") auch aus der Entfernung gut festgelegt werden. Kleine Bewegungen der Bear- beitungsmarkierung, wie sie beispielsweise dann auftreten, wenn mit Hilfe des Zeigegerätes, welches die Form eines Schreibstiftes haben kann, an der Eingabefläche "handgeschrieben" wird, sind aber nur dann gut messtechnisch erfassbar, wenn die Eingabefläche eine sehr hohe Positionsauflösung ermöglicht. Insbesondere bei Eingabeflächen die ausreichend groß sind um auch als Ausgabeflä ^¬ che der Datenverarbeitungseinheit für die Präsentation vor einem größeren Auditorium zu dienen, ist das störend aufwendig. Bewe ^¬ gungen des Eingabegerätes bei denen der von diesem ausgesandte Lichtstrahl nicht auf die Eingabefläche zeigt, sind für die Da ^¬ tenverarbeitungseinheit nicht feststellbar.

Die EP 1832966 A2 beschreibt das Steuern einer Datenverarbei ^¬ tungseinheit mit Hilfe eines frei beweglichen Zeigegerätes. Zwei "punktuelle" Infrarot-Lichtquellen sind in definierter Position am Rand einer Anzeigefläche für die Datenverarbeitungseinheit an ^¬ gebracht. Das Zeigegerät weist eine für diese Lichtquellen emp ^¬ findliche Kamera auf. Aus der Position des Abbildes der Licht ^¬ punkte durch die Kamera wird auf die Position der Kamera und da ^¬ mit des Zeigegerätes rückgeschlossen. Zusätzlich zu der Kamera weist das Zeigegerät noch Inertialsensoren (= Sensoren für rotatorische und/oder für translatorische Beschleunigungen) auf, durch welche unabhängig von der absoluten Position des Zeigegerätes dessen Positionsänderungen detektierbar und an die Datenverarbeitungsanlage mitteilbar sind. Dadurch ist das Zeigegerät auch dann anwendbar, wenn seine Kamera von den Infrarotlichtpunkten abgewendet ist. Die so ausgestattete Computeranlage wird gern für Spiele verwendet, bei denen interaktiv sportliche Aktivitäten si ^¬ muliert werden, wobei die Spieler das Zeigegerät wie ein Sportge ^¬ rät, beispielsweise wie einen Tennisschläger bewegen. Für viele typische nicht-spielerische Computeranwendungen ist die Steue ^¬ rungsmethode zu grob und zu störungsanfällig. Gute Funktionstüch ^¬ tigkeit ist nur gegeben wenn sich das Zeigegerät in einem relativ engen Abstandsbereich nicht zu nah und nicht zu weit weg bezüg ^¬ lich der Anzeigefläche befindet. Der Erfinder hat sich die Aufgabe gestellt, eine Computeranlage, welche wie ene entsprechend der EP 1832966 A2 eine Datenverar ^¬ beitungseinheit, eine für Präsentationen vor Publikum ausreichend große Ausgabefläche und ein bewegliches Eingabegerät umfasst, von welchem Daten bezüglich seiner absoluten Position und Daten von seinen Positionsänderungen zur Steuerung der Datenverarbeitungseinheit herangezogen werden, dahingehend zu verbessern, dass die Störanfälligkeit verringert wird und dass der Abstandsbereich in welchem sich das Eingabegerät befinden muss, um gut funktions ^¬ tüchtig zu sein, vergrößert wird.

Für das Lösen der Aufgabe wird als erste Maßnahme vorgeschlagen, die Computeranlage mit Merkmalen, welche aus der oben beschriebe ^¬ nen WO2010006348 AI bekannt sind, auszustatten, nämlich ein Proektionsdisplay vorzusehen, welches auch positionsempfindliche optische Eingabefläche ist, und zusätzlich ein frei bewegliches Eingabegerät zu verwenden, welches einen sichtbaren Lichtstrahl (auch "Zeigestrahl" genannt) aussendet, von welchem - sofern gegeben - die Koordinaten des Auftreffpunktes auf der Eingabefläche durch diese detektierbar und an die Datenverarbeitungseinheit übermittelbar sind.

Als weitere zwingend erforderliche Maßnahme wird vorgeschlagen, das Eingabegerät noch mit einem oder mehreren Positionsänderungs- sensoren auszustatten, welche unabhängig von der Lage bezüglich der Eingabefläche Positionsänderungen des Eingabegerätes erfassen und über eine Datenverbindung an die Datenverarbeitungseinheit übermitteln .

Indem die Eingabefläche als lichtempfindlicher Positionsdetektor ausgebildet ist, ist an ihr die Position einer Eingabemarkierung unmittelbar festlegbar und detektierbar, ohne dass die Eingabemarkierung wie bei einer Computermaus erst von einem Anzeigenrand her passend ausgerichtet werden muss.

Indem das Eingabegerät Positionsänderungssensoren aufweist, sind Positionsänderungen, bei denen das Eingabegerät gar nicht auf die Eingabefläche zeigt und/oder Positionsänderungen, welche für das Positionsauflösungsvermögen der sensitiven Eingabefläche zu fein sind, auch gut erfassbar.

Das Prinzip der Steuerung über die Eingabefläche mit Hilfe eines Lichtzeigers ist jedenfalls bis zu solch hohen Entfernungen zwi ^¬ schen Zeigegerät und Eingabefläche störungsfrei durchführbar wie auch auf der Eingabefläche - welche ja gleichzeitig Displayfläche für die Datenverarbeitungsanlage ist - angezeigte Details wie Buttons etc. für das Auge erkennbar sind.

In der am meisten bevorzugten Aus führungs form ist ein Positions- änderungssensor des Eingabegerätes ein optischer Sensor für Positionsänderungen gegenüber einer Fläche an welcher das Eingabegerät entlang gleitet. (Das diesbezügliche Sensorprinzip ist bei ^¬ spielsweise in der eingangs erwähnten EP 1050015 Bl beschrieben.)

Dazu weist das Eingabegerät bevorzugt die Form eines Stiftes auf, wobei der optische Sensor für Positionsänderungen gegenüber einer Fläche an welcher das Eingabegerät entlang gleitet an einer Spit ^¬ ze des Stiftes angeordnet ist. Damit kann das Eingabegerät wie ein Schreibstift an einer Fläche geführt werden und es sind Hand ^¬ zeichnungen und Handschriften schon während des Aufbringens auf die Eingabefläche (oder auch auf irgendeine andere Oberfläche) unabhängig von der Positionsauflösungsfähigkeit der Eingabefläche gut in die Datenverarbeitungseinheit einlesbar.

Wenn mit dem optischen Sensor für Positionsänderungen gegenüber einer Fläche an welcher das Eingabegerät entlang gleitet auf der als lichtempfindlicher Positionsdetektor ausgebildeten Eingabefläche gearbeitet wird, ergibt sich aus der Kombination der bei ^¬ den Positionsdetektionsmethoden ein besonderer Vorteil. Der optische Sensor für Positionsänderungen, welcher im Eingabegerät angeordnet ist, kann zwar sehr feine Bewegungen verfolgen, hat aber keine Möglichkeit, die absolute Position des Interaktionspunkts auf der Eingabefläche zu erkennen. Dies geschieht mit Hilfe des Lichtzeigers des Eingabegerätes im Zusammenwirken mit der dafür positionsempfindlichen Eingabefläche. So können zu den relativen Bewegungskoordinaten des Positionsänderungssensors für das Einga ^¬ begerät die absoluten Positionskoordinaten des Eingabegerätes an der Eingabefläche hinzugerechnet werden.

Damit können erstmals sowohl die Position der Eingabemarkierung mit sehr hoher absoluter Positionsgenauigkeit bestimmt, als auch gleichzeitig feine und rasche Bewegungen der Eingabemarkierungen detailgenau und rasch detektiert werden. Dieser Vorteil wird mit relativ geringem Anlagenaufwand erreicht und ist durchaus auch bei sehr großen Eingabeflächen gegeben.

In einer weiteren vorteilhaften Aus führungs form ist das Eingabegerät mit einem oder mehreren Inertialsensoren, also Sensoren welche lineare oder rotatorische Beschleunigung messen, ausge ^¬ stattet. Damit sind unabhängig davon, ob der vom Eingabegerät ausgesandte Zeigestrahl auf die Eingabefläche trifft, oder ob das Eingabegerät an einer Fläche anliegt (was erforderlich ist, damit ein gegebenenfalls vorhandener optischer Sensor für Positionsänderungen gegenüber einer Fläche, an welcher das Eingabegerät entlang gleitet, wirken kann) , Informationen in die Datenverarbeitungseinheit eingebbar.

Auch hierbei ergibt sich aus der Kombination der Sensoren, welche Bewegungsänderungen des Eingabegerätes messen mit enem Sensorprinzip, welches von der tatsächlichen Position des Eingabegerätes zumindest misst, auf welchen Punkt der Eingabefläche es ausgerichtet ist, ein sehr vorteilhafter Effekt. Die Iner ^¬ tialsensoren für sich allein haben keine Referenz, das heißt, durch die Inertialsensoren für sich allein könnte nicht festgelegt werden, auf welchen Punkt tatsächlich mit dem Eingabegerät gezeigt wird, sondern es können nur relative Bewegungen erfasst werden. Sobald aber der Lichtzeiger auf die Eingabefläche zeigt, kann diese Referenz genommen werden. Werden mehrere beabstandete Referenzpunkte ermittelt - was leicht geschehen kann, wenn der Lichtfleck des Lichtzeigers mehrmals auf die die Eingabefläche trifft oder ohne Unterbrechung über diese bewegt wird - kann zu- sammen mit der währenddessen durch die Inertialsensoren ermittelten Winkeländerung die absolute Position und Ausrichtung des Eingabegeräts relativ zur Eingabefläche ermittelt werden. Dies er ^¬ möglicht eine Vielzahl neuer und intuitiver Eingabemöglichkeiten für den Benutzer des kombinierten Eingabegeräts.

Sofern das Eingabegerät an Sensoren für Positionsänderungen sowohl einen optischen Sensor für Positionsänderungen gegenüber einer Fläche an welcher das Eingabegerät entlang gleitet und einen Inertialsensor enthält, vereinigt es folgende Funktionen in einem Gehäuse :

• Zeigegerät, das dazu dient um die Aufmerksam von Publikum auf einen bestimmten Bereich einer Präsentationsfläche zu lenken.

• Zeigegerät, welches dazu dient eine Positionsmarkierung der Datenverarbeitungseinheit auf einen bestimmten Bereich der Eingabefläche zu setzen. Bevorzugt ist die Eingabefläche dabei gleichzeitig Ausgabefläche der Datenverarbeitungseinheit und damit auch Präsentationsfläche.

• Schreib- und Zeichengerät für in die Datenverarbeitungseinheit einzugebende Handschrift bzw. Handzeichnungen. "Schreibunterlage" kann dabei sowohl die als optischer Positionsdetektor ausgebildete Eingabefläche sein, als auch andere Oberflächen wie beispielsweise normale Möbeloberflächen.

• Bewegungssensor für "freie" Bewegungen um damit die Dynamik von größeren, von der Eingabefläche unabhängigen Bewegungen zu erfassen. Damit ist beispielsweise bei Sportsimulationen die Bewegung eines in der Simulation durch das Eingabegerät repräsentierten Sportgerätes gut erfassbar. Ebenso sind damit auch Bewegungen eines ferngesteuerten Roboterarms im Raum gut steuerbar .

Die Erfindung wird an Hand einer Skizze verdeutlicht:

Fig. 1: zeigt die wesentlichen Geräte einer erfindungsgemäßen Computeranlage. Datenverbindungen die bevorzugt durch eine drahtlose Verbindung realisiert werden, sind in strichlier- ten Linien dargestellt.

Die in Fig. 1 dargestellte Computeranlage weist eine Datenverar ^¬ beitungseinheit 1 auf, welche über einen Projektor 2 Bildinforma ^¬ tion an eine Pro ektionsfläche ausgibt. Für das Steuern der Anla ^¬ ge werden ein Eingabegerät 3 und eine lichtempfindliche positi ^¬ onssensitive Eingabefläche 4 verwendet, welche bevorzugt als Schicht der Projektionsfläche angeordnet ist.

In einer von mehreren möglichen Funktionsweisen sendet das Eingabegerät 3 einen Lichtstrahl auf die Eingabefläche 4. Der dadurch an der Eingabefläche 4 hervorgerufene Lichtfleck verursacht ein oder mehrere Ausgangssignale der Eingabefläche durch welche die Koordinaten des Lichtflecks an der Eingabefläche an die Datenver ^¬ arbeitungseinheit 1 mitgeteilt werden. Durch die Datenverarbei ^¬ tungseinheit kann dem Auftreffort des durch den Lichtstrahl vom Eingabegerät hervorgerufenen Lichtflecks an der Eingabefläche 4 eine Bearbeitungsmarkierung (=Cursorposition) zugeordnet werden.

Bevorzugt ist die Eingabefläche 4 durch einen Schichtaufbau aus organischem Material gebildet, welcher in Abhängigkeit von absor ^¬ biertem Licht elektrische Signale generiert und mit einer Mehr ^¬ zahl von Abgreifpunkten für die erzeugten Signale ausgestattet ist, wobei die Größe der Signale an den einzelnen Abgreifpunkten von deren Entfernung zu den Teilflächen abhängig ist an welchen das Licht absorbiert wird und wobei aus den Größenverhältnissen zwischen den Signalen an mehrere Abgreifpunkten die Entfernungsverhältnisse der jeweiligen Abgreifpunkte zu jenen Teilflächen, an welchen das Licht absorbiert wird, errechenbar ist. Eingabe ^¬ flächen dieser Art sind inzwischen bekannter Stand der Technik. Besonders vorteilhaft an ihnen ist, dass sie auch als Schicht vor oder unmittelbar hinter einer Projektionsleinwand anwendbar sind, da sie weitgehend farbneutral ausführbar sind und insbesondere in großflächiger Ausführung vergleichsweise sehr kostengünstig sind. Eine andere vorteilhafte Ausführung der Detektorfläche ist als ein Rahmen um eine Anzeigefläche, wobei dem Eingabegerät hierbei eine Optik vorgeschaltet ist, welche das Licht des Eingabegeräts in Form eines divergierenden Kreuzes auf die Eingabefläche proji ^¬ ziert. An den Schnittpunkten des projizierten Lichtkreuzes mit der rahmenförmigen Detektorfläche wird ein Signal erzeugt. Solan ^¬ ge mindestens 3 Schnittpunkte erkannt werden, kann von der Posi ^¬ tion der Schnittpunkte auf die Zeigerichtung des Eingabegeräts zurückgeschlossen werden. Dieser Rahmen kann um jede Form der Anzeigefläche montiert werden, ohne deren Bildwiedergabe zu beein ^¬ trächtigen .

Besonders bevorzugt ist eine derartige Eingabefläche als Lumines ^¬ zenzwellenleiter ausgebildet wobei die Abgreifpunkte kleinflächi ^¬ ge fotoelektrische Elemente sind, die Licht aus der Wellenleiter ^¬ mode im Lumineszenzwellenleiter auskoppeln und ein elektrisches Signal generieren, dessen Stärke von der Intensität des ausgekop ^¬ pelten Lichtes abhängig ist. Dieses Funktionsprinzip ist besonders gut mit rascher Reaktionsfähigkeit und mit geringer Stö ^¬ rungsanfälligkeit gegen Fremdlicht ausbildbar.

In einer weiteren Funktionsweise, welche parallel und gegenseitig ergänzend mit der vorher beschriebenen Funktionsweise ablaufen kann, sendet das Eingabegerät 3 an die Datenverarbeitungseinheit 1 Informationen über seinen Bewegungszustand, welcher durch Iner- tialsensoren, also lineare oder rotatorische Beschleunigungs ^¬ sensoren die im Eingabegerät 3 eingebaut sind, festgestellt wird. So kann z.B. einer Schwenkbewegung des Eingabegeräts um den von ihm ausgesandten Lichtstrahl als Achse durch das in der Datenverarbeitungseinheit laufende Programm eine Funktion, wie beispiels ^¬ weise "Auswahl bestätigen" zugeordnet sein. Ebenso kann durch ein Programm einer Bahn- und Schwenkbewegung des Eingabegeräts 3 eine gleiche Bewegung eines Sportgeräts, eines Werkzeugs oder eines Roboterarms zugeordnet werden.

In einer dritten wesentlichen Funktionsweise liegt das Eingabege ^¬ rät 3 an einer stillstehenden Fläche auf und funktioniert an die- ser gemäß dem oben an Hand des Stand der Technik beschriebenen Funktionsprinzip einer optischen Maus, welche die Daten über ihre Positionsänderungen gegenüber der stillstehenden Fläche an die Datenverarbeitungseinheit 1 sendet. Wenn die betreffende Fläche auch die Pro ektionsfläche ist, an welche die Datenverarbeitungs ^¬ einheit 1 über einen Projektor 2 Ausgabeinformation projiziert und wenn dazu das Eingabegerät 3 stiftförmig ausgebildet ist und sein Sensorbereich für Relativbewegung gegen die stillstehende Fläche an der Stiftspitze angeordnet ist, kann der Bewegung der Stiftspitze an der Projektionsfläche durch die Datenverarbei ^¬ tungseinheit 1 der Verlauf einer Linie zugeordnet werden, und diese als Handschrift oder Handzeichnung eingelesen und über den Projektor 2 auch wieder sichtbar ausgegeben werden obwohl das Eingabegerät selbst keine Farbe abzugeben braucht.

In der wohl vorteilhaftesten Betriebsweise der Computeranlage ist die Projektionsfläche gleichzeitig die Eingabefläche 4. Für das Schreiben mit dem Eingabegerät 3 an der Eingabefläche 4 wird die die absolute Position des Eingabegeräts 3 bezüglich der Eingabe ^¬ fläche durch die Sensorfunktion der Eingabefläche festgestellt. Die feinen raschen Bewegungen des Eingabegeräts beim Schreiben werden hingegen durch die Funktion "optische Maus" des Eingabege ^¬ räts 3 selbst festgestellt und unter Umgehung der Sensorfunktion der Eingabefläche an die Datenverarbeitungseinheit 1 gesendet.

Vorteilhafterweise wird während der Eingabe in regelmäßigen Ab ^¬ ständen die durch die Eingabefläche bestimmte Absolutposition mit der durch die relativen Bewegungskoordinaten ermittelten Position, an der die Eingabemarke gesetzt wird, abgeglichen und die durch die relativen Bewegungskoordinaten ermittelte Position der durch die Eingabefläche bestimmten Position mit Hilfe von mathe ^¬ matischen Interpolationsverfahren angeglichen. Somit bleibt die Eingabemarke auch bei langen, durchgehenden Eingabevorgängen immer in der Nähe der Spitze des Eingabegerätes.