Eingabeeinrichtung, insbesondere Computermaus

Die Erfindung bezieht sich auf eine Eingabeeinrichtung für ein EDV-System. Insbesondere richtet sich die Erfindung hierbei auf ein Eingabegerät in Form einer Computermaus die als solche die Abwicklung von Eingabevorgängen bei der Anwendung eines Computers, insbesondere bei CAD-Anwendungen, bei Text- und Bildverarbeitungsanwendungen, bei Programmierungsarbeiten, bei Kalkulationsanwendungen, der Internetnavigation, sowie bei Spielen ermöglicht.

Derartige, als Computermaus bezeichnete Eingabegeräte ermöglichen üblicherweise die Generierung von X/Y Steuerdaten durch die entsprechende Bewegung der Maus auf, oder gegenüber einer Unterlage. Diese Computermäuse sind weiterhin mit einer Tasteneinrichtung ausgestattet durch welche Selektionsoperationen durchgeführt werden können. Weiterhin sind Computermäuse häufig auch mit einem Scroll- Rädchen ausgestattet durch welches ebenfalls Eingabesignale generiert werden können.

Bei der Verwendung von Mäusen als Eingabevorrichtungen besteht das Problem, dass bei üblichen Skalierungseinstellungen ein relativ großer Bewegungsplatz auf einer Unterlage vorhanden sein muss. Bei großen „übersetzungsverhältnissen" besteht das Problem, dass eine präzise Positionierung eines Cursors ein erhebliches Maß an feinmotorischer Koordination erfordert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Lösungen zu schaffen durch welche es möglich wird, mausbasierte Eingabeoperationen bei der Anwendung von EDV- Geräten erheblich zu erleichtern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Computermaus mit einer Gehäuseeinrichtung und einer Verlagerungserfassungseinrichtung zur Generierung von Steuerdaten die als solche mit der Verlagerung der Gehäuseeinrichtung in eine X- und eine Y- Achsrichtung korrelieren, und einer Handerfassungseinrichtung zur Generierung von Steuerdaten die als solche mit der Position und/oder den Fingergesten einer Hand gegenüber der Gehäuseeinrichtung korrelieren bevor die Computermaus ergriffen oder berührt wird.

Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, auf intuitiv gut beherrschbare Weise Eingabeoperation mit einer Computermaus, insbesondere Cursorsteuerungen in noch weiter verbessertem Maße abzuwickeln.

Durch das erfindungsgemäße Konzept kann der Maus auch die Funktion eines „virtuellen" Joysticks verliehen werden

Gemäß einem besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das EDV-System derart konfiguriert, dass bei Nutzung der Touchless-Funktion dem Anwender in einem kleinen Displayfenster, z.B. in der rechten unteren Ecke angezeigt wird welche Interpretations- oder Auswertungsschemata momentan für die Umsetzung der Positionserfassung, oder Gesteninterpretation verwendet werden, oder wohin ein Cursor momentan in etwa vorpositioniert wird.

In einem ersten Abstandshöhenniveau von beispielsweise 11 cm gegenüber einer Mausauflagefläche können beispielsweise Bewegungen der Hand des Anwenders in X- und Y- Richtung aufgelöst, sowie bestimmte Gesten erkannt werden. Bei Unterschreiten dieses vorzugsweise anwenderindividuell einstellbaren Höhenkriteriums, oder bei Berührung der Maus wird die gestenspezifisch veranlasste Einstellung eingefroren und erst bei Führung der Maus und physischer Verlagerung derselben eine weitere Generierung von verlagerungskorellierten Steuerdaten vorgenommen.

über die berührungslose Gesteneingabe können bestimmte Basisfunktionen ausgewählt werden die dann nach Berührung der Maus und durch Verlagerung derselben entsprechend den verlagerungskorellierten Steuerdaten ausgeführt werden. So kann

beispielsweise gestenbasiert aus einem Symbolfeld ein virtueller Radiergummi, ein Schrifttyp oder ein Zeichenwerkzeug gewählt werden. Im Nachgang hierzu wird das Werkzeug oder das Formatkonzept entsprechend den verlagerungskorellierten Steuerdaten angewendet.

Es ist damit insbesondere möglich gesten- und handbewegungsbasiert Menuebefeh- Ie aus einem durch Annäherung der Hand an die Maus aktivierten Fenster aufzurufen und mit diesen Selektionen nachfolgend zu arbeiten. Bei einem bestimmten Näherungszustand kann beispielsweise bei einem Textverarbeitungsprogramm ein Zugriff auf eine obere Symbolleiste und deren Pulldown-Menues erfolgen Bei Berührung der Maus ist das gewählte Formatierungswerkzeug für den Cursor aktiv.

Anhand der Erkennung von Gesten oder Handbewegungen können auch vorab X/Y- Cursorsteuerdaten generiert werden die unmittelbar umgesetzt werden können um zunächst eine Grobnavigation im gesamten Bildbereich vorzunehmen. Nach Aufgriff der Maus erfolgt vom zuletzt festgelegten Punkt aus eine Feinnavigation in herkömmlicher Weise.

Ansonsten können die durch die erfindungsgemäße Computermaus durch Erfassung der X-, Y-, und vorzugsweise auch der Z-Informationen zur Relativposition der Hand des Anwenders gegenüber der Maus gewonnenen Signale in verschiedenster softwaretechnisch abgestimmter Weise zur Abstimmung von Eingabevorgängen herangezogen werden.

Die Benutzeroberfläche kann dabei insbesondere so gestaltet sein, dass über eine Querbewegung der Eingabehand verschiedene, in der Benutzeroberfläche visuali- sierte Buttons oder Felder selektiert werden können. Die Benutzeroberfläche kann weiterhin auch so gestaltet werden, dass zusätzlich zu der Auflösung der Querbewegung auch die Längsbewegung sowie vorzugsweise auch noch die Tiefenbewegung erfasst werden kann. Durch die Erfassung der Quer- und Längsbewegung wird es möglich, sich zweidimensional in einem bestimmten Menüfenster zu bewegen. Durch die Detektion der Tiefenbewegung wird es möglich, insbesondere Zugang zu unterschiedlichen Menüfenstern zu erlangen. Die Benutzeroberfläche kann weiterhin so gestaltet werden, dass die Selektionsvorgänge durch markante Handbewegungen,

insbesondere durch markante änderungen der Z-Achseninformationen generiert werden. Weiterhin ist es auch möglich, bestimmte Gesten zu detektieren, und die Selektion der Benutzeroberfläche, oder auch bestimmte anderweitige Befehle aus diesen Gesten abzuleiten.

Die erfindungsgemäße Computermaus kann so gestaltet sein, dass die Detektion der Handposition und der Gesten auf feldelektrischem Wege erfolgt. Dabei ist es insbesondere möglich, den Körper des Anwenders als solchen in das Signalübertragungssystem einzubinden, indem beispielsweise in den Anwender ein Verschiebestromer- eignis eingekoppelt wird, wobei ein Signaltransferweg über den Anwender zu einem Anschlusspunkt, beispielsweise einer Tatstatur, einer Handauflage, einem Tischrahmen-, einem Stuhl oder eine anderweitige, vorzugsweise über einen USB-Port an das EDV-System angeschlossene Empfangselektrodeneinrichtung bewerkstelligt wird.

An der Computermaus können auch optische Mittel, insbesondere Leuchtdioden vorgesehen sein durch welche zusätzliche optische Informationen, z.B. Feedbackinformationen über abgewickelte Eingabevorgänge oder momentane Systemfunktionen visualisiert werden können.

Die gesamte signaltechnische Struktur kann so konfiguriert sein, dass die Bewegung bzw. Umsetzung der Eingabeoperationen auch sog. ballistische Effekte berücksichtigt, sodass durch rasche Verlagerung der Operationshand der Cursor in dem entsprechenden Fenster größere Strecken zurücklegt und entsprechend in einer ballistischen Funktion (also nach Maßgabe eines negativen Beschleunigungsfaktors a verzögert) ausläuft. Vorzugsweise ist das Detektionsfeld derart dimensioniert, dass dieses einen Bereich von ca. 18 x 18 cm abdeckt, da in diesem Bereich eine besonders rasche Bewegung der Operationshand durch Kippung im Handgelenkbereich und leichte Drehung um das Handgelenk erreicht werden kann.

Es ist möglich, das System so zu gestalten, dass die berührungslos über die Computermaus generierten Steuerdaten dann zu einem Ereignis führen, wenn durch die andere Hand des Anwenders ein Schaltereignis, insbesondere durch Berührung einer Tatstatur oder einer Tatstaturtaste erfolgt.

Es ist möglich, ein bestimmtes Annäherungsbahnprofil zu definieren das einen Aufgriff der Computermaus ohne Aktivierung des Gestenerfassungssystems erlaubt. Ein derartiges Annäherungsbahnprofil kann beispielsweise eine seitliche Heranführung der Hand and die Maus auf niedriger Höhe sein.

Insbesondere in Kombination mit den vorgenannten Maßnahmen, oder auch alternativ hierzu ist es gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung vorgesehen, in die Computermaus eine Näherungsdetektionsvorrichtung einzubinden, wobei auf Grundlage der hierdurch generierten Detektionsereignisse die hinsichtlich des elektrischen Leistungsbezugs dominierenden Schaltungsstrukturen angeschaltet, oder abgeschaltet werden. Hierdurch wird es möglich, insbesondere bei Drahtlos- Mäusen die Laufzeit einer in diese Maus eingebundenden Spannungsquelle gegenüber bisherigen Konzepten zu verlängern. Zur Umsetzung dieses Konzeptes ist es möglich an der Oberschale des Mausgehäuses zwei von innen angebrachte Elektroden vorzusehen. Die Elektroden sind vorzugsweise an eine Oszillatorschaltung angeschlossen. Die Elektroden sind in ihren Maßen und ihrer geometrischen Anordnung zueinander und zur menschlichen Hand so ausgeführt, dass die für die Oszillation hinreichende Rückkopplung in der Schaltung erst bei einer bestimmten Annäherung, oder ggf. auch erst durch die auf die Maus angelegte menschliche Hand erfolgt, d.h. der Schwingkreis wird erst aktiv, wenn die Hand sich auf der Maus befindet.

Die Wechselstromkomponente der Ausgangsspannung der Oszillatorschaltung kann das Einschaltsignal für die restliche Mauselektronik darstellen. Das Einschaltsignal kann beispielsweise durch die Gleichrichtung aus der oben genannten Wechselspannung gewonnen werden. Die Oszillatorschaltung wird vorzugsweise so ausgeführt, dass ihre Transistoren im Ruhezustand gesperrt sind und nur den minimalen Ruhestrom verbrauchen. Dadurch wird in besonders vorteilhafter Weise eine lange Batterielebensdauer sichergestellt. Die Elektroden sind vorzugsweise nahe an dem von der Hand des Anwenders kontaktierten Gehäusebereich angebracht und relativ großflächig ausgeführt.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist es möglich, auf der Leiterplatte der Maus zwei Elektroden, z.B. eine Sendeelektrode an der linken Seite und eine Empfangselektrode an der rechten Seite auszubilden. Die Sendeelektrode ist an eine Oszillatorschaltung angeschlossen, die Empfangselektrode an einen Verstärker. Die Elektroden sind so angeordnet, dass beim Auflegen einer menschlichen Hand auf die Maus, die Hand eine kapazitive Brücke zwischen den Elektroden bildet. Die Sendeelektrode ist beispielsweise kapazitiv an den Daumen und die Empfangselektrode an den Kleinfinger gekoppelt. Bei diesem Aufbau erscheint nach dem Auflegen der Hand auf die Maus eine Wechselspannung auf dem Empffängerausgang, die durch übertragung des Sendesignals über den menschlichen Körper verursacht ist. Zum besseren Signal/Rausch-Verhältnis kann eine Synchrondemodulation benutzt werden die durch unmittelbar in die Leiterplatte eingebundene Schaltungen bewerkstelligt wird. Zum möglichst stromsparenden Betrieb kann das System gepulst betrieben werden. Die Einschaltung der internen Mauselektronik erfolgt ähnlich wie obenstehend bereits ausgeführt..

Hinsichtlich eines besonders vorteilhaften Aufbaus der Hand-Erfassungseinrichtung sowie schaltungstechnische Details wird auf die auf die Anmelderin zurückgehenden Patentanmeldungen DE 10 2007 016 408 und DE 10 2007 020 873 verwiesen. Der Offenbarungsgehalt dieser Anmeldungen ist hiermit vollumfänglich in die vorliegende Anmeldung eingebunden.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Computermaus insgesamt als mobiles Kommunikationsgerät mit einem eigenständigen Display auszuführen. Dieses Kommunikationsgerät kann so konfiguriert sein, dass die gestenbasiert generierten Eingabeselektionen in dem Display der Computermaus visualisiert werden. Hierdurch wird es möglich, mausbasierte Eingabeoperationen, insbesondere Menuepunktselektionen vorzunehmen, ohne dass hierdurch das auf dem Hauptbildschirm wiedergegebene Bild gestört wird. Diese als mobiles Komunikationsgerät ausgeführte Computermaus kann so ausgebildet sein , dass diese mit einer Wireless-Schnittstelle, insbesondere einem WLAN-Port ausgestattet ist über welchen besondere Autorisierungsinformationen, oder auch Verschlüsselungsdaten bereitgestellt werden können. Soweit dieses Kommunikationsgerät mit einer Kameraeinrichtung ausgestattet ist, ist es in vorteilhafter Weise möglich, diese

so zu gestalten, dass diese als Sensor für eine optische Bewegungsbahnerfassung herangezogen werden kann. Die vorliegende Erfindung erfasst insoweit auch die Verwendung eines mit einer Gestenerfassungseinrichtung ausgestatteten Mobiltelefons als Computermaus.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt:

Figur 1 eine perspektivische Darstellung eines unter Einschluss einer erfindungsgemäßen Computermaus realisierten EDV-Systems;

Figur 2a eine Prinzip-Skizze zur Veranschaulichung einer „Tieferblätter-Geste";

Figur 2b eine Prinzip-Skizze zur Veranschaulichung einer „Zurückblätter-Geste";

Das in Figur 1 dargestellte, Computersystem umfasst eine Computermaus 1 und eine Displayeinrichtung 2, die bei diesem Ausführungsbeispiel als Flachbildschirm ausgeführt ist. Die Computermaus 1 ist bei diesem Ausführungsbeispiel hinsichtlich ihrer äußeren Gestaltung wie eine an sich bekannte Computermaus gestaltet und umfasst die typischen Eingabeschalter 3, 4 sowie ein Scrollrad 5.

Auf der Displayeinrichtung 2 wird eine durch das verwendete Programm festegelegte graphische Benutzeroberfläche bereitgestellt. Lediglich beispielhaft kann in dieser Benutzeroberfläche ein hier als Pfeil gestalteter Cursor 6 bewegt werden.

Die hier gezeigte, Computermaus 1 zeichnet sich dadurch aus, dass diese neben einer Verlagerungserfassungseinrichtung zur Generierung von Steuerdaten die als solche mit der Verlagerung der Gehäuseeinrichtung in eine X- und eine Y- Achsrichtung korrelieren, auch mit einer Handerfassungseinrichtung ausgestattet ist, zur Generierung von Steuerdaten die als solche mit der Position einer Hand gegenüber der Gehäuseeinrichtung der Maus korrelieren ohne dass hierbei ein Aufgriff der Maus erfolgt.

Noch vor Berührung der Maus kann, können mit der hier gezeigten Hand R (hier lediglich beispielhaft die rechte Hand) durch berührungsloses Bewegen der Hand bzw. des ausgestreckten Zeigefingers F auf der hier dargestellten, virtuellen Eingabeebene E, Cursorbewegungen oder Selektionsvorgänge innerhalb der über das Display 2 bereitgestellten Benutzeroberfläche abgewickelt werden können. Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Systemabstimmung so festgelegt, dass die Breite B sowie die Länge L der virtuellen Eingabeebene E einer Gesamtüberquerung der Displayeinrichtung in die entsprechenden Richtungen entspricht. Es sind damit zumindest grobe Cursorvorplazierungen möglich, bevor die Maus ergriffen wird.

Die Computermaus 1 bzw. das unter Einschluss derselben realisierte Computersystem ist weiterhin derart gestaltet, dass Selektionsoperationen, insbesondere durch markante Bewegungen der Operationshand R oder des Fingers F, in einer zur Eingabeebene E normalen Richtung (Z-Richtung) abgewickelt werden können.

Weiterhin ist die erfindungsgemäße Computermaus wie bereits angegeben auch mit Eingabeeinrichtungen in Form von Druckknöpfen 3, 4 versehen, über welche weitere Eingabeoperationen veranlasst werden können.

Das zur Verwendung der Maus 1 vorgesehene EDV-System kann so gestaltet sein, dass über die Handpositionssensoreinrichtung 7 eine gestenbasierte Positionierung eines „Second-Class-Cursors" erfolgt, wobei dieser Scond Class Cursor mit einer bestimmten Selektionsgeste - z.B. markantem Absenken der Hand zur Maus hin übernommen wird und anschließen final durch Bewegung der Maus feinpositioniert wird.

Durch die hier dargestellte, Computermaus 1 kann berührungslos und durch relativ grobmotorische Bewegung der Operationshand R in dem virtuellen Eingabefeld E eine zuverlässige und rasch koordinierbare Abwicklung von Eingabevorgängen die unmittelbar über eine klassische Anwenderoberfläche bewerkstelligt werden.

Die zur Detektion der Bewegung der Operationshand R gegenüber der Computermaus 1 vorgesehene Detektionseinrichtung 7 ist vorzugsweise unmittelbar in die Computermaus 1 integriert, insbesondere unter deren Gehäuseschale 7a eingesetzt.

Diese Detektionseinrichtung 7 kann insbesondere so gestaltet sein, dass die Bewegung und Position der Operationshand R anhand feldelektrischer Wechselwirkungseffekte detektiert wird.

Es ist möglich, nach Maßgabe der Hand- und Fingerbewegung eine Cursorstruktur innerhalb des Wiedergabebereiches der Displayeinrichtung zu bewerkstelligen. Es ist auch möglich, nach Maßgabe der Hand- und Fingerbewegung bestimmte Menue- punkte jeweils in den Zentralbereich der Displayeinrichtung zu bewegen und diese dann bei Eintritt in das Zentralfenster zu selektieren. Es ist auch möglich, diese beiden Ansätze zu kombinieren, so dass z.B. bei Erreichen einer bestimmten Rand- Grenzzone, z.B. einer unter einem Abstand von ca. 20% der Bildflächendiagonale zum Displayrand verlaufenden Grenzlinie ein Bildflächennachlauf erfolgt und dann in dem nachgelaufenen Fenster wieder eine X-Y Navigation und ggf. auch ein Z-Zoom abgewickelt werden kann.

Die Computermaus 1 oder das unter Einschluss derselben realisierte EDV-System kann so gestaltet sein, dass diese auch bestimmte Fingergesten interpretiert wie sie sich beim Schreiben auf einer virtuellen Tastatur ergeben. Die Interpretation der Hand- und Fingergesten kann gemäß einem besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung unter Nutzung von Spracherkennungsprogrammen bewerkstelligt werden. Hierzu ist es möglich, über die in die Computermaus integrierte Detektionselektronik Signale zu generieren die sich im Frequenzbereich der menschlichen Sprache bewegen und hinreichend eindeutig mit X-, Y-, und ggf. Z-Bewegungen korrelieren. Diese über den Gestensensor generierten „Klangsignale" können bei verbreiteten Rechnersystemen auf den Soundkarteneingang geführt und über diesen der Auswertungssoftware zum Zugriff zur Verfügung gestellt werden.

Unter der hier beispielhaft aufgebrochen dargestellten Gehäuseschale ist eine Elektrodenstruktur 8 dargestellt, die ggf. auch unmittelbar unterhalb einer nichtleitenden Gehäusefläche der Maus angebracht sein kann. Durch diese Elektrodenstruktur 8 wird es möglich, die X- und Y-Bewegungen sowie auch die Z-Bewegungen der Operationshand R gegenüber dem Mausgehäuse zu detektieren und die zur Navigation innerhalb der Benutzeroberfläche erforderlichen X/Y und ggf. Z-Signale zu generieren.

Die Elektrodenstruktur 8 umfasst eine Speiseelektrodeneinrichtung 9, eine Abschir- mungseiektrodeneinrichtung und mehrere Detektionselektroden 11 , 12, 13. über die Speiseelektrodeneinrichtung 9 wird ein moduliertes E-FeId generiert, das sich in den oberhalb der Maus 1 liegenden, der Operationshand R zugänglichen Raumbereich hinein ausdehnt. Durch die Abschirmungselektrodeneinrichtung wird eine unmittelbare feldelektrische Koppelung des durch die Speiseelektrode 9 generierten Feldes mit den Detektionselektroden 11 , 12, 13 verhindert. über die Feldelektroden 11 , 12, 13 kann die Position der Operationshand R sowie die Relativbewegung derselben gegenüber der Speiseelektrode 9 detektiert werden. Die Detektionselektroden 11 , 12, 13 sind hierzu an eine Auswertungsschaltung 14 angebunden, welche vorzugsweise auf Grundlage mehrerer unterschiedlicher Auswertungskonzepte eine Auswertung der Detektionsereignisse, insbesondere der Stärke des an der jeweiligen Detektionselektrode 11 , 12, 13, 14 anliegenden elektrischen Feldes, vornimmt. Die Detektionselektroden 11 , 12, 13 bilden vorzugsweise Bestandteile von LC- Netzwerken. Die Auswertungskonzepte können insbesondere die Messung von Strömen, der Spannung, Phasenlagen von Strom und Spannung zueinander, sowie die Phasenlagen gegenüber Erregersystemen, und Kapazitäten in den entsprechenden Abschnitten der LC-Netzwerke beinhalten.

In Figur 2a ist stark vereinfacht eine einer typischen „Umblätterbewegung" entsprechende Handbewegung dargestellt die durch die erfindungsgemäße Computermaus erkannt werden kann.

In Figur 2b ist stark vereinfacht eine einer typischen „Zurücklätterbewegung" entsprechende Handbewegung dargestellt die durch die erfindungsgemäße Computermaus erkannt werden kann.

Die Displayeinrichtung 2 wird über das hier nicht näher dargestellte EDV-System angesteuert. Diese Ansteuerung der Displayeinrichtung 2 erfolgt bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel derart, dass über die Displayeinrichtung eine für die Abwicklung von Eingabevorgängen vorteilhafte, vorzugsweise intuitiv rasch verständliche Benutzeroberfläche gebildet wird. Diese Benutzeroberfläche kann insbesondere so aufgebaut sein, dass diese mehrere Fenster bildet, wobei zumin-

dest ein Teil dieser Fenster so gestaltet ist, dass in diesen Fenstern eine zweidimensionale Verlagerung einer Cursorstruktur oder entsprechend zweidimensionale anderweitige Navigation möglich ist. Die zur Verlagerung der Cursorstruktur 6 innerhalb der Bildfläche vorgesehenen X/Y Informationen werden erfindungsgemäß durch die unmittelbar in die Computermaus 1 eingebundene Detektionseinrichtung 7 generiert. Diese Detektionseinrichtung 7 ist so gestaltet, dass diese die Bewegung einer Operationshand in einem über der Computermaus 1 liegenden Operationsraum (vgl. Figur 1) ermöglicht.

Hinsichtlich des eines besonders vorteilhaften Aufbaus der Hand- Erfassungseinrichtung wird auf die auf die Anmelderin zurückgehenden Patentanmeldungen DE 10 2007 016 408 und DE 10 2007 020 873 verwiesen. Der Offenbarungsgehalt dieser Anmeldungen ist hiermit vollumfänglich in die vorliegende Anmeldung eingebunden.