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EP0676072A1 - SYSTEM ZUR WAHLWEISEN STEUERUNG VON FUNKTIONEN EINES PC's - Google Patents

SYSTEM ZUR WAHLWEISEN STEUERUNG VON FUNKTIONEN EINES PC's

Info

Publication number
EP0676072A1
EP0676072A1 EP94904183A EP94904183A EP0676072A1 EP 0676072 A1 EP0676072 A1 EP 0676072A1 EP 94904183 A EP94904183 A EP 94904183A EP 94904183 A EP94904183 A EP 94904183A EP 0676072 A1 EP0676072 A1 EP 0676072A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
keyboard
beam pointer
pointer
field
designed
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP94904183A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Bernhard Weixler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE4243956A external-priority patent/DE4243956A1/de
Priority claimed from DE19934310287 external-priority patent/DE4310287A1/de
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP0676072A1 publication Critical patent/EP0676072A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F5/00—Orthopaedic methods or devices for non-surgical treatment of bones or joints; Nursing devices; Anti-rape devices
    • A61F5/01—Orthopaedic devices, e.g. splints, casts or braces
    • A61F5/04—Devices for stretching or reducing fractured limbs; Devices for distractions; Splints
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F11/00—Error detection; Error correction; Monitoring
    • G06F11/07—Responding to the occurrence of a fault, e.g. fault tolerance
    • G06F11/08—Error detection or correction by redundancy in data representation, e.g. by using checking codes

Definitions

  • the present invention relates to a system for selectively controlling functions of a PC by a person with an optical beam indicator with which at least one controllable optical beam is to be emitted.
  • DE-A 41 29 602 discloses a device for data input with a selection device for selecting at least one information unit that can be displayed in the area of a display device, in which the display device is formed from a projection unit and a projection surface that maps the information unit and can be arranged spatially separate from the projection unit .
  • a brightness detector evaluating a brightness distribution in the area of the projection surface is arranged in the area of the projection unit.
  • Such a beam indicator can be used by a person working on a personal computer, but requires a projection unit and an information unit with which the information can be positively projected onto a projection surface.
  • Such a device can therefore only be used where, for example, a lecturer can make explanations in front of a larger auditorium and enter data using the beam pointer on the projection surface which represents a positive image, for example a screen.
  • the beam indicator is intended to advantageously replace the known mouse with which the cursor on the screen of the personal computer is known to be controlled.
  • the optical beam pointer is used to initiate and have certain functions performed. This can be done, for example, in such a way that the person using the beam pointer points with the visible light beam at certain predetermined locations on the surface or the like and thus gives the command to perform the desired function.
  • the latter can also be carried out, for example, with a second parallel, for example also non-visible, in particular infrared optical signal beam from the beam pointing device. This corresponds to the use of the mouse, with which the cursor is controlled in a personal computer and certain defined fields of a menu field are controlled or clicked on with the cursor.
  • This work can also be carried out with a beam pointer with only a single (visible) beam but with corresponding multiple functions.
  • the invention relates to a further, particularly interesting application for such an optical beam pointer, namely the use by a disabled person with respect to the arms, such as a thalidomide victim, for whom the use of the conventional mouse is difficult or even impossible or for which the medical recommendation applies not to overload the arm joints by continuous manual work.
  • the invention can also be used by non-disabled persons, with the operator, e.g. B. seated in a comfortable armchair, the spot of the beam pointer guided by hand on a suitable surface and used to control the cursor.
  • the present invention is therefore based on the object, preferably for a group of disabled people, in particular for disabled people who, for whatever reason, cannot use their arms and / or hands (at times) to create an aid with which such people are able to control functions and functional processes, in particular a computer, be it in the context of employment, and / or be able to do so, for example to make the stay in a sick bed more pleasant or to be as independent as possible from helping staff.
  • a beam pointer can also be controlled with the head, for example, even by a bedridden (hospital) patient and even by a correspondingly disabled person.
  • This handicapped person is given a headband to which such a light-weight beam pointer is attached.
  • this person is then able to direct the beam emitted by the beam pointer onto a suitably selected surface by means of head movements.
  • This can be, for example, the wall surface or ceiling surface of a room.
  • This area represents the (graphical) user surface or screen area of a computer with its menu field elements, but preferably also an image of the keyboard (keyboards) of the computer and, if appropriate, additionally provided menu areas for other functions as already mentioned above.
  • surface elements are therefore provided or defined, which are the menu field elements of the user interface of the screen, the individual ones Represent control elements / keys of the keyboard and possibly elements of other menu areas for selective control with the beam pointer.
  • the beam pointer can be a device with battery power supply, where mains power supply should be avoided for various reasons. All relevant data processing devices are included in the term “computer”, PC or the like.
  • the optical beam pointer system includes a position (and signal) detector with which it is ascertained or detected which surface element of the (projection / wall) surface of the (only) represented PC screen, operating elements (keys of the Keyboard) and / or, if necessary, an additional menu field with the beam pointer is currently being driven, and which activations have been ordered with the modulation of the beam.
  • the position detector thus delivers an output signal, which is to be used as a command signal and is forwarded to corresponding control circuits which initiate or trigger functions based on generated control signals.
  • the (associated) output signal emitted by the position detector then causes the (by pressing a key of the beam pointer or by actuating the one with the beam pointer coupled mouth contact) triggered control command that this control element / the corresponding key is activated or "operated".
  • the character of one of the alphanumeric keys or punctuation keys is then written, or a reset, an up / down or the like. Or the function of one of the function keys, the return key and the like is triggered.
  • one of the other functions can be initiated by beam pointer actuation of a respective one of the elements of the further menu field, such as, for example, the switching on and off of a lighting and the like mentioned above and / or the stepwise operation to be carried out by the bedridden patient without outside help and / or continuous control of the inclination of, for example, the head part, the foot part and the like of his bedside.
  • a respective one of the elements of the further menu field such as, for example, the switching on and off of a lighting and the like mentioned above and / or the stepwise operation to be carried out by the bedridden patient without outside help and / or continuous control of the inclination of, for example, the head part, the foot part and the like of his bedside.
  • Bedridden patients appreciate being offered such a self-service option.
  • the functions of the elements of the further menu field can also be functions programmed into the PC, so that this further menu field can then be dispensed with as an independent object without loss of functionality.
  • the user interface of the PC, the area of the operating elements of the keyboard and any further menu field may be a respective area of a wall area or the like.
  • the position detector mentioned is adjusted to these surface areas so that it
  • the field of the keyboard and the menu field can be, for example, a picture hanging on the wall with the pictograms, for example for "lifting the head part of the bed", switching on the light, opening / closing blinds and the like .
  • the person can sight the respective key / the desired menu field element with the optical beam pointer and click with the key of the beam pointer / the mouth contact and the desired function is carried out.
  • a particularly advantageous embodiment of the invention consists in using the position detector connected to a projector.
  • a slide can be projected as an image onto the specified wall, the image of the slide containing the keypad and / or (only) the menu field with its pictograms and / or other symbols.
  • Such a combination of position detector and projector ensures permanent self-adjustment.
  • the projector mentioned in connection with the position detector comprises a slide changing device in order to increase the variety of options for the user of the system according to the invention.
  • Changing slides can e.g. also activated with the beam pointer by means of its button or by means of mouth contact, e.g. a search run can also be controlled.
  • the activation of the optical light pointer mentioned above can be triggered in the invention, for example, by actuating a contact to be actuated directly or indirectly with the mouth.
  • a contact to be actuated directly or indirectly with the mouth In the tightly encapsulated mouth contact to be placed in the mouth, there can be an electrical, for example piezoelectric pressure contact to be actuated, for example with the teeth, the tongue or the like.
  • an indirect contact device working with an intermediate pneumatic power transmission is used. This pneumatic device can even be one for blowing and sucking. Two "stable" distinguishable active switching states can thus be realized.
  • the mouth contact can also be replaced by any other adapted contact or button which, if appropriate, also has the further developments described below and can be operated more appropriately / conveniently by the operator concerned with her disability .
  • this can also be a contact that can be operated with the foot.
  • a particular advantage of the invention is that this contact need only be a single contact / switch function.
  • the operator of the system according to the invention is able to work with only the beam pointer, the position detector and the image visible on the (wall) surface, if this is also the user interface or the respective one Image of the screen of the PC. So this still requires the projection of this image onto the surface.
  • the PC is used for electronic data processing and its usual screen can be omitted or located somewhere away from the person.
  • a second, preferred variant of the invention provides that the Person instead of a projection of the screen image on the wall surface has the usual screen device in front of him. You can then directly observe the current image of the computer screen device and, if necessary, an additional menu field integrated into the screen image (discussed above for additional functions).
  • the "image" of the keyboard can also be integrated into the image of the screen by software. Unless a special measure and / or a specially adapted screen device (for example with a larger area than usual) is used / used, the resultant for the actual user interface can be used
  • a special embodiment of the present invention therefore provides, additionally adjacent to the conventional conventional screen device, e.g. arranged to provide a special illuminated display as an image of the conventional keyboard (keyboards).
  • This illuminated display can also (additionally) be equipped with functioning keys, as will be described in more detail below.
  • the position detector transmits the position and movement of the beam spot controlled on the (wall) surface to the computer and the usual image of the stationary or moving cursor is displayed on the screen. If the beam spot hits a surface element representing a key on the keyboard, a light source that corresponds to the surface element hit by the pointer beam lights up on the illuminated display corresponding to the keyboard at the location of that key. When the light source of the button desired by the person lights up, the person recognizes that he has now activated the correct button, without having to look at the (wall) surface.
  • the entire field of surface elements can be designed to be relatively large, so that the individual menu field surface elements can also be large. This makes it easier for the person, e.g. patients lying in bed, targeting a desired surface element with its head movement or the like using the beam pointer easily and nevertheless reliably.
  • the position detector to be used in connection with the invention can be a coordinate camera, for example a coordinate CCD camera with corresponding imaging optics.
  • a CCD camera is usually a sensor with which the area to be detected is scanned in two dimensions. This sensor supplies an image sequence with a maximum frequency largely determined by the CCD device of the camera.
  • the above-mentioned modulation clock sequences or frequencies of the radiation of the beam pointer as the already mentioned modulation of this radiation are preferably selected asynchronously to the frame rate of the CCD device of the camera. But there can also be synchronism. At least as a rule, the modulation frequency is selected to be several times lower than the frame rate of the position detector scanning the menu area.
  • the modulation of the optical radiation mentioned can be a keying or clocking in accordance with an at least almost 1002 modulation.
  • Modulation in the form of an impressed sine wave and the like can also be provided.
  • Different information can be an amplitude modulation, e.g. imprinted sine waves, and differ in mutually different sequences or clock frequencies, or different (sine) modulation frequencies are provided for this.
  • Modulation according to the multiplex method can also be provided.
  • a type of modulation can also be used, in which the variation in the shape of the radiation spot on the impingement surface carries the modulation information.
  • the spot can vary in size depending on the modulation, its shape can change, e.g.
  • a device with position sensor diodes is also suitable as a position detector.
  • CCD line sensors can also be used together with cylindrical lenses in a crossed position, for example, for this position detection of a light spot.
  • Such devices allow the detection of the location in the x and y directions.
  • diodes in conjunction with a downstream evaluation electronics, deliver a photocurrent at the output connections which corresponds to the The location of a radiation spot imaged on the position sensor diodes is proportional.
  • a high resolution can be achieved if e.g. Not only is the existence of a radiation spot of the beam pointer according to the invention detected, but the center of gravity of the radiation spot is also determined with the aid of a computer as the location to be detected.
  • FIG. 1 shows a (overview) representation of a system according to the invention of the invention, which is already older (claimed here) with the new developments of this invention.
  • Figure 2 shows a first mouth contact
  • Figure 3 shows a further developed mouth contact.
  • FIG. 1 shows the structure of a system according to the invention with the beam pointer used and position detector 2, as has already been shown in part in the older (not previously published) application P 42 43 956.6.
  • the imaging optics of the position detector 2 is designated.
  • the parallel beams 5 and 6 of the beam pointer 101 hit with their substantially congruent beam spot 134 on a surface element 135 of a surface 4, which e.g. can be the aforementioned wall surface of the room.
  • This (wall) surface 4 is used as a menu field, e.g. visible as a hung picture panel, with its pictograms or the like.
  • this menu field 4 can be projected there by means of a projector 102.
  • the projector has projection optics 107.
  • this menu field 4 comprises one of the user interface / screen area 301 of the computer corresponding portion 4a, a portion 4b corresponding to the keyboard and possibly a portion 4c with additional field elements (corresponding to menu field 4 of the older invention).
  • the portion 4c can also be (software) integrated part of the portion 4a, ie the user interface of the PC, as already mentioned above.
  • FIG. 3 also shows (with dashed lines) a changed orientation of the beam pointer 101, the beam 5/6 of which then strikes a surface element (135) of the field portion 4a that is being targeted at this time and which represents the screen 301.
  • FIG. 1 denotes an electronic position / modulation signal processing system. This receives the output signals of the position detector 2, which include the position coordinates and also the modulation information of the beam spot 134 of the beam pointer 101.
  • the position detector 2 and this position / modulation signal processing system 3 can advantageously also be constructed as a single structural unit which contains these two functions.
  • 31 denotes the data processing hardware part of the computer to which the processing system 3 transmits the data of the information which the position detector 2 records during operation.
  • a corresponding connecting line is designated by 131.
  • the location of the hardware part 31 can be chosen practically arbitrarily, e.g. This hardware part 31 can be a device unit with the screen device 301 still to be described.
  • Designated at 102 is a projector which is preferably fixedly / rigidly connected to the position detector 2 and whose projection axis 102 'is aligned with the axis 2' of the detection of the position detector 2 such that the self-adjustment described above as a development of the invention is achieved, ie the projected menu field 4 and the detection surface of the position detector are (always) adjusted sufficiently congruently.
  • the already mentioned field part 4b corresponds to the keyboard or the keyboard of the PC.
  • the image 250 of such a keyboard for example as an image on the wall surface, can be attached in the field portion 4b.
  • the mapping of the keyboard itself gives direct feedback to the operator.
  • the individual field elements of the keyboard shown in the field portion 4b can be luminescent, for which purpose a beam of adapted wavelength of the beam pointer 101 must be provided. There is where the beam spot 134 strikes the image of the keyboard at the moment
  • Luminescent lights can be seen. It can also be provided that, instead of a passive luminescence system, such a system is provided which actively emits visible radiation when the beam spot 134 hits it and is fed by the supply voltage supplied there.
  • the single field element / The button 251 shown can be equipped with a detector for the incident beam spot 134 and a light source actuated by it. The position detector detects the beam spot 134 and (despite ongoing feedback to the operator as a result of the luminescence occurring) only then sends a signal to the processing system when the operator has given the activation signal, ie the click has taken place.
  • the conventional mouse can advantageously be replaced with a beam pointer as used here according to the invention.
  • the extremely disabled person with regard to the execution of hand movements can be e.g. on the head by means of an optical beam pointer 101 held by a headband 113 and by means of the mouth contact 111 (211 according to FIG. 3), in accordance with the above statements, to enable the functions already described in detail. It can work on a computer, i.e. manage a job that is satisfactory and fulfilling for this person.
  • the entire screen content of a computer can be continuously projected onto the field portion 4a on which the person, the optical beam pointer 101 leading, controls the cursor of the PC and triggers the click with the mouth contact.
  • a second variant of the invention has already been mentioned above, in which it is provided that the operator controlling the beam pointer 101 has one or the screen 301 of the PC used in front of him visible. On this screen 301, the person can observe the cursor that the person is using as usual when working with a PC. The help of the beam controls 5/6 of the beam pointer 101, this control of the menu area 4, on the position detector 2 and the processing system 3 is transmitted to the hardware portion of the PC signally '. The operator no longer needs to track the beam spot 134 on the wall.
  • the field portion 4c of the additional field elements described above can be reproduced on the screen 301 in software as a menu bar.
  • a phantom keyboard 302 is alternatively preferably provided in addition to the screen 301.
  • the name "Phantom" keyboard is chosen to make the constructive difference to the conventional keyboard recognizable and to avoid confusion. As can be seen in FIG. 1, this phantom keyboard can be arranged, for example, above the screen (device) 301.
  • This phantom keyboard 302 includes an operator-visible mapping of a conventional keyboard mapping alphanumeric keys, punctuation keys, return keys, function keys and the like.
  • the illustrated keys 303 of the phantom keyboard 302 are each provided, for example, with a luminescence diode or a corresponding light source. If the keys of the keyboard image 250 of the field portion 4b are aimed at with the beam 5/6 of the beam pointer 101, the key lights up at the same time
  • a further embodiment of the phantom keyboard 302 can also include real key functions.
  • One application for such a configuration is one in which e.g. a training course is carried out, in which the person to be trained (disabled) works as described above, but a teacher can actually press a key by hand on the phantom keyboard designed in this way. This is expedient because, in the system according to the invention, the actual presence of a conventional keyboard with mechano-electrical keys is not necessary, so the effort for such a keyboard is eliminated here.
  • Such a further configuration of the phantom keyboard is inexpensive, since the teacher does not have to meet the usual technical requirements for the operating properties, service life and the like for the use case to be considered here.
  • the phantom keyboard 302 is connected, for example, to the hardware part 31. If the phantom keyboard 302 also has functional keys, the usual cable connection (not shown) between a keyboard (keyboard) and the PC is also provided.
  • the optical beam pointer 101 of FIG. 2 is designed or shaped such that it can be attached, for example, to the headband 113 (FIG. 1). Again with 111 in FIG. 2, a mouth contact connected by means of an electrical line 112 to the beam pointer 101 at the point 116 of the beam pointer is designated.
  • this mouth contact corresponds to a button on the beam pointer of the above-mentioned older, not previously published application.
  • more than one key or key function can be provided and used. Additional key functions correspond, for example, to the second (or further) keys of a known mouse, which allows multiple functions to be triggered or executed.
  • a mouth contact already described above is provided for disabled users, the structural details of which will be described below.
  • a pressure-sensitive piezo button can also be provided as the mouth contact 111, with which, in particular, these multiple button functions can be triggered.
  • a piezo key supplies an analog piezo signal (which exists for at least a certain period of time) depending on the pressure exerted.
  • differently generated piezo signal values can be brought into a step-by-step assignment, each step corresponding to one of the key functions. If a specific comparator stage is addressed, the switching signal corresponding to the respective function is generated by means of the evaluation.
  • a time delay is preferably provided for the generation of this switching signal, which enables the operator, ie the user of this mouth contact, to safely control a desired comparator stage, ie to exert a suitable pressure on the mouth contact.
  • this can also be made visible to this person, namely by making a display visible at a selected point in the menu field, which display actuates the pressure that is currently being exerted Comparator level of the operator visually.
  • the desired level must then be maintained, for example, by briefly stopping the pressure exerted, whereupon the evaluation electronics responds with a time delay and triggers the signal of the desired level (equivalent to pressing a mouse button function).
  • the above-mentioned projector is used in particular for the visual display.
  • Pressing the mouth contact activates the radiation (s) 5, 6 of the optical beam pointer, e.g. Switching on the beam, which may also necessarily be visible in accordance with the above statements, for sighting and for activating the modulation of this beam or a second optical beam which may be provided.
  • FIG. 3 shows a mouth contact 211 as it can be used advantageously as a preferred further development of a detail of the system of the invention.
  • 211 ′ denotes a mouthpiece which can be advantageously used by the person working with the system to control the beam pointer 101 (and thus the computer to be operated) corresponding to the click of a mouse.
  • the mouthpiece is specially designed for sucking and pneumatically pushing air out of or into the hose 212 as described above.
  • a means (such as an airtight and moisture-proof but elastic membrane) is already provided in this mouthpiece 211 * in order to prevent damage caused by moisture and the occurrence of an infection source (by simple disinfection).
  • Respective pneumatic negative pressure and positive pressure in the hose line 212 generated by the person is, according to one embodiment, transferred to a transducer 210 known in principle with a pressure chamber 215 and a switch contact membrane 216.
  • This converter is used to convert the pneumatic force into electrical contact.
  • the transducer 210 can be connected to the beam pointer 101 or is expediently (as indicated in FIG. 3) already installed in the beam pointer, so that at the point 213 only the hose 212 (with the mouthpiece 211 'connected to it) has to be connected.
  • a measuring bridge with at least one strain gauge or the like can preferably be used.
  • the pressure-dependent switching threshold can be optionally set electrically.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein System, das so ausgebildet und weitergebildet ist, daß es z.B. Schwerstbehinderten das Auslösen bzw. Steuern vorgebbarer Funktionen und insbesondere das Arbeiten mit einem Computer, PC oder dgl. ermöglicht. Das System umfaßt einen Strahlzeiger (101) und ein damit anzusteuerndes Menüfeld (4), bei dem die Ansteuerung der einzelnen Menüfeldelemente (135) detektiert wird. Für entsprechend Behinderte zur benutzen, ist ein Mundkontakt (111, 211) besonderer Ausgestaltung beschrieben.

Description

"System zur wahlweisen Steuerung von Funktionen eines PC's"
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System zur wahlweisen Steuerung von Funktionen eines PC's durch eine Person mit einem optischen Strahlanzeiger, mit dem wenigstens ein steuerbarer optischer Strahl auszusenden ist.
Aus der DE-A 41 29 602 ist eine Vorrichtung zur Dateneingabe mit einer Anwahleinrichtung zur Anwahl mindestens einer im Bereich einer Anzeigevorrichtung darstellbaren Informationseinheit bekannt, bei der die Anzeigevorrichtung aus einer Projektionseinheit sowie einer die Informationseinheit abbildenden und räumlich getrennt von der Projektionseinheit anordbaren Projektionsfläche ausgebildet ist. Dabei ist im Bereich der Projektionseinheit ein eine Helligkeitsverteilung im Bereich der Projektionsfläche auswertende Helligkeitsdetektor angeordnet.
Ein solcher Strahlanzeiger kann von einer Person, die an einem Personalcomputer arbeitet, benutzt werden, setzt aber eine Projektionseinheit und eine Informationseinheit voraus, mit der die Informationen positiv auf eine Projektionsfläche projiziert werden können. Eine solche Vorrichtung ist also nur da verwendbar, wo beispielsweise ein Vortragender vor einem größeren Auditorium Erläuterungen und die Dateneingabe mit Hilfe des Strahlzeigers auf der ein positives Abbild, beispielsweise einen Bildschirm, darstellenden Projektionsfläche vornehmen kann.
Nach der Erfindung soll der Strahlanzeiger dazu dienen, die bekannte Maus in vorteilhafter Weise zu ersetzen, mit der bekanntermaßen der Cursor auf dem Bildschirm des Personalcomputers zu steuern ist. Der optische Strahlzeiger wird dabei dazu verwendet, bestimmte Funktionen zu veranlassen und ausführen zu lassen. Dies kann zum Beispiel in der Weise erfolgen, daß die den Strahlzeiger benutzende Person mit dem sichtbaren Lichtstrahl auf bestimmte vorgegebene Stellen der Fläche oder dergleichen hinzielt und damit den Befehl zur Ausführung der gewünschten Funktion gibt. Letzteres kann zum Beispiel auch mit einem zweiten parallelen, beispielsweise auch nicht sichtbaren, insbesondere infraroten optischen Signalstrahl des Strahlzeigergerätes vorgenommen werden. Es entspricht dieses der Benutzung der Maus, mit der der Cursor in einem Personalcomputer gesteuert und mit dem Cursor bestimmte definierte Felder eines Menüfeldes angesteuert bzw. angeklickt werden. Es kann dieses Arbeiten auch mit einem Strahlzeiger mit nur einem einzigen (sichtbaren) Strahl mit jedoch entsprechenden Mehrfachfunktionen ausgeführt werden.
Die Erfindung betrifft einen weiteren, besonders interessierenden Anwendungsfall für einen solchen optischen Strahlzeiger, nämlich die Benutzung durch einen bezüglich der Arme Behinderten, wie zum Beispiel einer Contergan-geschädigten Person, für die die Benutzung der üblichen Maus beschwerlich oder gar unmöglich ist bzw. für die die medizinische Empfehlung gilt, die Armgelenke nicht durch andauernde Handarbeit zu überlasten.
Di e Erfi ndung kann aber auch von Ni chtbeh i nderten benutz t werden , wobei d i e Bedi enungsperson , z . B . im bequemen Sessel s i tzend , den Fl eck des Strahl zeigers mi t der Hand geführt auf ei ner geei gneten Fl äche Dewegt und dami t den Cursor steuert .
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, vorzugs¬ weise für einen Kreis von Behinderten, insbesondere für Behinderte, die ihre Arme und/oder Hände aus welchen Gründen auch immer (zeit¬ weise) nicht gebrauchen können, ein Hilfsmittel zu schaffen, mit dem solche Personen in die Lage versetzt werden, Funktionen und Funktions¬ abläufe, insbesondere einen Computer, steuern zu können, sei es im Rahmen einer Erwerbstätigkeit, und/oder sei es, sich damit z.B. den Aufenthalt in einem Krankenbett angenehmer bzw. sich von helfendem Personal möglichst unabhängig zu machen.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst und weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteranspr'üchen hervor.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, daß ein Strahlzeiger z.B. auch von einem bettlägrigen (Krankenhaus-)Patienten und sogar von einem entsprechend Behinderten beispielsweise auch mit dem Kopf gesteuert werden kann. Diese behinderte Person bekommt ein Stirnband angelegt, an dem ein solcher nur geringes Gewicht aufweisender Strahlzeiger befestigt wird. Wie ansonsten durch Hand ist diese Person dann durch Kopfbewegungen in der Lage, den von dem Strahlzeiger ausgesandten Strahl auf eine passend ausgewählte Fläche zu richten. Es kann dies z.B. die Wandfläche oder Deckenfläche eines Zimmers sein. Diese Fläche repräsentiert die (graphische) Benutzeroberfl che bzw. Bildschirmfläche eines Computers mit deren Menüfeldelementen, vorzugsweise aber auch eine Abbildung der Tastatur (Keyboards) des Computers und ggfs. auch zusätzlich vorgesehene Menüflächen für wie schon oben angegebene anderweitige Funktionen. Im Bereich dieser Fläche sind also Flächenelemente vorgesehen bzw. definiert, die die Menüfeldelemente der Benutzeroberfläche des Bildschirms, die einzelne Bedienungselemente/Tasten der Tastatur und ggf. Elemente sonstiger Menüflächen zum selektiven Ansteuern mit dem Strahlzeiger repräsen¬ tieren.
Der Strahlzeiger kann ein Gerät mit Batterie-Stromversorgung sein, wo Netzstromversorgung aus verschiedensten Gründen vermieden sein soll. Mit dem verwendeten Begriff "Computer", PC oder dgl. sind alle ein¬ schlägigen Datenverarbeitungsgeräte eingeschlossen.
Zum Beispiel mit den am Strahlzeiger vorgesehenen Funktionstasten oder ggfs. mit Hilfe eines speziell vorgesehenen Mundkontaktes ist die Person in der Lage, (entsprechend dem Klicken einer Maus) auch Steuer¬ befehle an den Strahlzeiger zu geben, ihn zu aktivieren und dem optischen Strahl definierte Signale (analog dem Anklicken der Maus) aufzuprägen. Auch ist in der o.g. Patentanmeldung beschrieben, wie ein solcher optischer Strahlzeiger in Verbindung mit einer Menüfläche, vergleichsweise der Benutzung einer Maus eines Personal Computers, zu benutzen ist. Der Inhalt der älteren Anmeldung P 42 33 237 ist hiermit diesbezüglich Bestandteil auch dieser Anmeldung.
Zu dem optischen Strahlzeigersystem gehört ein Positions-(und Signal-)Detektor, mit dem festgestellt bzw. detektiert wird, welches Flächenelement der (Projektions-/Wand-)Fläche des/der dort (lediglich) repräsentierten PC-Bildschirms, Bedienungselemente (Tasten der Tastatur) und/oder ggfs. zusätzlichen Menüfeldes mit dem Strahlzeiger gerade angesteuert ist, und welche mit der Modulation des Strahls befohlenen Aktivierungen vorliegen. Der Positionsdetektor liefert also jeweils ein Ausgangssignal, das als Befehlssignal zu benutzen ist und an entsprechende Steuerschaltungen weitergeleitet wird, die aufgrund erzeugter Steuersignale Funktionen veranlassen bzw. auslösen. Ist ein ein Bedienungselement bzw. eine Taste der Tastatur repräsentierendes Flächenelement der besagten Fläche mit dem Zeigerstrahl angesteuert worden, so bewirkt dann das (zugehörige) vom Positionsdetektor abgegebene Ausgangssignal mit dem (durch Drücken einer Taste des Strahlzeigers bzw. durch Betätigung des mit dem Strahlzeiger gekoppelten Mundkontaktes) ausgelösten Steuerbefehl, daß dieses Bedienungselement/die entsprechende Taste aktiviert bzw. "betätigt" wird. Es wird dann das Zeichen einer der alphanumerischen Tasten oder Satzzeichentasten geschrieben, oder eine Rückstellung, ein Hoch-/Tief- setzen oder dgl. oder die Funktion einer der Funktionstasten, der Return-Taste und dgl. ausgelöst. Ebenso kann durch Strahlzeiger-An- steuerung eines jeweiligen der Elemente des weiteren Menüfeldes eine der sonstigen Funktionen veranlaßt werden, wie z.B. das schon oben erwähnte Einschalten und Ausschalten einer Beleuchtung und dgl. und/oder die vom bettlägrigen Patienten ohne fremde Hilfe durchzu¬ führende stufenweise und/oder kontinuierliche Steuerung der Neigung z.B. des Kopfteils, des Fußteils und dergleichen seines Krankenbettes. Bettlägrige Patienten wissen es zu schätzen, wenn ihnen eine solche Möglichkeit der Selbstbedienung geboten ist.
Die Funktionen der Elemente des weiteren Menüfeldes können auch in den PC einprogrammierte Funktionen sein, sodaß dann dieses weitere Menüfeld als selbständiges Objekt ohne Einbuße an Funktionenvielfalt entfallen kann.
Wie schon erwähnt, kann z.B. im Falle der Anwendung im Arbeits-/Kran- kenzimmer die Benutzeroberfläche des PC, die Fläche der Bedienungs¬ elemente der Tastatur und des ggf. weiteren Menüfeldes ein jeweiliger Bereich einer Wandfläche oder dgl. sein. Der erwähnte Positions- detektor ist auf diese Flächenbereiche einjustiert, damit er
(zusätzlich zum "Anklicksignal") eindeutig zugeordnete Ortskoordina¬ tenangaben bzgl. des Auftreffortes des Strahls in seinem Ausgangs¬ signal liefern kann. Für die mit der Erfindung arbeitende Person/- Patienten kann das Feld der Tastatur und das Menüfeld z.B. ein an der Wand hängendes Bild mit den Pictogrammen, z.B. für "Kopfteil des Bettes anheben", Licht einschalten, Jalousie öffnen/schließen und dgl., sein. Die Person kann die jeweilige Taste/das jeweils gewünschte Menüfeldelement mit dem optischen Strahlzeiger anvisieren und mit der Taste des Strahlzeigers/dem Mundkontakt anklicken und die gewünschte Funktion wird ausgeführt. Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, den Positionsdetektor mit einem Projektor verbunden zu benutzen. Mittels dieses Projektors kann ein Dia als Bild auf die vorgegebene Wand projiziert werden, wobei das Bild des Dias das Tastenfeld und/oder (nur) das Menüfeld mit seinen Pictogrammen und/oder dgl. andere Symbolen beinhaltet. Damit entfällt ein besonderer Justierauf¬ wand der Flächenelemente und des Detektors zueinander, der bei der einfacheren Ausführungsform notwendig ist, um den Projektionsdetektor auf das vorgesehene Tastenfeld/Menüfeld justiert anzuordnen. Mit einer solchen Kombination von Positionsdetektor und Projektor ist eine auch dauernde Selbstjustage gewährleistet.
Es kann auch vorgesehen sein, daß der im Zusammenhang mit dem Posi¬ tionsdetektor genannte Projektor eine Dia-Wechseleinrichtung umfaßt, um die Vielfalt der Wahlmöglichkeiten für den Benutzer des erfindungs¬ gemäßen Systems zu vergrößern. Das Wechseln der Dias kann z.B. eben¬ falls mit dem Strahlzeiger mittels dessen Taste oder mittels des Mundkontaktes aktiviert, z.B. auch ein Suchlauf gesteuert werden.
Das obenerwähnte Aktivieren des optischen Lichtzeigers kann bei der Erfindung z.B. durch Betätigen eines mit dem Munde direkt oder indirekt zu betätigenden Kontaktes ausgelöst werden. In dem in den Mund zu nehmenden, dicht gekapselten Mundkontakt kann ein z.B. mit den Zähnen, der Zunge oder dergl. zu betätigender elektrischer, z.B. piezoelektrischer Druckkontakt vorhanden sein. Vorzugsweise wird (sicherheitshalber) eine indirekt, mit zwischengeschalteter pneumatischer Kraftübertragung arbeitende Kontakteinrichtung verwendet. Diese pneumatische Einrichtung kann sogar eine solche zum Blasen und zum Saugen sein. Damit können zwei "stabile" unterscheid- bare aktive Schaltzustände realisiert werden. Insbesondere für die Ansteuerung von Feldelementen der Tasten der Tastatur, d.h. von einzelnen alphanumerischen und Satzzeichen- und dgl. Tasten, ist entsprechend der üblichen Doppelbelegung solcher Tasten von Vorteil, solche "polarisierte" Kontakt-Schalterfunktionen vorzusehen. Zum Beispiel mit dem schon oben erwähnten pneumatischen Schalter kann die Bedienungsperson durch Hineinblasen in den bzw. Saugen an dem Mundkontakt die eine oder die andere der zwei möglichen "aktiven" Kontaktgaben bewirken. Damit kann das Schreiben z.B. des großen oder des kleinen Buchstabens ohne Ansteuerung der Shifttaste ausgelöst werden.
Mit dem zweifach aktiven Schalter kann auch zwischen dem einfachen und dem Doppelklick, wie sie von der Maus her bekannt sind, unterschieden werden.
Besondere konstruktive Ausführungen eines zu verwendenden Mundkontak¬ tes werden noch nachfolgend näher beschrieben.
Soweit hier von dem Mundkontakt gesprochen ist, kann dieser auch durch einen jeglichen angepaßten anderen Kontakt bzw. Taste ersetzt sein, der bzw. die gegebenenfalls auch die noch weiter unten beschriebenen Weiterbildungen aufweist und von der betreffenden Bedienungsperson ihrer Behinderung entsprechend geeigneter/bequemer betätigt werden kann. Zum Beispiel kann dies auch ein etwa mit dem Fuß zu betätigender Kontakt sein.
Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist, daß dieser Kontakt auch nur eine einzige Kontakt-/Schalterfunktion zu sein braucht.
Die Bedienungsperson des erfindungsgemäßen Systems ist in der Lage, gemäß einer ersten Variante der Erfindung, mit lediglich dem Strahl¬ zeiger, dem Positionsdetektor und dem auf der (Wand-)Fläche sichtbaren Bild zu arbeiten, wenn dieses auch noch die Benutzeroberfläche bzw. das jeweilige Bild des Bildschirms des PC's wiedergibt. Dies erfordert also noch die Projektionsübertragung dieses Bildes auf die Fläche. Der PC dient der Ausführung elektronischer Datenverarbeitung und sein üblicher Bildschirm kann weggelassen oder irgendwo entfernt von der Person angeordnet sein.
Eine zweite, bevorzugte Variante der Erfindung sieht vor, daß die Person anstelle einer Projektion des Bildschirmbildes auf die Wandfläche das übliche Bildschirmgerät vor sich stehen hat. Sie kann dann direkt das aktuelle Bild des Bildschirmgeräts des Computers und ein ggfs. zusätzlich in das Bildschirm-Bild integriertes weiteres (oben für zusätzliche Funktionen erörtertes) Menüfeld beobachten. Prinzipiell kann auch das "Bild" der Tastatur softwaremäßig in das Bild des Bildschirms mit hineinintegriert sein. Sofern nicht eine besondere Maßnahme und/oder ein besonders angepaßtes Bildschirmgerät (z.B. mit größer als üblicher Fläche) angewendet/benutzt wird, kann aber die für die eigentliche Benutzeroberfläche sich ergebende
Minderung der verfügbaren Bildschirmfläche und das Erfordernis einer dazu besonderen Software nachteilig sein. Eine besondere Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sieht daher vor, zusätzlich benachbart dem üblichen konventionellen Bildschirmgerät, z.B. darüber angeordnet, ein besonderes Leucht-Display als Abbild der konventionellen Tastatur (Keyboards) vorzusehen. Dieses Leucht-Display kann darüber hinaus (zusätzlich) auch mit funktionierenden Tasten ausgerüstet sein, wie dies noch näher beschrieben werden wird.
Das Arbeiten mit einer solchen, der zweiten Variante entsprechenden erfindungsgemäßen Einrichtung mit Bildschirmgerät und Leucht-Display läuft wie folgt ab. Mit dem optischen Strahlzeiger steuert die Bedienungsperson auf der oben beschriebenen (Wand-)Fläche selektiv und nacheinander einzelne Flächenelemente bzw. Orte der Fläche an. Dieses kann die Person ausführen, ohne dabei diese Fläche (direkt) beobachten zu müssen. Daher braucht für dieses Ansteuern der Strahl des Strahl¬ zeigers auch nicht sichtbar zu sein. Die Person kann nämlich den bewegten bzw. augenblicklichen Strahlfleck des optischen Strahlzeigers indirekt mittels der Wiedergabe (je nach dem) auf dem Bildschirm des PC's oder auf dem Leuchtdisplay beobachten. Auf dem benachbart dem Bildschirm vorgesehenen Leucht-Display kann also die Person die Ansteuerung von entsprechenden Flächenelementen der Abbildung der Tastatur verfolgen. Für diese zweite Variante ist dementsprechend unnotwendig, daß auf der Wandfläche Abgrenzungen und Pictogramme der Flächenelemente sichtbar, z.B. dort hinprojiziert sind. Der Positionsdetektor überträgt die Position und Bewegung des auf der (Wand-)Fläche gesteuerten Strahlfleckes auf den Computer und es wird auf dem Bildschirm das übliche Bild des stehenden oder bewegten Cursors wiedergegeben. Wird von dem Strahlfleck ein eine Taste der Tastatur repräsentierendes Flächenelement getroffen, so leuchtet auf dem der Tastatur entsprechenden Leucht-Display am Ort derjenigen Taste eine Lichtquelle auf, die dem vom Zeigerstrahl getroffenen Flächen¬ element entspricht. Bei Aufleuchten der Lichtquelle der von der Person gewünschterweise angesteuerten Taste erkennt die Person, daß sie jetzt die richtige Taste angesteuert hat, und zwar ohne dabei auf die (Wand-)Fläche sehen zu müssen. Durch Kontaktgabe (Klicken) mit z.B. dem Mundkontakt "bestätigt" die Person die gewollte Ansteuerung und es wird die somit angesteuerte Taste aktiviert. Es wird somit z.B. der betreffende Buchstabe geschrieben, der dann als solcher in der Fläche des Bildschirms (wie bei einem konventionellen Bild des Computer- Bildschirms) sichtbar wird. Die Ansteuerung des Bildes der Tastatur mittels des Strahlzeigers, der z.B. mit dem Kopf bewegt worden ist, ersetzt somit das direkte Drücken der (Buchstaben-)Taste (was der Person infolge ihrer Behinderung unmöglich wäre).
Da im allgemeinen an einer Wand oder an der Decke eines Raumes genügend große zusammenhängende Fläche verfügbar ist, kann das ganze Feld der Fl chenelemente relativ großflächig ausgelegt sein, so daß auch die einzelnen Menüfeld-Flächenelemente großflächig sein können. Dies erleichtert der Person, dem z.B. im Bett liegenden Patienten, ein gewünschtes Flächenelement mit seiner Kopfbewegung oder dgl. mittels des Strahlzeigers problemlos und dennoch zuverlässig anzuvisieren.
Der im Zusammenhang mit der Erfindung zu verwendende Positionsdetektor kann eine Koordinatenkamera, z.B. eine Koordinaten-CCD-Kamera mit ent¬ sprechender Abbildungsoptik sein. Eine solche CCD-Kamera ist in der Regel ein Sensor, mit dem die zu detektierende Fläche zweidimensional abgetastet wird. Dieser Sensor liefert eine Bildfolge mit einer von der CCD-Einrichtung der Kamera weitgehend bestimmten Maximalfrequenz. Die schon oben erwähnten Modulations-Taktfolgen bzw. -Frequenzen der Strahlung des Strahlzeigers als die bereits erwähnte Modulation dieser Strahlung werden vorzugsweise asynchron zur Bildfolgefrequenz der CCD-Einrichtung der Kamera gewählt. Es kann aber auch Synchronismus vorliegen. Zumindest im Regelfall wird die Modulationsfrequenz um ein Mehrfaches kleiner als die Bildfolgefrequenz des die Menüfläche abtastenden Positionsdetektors gewählt.
Die erwähnte Modulation der optischen Strahlung kann ein Tasten bzw. Takten entsprechend einer wenigstens nahezu 1002-igen Modulation sein. Es kann auch Modulation in Art einer aufgeprägten Sinuswelle und dgl. vorgesehen sein. Unterschiedliche Informationen können eine Amplitu¬ denmodulation, z.B. aufgeprägte Sinuswellen, sein und sich in vonein¬ ander verschiedenen Folgen bzw. Taktfrequenzen unterscheiden oder es sind dafür unterschiedliche (Sinus-)Modulationsfrequenzen vorgesehen. Es kann auch Modulation entsprechend dem Multiplexverfahren vorgesehen sein. Es kann aber auch eine Modulationsart angewendet werden, bei der die Variation der Form des Strahlungsflecks auf der Auftreff-Fläche die Modulationsinformation trägt. Der Fleck kann der Modulation ent- sprechend zeitabhängig verschieden groß sein, es kann sich dessen Form ändern, z.B. von einem Punkt zu einem Strich und umgekehrt oder es kann auch die Lage seiner Form verändert sein, z.B. senkrechte und waagerechte Lage eines strichförmigen Strahlungsfleckes. Alle diese Modulationsarten werden von dem Positionsdetektor, der die Positions- koordinaten des Strahlungsfleckes aufnimmt, zusätzlich detektiert und als Ausgangssignal an weitere Verarbeitungsschaltungen geliefert werden.
Als Positionsdetektor eignet sich auch eine Einrichtung mit Positions- sensordioden (PSD). Es können auch CCD-Zeilensensoren zusammen mit Zylinderlinsen in beispielsweise gekreuzter Stellung für diese Positionsdetektion eines Lichtfleckes benutzt werden. Solche Einrich¬ tungen erlauben die Detektion des Ortes in x- und in y-Richtung. Solche Dioden liefern in Verbindung mit einer nachgeschalteten Aus- werteelektronik an den Ausgangsanschlüssen einen Fotostrom, der dem Ort eines auf die Positionssensordioden abgebildeten Strahlungsflecks proportional ist.
Es kann eine hohe Auflösung erreicht werden, wenn z.B. nicht nur die Existenz eines Strahlungsfleckes des erfindungsgemäßen Strahlzeigers detektiert wird, sondern auch noch rechnergestützt der Schwerpunkt des Strahlungsfleckes als zu detektierender Ort ermittelt wird.
Weitere Erläuterungen der Erfindung werden anhand der beigefügten Figuren gegeben.
Figur 1 zeigt eine (Übersichts-)Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems der schon prioritätsälteren (hier beanspruchten) Erfindung mit den neuen Weiterbildungen dieser Erfindung.
Figur 2 zeigt einen ersten Mundkontakt.
Figur 3 zeigt einen weitergebildet ausgeführten Mundkontakt.
Die Figur 1 zeigt den Aufbau eines erfindungsgemäßen Systems mit ver¬ wendetem Strahlzeiger und Positionsdetektor 2, wie es teilweise schon in der älteren (nicht vorveröffentlichten) Anmeldung P 42 43 956.6 gezeigt ist. Mit 7 ist die Abbildungsoptik des Positionsdetektors 2 bezeichnet. Die parallelen Strahlen 5 und 6 des Strahlzeigers 101 treffen mit ihrem im wesentlichen deckungsgleichen Strahlfleck 134 auf ein Flächenelement 135 einer Fläche 4, die z.B. die schon erwähnte Wandfläche des Raumes sein kann. Diese (Wand-)Fläche 4 ist als Menüfeld benutzt, z.B. als aufgehängte Bildtafel, mit seinen Pictogrammen oder dgl. sichtbar. Wie schon oben erwähnt kann dieses Menüfeld 4 dort mittels eines Projektors 102 hinprojiziert sein. Der Projektor hat dazu eine Projektionsoptik 107.
Bei der hier vorliegenden erweiterten Erfindung umfaßt dieses Menüfeld 4 einen der Benutzeroberfläche/Bildschirmfläche 301 des Computers entsprechenden Anteil 4a, einen der Tastatur (Keyboard) entsprechenden Anteil 4b und ggf. einen Anteil 4c mit zusätzlichen Feldelementen (entsprechend dem Menüfeld 4 der älteren Erfindung). Der Anteil 4c kann auch (softwaremäßig) integrierter Bestandteil des Anteils 4a, d.h. der Benutzeroberfl che des PC's, sein, wie dies schon oben erwähnt ist.
Die Figur 3 zeigt außerdem (mit gestrichelten Linien) eine veränderte Ausrichtung des Strahlzeigers 101, dessen Strahl 5/6 dann ein zu diesem Zeitpunkt anvisiertes Flächenelement (135) des Feldanteils 4a trifft, der den Bildschirm 301 repräsentiert.
Mit 3 ist in Figur 1 ein elektronisches Positions-/Modulationssignal- Verarbeitungssyste bezeichnet. Dieses erhält die Ausgangssignale des Positionsdetektors 2, die die Positionskoordinaten und auch die Modu¬ lationsinformation des Strahlflecks 134 des Strahlzeigers 101 umfas¬ sen. Der Positionsdetektor 2 und dieses Positions-/Modulationssignal- Verarbeitungssystem 3 können vorteilhafterweise auch als eine einzige Baueinheit aufgebaut sein, die diese beiden Funktionen beinhaltet. Mit 31 ist der Datenverarbeitungs-Hardwareteil des Computers bezeichnet, dem von dem Verarbeitungssystem 3 die Daten der Informationen übertragen werden, die der Positionsdetektor 2 im Betrieb aufnimmt. Mit 131 ist eine entsprechende Verbindungsleitung bezeichnet. Der Ort des Hardwareteils 31 kann praktisch beliebig gewählt sein, z.B. kann dieses Hardwareteil 31 mit dem noch zu beschreibenden Bildschirmgerät 301 eine Geräteeinheit sein.
Mit 102 ist ein Projektor bezeichnet, der mit dem Positionsdetektor 2 vorzugsweise fest/starr verbunden ist und dessen Projektionsachse 102' zur Achse 2' der Detektion des Positionsdetektors 2 so ausgerichtet ist, daß die oben als Weiterbildung der Erfindung beschriebene Selbst- justage erzielt ist, d.h. das projizierte Menüfeld 4 und die Detektionsfläche des Positionsdetektors (stets) ausreichend deckungs¬ gleich justiert sind. Der schon erwähnte Feldanteil 4b entspricht der Tastatur bzw. dem Keyboard des PC's. Wie schon früher zu den zusätzlichen Feldelementen beschrieben, kann in dem Feldanteil 4b das Abbild 250 einer solchen Tastatur, z.B. als Bild auf der Wandfläche, angebracht sein. Bei Verwendung eines wie voranstehend beschriebenen Projektors 102, wird es jedoch vorteilhafter sein, dieses Abbild einer solchen Tastatur in den' Feldanteil 4b hineinzuprojizieren (womit wiederum die Selbst- justage gesichert ist). Die Ansteuerung einer in dem Feldanteil 4b abgebildeten Taste 251 mittels des Strahls 5/6 des Strahlzeigers 101 wird vom Positionsdetektor 2 detektiert. Wird mit zwei Strahlen 5/6 gearbeitet, kann mit dem sichtbaren Strahl 5 zunächst die (Abbildung der) Taste 251 anvisiert werden. Liegt dann der Strahlfleck 134 auf dieser Taste 251', wird durch Aktivierung (ggf. des zweiten parallelen Strahls 6) des Strahlzeigers 101, wobei dies z.B. mit dem Mundkontakt 111 ausgelöst wird, die ausgewählte Taste 251' definitiv angesteuert. Dies wird von dem Positionsdetektor 2 detektiert und das entsprechende Ausgangssignal an das Positions-/Modulationssignal-Verarbeitungssystem 3 gegeben. Dies führt dann dazu, daß in dem PC die entsprechende Taste der Tastatur aktiviert und z.B. der Buchstab e geschrieben (und auf dem Bildschirm 301 sichtbar) wird. Entsprechendes gilt für sämtliche übrige Tasten der Tastatur 250.
Für das Anvisieren einer einzelnen Taste 251 der im Feldanteil 4b abgebildeten Tastatur mittels des Strahls des Strahlzeigers kann auch vorgesehen sein, daß die Abbildung der Tastatur selbst eine direkte Rückmeldung an die Bedienungsperson gibt. Zum Beispiel können die einzelnen Feldelemente der im Feldanteil 4b abgebildeten Tastatur lumineszierend sein, wozu ein Strahl angepaßter Wellenlänge des Strahlzeigers 101 vorzusehen ist. Dort wo der Strahlfleck 134 auf die Abbildung der Tastatur augenblicklich auftrifft, ist ein
Lumineszenzleuchten zu sehen. Es kann auch vorgesehen sein, daß anstelle eines passiven Lumineszenzsystems ein solches System vorgesehen ist, das aktiv bei Auftreffen des Strahlflecks 134 sichtbare Strahlung aussendet, die von dort zugeführter Versorgungsspannung gespeist ist. Das einzelne Feldelement/die abgebildete Taste 251 kann mit einem Detektor für den auftreffenden Strahlfleck 134 und einer von diesem angesteuerten Lichtquelle ausgestattet sein. Der Positionsdetektor detektiert den Strahlfleck 134 und gibt (trotz infolge der auftretenden Lumineszenz laufender Rückmeldung an die Bedienungsperson) erst dann ein Signal an das Verarbeitungssystem, wenn von der Bedienungsperson das Aktivierungs¬ signal gegeben worden, d.h. das Anklicken erfolgt ist.
Diese zu den abgebildeten Tasten 251 beschriebenen Ausgestaltungen können auch für die übrigen Feldelemente 135 der Fläche 4 vorgesehen sein.
Es kann mit einem wie hier erfindungsgemäß verwendeten Strahlzeiger die herkömmliche Maus vorteilhaft ersetzt werden. Die bezüglich der Ausführung von Handbewegungen extrem behinderte Person kann mit dem z.B. am Kopf mittels eines Stirnbandes 113 gehaltenen optischen Strahlzeigers 101 und mit dem Mundkontakt 111 (211 nach Figur 3) entsprechend den voranstehenden Ausführungen in die Lage versetzt werden, die bereits ausführlich beschriebenen Funktionen auszuführen. Sie kann an einem Computer arbeiten, d.h. eine diese Person be¬ friedigende und auch erfüllende Erwerbstätigkeit bewältigen.
So wie die erwähnten Dias mit den Pictogrammen auf das vorgesehene Menüfeld projiziert werden können, kann laufend der ganze Bildschirm- inhalt eines Computers (gemäß der oben beschriebenen 1. Variante) auf den Feldanteil 4a projiziert werden, auf dem die Person, den optischen Strahlzeiger 101 führend, den Cursor des PC's steuert und mit dem Mundkontakt das Klicken auslöst. Das Arbeiten mit dieser Ausführung geht dann so wie oben beschrieben vonstatten.
Es ist bereits oben eine zweite Variante der Erfindung genannt, bei der vorgesehen ist, daß die den Strahlzeiger 101 steuernde Bedienungs¬ person einen bzw. den Bildschirm 301 des benutzten PC's vor sich sichtbar hat. Auf diesem Bildschirm 301 kann die Person wie üblich beim Arbeiten mit einem PC den Cursor beobachten, den die Person mit Hilfe des Strahls 5/6 des Strahlzeigers 101 steuert, wobei diese Steuerung von der Menüfläche 4, über den Positionsdetektor 2 und das Verarbeitungssystem 3 auf den Hardwareteil des PC's signalmäßig' übertragen wird. Dabei braucht die Bedienungsperson nicht mehr den Strahlfleck 134 auf der Wand zu verfolgen.
Zum Beispiel kann softwaremäßig als Menüleiste der Feldanteil 4c der oben beschriebenen zusätzlichen Feldelemente auf dem Bildschirm 301 wiedergegeben sein.
Prinzipiell ist es auch möglich, die Ansteuerung des Feldanteils 4b, d.h. des Abbilds 250 der Tastatur, über den Positionsdetektor und mit Hilfe entsprechender Software im PC ebenfalls auf dem Bildschirm 301 sichtbar zu machen. Da jedoch einerseits dafür zusätzlicher neuer Softwareaufwand zu betreiben wäre und außerdem auch die Größe der dann für das Arbeiten mit dem PC zur Verfügung stehenden, der Benutzerober¬ fläche entsprechenden Bildschirmfläche verringert ist, ist alternativ bevorzugt zusätzlich zum Bildschirm 301 eine Phantom-Tastatur 302 vorgesehen. Die Bezeichnung "Phantom"-Tastatur ist gewählt, um den konstruktiven Unterschied zu der konventionellen Tastatur erkennbar zu machen und Verwechslungen zu vermeiden. Wie in Figur 1 ersichtlich, kann diese Phantom-Tastatur z.B. oberhalb des Bildschirm(-Gerätes) 301 angeordnet sein. Diese Phantom-Tastatur 302 umfaßt eine für die Bedienungsperson sichtbare Abbildung einer konventionellen Tastatur mit Abbildung der alphanumerischen Tasten, Satzzeichentasten, Returntaste, Funktionstasten und dergleichen. Das auch bei dieser zweiten Variante mit dem Strahl 5/6 des Strahlzeigers 101 erfolgende Ansteuern der Abbildung 250 der Tastatur des Feldanteils 4b (und die Übertragung mittels des Positionsdetektors 2) wird aber im Falle des Vorhandenseins der Phantom-Tastatur 302 auf dieser verfolgt (ohne auf eine Tastaturabbildung des Feldanteils 4b zu schauen). In diesem Falle bedarf es auch keiner wie zur Variante 1 beschriebenen optischen Rück¬ meldung mit Lumineszenz und dergleichen aus dem Feldanteil 4b. Zur Rückmeldung an die Bedienungsperson sind die abgebildeten Tasten 303 der Phantom-Tastatur 302 mit z.B. je einer Lumineszenz-Diode oder einer entsprechenden Lichtquelle versehen. Werden die Tasten der Tastaturabbildung 250 des Feldanteils 4b mit dem Strahl 5/6 des Strahlzeigers 101 anvisiert, leuchtet gleichzeitig diejenige
(Abbildung einer) Taste 303' im Leuchtdisplay der Phantom-Tastatur 302 auf, die der Taste 251' entspricht und auf die gerade im Augenblick der Strahlfleck 134 auffällt. Leuchtet also die gewünschte Taste der Phantom-Tastatur 302 auf, braucht die Bedienungsperson nur noch die Aktivierung des Strahlzeigers, z.B. mit dem Mundkontakt, auszulösen und die Funktion dieser Taste wird aktiviert, z.B. der Buchstabe e geschrieben und auf dem Bildschirm 301 als solcher sichtbar.
Eine weitere Ausgestaltung der Phantom-Tastatur 302 kann auch echte Tastenfunktionen umfassen. Ein Anwendungsfall für eine solche Ausge¬ staltung ist die, bei der z.B. ein Schulungskurs durchgeführt wird, bei dem zwar die zu schulende (behinderte) Person wie voranstehend beschrieben arbeitet, ein Lehrer aber von Hand auf der so ausge¬ stalteten Phantom-Tastatur auch tatsächlich eine Taste drücken kann. Es ist dies deshalb zweckmäßig, weil bei dem erfindungsgemäßen System das tatsächliche Vorhandensein einer konventionellen Tastatur mit mechano-elektrischen Tasten nicht erforderlich ist, der Aufwand für eine solche Tastatur hier also entfällt. Eine solche weitere Ausge¬ staltung der Phantom-Tastatur ist wenig aufwendig, da hinsichtlich der Betriebseigenschaften, Lebensdauer und dgl. für den hier zu berück¬ sichtigenden Benutzungsfall durch den Lehrer nicht die üblichen technischen Anforderungen zu erfüllen sind.
Zur Ansteuerung der Lichtquellen der Tasten 303 ist die Phantom- Tastatur 302 z.B. mit dem Hardwareteil 31 verbunden. Hat die Phantom- Tastatur 302 auch funktionsfähige Tasten, so ist außerdem noch die zwischen einer Tastatur (Keyboard) und dem PC übliche KabelVerbindung (nicht dargestellt) vorgesehen. Wie schon in der älteren (nicht vorveröffentlichten) Erfindung (P 42 43 956.6) beschrieben, ist der optische Strahlzeiger 101 der Figur 2 so ausgebildet bzw. geformt, daß er z.B. an dem Stirnband 113 (Figur 1) anzubringen ist. Wieder mit 111 ist in Figur 2 ein mittels einer elektrischen Leitung 112 mit dem Strahlzeiger 101 an der Stelle 116 des Strahlzeigers verbundener Mundkontakt bezeichnet. Funktions¬ mäßig entspricht dieser Mundkontakt einer Taste des Strahlzeigers der oben genannten älteren, nicht vorveröffentlichten Anmeldung. Bei dem von Hand zu bedienenden Strahlzeiger kann dabei mehr als eine Taste bzw. Tastenfunktion vorgesehen und zu benutzen sein. Zusätzliche Tastenfunktionen entsprechen z.B. der zweiten (oder weiteren) Tasten einer bekannten Maus, die Mehrfachfunktionen auszulösen bzw. auszuführen gestattet. Bei der vorliegenden Erfindung ist für behinderte Benutzer jedoch ein oben schon allgemein beschriebener Mundkontakt vorgesehen, dessen konstruktive Einzelheiten noch nachfolgend beschrieben werden.
Für die Erfindung kann als Mundkontakt 111 vorzugsweise auch eine druckempfindliche Piezotaste vorgesehen sein, mit der insbesondere diese mehreren Tastenfunktionen ausgelöst werden können. Eine Piezotaste liefert ein (für wenigstens eine gewisse Zeitdauer bestehendes) vom ausgeübten Druck abhängiges analoges Piezosignal. Mit Hilfe entsprechend mehrerer einstellbarer Schwellenwerte eines Komparators lassen sich verschieden hohe erzeugte Piezosignalwerte in eine stufenweise Zuordnung bringen, wobei jede Stufe einer der Tasten¬ funktionen entspricht. Ist eine bestimmte Komparatorstufe angespro¬ chen, wird mittels der Auswertung das der jeweiligen Funktion ent¬ sprechende Schaltsignal erzeugt. Vorzugsweise ist eine Zeitverzögerung für die Erzeugung dieses Schaltsignals vorgesehen, die es der Bedie- nungsperson, d.h. dem Benutzer dieses Mundkontaktes, ermöglicht, eine gewünschte Komparatorstufe sicher anzusteuern, d.h. einen dafür passenden Druck auf den Mundkontakt auszuüben. Insbesondere kann dies dieser Person auch sichtbar gemacht werden, nämlich indem an ausge¬ wählter Stelle des Menüfeldes eine Anzeige sichtbar gemacht ist bzw. wird, die die mit dem augenblicklich ausgeübten Druck angesteuerte Komparatorstufe der Bedienungsperson visuell anzeigt. Es muß dann z.B. die gewünschte Stufe durch kurzzeitig bemessenes Anhalten des ausge¬ übten Druckes beibehalten werden, woraufhin die Auswerteelektronik etwas zeitverzögert anspricht und das Signal der gewünschten Stufe (äquivalent einem Drücken einer Tastenfunktion der Maus) auslöst. Für das visuelle Anzeigen wird insbesondere der erwähnte Projektor mit herangezogen.
Betätigen des Mundkontaktes bewirkt eine Aktivierung der Strahlung(en) 5, 6 des optischen Strahlzeigers, z.B. Einschalten des den obigen Ausführungen entsprechend ggf. notwendigerweise auch sichtbaren Strahls zum Anvisieren und zum Aktivieren der Modulation dieses Strahls oder eines ggfs. vorgesehenen zweiten optischen Strahls.
Figur 3 zeigt einen Mundkontakt 211, wie er hier als bevorzugte erfindungsgemäße Weiterbildung eines Details des Systems der Erfindung vorteilhaft zu verwenden ist. Mit 211' ist ein Mundstück bezeichnet, das von der mit dem System arbeitenden Person für das dem Klicken einer Maus entsprechende Ansteuern des Strahlzeigers 101 (und damit des zu bedienenden Computers) vorteilhaft benutzbar ist. Das Mundstück ist speziell für wie oben beschriebenes Saugen und pneumatisches Drücken von Luft aus dem Schlauch 212 heraus oder in diesen hinein ausgebildet. Vorzugsweise ist z.B. schon in diesem Mundstück 211* ein Mittel (wie z.B. eine luft- und feuchtigkeitsdichte, aber elastische Membrane) vorgesehen, um Vermeidung von durch Feuchtigkeit verursachte Schäden und des Auftretens eines Infektionsherdes (durch einfach auszuführende Desinfektion) sicherzustellen.
Jeweiliger von der Person erzeugter pneumatischer Unterdruck und Über- druck in der Schlauchleitung 212 wird gemäß einer Ausführungsform auf einen prinzipiell bekannten Wandler 210 mit einer Druckkammer 215 und einer Schalter-Kontaktmembran 216 übertragen. Dieser Wandler dient der Umsetzung der pneumatischen Kraft in elektrischen Kontakt. Vorteil¬ hafterweise sind entsprechend den zwei "Polaritäten" Saugen und Druck zwei verschiedene "polarisierte" Kontaktmöglichkeiten a und b (mit kontaktloser Mittelstellung) vorgesehen. Der Wandler 210 ist an den Strahlzeiger 101 anschließbar oder ist zweckmäßigerweise (wie in Figur 3 angedeutet) in den Strahlzeiger bereits eingebaut, so daß an der Stelle 213 nur noch der Schlauch 212 (mit dem daran angeschlossenen Mundstück 211') anzuschließen ist.
Anstelle der Piezotaste und des Wandlers 210 kann vorzugsweise eine Meßbrücke mit wenigstens einem Dehnungsmeßstreifen oder dgl. verwendet werden. Bei einer solchen Meßbrücke kann die druckabhängige Schaltschwelle elektrisch wahlweise eingestellt werden.

Claims

Ansprüche
1. System zur wahlweisen Steuerung von Funktionen eines PC's durch eine Person; mit einem optischen Strahlzeiger (101), mit dem wenigstens ein steuerbarer optischer Strahl (5, 6) auszusenden ist, der von der Person durch Betätigung eines
Steuer-Kontaktes mit wahlweise vorgebbarer Tastung/Modulation zu tasten/modulieren ist, und einem Positionsdetektor (2), wobei der Positionsdetektor (2) so angeordnet ist, daß dieser eine ihm gegenüberliegende, mit dem optischen Strahl (5, 6) zu überstreichende Fläche (4) erfassen kann, wobei mittels des Strahlfleckes (134) des optischen Strahls (5, 6) des Strahlzeigers
(101) eine Position (135) dieser Fläche (4) anzusteuern ist und mittels des
Positionsdetektors (2) die Ortskoordinaten dieser Position zu detektieren sind und damit festzustellen ist, wobei jedem von mehreren vorgesehenen Positionen (135) eine bestimmte
Funktion zugeordnet ist und wobei mittels des Ausgangssignals des Positionsdetektors (2) die Ausführung der gewählten Funktion im PC realisiert wird und wobei für die Bedienungsperson ein Bildschirm(-Gerät) (301) zur Beobachtung des Cursors der aktuellen Benutzeroberfläche vorgesehen ist.
2. System nach Anspruch 1 , bei dem die Fläche (4) zumindest einen Flächen-/Feldanteil (4a) umfaßt, der als mit dem Strahlzeiger (101) anzusteuerndes Menüfeld (4a) der
Benutzeroberfläche/dem Bildschirm (301) eines Computer/PC's (31) zugeordnet ist, und bei dem der Positionsdetektor (2) dem Computer/PC (31) jeweilige Detektionssignale bezüglich der jeweils angesteuerten Positionen/Feldelemente (135) liefert und der Cursor im Computer/PC (31) den Detektionssignalen entsprechend gesteuert ist.
3. System nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Fläche (4) einen Flächen-/Feldanteil (4b) umfaßt, der dem Tastenfeld einer PC-Tastatur entspricht, wobei einzelne Positionen/Feldelemente des Flächen-/Feldan teils (4b) einzelnen Tasten der Tastatur entsprechen, und bei dem die Detektion (2) einer mit dem Strahlzeiger (101) angesteuerten ausgewählten Position/Feldelements (251) eine Aktivierung der Funktion der entsprechenden Taste der PC-Tastatur bewirkt.
4. System nach Anspruch 3, bei dem in dem Flächen-/Feldanteil (4b) ein Abbild (250) der repräsentierten
Tastatur vorgesehen ist.
5. System nach Anspruch 4, bei dem die Feldelemente der einzelnen Tasten (251) der Abbildung (250) der Tastatur mit Einrichtungen ausgerüstet sind, die bei Anvisieren/Ansteuern der einzelnen Taste (251) mittels des Strahls (5, 6) des Strahlzeigers (101) aufleuchtend sind.
6. System nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem eine Phantom-Tastatur (302) vorgesehen ist, die eine für die
Bedienungsperson sichtbare Abbildung einer Tastatur eines Computers/PC's aufweist, wobei diese Abbildung die Abbildungen (303) der einzelnen Tasten der Tastatur aufweist, wobei diese Phantom-Tastatur (302) mit dem Positionsdetektor (2) und seiner Signalverarbeitung (3) signalmäßig derart verbunden und sie selbst derart ausgebildet ist, daß mit dem Strahlzeiger (101) auf dem Feldanteil (4b) der
Fläche (4) angesteuerte Feldelemente auf der Phantom-Tastatur (302) beobachtbar sind, wobei durch Aktivieren des Strahls des Strahlzeigers (101) die Funktion der einem angesteuerten Feldelement entsprechenden Taste ausgelöst wird.
7. System nach Anspruch 6, bei dem die abgebildeten Tasten (303) der Phantom-Tastatur (302), als vom Positionsdetektor (2) und der Signalverarbeitung (3) ansteuerbar aufleuchtende Tasten (303') ausgebildet sind, wobei das Aufleuchten bei Ansteuerung eines jeweiligen Feldelementes des Feldanteils (4b) der Fläche (4) mittels des Strahlzeigers (101) erfolgt.
8. System nach Anspruch 6 oder 7, bei dem die Phantom-Tastatur (302) derart ausgestaltet ist, daß deren einzelne Tasten (303) derselben mit wirksamer Tastenfunktion ausgebildet sind.
9. System nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem der für die Bedienungsperson vorgesehene Strahlzeiger (101) an einem Stirnband/einer Brille (113) anzubringen ist, das der Bedienungsperson, um das Ansteuern mit dem Strahlzeiger (101) durch Kopfbewegung auszuführen, an dem
Kopf anzulegen ist.
10. System nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem ein (der) Steuerkontakt des Strahlzeigers (101) als Mundkontakt (111 , 211) ausgeführt ist, der mittels elektrischer/pneumatischer Leitung (112, 212) mit dem Strahlzeiger (101) verbunden ist.
11. System nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem der Mundkontakt (111) so ausgebildet ist, daß er in mehrere mit dem Munde einstellbare Niveaustufen für voneinander unterscheidbare
Schaltfunktionen zu bringen ist.
12. System nach Anspruch 10 oder 11 , der (1 11) eine druckempfindliche Piezotaste zur Abgabe eines Signals mit mittels des Mundes einstellbaren verschieden hohen Signalniveaus enthält.
13. System nach Anspruch 10 oder 1 1 , der (211) mit einem Mundstück (211 ') und einer Einrichtung zur pneumatischen Kraftübertragung (212), sowie einem pneumatisch/elektrischen Wandler (210) ausgerüstet ist, wobei der Wandler (210) durch vom Mundstück (211 ') her ausgeübter pneumatischer Funktion zu schalten ist, und wobei der Wandler (210) elektrisch funktionell zur Steuerung des Strahlzeigers (101) mit diesem verbunden ist.
14. System nach Anspruch 13, bei dem das Mundstück (21 1 ') so ausgeführt ist, daß wahlweises Hineinblasen in dieses und Luftansaugen an diesem derart ausführbar ist, daß über einen Schlauch (212) Überdruck und Unterdruck auf den Wandler (210) zu übertragen ist, wobei der Wandler (210) als Schalter mit zwei aktiven Schaltkontakten und kontaktloser Mittelstellung ausgebildet ist, so daß durch Blasen und Saugen zwei unterschiedliche Schalterkontakte zu schließen sind.
15. System nach Anspruch 13, bei dem das Mundstück (211 ') so ausgeführt ist, daß wahlweises Hineinblasen in dieses und Luftansaugen an diesem derart ausführbar ist, daß über einen Schlauch (212) Überdruck und Unterdruck auf den Wandler (210) zu übertragen ist, wobei der Wandler ein Drucksensor mit Schaltfunktion ist.
16. System nach Anspruch 13, bei dem das Mundstück (21 1 ') so ausgeführt ist, daß wahlweises Hineinblasen in dieses und Luftansaugen an diesem derart ausführbar ist, daß über einen Schlauch (212) Überdruck und Unterdruck auf den Wandler (210) zu übertragen ist, wobei der Wandler eine drucksensitive Meßbrücke mit Schaltfunktion ist.
17. System nach Anspruch 15 oder 16, bei dem die Empfindlichkeit der Schaltfunktion wahlweise einstellbar ist.
18. System nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 17, bei dem ein (der) Steuerkontakt des Strahlzeigers (101) als mit dem Fuß zu betätigender Kontakt ausgebildet ist.
19. System nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem der Steuerkontakt des Strahlzeigers (101) ein durch einen akustischen Sender ausgelöster Kontakt ist.
20. System nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem die wahlweise vorgebbare Modulation des optischen Strahles (5, 6) durch akustische Modulation erfolgt.
21. System nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem die Funktion des Steuerkontaktes des Strahlzeigers (101) durch Wechsel von einem Flächenanteil zu einem anderen der Flächenanteile (4a, 4b, 4c) erfüllt wird.
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