Beschreibung
Eingabe-/Ausgabevorrichtung für ein Benutzerendgerät
Die Erfindung betrifft eine Eingabe-/Ausgabevorrichtung für ein Benutzerendgerät wie etwa einen tragbaren Computer, ein Mobiltelefon oder eine Spielstation.
Die fortschreitende Miniaturisierung elektronischer Schaltun- gen und die zunehmende Verbreitung von Mobiltelefonen eröffnet neue Möglichkeiten der mobilen Datenkommunikation mittels kleiner und handlicher Endgeräte. Dabei stellt die Eingabe- /Ausgabetechnologie ein Hindernis zur weiteren Miniaturisie¬ rung der Benutzerendgeräte dar.
Als Ausgabemedium sind Flüssigkristall- oder Polymere- Displays einsetzbar. In letzter Zeit wurden darüber hinaus sogenannte Mikrodisplays auf der Größe eines Fingernagels entwickelt. Diese Anzeigeeinrichtungen sind in der Lage, Bil- der einer Auflösung von beispielsweise 800x600 Pixel darzustellen. Durch eine Linsenanordnung wird das Bild dann so vergrößert, daß sich ein für den Benutzer angenehmer Sehwinkel von beispielsweise 16° ergibt. Derartige Mikrodisplays sind beispielsweise in der Zeitschrift Funkschau Nr. 22/97, S. 70 bis S. 71, beschrieben.
Als Eingabemedium sind Tastatur, Maus, Trackball und ein Eingabestift (Pen) auf einem Eingabefeld bekannt. Mit Ausnahme des Trackballs haben alle der genannten Eingabemedien einen vergleichsweise großen Platzbedarf. Ein Trackball hat den
Nachteil, daß er verschleißanfällig ist und dessen Bedienung ein hohes Maß an Konzentration des Benutzers erfordert. Die Spracheingabe und -Steuerung eines Endgerätes ist noch Gegenstand intensiver Forschungsanstrengungen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Eingabe- /Ausgabevorrichtung für ein Benutzerendgerät vorzuschlagen,
das eine einfache Handhabung des Endgeräts durch den Benutzer bei geringem Raum- und möglichst auch Energiebedarf ermöglicht .
Gelöst wird die Aufgabe durch eine Eingabe-/Ausgabevor- richtung mit einer Anzeigeeinrichtung, einem Augensensor zur Erfassung von Augenbewegungen eines Benutzers und einer An- steuereinrichtung für das Benutzerendgerät und/oder die Anzeigeeinrichtung in Abhängigkeit von der durch den Augensen- sor erfaßten Augenbewegung. Da die Ansteuerung des Endgerätes durch die Augenbewegungen des Benutzers erfolgt, wird kein Platz für ein Eingabemedium wie eine Maus oder eine Tastatur benötigt. Außerdem kann der Benutzer das Endgerät intuitiv mit Augenbewegungen bedienen und hat so noch beide Hände frei.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Die Erfassung der Augenbewegung erfolgt vorteilhaft mittels Infrarotlicht, da dieses einen größeren Kontrast der Augenstrukturen abbildet. Der Augensensor kann dabei eine CCD- Kamera oder eine CMOS-Kamera mit integrierter digitaler Signalverarbeitung sein.
Bei der Anzeigeeinrichtung kann es sich vorzugsweise um miniaturisierte Bildschirme handeln, die mit einer Linsenanordnung zur Bilderzeugung versehen sind. Dabei können auch zwei Bildschirme nebeneinander auf einem brillenförmigen Trägerge- stell angeordnet seien, um so beispielsweise dreidimensional erscheinende Bilder darzustellen. Durch die erfaßte Augenbewegung kann beispielsweise ein Bildschirmrollvorgang veranlaßt werden oder bestimmte Funktionen eines lauffähigen Pro- grammes gestartet oder beendet werden oder es kann die Be- trachtungsperspektive des Benutzers in Abhängigkeit von der Augenbewegung nachgeführt werden. Dies ist insbesondere in-
teressant für Multimedia-, virtuelle-Realität- oder Computer- spiel-Anwendungen.
Die Erfindung wird in der folgenden Beschreibung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen im Detail erläutert, in denen
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungs¬ gemäßen Eingabe-/Ausgabevorrichtung zeigt;
Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Eingabe-/Ausgabevorrichtung zeigt; und
Fig. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungs- gemäßen Eingabe-/Ausgabevorrichtung zeigt.
Das in Fig. 1 schematisch in Form eines Blockschaltbildes dargestellte erste Ausführungsbeispiel der Erfindung wird zunächst erläutert.
Ein Benutzerendgerät 8 wie etwa ein Mobiltelefon, ein tragbarer Computer oder auch eine Spielkonsole ist über eine An- steuereinrichtung 2 mit einer Anzeigeeinrichtung 1 wie etwa einem LCD-Bildschirm oder einem sogenannten Mikrodisplay aus Halbleitermaterial verbunden. Die Ansteuereinrichtung 2 dient der Ansteuerung des Bildschirms 1. Weiterhin sind Endgerät 8 und Ansteuereinrichtung 2 über eine Signalverarbeitungsschaltung, vorzugsweise eine digitale Signalverarbeitungsschaltung 4, mit einem Augensensor 3 verbunden. In geeignetem Abstand von der Anzeigevorrichtung 1 ist ein optisches Element 5 wie eine Einzellinse oder eine Linsenanordnung angebracht, um den Betrachtungswinkel des von der Anzeigevorrichtung angezeigten Bildes für den Benutzer oder Betrachter aufzuweiten. Das Auge des Benutzers ist schematisch dargestellt und mit Bezugszei- chen 9 bezeichnet.
Im Strahlengang zwischen Bildschirm 1 und Linse 5 ist ein Strahlteiler 6 angebracht, der einen von dem Auge 9 kommenden Lichtstrahl in den Augensensor 3 abtrennt. Bei dem Augensensor kann es sich dabei um eine CMOS-Kamera oder eine CCD- Kamera handeln. Vorzugsweise ist der Augensensor 3 empfindlich für Infrarotlicht, das schärfere Kontraste der Augenkontur des Benutzers sichtbar machen kann.
Der Augensensor 3 erfaßt die Bewegungen des Benutzerauges 9 und steuert über die Signalverarbeitungsschaltung 4 und die
Ansteuereinrichtung 2 das Endgerät 8 und den Bildschirm 1. So kann durch geeignete Augenbewegungen ein automatisches Rollen des Bildschirms beispielsweise beim Lesen eines Textes auf dem Bildschirm 1 veranlaßt werden. Durch Fixierung eines be- stimmten Bereiches auf dem Bildschirm durch die Augen kann beispielsweise ein Bildschirmfenster geöffnet oder ein Menüpunkt ausgewählt werden. So kann der Benutzer das Endgerät 8 intuitiv und auf einfache Art und Weise bedienen, ohne die Hände benutzen zu müssen.
Das in Fig. 1 gezeigte Ausführungsbeispiel der Erfindung weist einen transmittierenden Bildschirm 1 auf, der von einer hinter dem Bildschirm angeordneten Beleuchtungseinrichtung 7 beleuchtet wird. Es ist jedoch auch denkbar, den Bildschirm mittels Tageslicht zu beleuchten. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann ein Helligkeitssensor vorgesehen sein, der die Bildschirmbeleuchtung in Abhängigkeit von der erfaßten Helligkeit steuert.
Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Eingabe-/Ausgabevorrichtung. Im Unterschied zu dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist zusätzlich eine Infrarotquelle 10 vorgesehen, die Infrarotlicht über einen zweiten Strahlteiler 11 in den optischen Strahlengang der Eingabe-/Ausgabevorrichtung einkoppelt und so das Auge 9 des Benutzers mit Infrarotlicht bestrahlt. Das zurückgeworfene Infrarotlicht wird von dem ersten Strahlteiler abgelenkt und
dem Augensensor 3 zugeführt. Über den ersten Strahlteiler 11 wird außerdem Licht von einer Lichtquelle 12 eingekoppelt, das den Bildschirm 1 beleuchtet, der in dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ein reflektierender Bildschirm ist. Die Bildschirm- und Endgerätansteuerung mittels Augenbewegung funktioniert auf die gleiche Art und Weise wie bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1.
Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem zwei Bildschirme 1, 1' und zwei Linsen 5, 5' vorgesehen sind, die beispielsweise auf einem brillenförmigen Trägergestell angeordnet sind, welches der Benutzer z. B. beim Spielen eines Computerspiels trägt. Bei dem Augensensor 3 kann es sich um eine einfachere Variante des Augensensors handeln, bei der beispielsweise die horizontale Augenposition mittels einer Kette von lichtempfindlichen Dioden erfaßt wird. Es können selbstverständlich auch zwei Augensensoren zur Erfassung der Bewegung beider Augen des Benutzers vorhanden sein. Dadurch wird es möglich, etwa die Fokussierungstie- fe des Benutzers festzustellen und in Abhängigkeit davon beispielsweise ein virtuelles Bild auf dem Bildschirm in Nahoder Fernansicht darzustellen. Mittels des Bildschirmpaares 1, 1' wird es möglich, dreidimensional erscheinende Bilder darzustellen. Dies ist wiederum für Spiele- oder sogenannte Virtuell-Realität-Anwendungen von Interesse. Die Bildschirmsteuerung 2 kann dabei so ausgebildet sein, daß beispielsweise ein nach links gerichteter Blick des Benutzers, der von dem Augensensor 3 erfaßt wird, eine entsprechend nach links gewendete Bildschirmdarstellung veranlaßt.
Weitere Ausbildungen und Anwendungen der erfindungsgemäßen Eingabe-/Ausgabevorrichtung sind möglich.
Die Eingabe-/Ausgabevorrichtung kann in einen Stromsparmodus umschalten, wenn der Augensensor 3 für eine festgelegte Zeitspanne kein Auge eines Benutzers erfaßt. Dies ist insbesonde-
re für mobile Anwendungen, bei denen der Strombedarf kritisch ist, vorteilhaft.
Es ist weiterhin möglich, durch den in den Ausführungsbei- spielen von Fig. 1 und Fig. 2 gezeigten Augensensor eine Drehung oder Torsion des Auges 9 zu erfassen. Dadurch wird ein weiterer Freiheitsgrad der Eingabe ermöglicht, der beispielsweise die Gerätebedienung durch behinderte Personen erleichtern kann.
Durch den Augensensor 3 und die Verarbeitungsschaltung 4 können bestimmte Bewegungsmuster der Augenbewegung erfaßt werden, um beispielsweise eine Ermüdung des Benutzers festzustellen, bestimmte Bildschirmteile, beispielsweise Textab- schnitte, bei denen das Auge des Benutzers besonders lange verweilt, können hervorgehoben oder Zusatzinformationen dazu angezeigt werden. So kann auch ein Trainingsprogramm zum Schneilesen implementiert werden.
Eine weitere Anwendung liegt darin, durch den Augensensor und die Signalerfassung eine biometrische Identifikation des Benutzers anhand des Augenmusters auszuführen. Dies ist insbesondere vorteilhaft bei Geräten, die durch mehrere Benutzer verwendet werden, oder auch bei Mobiltelefonen oder derglei- chen als Ersatz für die PIN-Karte. Eine weitere Anwendung liegt darin, eine horizontale oder vertikale Anordnung des Bildschirms relativ zum Benutzer mittels der erfaßten Augenposition zu ermitteln.