DE3586204T2

DE3586204T2 - Apparat zur eingabe und behandlung von computerdaten.

Info

Publication number: DE3586204T2
Application number: DE8585110377T
Authority: DE
Inventors: Jaron Z Lanier; Thomas G Zimmerman
Original assignee: Individual
Current assignee: Sun Microsystems Inc
Priority date: 1985-08-19
Filing date: 1985-08-19
Publication date: 1992-12-03
Anticipated expiration: 2005-08-20
Also published as: EP0211984A1; ATE77164T1; DE3586204D1; EP0211984B2; EP0211984B1; DE3586204T3

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Bereich der Erfindung

Diese Erfindung betrifft insgesamt den Bereich der Vorrichtungen zur Dateneingabe und zur Handhabung in Computern und betrifft genauer eine Vorrichtung zur Dateneingabe in einen Computer und zur Handhabung gedachter Gegenstände, die vom Computer gebildet werden, und zwar auf der Grundlage der Gesten und Positionen der Hand einer Bedienungsperson.

Beschreibung des Standes der Technik

Eingabevorrichtungen für Computer umfassen solche Vorrichtungen, wie Tastaturen, Graphiktabletts, Steuerknüppel, Mäuse, Rollkugeln und Lichtgriffel. Eine Funktion dieser Eingabevorrichtungen ist es, in zwei Dimensionen einen Cursor auf dem Anzeigebildschirm eines Computers zu positionieren. Wenn der Cursor seine Position an einer bestimmten Stelle eingenommen hat, wird der Computer angewiesen, eine Operation durchzuführen. Die Vorgänge der Positionierung des Cursors und der Operationsauswahl sind getrennte Operationen, da getrennte Bewegungen erforderlich sind, um jede Operation durchzuführen. Mit einer Maus beispielsweise wird die Positionierung eines Cursors durch die Bewegung der Maus längs einer Oberfläche bewirkt, während die Operationsauswahl dadurch bewirkt wird, daß man Tasten niederdrückt, die entweder auf der Maus oder auf einer getrennten Tastatur angeordnet sind. Die Beherrschung der Bedienung solcher Eingangsvorrichtungen ist oft schwierig, weil die Handbewegungen, die erforderlich sind, um die Vorrichtungen zu betätigen, nicht mit der optischen Rückmeldung übereinstimmen, die von dem Anzeigebildschirm des Computers geboten wird.
Handschuh-Eingabevorrichtungen wurden verwendet, um Daten am Computer einzugeben. Das US-Patent Nr. 4 414 537, erteilt am 8. November 1983 für G. Grimes, mit dem Titel "Handschuh-Interface zur digitalen Dateneingabe" beschreibt eine solche Handschuh-Eingabevorrichtung. Das Grimes-Patent offenbart einen Handschuh mit Meßfühlern zum Ermitteln der Beugung der Fingergelenke, Meßfühlern zum Ermitteln der Berührung zwischen verschiedenartigen Abschnitten der Hand und Meßfühlern zum Ermitteln der Ausrichtung der Hand. Die Grimes-Vorrichtung ist für die Identifizierung statischer Handpositionen eingerichtet, die alphanumerische Zeichen des Handalphabets darstellen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung, die von den Ansprüchen umrissen ist, sieht eine Vorrichtung zur Eingabe von Daten in einen Computer vor und ist in Übereinstimmung mit den folgenden Prinzipien wirksam. Die Vorrichtung handhabt virtuelle Gegenstände, die von einem Computer gebildet sind, entsprechend den Gesten und den Lagen der Hand einer Bedienungsperson. Eine solche Handhabung umfaßt die Positionierung eines Cursors oder einer anderen Darstellung der Hand der Bedienungsperson hinsichtlich virtueller Objekte, die vom Computer gebildet sind, entsprechend bestimmter, die Position spezifizierender Bewegungen der Hand der Bedienungsperson, und die Betätigung an diesen virtuellen Objekten entsprechend bestimmter, Gesten spezifizierender Bewegungen der Hand der Bedienungsperson. Eine Gesten-Erkennungseinrichtung ist mit der Hand gekoppelt, um die Gesten spezifizierenden Bewegungen der Hand zu ermitteln, eine die Position der Hand erkennende Einrichtung ist ebenfalls mit der Hand mindestens teilweise gekoppelt, um die die Position spezifizierenden Bewegungen der Hand zu ermitteln, und eine Signal-Verarbeitungseinrichtung liegt vor, die dazu eingerichtet ist, Daten von der Gesten-Erkennungseinrichtung und der Hand-Positions-Erkennungseinrichtung zu empfangen und den Computer anzuweisen, um virtuelle Objekte entsprechend den Bewegungen der Hand der Bedienungsperson zu handhaben.
In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfaßt die Gesten-Erkennungseinrichtung eine Handschuhanordnung mit angebrachten Fühlern, die auf das Ausmaß der Beugung der Finger der Hand der Bedienungsperson ansprechen. Diese Beugungsfühler sind an einer flexiblen gedruckten Schaltungsplatte angebracht und sind sandwichartig zwischen einem inneren und einem äußeren Handschuh eingeschlossen. Eine Decodierungsschaltung zum Adressieren der Meßfühler ist ebenfalls an der flexiblen gedruckten Schaltungsplatte angebracht und ist elektrisch mit den Meßfühlern durch die flexible gedruckte Schaltungsplatte und mit dem Computer über ein abnehmbares Kabel gekoppelt. Die Hand-Positions- Erkennungseinrichtung umfaßt einen beweglichen Ultraschallsender, der an der Handschuhanordnung befestigt ist, einen ortsfesten Empfänger, der drei separate, mit Abstand getrennte Ultraschall-Empfangseinheiten aufweist, und eine Steuerschaltung, die die Zeitverzögerung pulsierender Ultraschallsignale vom Sender zu den drei Empfängern mißt, um die räumliche Lage der Hand der Bedienungsperson zu bestimmen. Die Signal-Verarbeitungseinrichtung ist in der Software enthalten und umfaßt Programme zum Positionieren eines handförmigen Cursors auf dem Anzeigebildschirm des Computers entsprechend der Lage der Hand der Bedienungsperson, um auf die Ausgangssignale der Beugungsfühler anzusprechen, um Gesten der Hand der Bedienungsperson zu identifizieren, und um virtuelle Objekte zu handhaben, die von dem Computer gebildet sind, und zwar entsprechend Befehlen, die durch die Gesten und die Bewegung der Hand der Bedienungsperson dargestellt sind.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Bestimmung der statischen und dynamischen Gesten der Hand einer Bedienungsperson und der räumlichen Lage der Hand. Als eine Eingabevorrichtung ist die vorliegende Erfindung besonders gut eingerichtet zur Verwendung mit einer bildhaften oder symbolischen Programmiersprache, die einen dynamischen Cursor aufweist, der in der Form mit der Form des Handschuhs übereinstimmt und sich auf dem Bildschirm in Abhängigkeit von der Bewegung des Handschuhs im Raum bewegt. Die vorliegende Erfindung liefert die Grundlage für eine symbolische Programmiersprache, bei der die körperlichen Gesten der Hand der Bedienungsperson benutzt werden, um prinzipiell ähnliche und leicht erkennbare Funktionen oder Tätigkeiten an virtuellen Objecten zu bewirken, die auf dem Anzeigebildschirm des Computers angezeigt sind.

IN DEN ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine Gesamt-Perspektivansicht eines Computers, der eine Computerdateneingabe und eine Manipulierungsvorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung umfaßt;
Fig. 2 ist eine Rückansicht eines Ausführungsbeispiels einer instrumentierten Handschuhanordnung entsprechend der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 ist eine Seitenansicht der instrumentierten Handschuhanordnung der Fig. 2;
Fig. 4 ist eine handtellerseitige Ansicht der instrumentierten Handschuhanordnung der Fig. 2;
Fig. 5 ist eine Schnitt-Detailansicht eines Fingers der instrumentierten Handschuhanordnung der Fig. 2, wobei der Finger eine ausgestreckte Ausrichtung aufweist;
Fig. 6 ist eine Schnitt-Detailansicht eines Fingers der instrumentierten Handschuhanordnung der Fig. 2, wobei der Finger eine gebogene Ausrichtung aufweist;
Fig. 7 ist eine Rückansicht einer anderen Ausführungsform einer instrumentierten Handschuhanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 8 ist eine Seitenansicht der instrumentierten Handschuhanordnung der Fig. 7;
Fig. 9 ist eine handtellerseitige Ansicht der instrumentierten Handschuhanordnung der Fig. 7;
Fig. 10 ist eine längsgeschnittene Ansicht eines Ausführungsbeispiels des Beugungsfühlers;
Fig. 11 ist eine längsgeschnittene Ansicht eines anderen Ausführungsbeispiels des Beugungsfühlers;
Fig. 12 ist eine Schnittansicht durch den Aufbau, der in Fig. 11 gezeigt ist;
Fig. 13 ist eine andere Schnittansicht durch den Aufbau, der in Fig. 11 gezeigt ist; und
Fig. 14 ist eine Perspektivansicht einer anderen Anwendungsform der Beugungsfühler, die zweckmäßig ist für das Verständnis der Erfindung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Die Fig. 1 bis 13 der Zeichnungen bilden verschiedenartige bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung lediglich zum Zweck der Darstellung ab. Ein Fachmann wird ohne weiteres aus der nachfolgenden Erörterung erkennen, daß auch andere Ausführungsbeispiele der hier dargestellten Anordnungen verwendet werden können, ohne daß man den Bereich der Erfindung, wie sie durch die Ansprüche definiert ist, verläßt.
In Fig. 1 ist das bevorzugte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in seiner beabsichtigten Gebrauchsweise dargestellt, nämlich als Computerdaten-Eingabe- und -Manipulationsvorrichtung 10. Die Vorrichtung 10 umfaßt eine Handschuhanordnung 12, die elektrisch an eine Interfaceschaltung 14 angekoppelt ist, welche ihrerseits elektrisch an einen Computer 16 angekoppelt ist, eine Positionserkennungs-Empfängeranordnung 18, die ebenfalls elektrisch an die Interfaceschaltung 14 angekoppelt ist, und eine Software, die vom Computer 16 durchgeführt wird. Die Handschuhanordnung 12 enthält Meßfühler, die die Beugung der Finger und andere Gesten der Hand einer Bedienungsperson ermittelt, und enthält auch einen Ultraschallwandler 17, der beim Ermitteln der räumlichen Lage der Handschuhanordnung 12 benutzt wird. Die Lageermittlungs-Empfängeranordnung 18 umfaßt einen L-förmigen Rahmen 20, der sich bevorzugt quer über die Oberseite eines Monitors 22 des Computers 16 und an dessen einer Seite nach unten erstreckt. Drei Ultraschallwandler 24 sind am Eck und an de Enden des Rahmens 20 angeordnet und der Bedienungsperson zugewandt.
Beim Betrieb wird die Handschuhanordnung 12 an der Hand einer Bedienungsperson getragen und wird benutzt, um einen Cursor 26 oder eine andere Darstellung der Handschuhanordnung auf dem Anzeigebildschirm 28 des Computers 16 zu positionieren. Die räumliche Lage der Handschuhanordnung 12 wird bestimmt durch Senden eines Ultraschallsignals durch den Meßwandler 17 in der Handschuhanordnung, Empfangen dieses Signals durch die Meßwandler 24 der Lagebestimmungs- Empfängeranordnung 18 und Messen der zeitlichen Verzögerung des Signals von dem sendenden Meßwandler 17 zu jedem der empfangenden Meßwandler 24. Der Softwareabschnitt der Vorrichtung 10 wandelt die Zeitverzögerung in rechtwinklige Koordinaten um und weist den Computer 16 an, den Cursor 26 auf dem Anzeigebildschirm 28 dementsprechend anzuzeigen. Somit führt die Bewegung der Handschuhanordnung 12 in einer Ebene parallel zu jener des Anzeigebildschirms 28 zu einer entsprechenden Bewegung durch den Cursor 26. Die Bewegung durch die Handschuhanordnung 12 zum Anzeigebildschirm 28 hin und von diesem weg kann durch Verändern der Größe des Cursors 26 dargestellt werden.
Die Handschuhanordnung 12 wird auch benutzt, um Befehle in den Computer 16 einzugeben. Wie im einzelnen unten beschrieben, enthält die Handschuhanordnung 12 mehrere Meßfühler, die auf die Gesten der Hand der Bedienungsperson ansprechen. Der Softwareabschnitt der Vorrichtung 10 empfängt und interpretiert die die Gesten anzeigenden Daten von den Meßfühlern der Handschuhanordnung 12 und gibt Befehle in den Computer 16 entsprechend den erkannten Gesten ein. Diese Befehle betreffen die Manipulation gedachter Objekte, die vom Computer 16 erzeugt und auf dem Anzeigebildschirm 28 angezeigt sind.
In den Fig. 2, 3, 4, 5 und 6 ist das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Handschuhanordnung 12 dargestellt. Ein äußerer Handschuh 30, der in Fig. 5 gezeigt ist und die Schaltungsanordnung schützt, die am inneren Handschuh angebracht ist, ist in den Fig. 2, 3, 4 und 6 nicht gezeigt, um es zu ermöglichen, daß die Vorrichtung deutlicher abgebildet wird. Die Bestandteile der Handschuhanordnung 12 sind an einem inneren Handschuh 32 angeklebt oder sonstwie befestigt, der an der Hand der Bedienungsperson während der Bedienung getragen wird. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Meßfühler und elektrischen Bestandteile der Handschuhanordnung an eine flexible, gedruckte Schaltungsplatte 34 angelötet und elektrisch durch diese miteinander verbunden, die ihrerseits am inneren Handschuh 32 angeklebt oder sonstwie befestigt ist. Die flexible gedruckte Schaltungsplatte 34 umfaßt fünf längliche Abschnitte 36, die längs der Rückseite der Finger und des Daumens angeordnet sind und sich von einem mittigen Abschnitt 38 aus, der längs des Rückens der Hand angeordnet ist, erstrecken. Bevorzugt ist der innere Handschuh 32 aus einem Material, wie Nylon-Strecksrickware, zusammengesetzt, das verschiedenartige Handgrößen aufnimmt und während des Gebrauchs einen guten Sitz aufrechterhält. Der äußere Handschuh 30 deckt die Bestandteile der Handschuhanordnung 12 ab, schützt sie und verbessert die ästhetische Wirkung der Handschuhanordnung. Bevorzugt ist der äußere Handschuh 30 aus einem leichten und dauerhaften Material, wie Baumwolle, zusammengesetzt.
Die Handschuhanordnung 12 umfaßt fünf Beugungsfühler 40, die jeweils an der Rückseite des inneren Handschuhs 32 gegenüber einem mittleren Knöchel eines Fingers oder Daumens angeordnet sind. Die Beugungsfühler 40 gehören bevorzugt zu jener Art, die ein Signal liefert, das eine analoge Darstellung des Ausmaßes der Beugung eines jeden des Fingers und des Daumens ist. Wie in den Fig. 5 und 6 gezeigt, umfaßt der Beugungsfühler 40 ein flexibles Rohr 42, das innere reflektierende Wände aufweist, mit einer Lichtquelle 44 am einen Ende und einem lichtempfindlichen Meßfühler 46 am anderen Ende. Die Lichtquelle 44 ist bevorzugt eine infrarotes Licht emittierende Diode, und der lichtempfindliche Meßfühler 46 ist bevorzugt ein Phototransistor. Das flexible Rohr 42 ist an die flexible gedruckte Schaltungsplatte 34 angeklebt oder sonstwie an dieser befestigt, wobei die elektrischen Leitungen der Lichtquelle 44 und des photosensitiven Meßfühlers 46 an den entsprechenden leitfähigen Spuren der flexiblen gedruckten Schaltungsplatte angelötet sind. Die Lichtmenge, die auf den photosensitiven Meßfühler 46 auftrifft, und die entsprechende Strommenge, die durch den photosensitiven Meßfühler strömt, ist abhängig von dem Ausmaß der Beugung des flexiblen Rohres 42. Wenn der Finger ausgestreckt ist, wie in Fig. 5 gezeigt, dann ist das flexible Rohr 42 insgesamt gerade, und eine maximale Lichtmenge aus der Lichtquelle 44 trifft auf den photosensitiven Meßfühler 46. Wenn der Finger bis zu einer Beugelage gebeugt wird, wie in Fig. 6 gezeigt, dann wird die Mitte des flexiblen Rohres 42 nahezu abgeklemmt, was die zum photosensitiven Meßfühler 46 übertragene Lichtmenge beschränkt. Somit liefern die Beugungsfühler 40 ein analoges Signal, das die Beugung der Finger und des Daumens der Bedienungsperson anzeigt.
Die Handschuhanordnung 12 ist elektrisch mit der Interfaceschaltung 14 über ein Kabel 52 verbunden, das bevorzugt ein Flachbandkabel ist, das lösbar an der flexiblen gedruckten Schaltungsplatte 34 mittels eines Steckers 54 angebracht ist. Das Kabel 52 liefert auch Strom und Grundsignale an die Bestandteile der Handschuhanordnung 12.
Wie oben erwähnt, umfaßt die Handschuhanordnung 12 einen Ultraschallwandler 17, der Ultraschallsignale zur Verwendung bei der Bestimmung der räumlichen Lage der Handschuhanordnung sendet. Der Ultraschallwandler 17 ist an geeignete leitförmige Spuren an einem Mittelabschnittbereich 38 der flexiblen gedruckten Schaltungsplatte 34 angelötet und ist elektrisch mit der Interface-Elektronik 14 über das Kabel 52 verbunden. Bevorzugt sind die Bestandteile 55, die einen Transformator und einen Transistor zum Betreiben des Ultraschallwandlers 17 umfassen, ebenfalls in der Handschuhanordnung 12 enthalten und an der flexiblen gedruckten Schaltungsplatte 34 angebracht. Um einer möglichen Blockierung der Ultraschallsignale durch die Hand der Bedienungsperson entgegenzuwirken, werden drei flexible Übertragungsrohre 56, 58 und 60 benutzt, um die Ultraschallsignale zu unterschiedlichen Teilen der Handschuhanordnung zu leiten. Die Übertragungsrohre 56 und 58 erstrecken sich vom Ultraschallwandler 17 zu dem Zeigefinger der Handschuhanordnung, wobei das Übertragungsrohr 56 am Grund des Fingers endet, und das Übertragungsrohr 58 erstreckt sich nahezu bis zur Spitze des Fingers. Das Übertragungsrohr 60 erstreckt sich vom Ultraschallwandler 17 rund um die Seite der Handschuhanordnung, wie in Fig. 4 gezeigt. Jedes der Übertragungsrohre trägt die Ultraschallsignale, die vom Ultraschallwandler 17 gesendet werden, weiter und strahlt diese Signale an einem offenen Ende aus. Die Übertragungsrohre stellen sicher, daß die Handgesten nicht die Übertragung der Ultraschallsignale an die Lagebestimmungs-Empfängeranordnung 18 blockieren. Wenn beispielsweise der Zeigefinger der Bedienungsperson zum Anzeigebildschirm 28 weist, wie in Fig. 5 gezeigt, dann erreichen die Ultraschallsignale, die vom Ende des Übertragungsrohres 58 abstrahlen, die empfangenden Wandler 24. Wenn der Zeigefinger der Bedienungsperson nach unten gebeugt ist, wie in Fig. 6 gezeigt, dann erreichen die Ultraschallsignale, die von dem Ende des Übertragungsrohres 56 abstrahlen, die empfangenden Wandler 24. Wenn die Hand der Bedienungsperson mit der Handfläche zum Anzeigebildschirm 28 weisend positioniert ist, dann werden die Ultraschallsignale, die vom Ende des Übertragungsrohres 60 abstrahlen, die empfangenden Wandler 24 erreichen.
Eine reichhaltiger instrumentierte andere Handschuhanordnung 80, die in den Fig. 7, 8 und 9 dargestellt ist, liefert zusätzliche Daten für die Identifizierung von Gesten. Eine flexible gedruckte Schaltungsplatte und die verschiedenartigen elektronischen Komponenten der Handschuhanordnung 80 sind aus Gründen der Deutlichkeit nicht gezeigt, können aber natürlich enthalten sein. Die Handschuhanordnung 80 umfaßt zwei Beugungsfühler 82 für jeden Finger und Daumen, einen Beugungsfühler 84 zwischen dem Daumen und dem Zeigefinger, einen Beugungsfühler 86 zwischen dem Zeigefinger und dem Mittelfinger sowie einen Beugungsfühler 88 über die Handfläche hinweg, die alle an einem inneren Handschuh 90 befestigt sind. Die Beugungsfühler 82 sind dem mittleren Knöchel und dem ersten Knöchel eines jeden Fingers und Daumens gegenüberliegend angeordnet. Der Beugungsfühler 84 spricht auf die seitliche Bewegung des Daumens relativ zum Zeigefinger an, während der Beugungsfühler 86 auf die seitliche Bewegung des Zeigefingers relativ zum Mittelfinger anspricht. Der Beugungsfühler 88, der quer zur Handfläche angeordnet ist, ist zweckmäßig beim Erkennen von Gesten, wie etwa dem Berühren des Daumens mit dem kleinen Finger.
Zusätzlich zu den Beugungsfühlern kann die Handschuhanordnung 80 auch einen Handrichtungsfühler 92 umfassen, der Daten liefert, die eine Aussage über die Ausrichtung der Handschuhanordnung relativ zu den drei Drehachsen aufweist, nämlich der Rollachse, der Nickachse und der Gierachse. Der Richtungsfühler 92 kann auf verschiedenartige Weise ausgeführt werden, etwa als ein dreiachsiges Beschleunigungs- Meßgerät, eine Anordnung von Quecksilber-Potentiometern oder ein Libellen-Meßgerät.
Als eine Alternative zur Verwendung der räumlichen Positionierung der Handschuhanordnung 12 zum Ausrichten der zweidimensionalen Positionierung des Bildschirm-Cursors 26 können Handgelenkbewegungen benutzt werden. Beispielsweise kann die Vorwärts- und Rückwärtsbeugung des Handgelenks die vertikale Positionierung des Bildschirm-Cursors 26 anzeigen, während die linke und rechte Beugung des Handgelenks die horizontale Positionierung des Bildschirm-Cursors bezeichnen kann. Zu diesem Zweck sind vier zusätzliche Beugungsfühler 94 am inneren Handschuh der Handschuhanordnung 80 an Stellen befestigt, die das Handgelenk umgeben.
Fig. 10 stellt im einzelnen eine Ausführung des optischen Beugungsfühlers dar, der in dem Handschuh verwendet ist, der in den anderen Figuren abgebildet ist. Der Meßfühler 40 besteht aus einem flexiblen Rohr 112, das offene Enden 114 und 116 aufweist, einer reflektierenden Innenwand 118 innerhalb des flexiblen Rohres 112 und einer Lichtquelle 44, die am Ende 114 angeordnet ist. Ein lichtempfindlicher Meßfühler 46 oder eine Licht übertragende Vorrichtung, wie etwa eine optische Faser, ist am Ende 116 des Rohres 112 so angeordnet, daß die Intensität einer Kombination ihrer direkten Lichtstrahlen und reflektierten Lichtstrahlen aufgenommen werden kann, wenn das flexible Rohr 112 gebogen wird.
Das flexible Rohr 40 kann aus Gummi, Kunststoff, gewebtem Material oder einem anderen geeigneten flexiblen Material hergestellt sein, während die Innenwand 118 mit Aluminiumfarbe oder einem anderen geeigneten reflektierenden Material beschichtet sein oder in manchen Fällen unbehandelt bleiben kann.
In seiner ungebeugten Lage ist das Rohr 112 insgesamt gerade. In dieser Lage trifft das Licht, das aus der Lichtquelle 44 emittiert wird, auf den lichtempfindlichen Meßfühler 46. Wenn das Rohr 112 gebogen wird, dann ist das empfangene Licht eine Kombination aus direkten Lichtstrahlen und reflektierten Strahlen. Die Menge dem Lichtes, das den photoempfindlichen Meßfühler 46 erreicht, wird abnehmen, bis eine Lage erreicht ist, in welcher das gesamte Licht abgesperrt oder reflektiert ist, und zwar in Abhängigkeit von der Nachgiebigkeit des Rohres 112.
In einem Ausführungsbeispiel ändert der lichtempfindliche Meßfühler 46 seinen Widerstand mit der Lichtintensität. Die kombinierte Wirkung des gebogenen Rohres 112 auf den Lichtweg und die Lichtempfindlichkeit des Meßfühlers 46 führt zu einer Vorrichtung, die ihren elektrischen Widerstand (oder eine andere Eigenschaft) ändert, wenn sie gebogen wird. Der Meßfühler 46 kann ein Phototransistor, ein Photosiliciumgesteuerter Gleichrichter, eine Photozelle oder eine optische Faser sein, die das Signal zu einer anderen Stelle transportiert. Im allgemeinen kann der Meßfühler 46 irgendeine Komponente sein, die einen Ausgangsparameter hat, der sich in Abhängigkeit zur Lichtintensität ändert.
Fig.11 stellt ein anderes Ausführungsbeispiel eines optischen Beugungsfühlers 124 dar. Der Fühler 124 besteht aus einem flexiblen Rohr 126, das zwei Enden 128 und 130 aufweist, sowie einer reflektierenden Innenwand 132. Die Innenwand 132 ist aufgebaut aus zwei unterschiedlichen Längs-Farbachsen - rot 134 und grün 136. Eine Lichtquelle 138, beispielsweise lichtemittierende Dioden oder Infrarotsender, ist an dem einen Ende des Rohres angeordnet, und ein lichtempfindlicher Meßfühler 140, beispielsweise ein Phototransistor, ist am anderen Ende 130 angeordnet.
Die Fig. 12 ist eine Querschnittsansicht des Rohres, das der Länge nach in Fig. 11 gezeigt ist.
Ein anderes Ausführungsbeispiel des optischen Beugungsfühlers 142 ist in Fig. 13 abgebildet. Der gezeigte Fühler hat innerhalb des flexiblen Rohres 144 eine reflektierende Innenwand 146, die aus drei unterschiedlichen Längs-Farbbereichen hergestellt ist - rot 148, grün 150 und gelb 152. Die beiden unterschiedlichen Farbbereiche im Fühler der Fig. 12 und die drei unterschiedlichen Farbbereiche im Fühler der Fig. 13 veranlassen die Intensität des Lichts, das den lichteinpfindlichen Meßfühler am entgegengesetzten Ende des Rohres erreicht, entsprechend dem Umstand modifiziert zu werden, ob eine Lichtquelle mit ähnlicher Farbe oder unterschiedlicher Farbe von der Oberfläche reflektiert wird.
In jedem dieser Ausführungsbeispiele kann die Lichtquelle aus derselben Anzahl in gleicher Weise gefärbter Lichtquellen bestehen, als gefärbte Wandbereiche an der Wand des Rohres vorliegen. Diese Vielzahl von Quellen kann zu unterschiedlichen Zeitintervallen pulsierend an- und abgeschaltet werden, und die Ausgangsparameter des Meßfühlers können am entgegengesetzten Ende des Rohres während entsprechender Zeitintervalle aufgenommen werden. Auf diese Weise ermöglicht die vorliegende Information die Bestimmung nicht nur des Ausmaßes, in welchem die Vorrichtung gebogen ist, sondern auch die Richtung der Biegung. Die Genauigkeit, die hinsichtlich der Richtung der Biegung der Vorrichtung erzielbar ist, wird insgesamt mit der größeren Anzahl gefärbter Lichtquellen und entsprechend gefärbter Wände zunehmen. Obwohl nur der spezielle Fall einer, zweier und dreier Farben dargestellt ist, kann jede gewünschte Anzahl gewählt werden.
Fig. 14 stellt eine andere Anwendung für die Beugungsfühler dar, die zweckmäßig ist zum Verständnis der Erfindung, worin die Beugungsfühler an einem Anzug angebracht sind, der von einer Person getragen wird. Auf diese Weise kann eine Information erhalten werden, um elektrisch die Lage der Gelenke und Glieder zu messen oder um Information über ihre Geschwindigkeit, Beschleunigung oder andere Parameter zu erhalten. Signale aus den Meßfühlern können verarbeitet werden zur Anwendung bei der physikalischen Therapie, der Computeranimation, Fernsteuerung und/oder bei einem Mensch-/Maschine-Interface. Die optischen Beugungsfühler können als digitale oder analoge Schalter verwendet werden.

Claims

1. Vorrichtung zur Eingabe von Daten in einen Computer in Übereinstimmung mit Gesten der Hand einer Bedienungsperson, umfassend

eine Gesten-Erkennungseinrichtung mit an der Hand befestigbaren Sensoren (40; 82, 84, 86, 88) zum Erfassen von Gesten spezifizierenden Beugebewegungen innerhalb der Hand, und

eine mit der Gesten-Erkennungseinrichtung (40; 82, 84, 86, 88) gekoppelte Signalverarbeitungseinrichtung zur Erzeugung von Steuersignalen entsprechend den Gesten spezifizierenden Beugebewegungen, gekennzeichnet durch

eine an der Hand befestigbare Positions-Erkennungseinrichtung (17, 24) zum Erfassen von Positionen spezifizierenden Bewegungen der Hand relativ zu dem Computer (16),

wobei die Signalverarbeitungseinrichtung auch mit der Positions-Erkennungseinrichtung (17, 24) gekoppelt ist, um in Übereinstimmung mit den Positionen spezifizierenden Bewegungen der Hand einen Cursor (26) zu bewegen, und

wobei die Signalverarbeitungseinrichtung ferner den Cursor (26) derart steuert, daß in Übereinstimmung mit den Gesten spezifizierenden Beugebewegungen der Hand Funktionen oder Operationen an virtuellen Objekten ausgeführt werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Gesten-Erkennungseinrichtung (40) ein Signal liefert, das eine analoge Wiedergabe des Ausmaßes der Beugung eines Fingers ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, umfassend ein mit dem Computer (16) verbundenes Sichtgerät (22) zur Darstellung des virtuellen Gegenstandes und des Cursors (26) auf einem Bildschirm (28), wobei die Signalverarbeitungseinrichtung so ausgelegt ist, daß sie den Cursor (26) in Übereinstimmung mit der Positions-Erkennungseinrichtung (17, 24) auf dem Bildschirm (28) bewegt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, umfassend eine Einrichtung zur Darstellung des Cursors (26) als Wiedergabe einer Hand, die der Position und Geste der Hand der Bedienungsperson entspricht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Signalverarbeitungseinrichtung eine Einrichtung zum Ändern der Größe des Cursors (26) in Übereinstimmung mit der Bewegung der Hand auf das Sichtgerät (22) zu oder von diesem weg aufweist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Positions-Erkennungseinrichtung an dem Sichtgerät (22) angeordnete Ultraschallempfänger (24) und eine Einrichtung (17, 56, 58, 60) zum Aussenden von Ultraschallsignalen von unterschiedlichen Stellen an der Hand der Bedienungsperson umfaßt.