WO2001091042A2 - Positioniereinheit - Google Patents

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WO2001091042A2
WO2001091042A2 PCT/DE2001/001947 DE0101947W WO0191042A2 WO 2001091042 A2 WO2001091042 A2 WO 2001091042A2 DE 0101947 W DE0101947 W DE 0101947W WO 0191042 A2 WO0191042 A2 WO 0191042A2
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remote control
movement
rotation
television
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Klaus Buchenrieder
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Infineon Technologies Ag
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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/0304—Detection arrangements using opto-electronic means
    • G06F3/0325—Detection arrangements using opto-electronic means using a plurality of light emitters or reflectors or a plurality of detectors forming a reference frame from which to derive the orientation of the object, e.g. by triangulation or on the basis of reference deformation in the picked up image
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
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    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/033—Pointing devices displaced or positioned by the user, e.g. mice, trackballs, pens or joysticks; Accessories therefor
    • G06F3/0346—Pointing devices displaced or positioned by the user, e.g. mice, trackballs, pens or joysticks; Accessories therefor with detection of the device orientation or free movement in a 3D space, e.g. 3D mice, 6-DOF [six degrees of freedom] pointers using gyroscopes, accelerometers or tilt-sensors

Definitions

  • the invention relates to a positioning unit for moving an object on a display surface.
  • the display area is, for example, a screen or a projection screen.
  • project control is not restricted to a specific form of the display unit. Rather, it is possible to use object control with various two- or three-dimensional display media. For example, in a three-dimensional projection room.
  • TDA6000 to display both teletext offers and HTML pages on a television screen.
  • a known problem is to provide a positioning unit by means of which an object, in particular a cursor, can be used for navigation on the pages shown.
  • the remote control typically moves from the wrist.
  • the cursor must be as possible
  • the movement of the cursor should ideally correspond to that of a light pointer (laser pointer). The movement therefore resembles that of an imaginary projected point. If you move the remote control up and down or rotate it from your wrist, for example, the cursor should also move up and down. A slight twist of the remote control when moving around the longitudinal axis (roll axis) must not have any influence on the cursor positioning. However, since a rotation around the longitudinal axis is unavoidable during the movement, this rolling component must be eliminated or compensated.
  • An important problem is to move a cursor on the screen or the projection surface in direct dependence on the movement of a remote control so that the movement of the cursor on the screen is independent of the roll movement of the remote control. Only the pitch and yaw movements or a plane-parallel shift of the remote control may contribute to the cursor movement. Furthermore, the cursor may only be checked if the remote control is actually pointed at the corresponding television or a corresponding projection screen.
  • the cursor should simply be moved from left to right with the remote control.
  • a rotation about the longitudinal axis occurs during the movement. This is normal.
  • the rotation is difficult to get to grips with compensations previously used.
  • the motion sensors are often calibrated before or during a motion and then compensated accordingly (see prior art).
  • the zero point is defined by pressing a key:
  • the remote control or mouse is held in any position in the room.
  • An arbitrary "zero position" in the room is then defined by pressing a button on the mouse or on the receiving device. All other movements in the room are then determined from this "zero position” by continuously integrating the movement data via acceleration sensors (prone to errors).
  • This method is often used without reference to the television application, for example in robotics for determining a so-called “nest position", in which the rest position of a robot arm is determined.
  • a modified computer mouse through which an optical detection of a luminous point, which is reproduced directly on the display surface, takes place.
  • the “mouse” has a light-sensitive area that is held briefly on the screen to detect the "zero position" in the room. It is of course also conceivable to define any point, for example on the television armchair, as the zero point and to equip it accordingly. All other movements in the room are then determined from this "zero position" by continuously integrating the movement data via acceleration sensors.
  • Other known positioning units include detection of a lighting element which is attached to the remote control.
  • a positioning unit is known from US Pat. No. 5,448,261 in which the position of a luminous point on the television set is detected and tracked, for example with the aid of a CCD camera. The position of the remote control is then determined by calculation.
  • a radiation source which is designed such that the four receivers arranged around the screen are illuminated to different extents, depending on the angle to the television screen.
  • the orientation of the remote control on the screen is then determined from the distribution of the illuminance (radiation energy variant).
  • Line, pattern or menu items are shown on the television page and evaluated in the FB:
  • photosensitive area array of cells
  • remote control or mouse Pixel array There is a photosensitive area (array of cells) or a in the remote control or mouse Pixel array.
  • the project is brought into congruence with the sensor via an optical system, see: EP 355172 A.
  • the object When the object is detected, it is then possibly moved. If you have adjusted to the system, it is very easy to use. However, the learning phase is a bit annoying and the parameters have to be reset for each user.
  • Koike et. al. determine the position via a red dot at the end of the remote control (LED) cf. US 5448261 A.
  • a CCD camera and evaluation logic are installed in the television, with which the position of the pulsed light source is determined.
  • Levine and Schappert propose in EP 721169 A to which
  • Infrared or ultrasound transmitter e.g. in the corners of the screen:
  • the position in space can be determined, but not the spatial orientation of the rod-shaped remote control in space, or even an orientation of rotation about the longitudinal axis.
  • Lenssen and Martens generate a magnetic field and calibrate with a "Giant Magneto Resistive Sensor", cf. WO 9715880 A.
  • the method used here is very complex.
  • Faulkner and Hall WO 9727575 A use three Hall sensors arranged at right angles for direct detection of the orientation and movement of the "mouse" in the earth's magnetic field. This product is a good solution as long as you use it
  • a sensor system in the “mouse” is connected to a “weight”.
  • the movement and basic orientation is derived directly from it. If only the “gravitational vector” is used, movements in the horizontal are not recorded. Jerky movements also lead to malfunctions. Suzuki probably connects the potentiometers in GB 2276261 A.
  • the invention has for its object to provide a positioning unit that enables an object to be moved easily on a display surface.
  • the object is achieved in that the positioning unit has means for detecting a rolling movement and an orientation of the positioning unit.
  • the positioning unit is preferably designed such that it contains at least one polarized light source.
  • the positioning unit is designed such that it contains at least two differently polarized light sources.
  • the differently polarized light sources are operated in a pulse-modulated manner.
  • a particularly preferred embodiment of the invention provides that, in addition to the acceleration sensors, both the rolling movement and the orientation of the remote control are also detected optically.
  • two differently polarized light sources are pulse-modulated so that the path attenuation can be determined and the rotation component can be determined exactly.
  • the pulse sources and the receiver are arranged on the television (screen of a projector, etc.) and in the remote control. This ensures that the remote control is aligned with the corresponding image area via "visual contact".
  • the optical transmission device can be accommodated both in the television and in the remote control.
  • Fig. 1 is a sectional view of a designed according to the invention
  • Fig. 2 is a schematic representation to illustrate the use of two different polarized
  • Fig. 3 sum signals and individual signals for different angles of rotation of the positioning unit
  • Fig. 4 shows a section of the signal sequences shown in Fig. 3 with explanations of the components occurring therein.
  • Fig. 1 the sectional view of a remote control with the transmitter in the remote control is shown.
  • the roll system consists of two light sources ("left" and "right") and the pitch and yaw system consists of two acceleration sensors that are offset by 90 degrees.
  • FIG. 2 A preferred mode of operation of the positioning unit is shown in a schematic diagram in FIG. 2.
  • Two polarized, pulsed light sources and a receiving device with a polarized filter are used to determine the rolling component.
  • the polarization angles of the individual filters are different.
  • the output of the receiver indicates the measured intensity after the polarized analysis filter in analogy to further processing. From the relative amplitude values of the received pulses, path loss, extraneous light component and angle of rotation can then be determined. If the transmitting device is rotated relative to the receiving device, the measured intensity changes with respect to the respective source "left" or "right".
  • the sources are operated alternately, according to a certain pulse sequence, so that the rotation to the left can be distinguished from that to the right.
  • the direction of rotation and the angle of rotation (plus / minus 45 degrees from the horizontal) can be derived directly from the height of the received pulses.
  • the analog receive signal is available at the "output".
  • the light transmitters "Left” and “Right” are arranged next to each other and emit light in a bundle via a polarization filter. Appropriate optics are used for bundling before polarization. If you hold the remote control in the direction of the television set, the polarized light rays hit the receiver.
  • the simulation graphic shows the remote control (as a line with a small marking for the top) in various rotation positions from -45 degrees to +45 degrees.
  • the waveform of the signal at the output of the receiver is the sum of the proportional individual brightnesses of the pulses "Left” and “Right” multiplied by a constant. The contributions of the individual brightnesses depend directly on the angle of rotation.
  • Both light sources are switched in a pulsed manner according to the time diagrams ("left", "right") shown in FIGS. 3 and 4.
  • the pulse sequence contains the four states (00, 01, 10, 11).
  • Transmitter-receiver This allows the times of the "zero values" to be clearly determined. This is important because clock-frequency changes may occur in battery-powered transmitters with decreasing battery voltage.
  • the invention includes a simple reference system with a receiving device for determining the disturbing roll angle. Determination of basic lighting value, brightness calibration and scattered light.
  • the invention combines an acceleration sensor base with an independent optical reference system for the determination and separate compensation of the rolling movement.
  • a simple simulation with a microprocessor board and an acceleration sensor is set up to demonstrate the acceleration sensors. If you move the sensor around an axis, a mark moves in the display proportionally to the angle up or down.
  • the acceleration values are integrated in software. The system does not compensate for the rolling movement and demonstrates the best available technology.
  • a "twistable" section was set up with two light-emitting diodes, a photo resistor and the filter foils made from cinema glasses. If you now switch the diodes, the corresponding curves can be displayed using an oscilloscope.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Positioniereinheit für eine Bewegung eines Objekts auf einer Darstellungsfläche. Erfindungsgemäss zeichnet sich die Positioniereinheit dadurch aus, dass die Positioniereinheit Mittel zur Erfassung einer Rollbewegung und einer Orientierung der Positioniereinheit aufweist.

Description

Be s ehr eibung
Positionie einheit
Die Erfindung betrifft eine Positioniereinheit für eine Bewegung eines Objekts auf einer Darstellungsfläche.
Bei der Darstellungsfläche handelt es sich beispielsweise um einen Bildschirm oder um eine Projektionsleinwand. Der Einsatz der Projektsteuerung ist jedoch nicht auf eine bestimmte Gestalt der Darstellungseinheit beschränkt. Vielmehr ist es möglich, die Objektsteuerung bei verschiedenen zwei- oder dreidimensionalen Darstellungsmedien einzusetzen. Beispielsweise auch in einem dreidimensionalen Projektionsraum.
Fernsehgeräte und Projektoren für Computer- oder Fernsehbilddarstellung werden zunehmend für Browseranwendungen verwendet. So ist es beispielsweise möglich, durch den von der Anmelderin vertriebenen Chip
TDA6000 sowohl Videotextangebote als auch HTML-Seiten auf einem Fernsehschirm darzustellen.
Ein bekanntes Problem ist es, eine Positioniereinheit bereitzustellen, durch die ein Objekt, insbesondere ein Cursor, zu einer Navigation auf den dargestellten Seiten benutzt werden kann.
Die Bewegung der Fernbedienung erfolgt typischerweise aus dem Handgelenk heraus. Dabei muss der Cursor möglichst
"natürlich" der Bewegung der Fernbedienung folgen. Die Bewegung des Cursors sollte idealerweise dem eines Lichtzeigers (Laserpointers) entsprechen. Die Bewegung gleicht daher dem eines imaginär projizierten Punktes. Bewegt man die Fernbedienung auf und ab oder rotiert man diese zum Beispiel aus dem Handgelenk, so sollte sich der Cursor ebenfalls auf und ab bewegen. Eine leichte Verdrehung der Fernbedienung bei der Bewegung um die Längsachse (Rollachse) , darf keinen Einfluss auf die Cursorpositionierung haben. Da jedoch bei der Bewegung eine Drehung um die Längsachse unvermeidbar ist, muss diese Rollkomponente eliminiert oder kompensiert werden.
Ein wichtiges Problem besteht darin, einen Cursor auf dem Schirm oder der Projektionsfläche in direkter Abhängigkeit der Bewegung einer Fernbedienung so zu bewegen, dass die Verschiebung des Cursors auf dem Schirm unabhängig von der Roll-Bewegung der Fernbedienung ist. Zur Cursorbewegung dürfen nur die Pitch- und Yaw-Bewegungen oder eine planparallele Verschiebung der Remote-Control beitragen. Weiterhin darf die Cursorkontrolle nur dann erfolgen, wenn die Fernbedienung tatsächlich auf den entsprechenden Fernseher oder eine entsprechende Projektionswand gerichtet ist .
Im unten dargestellten Beispiel soll der Cursor mit der Fernbedienung einfach nur von links nach rechts bewegt werden. Dabei tritt aber während der Bewegung eine Rotation um die Längsachse auf. Dies ist ganz normal. Die Rotation ist mit bisher verwendeten Kompensationen nur schwer in den Griff zu bekommen. Oftmals werden die Bewegungssensoren vor oder während einer Bewegung kalibriert und dann entsprechend kompensiert (vgl. Stand der Technik).
Die bekannten Lösungen zu diesem Problem konzentrieren sich hauptsächlich auf die Erfassung der Bewegung oder der Bewegungsrichtung der Fernbedienung. Meist werden die Kalibrationsschritte komplett weggelassen und die Rollbewegungen nicht kompensiert. Verschiedene Lösungen sind unanfällig gegen Rollbewegungen, ohne dass dem Problem aber besondere Aufmerksamkeit geschenkt wurde. Eine gattungsgemäße Positioniereinheit ist aus der
Europäischen Patentanmeldung EP 0 625 744 AI bekannt. Hierbei erfolgt eine Festlegung eines Nullpunkts bei der Inbetriebnahme .
Wird der Navigationsmodus ausgewählt, so wird eine
"Nullposition"' der "Maus" ohne Rücksicht auf die tatsächliche Positionierung oder Orientierung im Raum angenommen. Jede weitere Bewegung wird dann erfasst und ausgehend von dieser "Nullposition" durch fortwährende Integration der Bewegungsdaten über Beschleunigungssensoren ermittelt. Diese bekannte Positioniereinheit ist in ihrem Betrieb jedoch sehr fehlera fällig.
Bei einer weiteren bekannten Positioniereinheit erfolgt eine Definition des Nullpunktes durch Drücken einer Taste:
Die Fernbedienung oder Maus wird in beliebiger Lage im Raum gehalten. Durch Drücken einer Taste an der Maus oder am Empfangsgerät wird dann eine willkürliche "Nullposition" im Raum definiert. Alle weiteren Bewegungen im Raum werden daraufhin ausgehend von dieser "Nullposition" durch fortwährende Integration der Bewegungsdaten über Beschleunigungssensoren ermittelt (fehleranfällig) . Dieses Verfahren wird oftmals ohne Bezug auf die Fernsehanwendung eingesetzt, zum Beispiel in der Robotik zum Bestimmen einer sogenannten "Nest-Position", in der die Ruhelage eines Roboterarms festgelegt wird.
Ferner ist eine modifizierte Computer-Maus bekannt, durch die eine optische Erfassung eines Leuchtpunktes, der direkt auf der Darstellungsfläche wiedergegeben ist, erfolgt. Die "Maus" besitzt eine lichtempfindliche Stelle, die kurz zur Erfassung der "Nullposition" im Raum an den Schirm gehalten wird. Es ist natürlich auch denkbar, einen beliebigen Punkt, zum Beispiel am Fernsehsessel als Nullpunkt zu definieren und entsprechend technisch auszurüsten. Alle weiteren Bewegungen im Raum werden dann ausgehend von dieser "Nullposition" durch fortwährende Integration der Bewegungsdaten über Beschleunigungssensoren ermittelt.
Weitere bekannte Positioniereinheiten beinhalten eine Erfassung eines Leuchtelements, welches an der Fernbedienung angebracht ist.
Aus der US-Patentschrift 5 448 261 ist eine Positioniereinheit bekannt, bei der die Position eines Leuchtpunktes am Fernsehgerät zum Beispiel mit Hilfe einer CCD Kamera erfasst und verfolgt wird. Durch Berechnung wird dann die Position der Fernbedienung bestimmt.
Ferner ist eine Strahlungsquelle bekannt, die so gestaltet ist, dass je nach Winkel zum Fernsehschirm die vier, um den Schirm herum angeordneten, Empfänger verschieden stark beleuchtet werden. Aus der Verteilung der Beleuchtungsstärke (Variante Strahlungsenergie) wird dann die Ausrichtung der Fernbedienung auf den Schirm bestimmt.
Linien-, Muster oder Menüpunkte werden auf der Fernseherseite dargestellt und in der FB ausgewertet:
In der Fernbedienung oder Maus befindet sich eine fotoempfindliche Stelle (Array aus Zellen) oder ein Pixelarray.
Man bringt über eine Optik das Projekt in Deckung mit dem Sensor, vgl: EP 355172 A.
Von einem "Kasten" in der Nähe der Bildröhre wird ein "Bild" ausgesendet. Dieses Bild wird von einem Pixelsensor aufgenommen, und die Position des Abbilds zur Sensormitte ergibt die xy-Koordinate vgl. US 5644126 A.
Bei Erfassung des Objekts wird dieses dann gegebenenfalls verschoben. Sofern man sich auf das System eingestellt hat, ist der Umgang damit recht einfach. Die Lernphase ist jedoch etwas lästig und die Parameter sind für jeden Benutzer neu einzustellen.
Punkte, Linien oder Muster werden auf den Fernseher projiziert :
Koike et. al . bestimmen die Position über einen Leuchtpunkt am Ende der Fernbedienung (Leuchtdiode) vgl. US 5448261 A. Im Fernseher ist eine CCD Kamera und eine Auswertelogik eingebaut, mit der die Position der gepulsten Lichtquelle bestimmt wird. Levine und Schappert schlagen in EP 721169 A vor, auf die
Fernbedienung drei punktförmige Leuchtquellen (Leuchtdioden) zu montieren. Diese zeigen in leicht unterschiedliche Richtungen und die Leuchtintensität der jeweiligen Diode nimmt mit dem Winkel ab. Nichtlinearitäten werden durch Filter ausgeglichen. Die Leuchtdioden blinken in einem festgelegten Rhythmus. Der Detektor im Fernsehgerät kann daraus den Winkel der Fernbedienung zum Fernsehgerät genau bestimmen. Steinhäuser gibt in DE 19620332 A ein Verfahren an, mit dem von der Hand-Held-Unit ein Muster auf den Fernseher projiziert und im Fernseher ausgewertet wird. Je nach Auswerteprogramm und Muster kann die Cursorbewegung sehr exakt durchgeführt werden.
Infrarot oder Ultraschallgeber z.B. in den Ecken des Bildschirms :
Diese Geber werden sowohl zur Positionsbestimmung oder auch zur Festlegung der "Nullposition" benutzt, vgl. DE 19701374 A oder WO 9307711 A usw. Diese Verfahren sind zwar kostengünstig, aber auch ungenau. Zur Festlegung der "Nullposition" kann aber' nur im besten Fall ein Punkt im Raum vermessen werden. Mit einem System lässt sich die Position im Raum, aber nicht die räumliche Orientierung der zum Beispiel stabförmigen Fernbedienung im Raum oder gar eine Rotationsorientierung um die Längsachse ermitteln.
Phasendifferenzverfahren:
Ferner ist es bekannt, mehrere Signalempfänger um den Bildschirm herum anzuordnen und die Fernbedienung mit zum Beispiel einem Pulssender auszurüsten. Aus der Phasendifferenz der empfangenen Signale lässt sich dann die Position berechnen. Logischerweise lässt sich die Position im Raum, aber nicht die räumliche Orientierung der zum Beispiel stabförmigen Fernbedienung im Raum oder gar eine Rotationsorientierung um die Längsachse ermitteln.
Eine Phasendifferenzmethode, basierend auf elektromagnetischen Wellen, ist im kanadischen Patent- Dokument Nr. 1301279 angegeben. Aus der Beschreibung kann ich jedoch nicht viel ersehen. Das Verfahren steht aber sicherlich nicht in Konkurrenz zum dargestellten Verfahren.
Koordinierung durch ein künstliches Magnetfeld: Lenssen und Martens erzeugen ein Magnetfeld und kalibrieren mit einem "Giant Magneto Resistive Sensor", vgl. WO 9715880 A. Das hierbei eingesetzte Verfahren ist sehr aufwendig.
Koordinierung im Erdmagnetfeld
Faulkner und Hall WO 9727575 A verwenden drei im rechten Winkel angeordnete Hall-Sensoren zur direkten Erfassung der Orientierung und Bewegung der "Maus" im Erdmagnetfeld. Dieses Produkt ist eine gute Lösung, solange man damit dem
Großbildfernseher und seinem Magnetfeld nicht zu nahe kommt.
Nutzung der Schwerkraft:
Eine Sensorik in der "Maus" ist mit einem "Gewicht" verbunden. Die Bewegung und Grundorientierung wird davon direkt abgeleitet. Wird nur der "Gravitationsvektor" benutzt, werden aber Bewegungen in der Horizontalen nicht erfasst. Auch ruckartige Bewegungen führen zu Störungen. Vermutlich verbindet Suzuki die Potentiometer in GB 2276261 A mit
Gewichten, weil für derartige Aufbauten häufig der Joystick aus einer Fernsteuerung umgedreht eingebaut und das Knüppelende mit etwa 100 Gramm beschwert wird. Dies stellt eine wenig bedienungsfreundliche Lösung dar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Positioniereinheit zu schaffen, die eine einfach durchzuführende Bewegung eines Objekts auf einer Darstellungsfläche ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Positioniereinheit Mittel zur Erfassung einer Rollbewegung und einer Orientierung der Positioniereinheit aufweist. Vorzugsweise wird die Positioniereinheit so gestaltet, dass sie wenigstens eine polarisierte Lichtquelle enthält.
Besonders vorteilhaft ist es, dass die Positioniereinheit so ausgestaltet ist, dass sie wenigstens zwei voneinander verschieden polarisierte Lichtquellen enthält.
Dies hat den Vorteil, dass die Streckendämpfung und die Rotationskomponente exakt bestimmt werden können.
Hierbei ist es besonders zweckmäßig, dass die unterschiedlich polarisierten Lichtquellen pulsmoduliert betrieben werden.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass neben den Beschleunigungssensoren zusätzlich sowohl die Rollbewegung als auch die Orientierung der Fernbedienung optisch erfasst wird. Hierzu werden zwei unterschiedlich polarisierte Leuchtquellen so pulsmoduliert, dass man die Streckendämpfung ermitteln und die Rotationskomponente exakt bestimmen kann. Die Pulsquellen und den Empfänger ordnet man am Fernsehgerät (Leinwand eines Beamers usw.) und in der Fernbedienung an. Dadurch wird über den "Sichtkontakt" die Ausrichtung der Fernbedienung auf die entsprechende Bildfläche sichergestellt. Die optische Sendeeinrichtung kann sowohl im Fernsehgerät als auch in der Fernbedienung untergebracht sein.
Weitere Vorteile, Besonderheiten und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen und der nachfolgenden Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Von den Zeichnungen zeigt
Fig. 1 ein Schnittbild einer erfindungsgemäß gestalteten
Fernbedienung,
Fig. 2 eine schematische Darstellung zur Verdeutlichung des Einsatzes von zwei verschiedenen polarisierten
Lichtquellen,
Fig. 3 Summensignale und Einzelsignale für verschiedene Drehwinkel der Positioniereinheit und
Fig. 4 einen Ausschnitt aus in Fig. 3 dargestellten Signalfolgen mit Erläuterungen der darin auftretenden Komponenten.
In Fig. 1 ist das Schnittbild einer Fernbedienung mit der Sendeeinrichtung in der Fernbedienung gezeigt. Das Roll- System besteht aus zwei Leuchtquellen ("Links" und "Rechts") sowie das Pitch- und Yaw-System aus zwei um 90 Grad versetzt angeordneten Beschleunigungssensoren.
Eine bevorzugte Funktionsweise der Positioniereinheit ist in Fig. 2 in einer Prinzipskizze dargestellt.
Zur Ermittlung der Rollkomponente werden zwei polarisierte, gepulste Lichtquellen und eine Empfangseinrichtung mit polarisiertem Filter verwendet. Die Polarisationswinkel der einzelnen Filter sind unterschiedlich. Der Ausgang des Empfängers gibt die gemessene Intensität nach dem polarisierten Analysefilter analog zur Weiterverarbeitung an. Aus den relativen Amplitudenwerten der empfangenen Pulse können dann Streckendämpfung, Fremdlichtanteil und Rotationswinkel bestimmt werden. Wird die Sendeeinrichtung gegenüber der Empfangseinrichtung verdreht, so ändert sich die gemessene Intensität bezüglich der jeweiligen Quelle "Links" beziehungsweise "Rechts". Die Quellen werden wechselseitig, gemäß einer bestimmten Pulsfolge betrieben, so dass man die Drehung nach "Links" von der nach "Rechts" unterscheiden kann. Aus der Höhe der empfangenen Impulse lässt sich die Drehrichtung und der Rotationswinkel (plus/minus 45 Grad von der Horizontalen aus gemessen) direkt ableiten. Das analoge Empfangssignal steht am "Ausgang" zur Verfügung.
Zur Bestimmung der Rollkomponente sind die Lichtsender "Links" und "Rechts" nebeneinander angeordnet und geben Licht jeweils über einen Polarisationsfilter gebündelt ab. Zur Bündelung vor der Polarisation verwendet man eine entsprechende Optik. Hält man die Fernbedienung nun in Richtung Fernsehgerät, so treffen die polarisierten Lichtstrahlen auf den Empfänger auf. Die Simulationsgraphik zeigt die Fernbedienung (als Linie mit kleiner Markierung für die Oberseite) in verschiedenen Rotationslagen von -45 Grad bis +45 Grad. Darunter ist die Kurvenform des Signals am Ausgang des Empfängers gezeigt. Dieses Signal ist die mit einer Konstanten multiplizierte Summe der anteiligen Einzelhelligkeiten der Pulse "Links" und "Rechts" . Die Beiträge der Einzelhelligkeiten hängen dabei direkt vom Rotationswinkel ab.
Beide Lichtquellen werden gemäß den in Fig. 3 und Fig. 4 dargestellten Zeitdiagrammen ("Links", "Rechts") gepulst geschaltet. Die Pulssequenz enthält die vier Zustände (00, 01, 10, 11) .
Im Zustand (00) sind beide Quellen dunkel, die Empfänger ermitteln den Beleuchtungsgrundwert. Ein Vergleich mit einem Referenzwert im Empfänger liefert den Ausgangswert. Zu bemerken ist, dass die Pulsfolge so konstruiert ist, dass alle drei "Nullwerte" im Ausgangssignal gleich sind. Werden unterschiedliche Werte für den Nullpegel gemessen, so liegt eine Streulichtquelle vor, die durch Mittelwertbildung eliminiert werden kann. Durch Tiefpassfilterung und Anbindung des gefilterten Ausgangssignals an eine PLL (Phase Locked Loop) lässt sich der systeminhärente Takt der Sendeeinrichtung wiedergewinnen (Synchronisation
Sender/Empfänger) . Damit lassen sich dann eindeutig die Zeitpunkte der "Nullwerte" bestimmen. Dies ist wichtig, da in batteriebetriebenen Sendern mit nachlassender Batteriespannung möglicherweise Änderungen der Taktfrequenz auftreten können.
Im Zustand (11) sind beide Quellen eingeschaltet und man ermittelt die "Streckendämpf ng". Daraus ermittelt man die Helligkeitskalibrierung für die Empfänger. Für die Taktung und den Zeitpunkt des "Maximalwerts" vgl. oben.
In den Zuständen (01), (10) wird jeweils nur eine Quelle zur Helligkeits- und damit Winkelermittlung eingeschaltet. Da die Helligkeit von polarisiertem Licht nach dem Empfangspolarisationsfilter vom Drehwinkel, also von der Rotation der Fernbedienung abhängt, lässt sich der Rotationswinkel aus der gemessenen Einzelhelligkeit des "Vorpulses" und der "Schalterpulse" bestimmen. Die Höhe des Vorpulses ohne Fremdlicht ist proportional zum Drehwinkel. Die Drehrichtung ergibt sich unmittelbar aus der Lage der Seitenpulse .
Korrigiert man nun die durch die Beschleunigungssensoren ermittelten Bewegungswerte mit dem gemessenen Rotationswinkel, so wird Pitch und Yaw unabhängig von der Rollbewegung.
Die Erfindung beinhaltet ein einfaches Referenzsystems mit einer Empfangseinrichtung zur Ermittlung des störenden Rollwinkels. Bestimmung von Beleuchtungsgrundwert, Helligkeitskalibrierung und Streulicht.
Die Erfindung vereint eine Beschleunigungssensorbasis mit einem unabhängigen optischen Referenzsystem zur Ermittlung und gesonderten Kompensation der Rollbewegung.
Zur Demonstration der Beschleunigungssensorik wird eine einfache Simulation mit einem Mikroprozessorboard und einem Beschleunigungssensor aufgebaut. Bewegt man den Sensor um eine Achse, so wandert im Display eine Marke proportional zum Winkel nach oben oder nach unten. Die Integration der Beschleunigungswerte erfolgt in Software. Das System kompensiert die Rollbewegung nicht und demonstriert den gegenwärtig besten Stand der Technik.
Zum Nachweis der vorgeschlagenen Rollwinkelerfassung wurde mit zwei Leuchtdioden, einem Fotowiderstand und den Filterfolien aus einer Kinobrille, eine "verdrehbare" Strecke aufgebaut. Schaltet man nun die Dioden, so lassen sich mittels Oszilloskop die entsprechenden Kurven darstellen.

Claims

Patentansprüche :
1. Positioniereinheit für eine Bewegung eines Objekts auf einer Darstellungsfläche, dadurch ge kennzeichnet , dass die Positioniereinheit Mittel zur Erfassung einer Rollbewegung und einer Orientierung der Positioniereinheit aufweist.
2. Positioniereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass sie wenigstens eine polarisierte Lichtquelle enthält.
3. Positioniereinheit nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet , dass sie wenigstens zwei voneinander verschieden polarisierte Lichtquellen enthält .
4. Positioniereinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , dass die unterschiedlich polarisierten Lichtquellen pulsmoduliert betrieben werden.
5. Positioniereinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , dass die Pulsmodulationen der unterschiedlich polarisierten Lichtquellen eine voneinander verschiedene Frequenz aufweisen.
PCT/DE2001/001947 2000-05-24 2001-05-22 Positioniereinheit WO2001091042A2 (de)

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DE50103020T DE50103020D1 (de) 2000-05-24 2001-05-22 Positioniereinheit
EP01947158A EP1290626B1 (de) 2000-05-24 2001-05-22 Positioniereinheit
US10/296,608 US20040222969A1 (en) 2000-05-24 2001-05-22 Positioning unit

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DE10025570 2000-05-24
DE10025570.1 2000-05-24

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WO2001091042A2 true WO2001091042A2 (de) 2001-11-29
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ID=7643296

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Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/DE2001/001947 WO2001091042A2 (de) 2000-05-24 2001-05-22 Positioniereinheit

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