DE10143273A1

DE10143273A1 - Eingabeeinrichtung eines elektronischen Gerätes

Info

Publication number: DE10143273A1
Application number: DE10143273A
Authority: DE
Inventors: Bernd Holz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2001-09-04
Filing date: 2001-09-04
Publication date: 2003-03-27
Also published as: WO2003023801A2; WO2003023801A3

Abstract

Eingabeeinrichtung (13) eines, insbesondere handgehaltenen, elektronischen Gerätes, mit einer Mehrzahl von mindestens teilweise multifunktionalen Eingabeabschnitten, wobei den Eingabeabschnitten eine Druckaufnehmeranordnung (13) einzelner, insbesondere analoger, Durcksensoren zugeordnet ist und die Drucksensoren mit Eingängen einer Sensorsignal-Auswertungseinheit verbunden sind, welche eindeutig den Eingabeabschnitten zugeordnete Steuersignale ausgibt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Eingabeeinrichtung eines elektronischen Gerätes nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Portable elektronische Geräte - insbesondere handgehaltene oder noch weiter miniaturisierte Geräte in Art der sogenannten Handy-Uhr oder des "Wrist-Phone" - führen zunehmend komplexe Funktionen aus und müssen daher über ausreichende Eingabemöglichkeiten verfügen. Hierzu zählt bei den sich besonders dynamisch entwickelnden handgehaltenen Telekommunikationsendgeräten (Mobiltelefonen und Schnurlostelefonen) und Handheld-PCs bzw. PDAs sowie Kombinationsgeräten aus diesen sowohl die Ziffern- als auch Buchstabeneingabe und natürlich die Ansteuerung vielfältiger Funktionen.
So bietet etwa ein komfortables Mobiltelefon neben der eigentlichen Telefonfunktion einen Terminplaner, einen (Gebühren- und Währungs-)Rechner, Internet-Zugriff, Spiele, Audioplayer etc. Die Steuerung solcher umfangreichen und komplexen Möglichkeiten stellt insbesondere bei mobilen Geräten dieser Art ("I&C-Devices") hohe Ansprüche an die verwendeten Eingabemedien, da die dafür zur Verfügung stehende Fläche aufgrund der Miniaturisierung immer kleiner wird. Es wird daher eine ergonomisch sinnvolle Lösung benötigt, die die Probleme bestehender Konzepte vermeidet.
Für die Steuerung der sehr umfangreichen und komplexen Möglichkeiten mobilier I&C-Devices werden als Eingabemedium typischerweise drei verschiedene Konzepte alternativ oder in Kombination verwendet:
Beim ersten Konzept - der konventionellen Hardkey-Lösung - werden Tasten (Hardkeys) in verschiedenen Ausprägungen verwendet, die aufgrund der Fülle der Funktionen einerseits und aufgrund der begrenzten Fläche des Endgerätes andererseits mehrfach belegt werden (z. B. als 12er-Tastatur mit Ziffern und Buchstaben sowie gegebenenfalls weiteren Funktionen). Daß heißt, je nach Kontext löst ein Druck auf die Taste eine unterschiedliche Aktion bzw. Funktion aus. Die verschiedenen Bedeutungen der jeweiligen Taste werden hierbei durch eine entsprechende Mehrfachbedruckung der Taste vermittelt, wobei das grundsätzliche Problem besteht, daß der Benutzer jeweils selbst herausfinden bzw. wissen muß, welche Funktion nun aktuell per Tastendruck aufgerufen wird, was aus ergonomischer Sicht sehr ungünstig ist.
Beim zweiten Konzept - der konventionellen Softkey-Lösung - werden eine oder mehrere Taste(n) möglichst dicht neben das Display positioniert. Die aktuelle Bedeutung der Taste wird nun im Display angezeigt, was den Vorteil bietet, daß der Benutzer eindeutig erkennen kann, was ein Druck auf die Taste in der jeweiligen Situation bewirkt. Der Nachteil ist jedoch, daß zunächst einmal das Grundprinzip eines solchen Softkeys - also die Zuordnung der Displayanzeige zur jeweiligen Taste - verstanden werden muß und in der Praxis aufgrund konstruktiver Einschränkungen die Zuordnung zwischen Tastenposition und Displaybeschriftung oft nicht optimal ist, was zu Verwirrungen und Fehlbedienungen führen kann.
Beim dritten Konzept - der Touchscreen-Lösung - wird ein berührungssensitives Display (Touchscreen) verwendet, das virtuelle Tasten mit kontextspezifischer Beschriftung darstellt, die der Benutzer dann drücken bzw. berühren kann. Diese an sich sehr flexible Lösung hat jedoch zwei wesentliche Nachteile: Erstens muß der Benutzer auf eine harte Fläche drücken, die keinerlei taktiles Feedback bietes, was aus ergonomischer Sicht ungünstig ist. Zweitens ist die heute gängige Realisierung der Berührungssensitivität per auf das Displayglas aufgebrachter Touchfolie relativ teuer und die Folie selbst ist zudem relativ empfindlich gegenüber mechanischer Beanspruchung (z. B. Kratzer) sowie chemischen Einwirkungen (z. B. Lösungsmittel) und Temperaturschwankungen. Zudem verschlechtert die Folie die optische Qualität der Displayanzeige (Helligkeit, Kontrast, Schärfe usw.).
Alternative Eingabeelemente - etwa auf kapazitiver und induktiver Basis - erhöhen die Einbauhöhe der Displayeinheit, sind relativ teuer und erfordern teilweise spezielle Stifte für die Eingabe (z. B. Spiral-Pen-Konzept), was die Praktikabilität und Benutzerakzeptanz deutlich einschränkt.
Die letztgenannten Konzepte sowie weitere Eingabemittel (z. B. Navy-Key und Inkrementengeber) haben jedoch bisher die dominierende Stellung der althergebrachten Tastaturen nicht gefährden können, denn aus Sicht der meisten Benutzer bieten Tastaturen die bessere Übersichtlichkeit und einen direkteren und schnelleren Zugriff auf gewünschte Funktionen, insbesondere bei alphanumerischen Eingaben.
Die Benutzung der o. a. elektronischen Geräte - z. B. eines Mobiltelefons - erfolgt daher heute noch weitgehend über konventionelle Tasten, die beim Drücken über einen geeigneten elektromechanischen Wandler einen elektrischen Kontakt herstellen. Die typische Tastatur besteht dabei (1) aus einer metallischen Kontaktfläche (z. B. einer Platine) und (2) einzelnen Tasten bzw. einer Tastenmatte, die mit einer elektrisch leitenden Schicht (z. B. Graphitmischungen) versehen ist.
Ein solcher konstruktiver Aufbau benötigt aus mechanischen Gründen eine gewisse Mindesthöhe sowie gewisse Mindestabstände um die einzelnen Kontaktflächen herum, wodurch z. B. immer ein relativ großer Mindestabstand zum Gehäuserand oder zu einem Display etc. entsteht. Insbesondere bei hochminiaturisierten Geräten - etwa dem o. a. Armbandhandy oder "Wrist- Phone" - werden dabei sehr schnell Realisierungsgrenzen erreicht, die die Anzahl und Möglichkeiten der Plazierung der Tasten deutlich einschränken.
Ein weiteres Problem ist die beschränkte Gestaltungs- und Designflexibilität bei konventionell aufgebauten Tastaturen, die z. B. stark geschwungene Gehäuseformen, kugelförmige Oberflächen usw. im Bedienbereich kaum bzw. nur mit sehr hohem konstruktiven Aufwand zuläßt.
Eine weitere Einschränkung bei herkömmlichen Tasten betrifft die potentielle Verschmutzung und Korrosion der Kontaktflächen durch eindringende feste, flüssige oder gasförmige Partikel.
Eine vierte Einschränkung schließlich betrifft die reduzierte, digitale Funktionalität konventioneller Tasten, die in der Regel nur zwei Zustände (an/aus) "kennt". Eine derartige Funktionsweise paßt im Grunde nicht zu differenzierten "analogen" Steuerungsmöglichkeiten und -bedürfnissen des Menschen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine in der Bedienung herkömmlichen Tasturen weitgehend ähnliche, jedoch in der Flexibilität der Einsetzbarkeit und der Anpaßbarkeit an miniaturisierte Gerätekonzepte verbesserte Eingabeeinrichtung der gattungsgemäßen Art anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch eine Eingabeeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die Erfindung schließt den wesentlichen Gedanken einer mechanischen Trennung der Eingabeabschnitte, auf die Benutzer drücken, von den eigentlichen Wandlerbereichen - in denen die Aufnahme bzw. Erkennung des Druckes und Wandlung in elektrische Signale erfolgen - ein. Sie schließt weiter den Gedanken einer Nutzung von an sich bekannten Drucksensoren in einer den konkreten Bedienanforderungen angepaßten Anordnung zur Realisierung der Wandlerbereiche ein. Schließlich gehört zur Erfindung der Gedanke des Vorsehens einer speziellen Sensorsignal-Auswertungseinheit, welche die zur Steuerung des Gerätes bzw. zur Dateneingabe dienenden Signale eindeutig den für den Benutzer erkennbaren und von ihm betätigten Eingabeabschnitten zuordnet.
Wesentliche Vorteile der vorgeschlagenen Anordnung sind die folgenden:

- Es können nicht nur digitale (Druck/kein Druck), sondern auch analoge Eingabeinformationen (stärkerer/schwächerer Druck) ausgewertet und in entsprechend geeignete Steuerungsinformationen umgesetzt werden (z. B. Scrollgeschwindigkeit per Druckstärke regeln). Dies entspricht besser den differenzierten "analogen" Eingabemöglichkeiten und -bedürfnissen des Menschen.
- Sehr flacher und dennoch mechanisch robuster Aufbau.
- Keine optische Beeinträchtigung der Displaydarstellung.
- Kein mechanischer Verschleiß, keine Kontaktverschmutzung oder -korrosion im Vergleich zu einer Lösung mit üblichen elektrischen Kontakten.
- Im Vergleich zu herkömmlichen Touchscreens geringe Kosten für die Realisierung.

Als Drucksensoren bzw. drucksensitive Elemente werden bevorzugt an sich bekannte kraftsensitive Widerstandselemente (Force Sensitive Resistors = FSR) eingesetzt, welche vorteilhafterweise analog arbeiten, d. h. eine von der Druckkraft abhängige - ihr insbesondere im wesentlichen proportionale - Widerstandsänderung zeigen.
In einer zweckmäßigen Ausführung haben diese Widerstandselemente zwei kammartig strukturierte Leiterbahnabschnitte, die ineinander verzahnt sind. Ihre Außenkontur ist insbesondere annähernd kreisförmig oder elliptisch, kann aber auch andersartig geformt sein. Diese FSR geben in vorteilhafter Weise infolge einer elastischen Deformation einen taktilen Response an den Benutzer, der zu einem wesentlich erhöhten Gebrauchswert gegenüber herkömmlichen Touchscreens führt.
Die oben erwähnten Eingabeabschnitte sind in einer ersten Ausgestaltung des Erfindungsgedankens als Eingabetasten, d. h. als vom eigentlichen Gehäuse getrennte und diesem gegenüber elastisch verschiebliche Elemente, ausgeführt. In einer anderen Ausgestaltung sind die Eingabeabschnitte als druckelastische Bereiche einer Oberschale des elektronischen Gerätes ausgebildet. Diese sind - ebenso wie die Tasten bei der ersten Ausführung - mit einer Funktionskennzeichnung beschriftet, wobei diese Kennzeichnung (in bekannter Weise) auch mehrere Funktionen bzw. Bedeutungen einer Betätigung der Taste bzw. des den Eingabeabschnitt bildenden Gehäusebereiches aufweisen kann.
In einer besonders vorteilhaften Ausführung ist mindestens ein Teil der Drucksensoren derart geformt und in Zuordnung zu den Eingabeabschnitten angeordnet und die Sensorsignal- Auswertungseinheit ist derart ausgebildet, daß mit der Druckaufnehmeranordnung eine die Anzahl der Drucksensoren wesentlich übersteigende Anzahl von Eingabeabschnitten realisiert ist. Die Auswertungseinheit ist hierbei zur kombinierten Auswertung von analogen Signalen aller Drucksensoren bei jedem Eingabevorgang nach einem Algorithmus ausgebildet, der die die jeweilige Eingabeposition repräsentierenden Relationen der Signalamplituden der Drucksensoren auswertet. Der geeignete Algorithmus zum Einsetzen der Auswertungseinheit wird empirisch und/oder aufgrund mathematisch-geometrischer Modellrechnungen bestimmt.
Hierdurch läßt sich beispielsweise eine regelmäßige Anordnung von 12 bis 16 Eingabeabschnitten eines elektronischen Gerätes - wie sie bei Mobil- oder Schnurlostelefonen üblich ist - mit einer Druckaufnehmeranordnung aus drei bis acht Drucksensoren realisieren. Es ergibt sich also eine wesentliche Einsparung der Anzahl eigentlicher Druckaufnehmer, die die gegenüber bekannten Lösungen etwas erhöhten Bauteilkosten der einzelnen Aufnehmerelemente weitgehend kompensiert.
Die Sensorsignal-Auswertungseinrichtung ist (auch unabhängig von der oben erwähnten Ausführung mit kombinierter Auswertung der Signale aller Drucksensoren zur Bestimmung der Position einer Eingabe) bevorzugt zur Auswertung analoger Signale der Drucksensoren ausgebildet. Sie ermöglicht hierzu die Erzeugung und Ausgabe von druckkraftabhängigen Steuersignalen, was wiederum eine druckkraftgesteuerte Eingabe ermöglicht. Diese ist insbesondere zur Vorgabe analog- oder quasi-analog definierter Geräteeinstellungen oder -funktionen sinnvoll - wie etwa der druckkraftgesteuerten Vorgabe einer Scroll- Geschwindigkeit des Bildschirminhaltes oder von Ruftonlautstärken oder der Displayhelligkeit o. ä.
Das bevorzugte Einsatzfeld der vorgeschlagenen Eingabeeinrichtung sind handgehaltene elektronische Massengeräte, wie insbesondere Mobilfunk-Endgeräte, Schnurlostelefone, PDAs oder Handheld-PCs oder Kombinationsgeräte aus diesen. Grundsätzlich ist sie aber auch bei elektronischen Geräten für den stationären oder Kfz-Einsatz, wie etwa Audio- oder Videogeräten und/oder Navigationsgeräten etc., verwendbar.
Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich im übrigen aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Figuren. Von diesen zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht auf eines als sogenanntes "Wrist- Phone" zum Tragen am Handgelenk ausgebildeten Mobiltelefons, in dem eine Ausführungsform der Erfindung realisiert ist,
Fig. 2 eine perspektivische Darstellung des Wrist-Phone nach Fig. 1 in Art einer Explosionsdarstellung mit gesondert gekennzeichneten Eingabeabschnitten und
Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Druckaufnehmeranordnung als Bestandteil des Wrist-Phone nach Fig. 1 und 2.
Fig. 1 zeigt ein in Art einer Uhr zum Tragen am Handgelenk und daher als "Wrist-Phone" oder "Handy-Uhr" bezeichnetes Mobiltelefon 1 an einem Armband 3, das eine miniaturisiert ausgeführte 12er-Eingabetastatur 5, ein Displayfeld 7 und zusätzliche Funktionstasten 9 hat.
In Fig. 2 ist dargestellt, daß das Mobiltelefon 1 aus einer gewölbten Oberschale 11, in die Eingabetastatur 5, das Displayfeld 7 und die zusätzlichen Funktionstasten 9 eingearbeitet sind, einer unter die Oberschale 11 eingelegten Druckaufnehmerplatte 13 und einem Unterteil 15 mit den elektronischen Funktionskomponenten aufgebaut ist.
Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform der Druckplatte 13 mit sechs als FSR ausgeführten Drucksensoren 17.1 bis 17.6 auf Widerstandsbasis, die in der Grundkonfiguration eines Sechsecks in einem rechteckigen Träger 19 plaziert sind. Der Träger 19 hat zwei Anschlußfelder 21.1, 21.2 mit jeweils fünf Anschlüssen. Die Drucksensoren 17.1 bis 17.6 sind auf eine vorgegebene Weise nicht nur mit den externen Anschlüssen in den Anschlußfeldern 21.1, 21.2, sondern auch über Querverbindungen miteinander verknüpft und so angeordnet, daß sie die Lokalisierung eines Drucks auf jede der Eingabetasten der Tastatur 5 bzw. der Funktionstastengruppen 9 und damit die Erkennung eines bestimmten spezifischen Eingabevorganges ermöglichen.
Dies geschieht natürlich im Zusammenwirken mit einer (in der Figur nicht dargestellten) Sensorsignal-Auswertungseinrichtung, in der ein auf die Drucksensorkonfiguration abgestimmter Auswertungsalgorithmus softwaremäßig implementiert ist. Die Auswertungseinrichtung realisiert auch die Erkennung verschiedener Eingaben über ein und denselben Eingabeabschnitt in verschiedenen Betriebs- bzw. Bedienmodi des Gerätes, etwa zur üblichen Ziffern- oder Buchstabeneingabe bei einem Mobil- oder Schnurlostelefon über die Zifferntasten.
Die Ausführung der Erfindung ist nicht auf die oben beschriebene Beispiele beschränkt, sondern ebenso in einer Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachgemäßen Handelns liegen. Insbesondere bestehen zahlreiche und weit gespannte Variationsmöglichkeiten hinsichtlich der Anzahl und Anordnung der Eingabeabschnitte und diesen zugeordneten Drucksensoren einer Druckaufnehmeranordnung und auch hinsichtlich der Art des die Druckaufnehmeranordnung überdeckenden Anzeigemoduls - solange dieses durch eine hinreichende Druckempfindlichkeit die einwandfreie Druckübertragung auf die Druckaufnehmeranordnung gewährleistet. Bezugszeichenliste 1 Mobiltelefon
3 Armband
5 Eingabetastatur
7 Displayfeld
9 Funktionstasten
11 Oberschale
13 Druckaufnehmerplatte
15 Unterteil
17.1 bis 17.6 FSR
19 Träger
21.1, 21.2 Anschlußfelder

Claims

1. Eingabeeinrichtung (5, 7, 9, 13) eines, insbesondere handgehaltenen, elektronischen Gerätes (1), mit einer Mehrzahl von mindestens teilweise multifunktionalen Eingabeabschnitten (5, 9), dadurch gekennzeichnet, daß
den Eingabeabschnitten eine Druckaufnehmeranordnung (13) einzelner, insbesondere analoger, Drucksensoren (17.1 bis 17.6) zugeordnet ist und
die Drucksensoren mit Eingängen einer Sensorsignal-Auswertungseinheit verbunden sind, welche eindeutig den Eingabeabschnitten (5, 9) zugeordnete Steuersignale ausgibt.

2. Eingabeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drucksensoren (17.1 bis 17.6) als kraftsensitive Widerstandselemente - Force Sensitive Resistors -, insbesondere als analoge Drucksensoren mit zur Druckkraft im wesentlichen proportionaler Widerstandsänderung, ausgebildet sind.

3. Eingabeeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die kraftsensitiven Widerstandselemente (17.1 bis 17.6) jeweils zwei ineinander verzahnte, kammartige Leiterkonfigurationen aufweisen.

4. Eingabeeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingabeabschnitte (5, 9) als Eingabetasten ausgebildet sind.

5. Eingabeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingabeabschnitte als fest mit einer Funktionskennzeichnung beschriftete, druckelastische Bereiche einer Oberschale des elektronischen Gerätes ausgebildet sind.

6. Eingabeeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
mindestens ein Teil der Drucksensoren (17.1 bis 17.6) derart geformt und in Zuordnung zu den Eingabeabschnitten (5, 9) angeordnet und
die Sensorsignal-Auswertungseinheit derart ausgebildet ist, daß mit der Druckaufnehmeranordnung eine die Anzahl der Drucksensoren wesentlich übersteigende Anzahl von Eingabeabschnitten realisiert ist.

7. Eingabeeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorsignal-Auswertungseinheit zur kombinierten Auswertung von analogen Signalen aller Drucksensoren bei jedem Eingabevorgang nach einem Algorithmus ausgebildet ist, der die die jeweilige Eingabeposition repräsentierenden Relationen der Signalamplituden der Drucksensoren auswertet.

8. Eingabeeinrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine regelmäßige Anordnung von 12 bis 16 Eingabeabschnitten (5, 9) durch eine Druckaufnehmeranordnung aus drei bis acht Drucksensoren (17.1 bis 17.6) gebildet ist.

9. Eingabeeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorsignal-Auswertungseinheit zur Auswertung analoger Signale der Drucksensoren derart ausgebildet ist, daß sie druckkraftabhängige Steuersignale für druckkraftgesteuerte Eingaben für analoge oder quasi-analoge Geräteeinstellungen oder -funktionen ausgibt.

10. Elektronisches Gerät, insbesondere Mobilfunk-Endgerät (1), Schnurlostelefon, PDA oder Handheld-PC, mit einer Eingabeeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche.