DE10237251A1

DE10237251A1 - Tastatur mit Signal-Tastenortung

Info

Publication number: DE10237251A1
Application number: DE2002137251
Authority: DE
Inventors: Matthias Lochner; Erwin Köferl; Hans Jürgen Hanft
Original assignee: ZF Electronics GmbH
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2002-08-14
Filing date: 2002-08-14
Publication date: 2004-02-26
Anticipated expiration: 2022-08-15
Also published as: DE10237251B4

Abstract

Es werden eine Tastenanordnung (1) mit Tasteneinheit und ein Verfahren beschrieben, mittels welchen eine Ortungsposition einer Taste (2, 3, 4) der Tastenanordnung (1) relativ zu einem festen Bezugspunkt in der Tastenanordnung bestimmbar ist, wobei die Taste (2, 3, 4) zwischen einer Ruheposition und einer Arbeitsposition bewegt wird. Bestandteil der Tastenanordnung (1) sind eine Sendeeinheit (5) und eine Detektoreinheit (6), wobei die Sendeeinheit (5) Signale in Richtung auf die Taste (2, 3, 4) aussendet, von welcher in ihrer Arbeitsposition das von der Sendeeinheit (5) ankommende Signal reflektiert und von der Detektoreinheit (6) detektiert wird und zur Bestimmung der Ortungsposition der Taste (2, 3, 4) relativ zu dem Bezugspunkt in der Tastenanordnung (1) verwendet wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Tastenanordnung mit Tasteneinheit, deren Taste hinsichtlich ihrer Position mittels eines Signals geortet wird.
Tastenanordnungen mit zumindest einer Tasteneinheit sind in bekannter Bauart so ausgebildet, dass beim Drücken der Taste, das heißt wenn die Taste aus ihrer Ruheposition in eine Arbeitsposition bewegt wird, ein Kontakt ausgelöst wird bzw. ein dieser Taste entsprechendes Signal über Leitungen, das heißt leitungsgebunden, einer Steuereinheit in Form eines Microcontrollers zugeführt wird. Bekannte Tastenanordnungen sind zum Beispiel Tastaturen mit einer Vielzahl von Tasten, wobei von jeder Taste Leitungen zu einer Microcontrollereinheit verlaufen.

Um die nicht unempfindlichen Tastaturen von Schaltmodulen auf Platinen und von Gummimatte und Folie, welche bei bekannten Tastenanordnungen verwendet werden, zu vereinfachen, ist versucht worden, optische Tastaturen einzusetzen, bei denen beispielsweise in einer Matrix angeordnete Tasten Lichtschranken unterbrechen. So ist in der DE 42 17 087 A1 eine Tastatur beschrieben, bei welcher deren Tastenmodule auf ein Gitter aufgesetzt werden, dessen Gitterstäbe parallel zu Lichtschranken verlaufen. Durch Aussparungen ist das Modul in seiner lateralen Position auf dem Gitter fixiert. Mittels Rasten ist das Modul am Gitter befestigt, wobei die Umklammerung des Gitters durch die Rasten auch die Höhe des Moduls festlegen. Die Verbindung von einer Tasteneinheit zu dem Microcontroller erfolgt über elektrische Leitungen, über welche die elektrischen Signale, welche durch beispielsweise Unterbrechen der Lichtschranke erzeugt werden, dem Microcontroller zugeführt werden.

Des Weiteren ist in DE 41 09 517 A1 eine Tastatur beschrieben, bei welcher durch Betätigung von Tasten eine oder mehrere Lichtschranken unterbrochen werden. Eine teilweise optische und elektrische Verknüpfung aufweisende Schaltungseinheit erfasst die Informationen über die Kombination der unterbrochenen Lichtschranken und bildet einen entsprechenden vorgebbaren elektrischen Binärcode als Ausgangssignal. Die Tasten selbst sind jedoch mit dem Microcontroller mit elektrischen Leitungen verbunden, das heißt die Signalinformationen werden leitungsgebunden an den Microcontroller weitergeleitet.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Tastenanordnung mit Tasteneinheit sowie ein Verfahren zum Bestimmen einer relativen Ortungsposition einer Tasteneinheit zu schaffen, mittels welcher bzw. welchen die Anzahl bzw. der Aufwand an elektrischen Leitungen in der Tastenanordnung reduziert und ihre Zuverlässigkeit erhöht werden kann.

Diese Aufgabe wird durch eine Tastenanordnung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 sowie durch ein. Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch 15 gelöst. Zweckmäßige Weiterbildungen sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen definiert.

Die Tastenanordnung mit zumindest einer Tasteneinheit weist eine Taste bzw. einen Tastenstößel auf welche bzw. welcher sich relativ zu einem festen Bezugspunkt in der Tastenanordnung wie beispielsweise das Gehäuse der Tastenanordnung in einer vorbestimmten Ortungsposition befindet, wobei die Tasten in üblicher Weise zwischen einer Ruheposition und einer Arbeitsposition bewegbar sind. Erfindungsgemäß weist die Tastenanordnung zumindest eine Sendeeinheit und zumindest eine Detektoreinheit auf. Die Sendeeinheit sendet Signale in Richtung auf die Taste der zumindest einen Tasteneinheit, deren Taste in ihrer Arbeitsposition das von der Sendeeinheit ankommende Signal reflektiert, wobei die Detektoreinheit das von der Taste bzw. Tasteneinheit reflektierte Signal zur Bestimmung der Ortungsposition der Taste relativ zu dem Bezugspunkt in der Tastenanordnung detektiert.

Im Vergleich zu derzeitigen bekannten Tastaturen, welche entweder Schaltmodule auf Platinen oder Gummimatte und Folie für die Signalgebung von der Taste zum Tastaturmicrocontroller verwenden, erfolgt bei der erfindungsgemäßen Tastenanordnung die Signalgabe von der Taste zum Tastaturmicrocontroller leitungsungebunden, das heißt drahtlos. Damit erhöht sich die Flexibilität einer Tastenanordnung beispielsweise im Hinblick auf die spätere Anbringung von zusätzlichen Tasten. Die Tasten können auch beliebig angeordnet sein. Darüber hinaus ist keine Entflechtung der Kombination Folie/Schalterplatine nötig, und es werden auch weniger U/O-Ports benötigt. Weitere Vorteile bestehen darin, dass gleiche Teile für die elektrischen Module und die Tastenmodule verwendet werden können und die Differenzierung der Layouts über Tabellen in dem Tastatur-Programm erfolgt. Wegen der deutlich reduzierten elektrischen Leitungen, das heißt wegen deutlich reduzierter Anzahl von Elektronikschaltkreisen – es ist überhaupt keine Platine und keine Folie mit Leiterbahnen mehr erforderlich – ergeben sich auch geringere Anforderungen bezüglich EMI/EMV. Darüber hinaus wird durch die erfindungsgemäße Lösung auch die Ghost-Key-Problematik reduziert.

Vorzugsweise erfolgt die Bestimmung der Ortungsposition der Taste mittels einer Distanzmessung zwischen der Tasteneinheit bzw. der Taste und der Detektoreinheit. Gemäß einer Weiterbildung ist es jedoch auch möglich, dass die Bestimmung der Ortungsposition der Taste bzw. Tasteneinheit mittels einer Distanzmessung zwischen der Sendeeinheit und der Detektoreinheit erfolgt. Vorzugsweise erfolgt die Distanzmessung aufgrund der Messung von Signallaufzeiten, wobei die Signallaufzeiten zwischen einer Taste in Ruheposition und einer Taste in Arbeitsposition voneinander abweichen und diese Abweichung die Signallaufzeit beeinflusst und auf ihrer Basis die Distanzmessung vorgenommen wird.

Vorzugsweise weist die Tastenanordnung zumindest zwei Tasteneinheiten auf, wobei die Bestimmung der Ortungsposition jede Taste der Tasteneinheiten relativ zu dem Bezugspunkt in der Tastenanordnung zweidimensional erfolgt. Das bedeutet, die Tastenpositionsbestimmung erfolgt durch ein zweidimensionales Ortungsverfahren über die Distanzmessung. Dazu wird von einem oder von mehreren Sendern ein Signal ausgesendet. Zwei an unterschiedlichen Orten befindliche Empfänger empfangen die am Stößel einer gedrückten Taste, das heißt einer Taste in Arbeitsposition reflektierten Wellen. Die Signallaufzeiten zwischen Sender und Empfänger dienen für die Ermittlung der Entfernungen und damit die Bestimmung der Position der gedrückten Taste, das heißt der Taste in Arbeitsposition (bzw. auch der Taste in Ruheposition) im zweidimensionalen Raum. Unter „zweidimensionaler Raum" soll die Anordnung von mehreren Tasteneinheiten, das heißt Tasten beispielsweise in einer Matrixform beispielsweise auf einem Tastenbrett/einer Tastatur verstanden werden.

Einerseits ist es möglich, dass jeder Sendeeinheit zumindest zwei Detektoreinheiten zugeordnet sind. Andererseits ist es auch möglich, dass jeder Detektoreinheit zumindest zwei Sendeeinheiten zugeordnet sind. Die Bestimmung der Signallaufzeiten, das heißt die Distanzmessung erfolgt vorzugsweise gemäß einer Weiterbildung der Erfindung auf Basis eines von der Sendeeinheit ausgesendeten Lichtsignals oder auf Basis von der Sendeeinheit ausgesendeten Hochfrequenz-Radiosignals oder auf der Basis eines von der Sendeeinheit ausgesendeten Ultraschallsignals.

Vorzugsweise wird das von der Sendeeinheit ausgesendete Signal periodisch ausgesendet; es ist jedoch auch möglich, dass das von der Sendeeinheit ausgesendete Signal kontinuierlich, das heißt permanent ausgesendet wird. Vorteilhaft ist jedoch ein periodisches Aussenden, um der Tatsache Rechnung zu tragen, dass die Tasten sich entweder in Ruheposition oder in Arbeitsposition befinden. Die Tastenanordnung vorzugsweise einer Tastatur für beispielsweise einen PC weist vorzugsweise einen Microcontroller auf, mittels welchem die von der Detektoreinheit detektierten und an den Microcontroller gesendeten Signale auswertbar sind. Der Microcontroller empfängt die Signale vom Sender leitungsungebunden.

Gemäß einer Weiterbildung ist es auch möglich, dass vorzugsweise eine derartige Anzahl von Sendeeinheiten und Detektoreinheiten vorgesehen ist, das redundante Signale zum Bestimmen der Ortungsposition der Tasten/Tasteneinheiten relativ zu dem Bezugspunkt in der Tastenanordnung erzeugbar sind.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine relative Ortungsposition einer sich in einer Tasteneinheit einer Tastenanordnung befindenden Taste relativ zu einem Bezugspunkt in der Tastenanordnung bestimmt. Die relative Ortungsposition einer Taste wird dabei bestimmt für eine Ruheposition und eine Arbeitsposition, zwischen welchen die Taste bewegt wird. Erfindungsgemäß wird ein Signal zu der Tasteneinheit gesendet, wird das Signal von der in der Arbeitsposition befindlichen Taste der Tasteneinheit reflektiert, wird das von der Taste reflektierte Signal detektiert und wird auf dessen Basis eine relative Ortungsposition der Taste relativ zu dem Bezugspunkt in der Tastenanordnung zweidimensional bestimmt. Zweidimensional bedeutet dabei eine beliebige vorzugsweise matrixartige Anordnung in einem in der Draufsicht zweidimensionalen Raum, das heißt in einer Tastatur, auf einem Tastenbrett oder ähnlichem.

Vorzugsweise wird die relative Ortungsposition mittels einer Signallaufzeit zwischen den Zeitpunkten des Aussendens und des Detektierens bestimmt. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird bei den erfindungsgemäßen Verfahren die Ortungsposition mittels einer Signallaufzeit zwischen den Zeitpunkten des Reflektierens und des Detektierens bestimmt. Es ist jedoch auch möglich, beide Ausführungsbeispiele zu kombinieren, das heißt dass die Signallaufzeit sowohl auf Basis des Unterschieds in den Zeitpunkten der Aussendung und Detektierung als auch des Unterschieds in den Zeitpunkten der Reflektierung und der Detektierung bestimmt wird, wobei die Kombination aus beiden Ausführungsbeispielen dazu genutzt werden kann, Fehler zu erkennen und die Genauigkeit der Ortungspositionsbestimmung zu erhöhen.

Aufgrund der leitungsungebundenen und damit beliebigen Anordnung der Tasten ist eine problemlose und gleichmäßige Hinterleuchtung der Tasten ebenfalls möglich.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung werden nun anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:
1 eine prinzipielle Anordnung von Sender, Empfänger und Taste in Draufsicht; und
2 eine prinzipielle Seitenschnittansicht mit einer Taste in Ruheposition und einer Taste in Arbeitsposition.
In den 1 und 2 ist in prinzipieller Anordnung eine Tastenanordnung 1 mit zwei Tasteneinheiten dargestellt, deren Tasten 2, 3 bzw. 4 (in prinzipieller Darstellung) so in der Tastenanordnung 1 angeordnet sind und eine solche Position zu einer Sender- und Empfängereinheit 5 sowie einer Detektoreinheit bzw. Empfängereinheit 6 haben, dass ihre Ortungsposition relativ zu einem festen Bezugspunkt in der Tastenanordnung 1 bestimmbar ist. Der feste Bezugspunkt kann dabei das Gehäuse bzw. die Rahmenstruktur der Tastenanordnung 1 darstellen. Die eine Taste 3 befindet sich in der Tastenanordnung 1 in ihrer Ruheposition, während die Taste 2 sich in ihrer Arbeitsposition befindet (2), wobei die Taste 3 beispielsweise durch manuelle Betätigung aus ihrer Ruheposition in die Arbeitsposition gemäß der dargestellten Taste 2 bewegbar ist. Die Sendeeinheit 5 sendet Signale in Richtung auf die zumindest eine Tasteneinheit, das heißt in Richtung auf die prinzipiell dargestellte Taste/den prinzipiell dargestellten Stößel (1). Von der sich in Arbeitsposition befindenden Taste 2 bzw. 4 wird das von der Sendeeinheit 5 ankommende Signal reflektiert, und zwar einerseits in Richtung auf die als Sendeeinheit 5 und als Empfängereinheit dienende Einheit als auch in Richtung auf die nur als Empfänger dienende Empfängereinheit 6. Die Empfängereinheit bzw. Detektoreinheit 6 (und/oder die auch als Empfängereinheit dienende Sendeeinheit 5) detektiert das von der Taste 2 reflektierte Signal und bestimmt auf dieser Basis die Ortungsposition der Taste relativ zu dem Bezugspunkt in der Tastenanordnung 1. Seitens der Detektoreinheit erfolgt also auf Basis der Signallaufzeit zwischen der Taste 4 und der Detektoreinheit 6 (bzw. 5) eine Distanzmessung, welche die Grundlage für die Bestimmung der jeweiligen Ortungsposition der Taste bildet.
Die Tastenanordnung 1 weist im zweidimensionalen Raum zwei Tasten 2 bzw. 3 auf so dass bei der Bestimmung der Ortungsposition für die Taste 2 oder für die Taste 3 die Ortungsposition zweidimensional erfolgt. Die Figur stellt dabei eine vereinfachte Seitenschnittansicht der Anordnung dar; bei einer üblichen Tastatur ist jedoch im zweidimensionalen Raum eine Vielzahl von Tasten angeordnet, welche sämtliche auf der Basis der Signallaufzeiten zwischen Sendeeinheit und Detektoreinheit eine Bestimmung ihrer Ortungsposition erfahren. Nicht dargestellt ist der Vorgang des Sendens der Signalinformationen zu dem Microcontroller, welcher ebenfalls aus Gründen der vereinfachten Darstellung nicht eingezeichnet ist.
Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel befinden sich die Sendeeinheit 5 und Detektoreinheit 6 auf der hinteren Seite der Tastenanordnung. Auf der dieser Seite abgewandten Seite, in der Regel der Vorderseite der Tastenanordnung ist ein Signalabsorber (nicht dargestellt) vorgesehen, welcher in den dreidimensionalen Raum reflektierte Signale wegdämpft, um den Anteil der Störsignale, welche das Messergebnis verfälschen könnten, zu minimieren.

Claims

Tastenanordnung (1) mit zumindest einer Tasteneinheit, deren Taste (2, 3, 4) sich in einer vorbestimmten Ortungsposition relativ zu einem festen Bezugspunkt in der Tastenanordnung (1) befindet und zwischen einer Ruheposition und einer Arbeitsposition bewegbar ist, wobei die Tastenanordnung (1) des weiteren zumindest eine Sendeeinheit (5) und zumindest eine Detektoreinheit (6) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinheit (5) Signale in Richtung auf die zumindest eine Tasteneinheit sendet, wobei die Tasteneinheit in ihrer Arbeitsposition das von der Sendeeinheit (5) ankommende Signal reflektiert und wobei die Detektoreinheit (6) das von der Tasteneinheit reflektierte Signal zur Bestimmung der Ortungsposition der Taste (2, 3, 4) relativ zu dem Bezugspunkt in der Tastenanordnung detektiert.
Tastenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung der Ortungsposition der Taste (2, 3, 4) mittels einer Distanzmessung zwischen der Taste und der Detektoreinheit (6) erfolgt.
Tastenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung der Ortungsposition der Taste mittels einer Distanzmessung zwischen der Taste (2, 3, 4) der Sendeeinheit (5) und der Detektoreinheit (6) erfolgt.
Tastenanordnung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Distanzmessung aufgrund der Messung von Signallaufzeiten erfolgt.
Tastenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tastenanordnung (1) zumindest zwei Tasteneinheiten aufweist, wobei die Bestimmung der Ortungsposition jeder Taste (2, 3, 4) der Tasteneinheiten relativ zu dem Bezugspunkt in der Tastenanordnung zweidimensional erfolgt.
Tastenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Sendeeinheit (5) zumindest zwei Detektoreinheiten (6) zugeordnet sind.
Tastenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Detektoreinheit (6) zumindest zwei Sendeeinheiten (5) zugeordnet sind.
Tastenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das von der Sendeeinheit (5) ausgesendete Signal ein Lichtsignal ist.
Tastenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das von der Sendeeinheit (5) ausgesendete Signal ein Hochfrequenz-Radiosignal ist.
Tastenanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das von der Sendeeinheit (5) ausgesendete Signal ein Ultraschall-Signal ist.
Tastenanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das von der Sendeeinheit (5) ausgesendete Signal periodisch ausgesendet wird.
Tastenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tastenanordnung (1) eine Tastatur ist.
Tastenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tastenanordnung (1) einen Microcontroller aufweist, mittels welchem die von der Detektoreinheit detektierten und an den Microcontroller gesendeten Signale auswertbar sind.
Tastenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine derartige Anzahl von Sendeeinheiten (5) und Detektoreinheiten (6) vorgesehen ist, dass redundante Signale zum Bestimmen der Ortungsposition der Taste (2, 3, 4) relativ zu dem Bezugspunkt in der Tastenanordnung (1) erzeugbar sind.
Verfahren zum Bestimmen einer relativen Ortungsposition einer sich in einer Tasteneinheit einer Tastenanordnung befindenden Taste relativ zu einem Bezugspunkt in der Tastenanordnung, wobei die Tasteneinheit zwischen einer Ruheposition und einer Arbeitsposition bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Signal zu der Tasteneinheit gesendet wird, das Signal von der in der Arbeitsposition befindlichen Taste reflektiert wird, das von der Taste reflektierte Signal detektiert wird und auf dessen Basis eine relative Ortungsposition der Taste relativ zu dem Bezugspunkt in der Tastenanordnung zweidimensional bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die relative Ortungsposition mittels einer Signallaufzeit zwischen den Zeitpunkten der Aussendung und der Detektierung bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die relative Ortungsposition mittels einer Signallaufzeit zwischen den Zeitpunkten der Reflektierung und der Detektierung bestimmt wird.