DE60124781T2

DE60124781T2 - Schalteranordnung

Info

Publication number: DE60124781T2
Application number: DE60124781T
Authority: DE
Inventors: Andrew Raymond Camberley BICK; Philip Basingstoke BARROWCLOUGH; Gary Southampton WINGETT; Helen Louise Guilford HAWS
Original assignee: Nokia Oyj
Current assignee: Mobilemedia Ideas LLC
Priority date: 2001-06-15
Filing date: 2001-06-15
Publication date: 2007-09-13
Anticipated expiration: 2021-06-16
Also published as: CN1516884A; EP1397815B1; DE60124781D1; EP1397815A1; WO2002103731A1; CN100424800C; US20040238340A1; US7102086B2

Description

Diese Erfindung betrifft eine Eingabeeinrichtung. Die Einrichtung kann einen Teil einer herkömmlichen Tastatur mit mehreren Tasten ersetzen oder ergänzen. Die Einrichtung kann insbesondere in einer tragbaren Vorrichtung, wie einem Mobiltelefon, eingesetzt werden. Die Einrichtung ermöglicht eine einfache Anpassung einer Vorrichtung, welche die Einrichtung enthält, an Kundenwünsche.
Eine Tastatur-Einrichtung, wie sie beispielsweise in einem Mobiltelefon zum Einsatz kommt, umfasst mehrere einzelne Tasten. Eine typische Tastatur auf einem Mobiltelefon umfasst im Allgemeinen Tasten für die Zahlen 0–9, sowie die Spezialtasten * und #. Zusätzliche Menü- und Funktions-Tasten, wie Lautstärken-Steuerung, Cursor-Steuerung und Anrufannahme-/-zurückweisungs-Tasten sind im Allgemeinen ebenfalls vorgesehen.
Damit der das Telefon steuernde Mikroprozessor auf Eingaben über die Tasten antworten kann, ist es erforderlich, dem Mikroprozessor auf irgendeine Art und Weise zu signalisieren, dass eine bestimmte Taste gedrückt oder betätigt wurde. Bei der einfachsten Anordnung würde jede Taste eine Schaltung umfassen und jede Taste würde daher ihre eigene Verbindung zu dem Mikroprozessor benötigen.
Ein derartiges Verbindungs-Schema würde eine große Anzahl diskreter Verbindungen zu dem Mikroprozessor beinhalten, was die Anzahl von Eingaben an den Mikroprozessor unerträglich groß machen würde. Um die Größe und die Kosten des Mikroprozessors zu reduzieren ist es wünschenswert, die Anzahl diskreter, damit erstellter Verbindungen auf ein Minimum zu reduzieren.
Eine bekannte Lösung dieses Problems besteht in einer Bündelung der Signale, bevor sie an den Mikroprozessor weitergeleitet werden. Eine Bündelung beinhaltet eine Verarbeitung der von den Tasten kommenden Signale derart, dass die Anzahl der erforderlichen diskreten Signalleitungen reduziert werden kann.
Eine Form der Bündelung beinhaltet eine Zuordnung einer jeden Taste an einen Knotenpunkt einer Zeile und Säule. Auf diese Art und Weise kann ein Tasten-Druck durch Überwachen, welche Zeile und welche Spalte zu einem bestimmten Zeitpunkt verbunden wurde, erfasst werden.
Eine derartige Konfiguration wird als Tasten-Matrix bezeichnet. Bei der Matrix kommen eine Anzahl von Schaltungen zum Einsatz, welche angeordnet sind, um zwischen jeder bestimmten Zeile und Spalte einen Kurzschluss herbeizuführen. Der Kurzschluss wird durch kontinuierliches Überwachen der Signalleitungen, welche mit jeder Zeile und Spalte assoziiert sind, erfasst.
Eine geeignete Form einer Schaltung wird als "Tasten-Haube" (key dome) bezeichnet. Diese ist in 1a gezeigt und nimmt die Form einer hohlen Haube 100 an, die auf einer Oberfläche eines geeigneten Substrats, wie einer gedruckten Schaltplatte (PCB) 110, über einem Kontakt 120 angeordnet ist. Bei deren normalen Ruhezustand ist die Haube 100 von dem Kontakt 120 entfernt, wobei keine Verbindung hergestellt wird. Wenn jedoch die Haube durch einen Benutzer, welcher die Taste betätigt, heruntergedrückt wird, dann verformt sich die Haube federnd, wie in 1b gezeigt, wobei zwischen der Haube und dem Kontakt für die Dauer des Drückens der Taste ein elektrischer Kontakt herbeigeführt wird. Die Haube besteht gewöhnlich aus einem Kunststoff-Material, das auf deren inneren Oberfläche metallisiert oder auf andere Art und Weise behandelt wurde, um leitfähig zu sein.
Der auf die Tasten-Haube ausgeübte Druck wird normalerweise indirekt über die Verwendung einer oberhalb der Tasten-Haube angebrachten Taste ausgeübt, welche von dem Äußeren der Vorrichtung zugänglich ist. Die Taste weist normalerweise eine Beschriftung auf, welche ihre Funktion für einen Benutzer anzeigt.
Sobald der Druck auf die Taste nachlässt, nimmt die Tasten-Haube, welche federnd ist, wieder ihre ursprüngliche Form an, wobei die elektrische Verbindung zwischen der Tasten-Haube 100 und dem Kontakt 120 unterbrochen wird.
Eine Tastatur-Matrix umfasst mehrere derartige Tasten-Hauben 100, wobei eine typische Anordnung in 2 gezeigt ist. Hier ist eine Tastatur-Matrix gezeigt, welche zur Verwendung mit einer normalen numerischen Tastatur eines Mobiltelefons geeignet ist. Die Buchstaben A, B und C beziehen sich auf Spalten der Matrix und die Zahlen 1, 2, 3 und 4 beziehen sich auf Zeilen der Matrix.
Gemäß dem herkömmlichen Layout derartiger Tasten ist die mit "1" markierte Taste über der Tasten-Haube angeordnet, welche mit A1 bezeichnet ist und am Knoten der Spalte A und Zeile 1 angeordnet ist. Die Taste mit der Bezeichnung " 2" ist über der Tasten-Haube A2 angeordnet, usw., bis die mit "#" markierte Taste oberhalb der Tasten-Haube C4 angeordnet ist.
Alle Tasten-Hauben in jeder bestimmten Zeile sind elektrisch miteinander verbunden. So sind beispielsweise die Tasten-Hauben A1, B1 und C1 durch die Spuren auf der gedruckten Schaltkreisplatte miteinander verbunden, welche horizontal verlaufend gezeigt sind. Diese Spuren sind in 2 durch die durchgezogenen Linien dargestellt.
Die Kontakte 120, welcher sich auf der Oberfläche des Substrats in jeder bestimmten Spalte befinden, sind miteinander elektrisch verbunden. So sind beispielsweise die Kontakte an den Positionen A1, A2 und A4 miteinander durch die Spuren verbunden, die teilweise auf einer inneren Schicht der PCB angeordnet und vertikal verlaufend dargestellt sind. Diese Spuren sind durch die gestrichelte Linie in 2 gezeigt.
In diesem Beispiel gibt es 12 einzelne Tasten, welche in einer Matrix von 4 Zeilen mit 3 Spalten angeordnet sind. Es sollte klar sein, dass diese Anordnung zu einer Einsparung von fünf Signalleitungen führt: Anstelle von 12 Signalleitungen – eine mit jeder Taste assoziiert – gibt es nur lediglich sieben Signalleitungen, wobei jede mit einer bestimmten Zeile oder Spalte verbunden ist.
Wenn der Benutzer der Vorrichtung die mit "5" ausgezeichnete Taste drückt, dann wird die Tasten-Haube B2 heruntergedrückt, wobei zwischen der Spalte B und der Zeile 2 eine elektrische Verbindung hergestellt wird. Die Verbindungen werden durch den Prozessor durch sequentielles Anlegen einer Spannung an jede der Spalten-Signalleitungen (A, B, C) und anschließend Überwachung der Zeilen-Signalleitungen (1, 2, 3) erfasst, um festzustellen, ob sie ein Signal bei der Spannung aufweisen. Wenn eine davon bei der Spannung ein Signal aufweist, dann wurde zwischen der Zeile und der Spalte eine Verbindung erstellt und ein Herunterdrücken der Taste wurde erfasst und kann dann nach Bedarf dekodiert werden.
Das Verfahren wird kontinuierlich wiederholt, um jedes Herunterdrücken einer Taste zu erfassen und kann wie folgt zusammengefasst werden:
Anlegen einer Spannung an die m-te Zeilen-Signalleitung
Überwachen der ersten Spalten-Signalleitung
Tastendruck?
Überwachen der zweiten Spalten-Signalleitung
Tastendruck?
...
Überwachen der n^th Säule-Signalleitung
Tastendruck ?
Inkrement m und Wiederhole das Verfahren.
Die nicht numerischen Tasten, wie die Menü- und Funktionstasten, welche normalerwiese auf einem mobilen Telefon vorhanden sind und vorstehend aufgeführt wurden, können ebenso einen Teil der Matrix bilden, obwohl sie nicht in einer Matrix-ähnlichen Konfiguration dem Benutzer erscheinen, d. h. der Ausdruck "Matrix" betrifft die Art der Verbindungen und nicht notwendigerweise die körperliche Erscheinung der assoziierten Schaltungen für einen Benutzer.
Bei den gegenwärtig zum Einsatz kommenden mobilen Telefonen kann gewöhnlich eine Tastatur-Matrix mit insgesamt zehn Signalleitungen in Verbindung mit dem Mikroprozessor der Einrichtung eingesetzt werden. Diese Anzahl an Signalleitungen können insgesamt bis zu 25 (5×5) Tasten unterstützen. Normalerweise werden nicht alle möglichen Verbindungen verwendet.
Mobile Telefone beinhalten mehr und mehr Funktionen und Merkmale, welche nicht direkt mit der Telefon-Kommunikation assoziiert sind. So ist es beispielsweise bei mobilen Telefonen gegenwärtig relativ normal, dass diese mit persönlichen Organisationsfunktionen (beispielsweise der Nokia^® 9110 Communicator) ausgestattet sind. Darüber hinaus sind Mobiltelefone verfügbar, welche mit der Möglichkeit zum Spielen von Computerspielen ausgestattet sind. Da die Displays von Mobiltelefonen immer mehr Fähigkeiten aufweisen, beispielsweise im Bereich von Farben, Größe und Auflösung, können immer kompliziertere Spiele angeboten werden.
Ein Problem beim Anbieten eines Spielerlebnisses an einen Benutzer des Telefons, welches vergleichbar ist mit einer bestimmten Spieleinrichtung, ist die Begrenzung der Benutzer-Eingabe, welche durch die Konfiguration der Eingabe-Tasten bewirkt wird. Die Konfiguration der Tastatur wird im Allgemeinen durch die primäre Funktion der Vorrichtung diktiert, welche in diesem Fall telefonische Kommunikation ist. Die Vorrichtung benötigt daher eine numerische Tastatur, welche in einer Art und Weise angeordnet ist, die dem Benutzer bekannt ist. Diese kann mit dem Erfordernis einer Tastatur für Spiel-Zwecke inkompatibel sein. Darüber hinaus kann die taktile Empfindlichkeit von Tasten unter Verwendung von Tasten-Hauben für die Verwendung beim Spielen nicht geeignet sein, bei denen die Tasten wiederholt und in relativ hoher Häufigkeit aktiviert werden.
Bekannte, in der Hand gehaltene Spieleinrichtungen, wie der Nintendo^® Gameboy, in 3 gezeigt, bieten dem Benutzer Eingabe-Tasten in einer Konfiguration, welche für das Spielen des Spiels optimiert ist. Diese Konfiguration unterscheidet sich erheblich von der für Telefon-Funktionen bevorzugten Konfiguration.
3 zeigt eine Spiel-Konsole 300 mit einem Display 310. Unter dem Display werden mehrere Spiel-Steuer-Tasten bereitgestellt einschließlich: einem Richtungs-Controller 320 mit vier unterschiedlichen Schaltern entsprechend vier unterschiedlichen Richtungen, zwei für das Spiel spezifische Steuertasten 330, und zwei System-Steuertasten 340.
In dem Gebiet mobiler Telefone werden bekanntermaßen vom Benutzer austauschbare, vordere Abdeckungen für Telefone bereitgestellt, um einem Benutzer des Telefons zu ermöglichen, das Erscheinungsbild des Telefons anzupassen. Derartige Abdeckungen sind für mehrere Telefone, welche von dem Anmelder dieser Erfindung hergestellt werden, verfügbar, wie für das 5110-Telefon, das 3210-Telefon und das 3310-Telefon.
Während jedoch das Erscheinungsbild des Gehäuses unterschiedlich, sein kann, sind die Positionen und Funktionen der einzelnen Tasten vom Benutzer nicht definierbar. Die Position einer jeden einzelnen Taste wird durch die fixierte Position ihrer entsprechenden Tasten-Haube diktiert, welche einen Teil der Tasten-Matrix auf einem entsprechenden PCB bilden.
Dies ist in 4 gezeigt, welche eine vergrößerte Ansicht eines mobilen Nokia^® 5110-Telefons zeigt. Das Telefon weist einen Gehäusebereich 400 auf, der alle, mit dem mobilen Telefon assoziierten elektronischen Schaltkreise, aufweist.
Die vom Benutzer entfernbare, vordere Abdeckung 420 ist ausgestaltet, an den Körper des Telefons zu passen. Die vordere Abdeckung 420 kann mit unterschiedlichen, Oberflächen-ausschmückenden Effekten bereitgestellt werden, wie unterschiedliche Farben, Texturen und Muster.
Die vordere Abdeckung 420 weist mehrere Öffnungen 430 auf, welche jeweils einer Taste entsprechen, die auf einer Tastenmatrix 410 aus Kunststoffmaterial bereitgestellt ist und zwischen der vorderen Abdeckung 420 und dem Gehäuse beim Aufbau passt. Jede Taste auf der Tastenmatrix 410 ist direkt oberhalb einer entsprechenden Tasten-Haube 100 angeordnet, welche sich auf dem Gehäuse des Telefons befindet. Wenn daher das Telefon zusammengebaut wird, kann ein Druck auf eine Taste, welche sich durch eine Öffnung in der vorderen Abdeckung erstreckt, eine Betätigung einer assoziierten Tasten-Hauben-Schaltung in dem Gehäuse des Telefons bewirken.
Wie aus 4 klar ersichtlich, ist die Position der einen Benutzer über die vordere Abdeckung des Telefons zugänglichen Tasten einzig durch die Position der entsprechenden Tasten-Hauben bestimmt, mit denen die Tasten zusammenwirken müssen, um zu funktionieren.
Gemäß einem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird eine Schaltungs- Anordnung bereitgestellt, welche umfasst: mehrere auf dem Substrat angeordnete Schaltungen, wobei jede Schaltung eine federnde verformbare, leitfähige Haube zur Herstellung einer elektrischen Verbindung mit einem entsprechenden Kontakt auf dem Substrat umfasst, und mehrere Signalleitungen zur Verbindung mit einem Mikroprozessor zur Übertragung eines Signals, eines Betriebs einer Schaltung, worin die Schaltung derart angeordnet sind, dass der Betrieb einer jeden Schaltung eine einzige elektrische Verbindung zwischen zwei der mehreren Signalleitungen herstellt und jede der mehreren Signalleitungen mit einer leitfähigen Oberfläche der jeweiligen Haube elektrisch verbunden ist.
Durch derartiges Anordnen der Schaltungs-Matrix, dass die Signalleitungen von einer äußeren Oberfläche der Hauben zugänglich sind, wird die Herstellung einer direkten Verbindung mit dem Mikroprozessor über die Hauben selbst ermöglicht, welche als federnde elektrische Verbinder wirken. Auf diese Art und Weise können auf einfache Art neue Abdeckungen mit unterschiedlichen Tastenanordnungen an die Vorrichtung hinzugefügt werden, wobei eine Verbindung mit dem Mikroprozessor ohne jegliche speziellen Schritte durch den Benutzer hergestellt werden kann.
Gemäß einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform wird eine Abdeckung zum Anbringen an eine elektronische Vorrichtung mit mehreren Tasten-Hauben bereitgestellt, welche in einem definierten Muster angeordnet sind, worin die Abdeckung umfasst: mehrere Kontakte, die zur Registrierung mit leitfähigen Tasten-Hauben der elektronischen Vorrichtung angeordnet sind, diskontinuierliche/unterbrochene elektrische Leitungen zwischen den jewieligen der mehreren Kontakte, und mehrere Benutzer-zugängliche Tasten, die derart angeordnet sind, dass eine Betätigung der Jeweiligen der mehreren Tasten die elektrische Leitung zwischen entsprechenden Paaren der mehreren Kontakte vervollständigt.
Abdeckungen, insbesondere vordere Abdeckungen gemäß der erfindungsgemäßen Ausführungsformen weisen den Vorteil auf, dass der Tasten-Layout darauf unabhängig von den Positionen der Tasten-Hauben auf der darunter liegenden elektronischen Vorrichtung hergestellt werden können. Dies ermöglicht, dass an die Grund-Vorrichtung neue Abdeckungen zugefügt werden können, wobei jede neue Abdeckung für eine bestimmte Aufgabe optimiert ist. Abdeckungen können bereitgestellt werden, welche für das Spielen von Spielen optimiert sind, für die Eingabe von Text oder jede andere spezialisierte Aufgabe, bei der ein normaler numerischer Tasten-Layout nicht die bevorzugte Option ist.
Die Abdeckung liefert ein Netzwerk an unvollständigen Schaltkreisen, welche vervollständigt werden, wenn eine bestimmte Taste von einem Benutzer betätigt wird. Auf diese Art und Weise ist es möglich, dem Mikroprozessor ein Signal zu übermitteln, welche Taste gedrückt wurde, in dem ein direkter Zugang zu dem Mikroprozessor über die leitfähigen Tasten-Hauben der Vorrichtung erreicht wird.
Gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein tragbares Funktelefon bereitgestellt, welches umfasst: einen Gehäusebereich/Gehäuseabschnitt mit mehreren Schaltungen, worin jede Schaltung eine federnd deformierbare leitfähige Haube umfasst und eine abnehmbare Abdeckung, die an den Gehäusebereich angebracht werden kann, um mit den Hauben zusammenzuwirken und mehrere, vom Benutzer bedienbare Tasten umfasst, worin die relativen Positionen der Tasten auf der Abdeckung unabhängig sind von den relativen Positionen der Hauben.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass ein Hersteller in der Lage ist, eine Einrichtung, wie ein tragbares Funktelefon, mit einer Standard-(default-)-Vorderabdeckung und -Tastenanordnung zu liefern. Die einzelnen Tasten-Schaltungen können konfiguriert sein, um in einer zu einer Tastenschaltung des Standes der Technik vergleichbaren Art und Weise unter Verwendung von Fingerdruck auf eine Taste unter Deformierung einer Tasten-Haube zu arbeiten, und so mit einem darunter liegenden Kontakt eine elektrische Verbindung herzustellen. Eine derartige Standard-Vorderabdeckung kann relativ kostengünstig sein.
Zusätzlich zu dieser Standard-Betriebsweise ist es möglich, weitere austauschbare Vorderabdeckung mit unterschiedlichen Tasten-Anordnungen zu liefern, welche für bestimmte Zwecke geeignet sind. Die Tastenanordnungen derartiger Abdeckungen sind nicht durch die Positionen auf den Tasten-Hauben, welche auf dem Gehäuse des Telefons angeordnet sind, begrenzt. Derartige Vorderabdeckungen können zur Verwendung mit unterschiedlichen, auf dem Telefon eingesetzten Anwendungen verfügbar gemacht werden. Ein Beispiel einer derartigen Anwendung kann ein Spiel sein. Der Benutzer kann ein Spiel für dieses Telefon kaufen oder herunterladen. Als optionales Extra kann er eine neue vordere Abdeckung kaufen, die eine Tastenanordnung aufweist, welche für das Spielen eines Spiels optimiert ist.
Gemäß einer vierten erfindungsgemäßen Ausführungsform wird eine Nachweisein richtung zum Nachweisen der Betätigung eines der mehreren Schalter bereitgestellt, worin jeder Schalter angeordnet ist, um eine einzige elektrische Verbindung zwischen zwei der mehreren Signalleitungen zu erzeugen, worin die Nachweiseinrichtung angeordnet ist, um: ein bekanntes Signal an eines der mehreren Signalleitungen wiederum anzulegen, und die verbleibenden der mehreren Signalleitungen auf die Anwesenheit des bekannten Signals zu überwachen.
In Schalter-Matrizen des Standes der Technik wird ein Herunterdrücken einer Taste einem Mikroprozessor durch die Erzeugung einer elektrischen Verbindung zwischen einer einzelnen Zeile und einer einzelnen Spalte angezeigt. Eine Matrix mit m Zeilen und n Spalten kann daher insgesamt m × n Schaltungen unterstützen.
Gemäß den erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist der Mikroprozessor des Telefons in der Lage, eine elektrische Verbindung zwischen jeder der zwei Signalleitungen zu erfassen und zu interpretieren, unabhängig davon, ob sie beide Spalten-Signalleitungen oder Zeilen-Signalleitungen sind. Durch Bereitstellen einer vorderen Abdeckung mit einer Anordnung von Schaltungen, wobei zwischen jeder von zwei Signalleitungen eine elektrische Verbindung erzeugt werden kann, ist es möglich, die Anzahl an Tasten zu erhöhen, welche von einem Mikroprozessor unterstützt werden können, ohne das Erfordernis, die Anzahl von Signalleitungen entsprechend zu erhöhen.
Dieses Ergebnis ist eine direkte Folge, dass die Anzahl von Verbindungen zwischen unterschiedlichen Signalleitungen in dem Fall limitiert ist, in dem eine einfache Tasten-Hauben-Matrix-Konfiguration verwendet wird. Wie gezeigt beträgt die maximale Anzahl an möglichen Schaltern, wenn n + m Signalleitungen vorhanden sind, n × m.
Sind jedoch die Verbindungen nicht so beschränkt, ist die Anzahl an Schaltungen, welche unterstützt werden können, durch die wohlbekannte Formel zur Berechnung von Kombination gegeben: nCr, wobei in diesem Fall n = Anzahl von Signalleitungen und r = 2 ist (da zwei Signalleitungen verbunden werden müssen, um ein Herunterdrücken einer Taste zu etablieren).
Die mathematische Formel für nCr ist:
Für jede bestimmte Anzahl an Signalleitungen ist es möglich, mehrere Schaltungen zu unterstützen, wenn eine Verbindung zwischen jeweils zwei davon möglich ist, als wenn eine Verbindung nur zwischen zwei einzelnen Vertretern von zwei bestimmten Untergruppen (d.h. Zeilen und Spalten) von Signalleitungen möglich ist.
In Einrichtungen des Standes der Technik, bei denen eine Matrix-Schalt-Anordnung zum Einsatz kommt, werden Verbindungen durch einen körperlichen Kurzschluss zwischen einer Tasten-Haube und einem darunterliegenden Kontakt hergestellt, d.h. die Verbindung wird körperlich in der Schalter-Anordnung bewirkt.
Erfindungsgemässe Ausführungsformen ermöglichen, dass eine derartige Verbindung etwas entfernt von der tatsächlichen Schaltmatrix erstellt wird. In einigen beschriebenen Ausführungsformen werden die körperlichen Verbindungen in einer abnehmbaren Vorderabdeckung bewirkt, d.h. die Verbindungen werden entfernt von der Schalt-Matrix erstellt, dem Mikroprozessor jedoch über das Medium der Tasten-Hauben, welche einen Teil der Schaltungs-Matrix darstellen, kommuniziert.
Für ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung und zum Verständnis, wie diese umgesetzt werden kann, wird die Erfindung nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
1a & 1b eine Querschnittsansicht einer Tasten-Hauben-Schaltung des Standes der Technik vor und nach Betätigung ist;
2 eine Anordnung des Standes der Technik einer Tasten-Schaltungs-Matrix mit mehreren Tasten-Hauben-Schaltern zeigt;
3 eine Spielkonsole für die Hand des Standes der Technik zeigt;
4 eine vergrößerte Ansicht der Anordnung eines tragbaren Telephons des Standes der Technik mit einer austauschbaren vorderen Abdeckung zeigt;
5 eine Tasten-Schaltungs-Matrix und assoziierte Verbindungen gemäß einer erfin dungsgemäßen Ausführungsform zeigt;
6 mögliche Verknüpfungen der Schaltungs-Anordnung von 5 zeigt;
7 eine teilweisen Querschnitt durch ein tragbares Telephon mit einer abnehmbaren vorderen Abdeckung zeigt; und
8 alle möglichen Schalt-Anordnungen gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigt.
Eine Tasten-Schaltungs-Matrix gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist in 5 gezeigt. Die Matrix weist 3 Spalten und 4 Zeilen auf und kann daher 12 (3×4) Schaltungen, wie gezeigt, unterstützen. Der grundlegende Betriebsmodus ist wie zuvor im Hinblick auf die Matrix des Standes der Technik von 2 beschrieben, d.h. ein Herunterdrücken einer Tasten-Haube 500 bewirkt eine federnde Verformung, und damit die Herstellung einer Verbindung mit dem entsprechenden Kontakt 510 auf der Oberfläche eines PCBs. Die Verbindung verbindet im Moment die Zeile und Spalte, bei deren Schnittpunkt die Schaltung liegt. Diese Verknüpfung kann wie vorstehend aufgeführt erfaßt und interpretiert werden, um auf einen Tastendruck zu antworten.
Im Gegensatz zu Tasten-Hauben des Standes der Technik, werden die Tasten-Hauben der erfindungsgemäßen Ausführungsform aus einem metallischen Material hergestellt, oder aus einem Kunststoffmaterial, das behandelt wurde, um auf der inneren und oberen Oberfläche leitfähig zu sein, so dass die Oberflächen miteinander elektrisch verbunden werden.
Ein Unterschied der Matrix von 5 und den Matrizen des Standes der Technik besteht in der Art und Weise, in der die Zeilen und Spalten konfiguriert sind, und welche Elemente der Schaltung (Tasten-Hauben und Kontakte) permanent miteinander verbunden sind.
In der Ausführungsform in 5 ist ersichtlich, dass die Verbindungen zwischen den Tasten-Hauben 500 und den Kontakten 510 gegenüber den in 2 gezeigten Verbindungen in den Matrizen des Standes der Technik erheblich unterschiedlich sind. In der Matrix des Standes der Technik sind alle Tasten-Hauben in einer bestimmten Zeile miteinander verbunden, während alle Kontakte in einer bestimmten Spalte miteinander verbunden sind.
In 5 sind die Verknüpfungen für die verschiedenen Zeilen und Spalten wie folgt:
Zeile 1: KD-A; KD-B; Con-C.
Zeile 2: KD-A; KD-B; KD-C.
Zeile 3: KD-A; KD-B; KD-C.
Zeile 4: ConA; Con-B; KD-C.
Spalte A: Con-1; Con-2; Con-3; DK-4.
Spalte B: Con-1; Con-2; Con-3; DK-4.
Spalte C: KD-1; Con-2; Con-3; Con-4.
Die vorstehend verwendete Nomenklatur bezeichnet, dass beispielsweise die permanenten Verbindungen in Zeile 1 zwischen der Tasten-Haube von Spalte A vorliegen, der Tasten-Haube von Spalte B und dem Kontakt von Spalte C. Die gleiche Nomenklatur wird für alle anderen Zeilen und Spalten verwendet.
Die festen Verbindungslinien von 5 stellen Spuren auf der Oberfläche der PCBs dar, während die gestrichelten Linien Spuren darstellen, die auf einer inneren Schicht des PCB geführt werden. Die Spuren müssen auf inneren Schichten geführt werden, so dass zwischen bestimmten Signalleitungen keine unerwünschten permanenten Kurzschlüsse auftreten.
Unter Verwendung dieses Aufbaus sind die gleiche Anzahl von Signalleitungen erforderlich, wie in der Lösung des Standes der Technik, so dass die gleiche Ausnutzung an Verbindungen zu dem Prozessor erreicht werden. Erfindungsgemäße Ausführungsformen können jedoch eine Anzahl externer Verbindungen zu dem Prozessor erleichtern. Derartige Verbindungen sind möglich, indem an der exponierten Oberfläche der leitfähigen Tasten-Hauben ein elektrischer Kontakt hergestellt wird. In Lösungen des Standes der Technik ist die Oberfläche der Tasten-Hauben im Wesentlichen nicht leitfähig, oder wenn, dann sind nicht alle Signalleitungen auf diese Art und Weise zugänglich, da einige der Signalleitungen nur mit den Kontakten des Substrats verknüpft sind, was sie für eine externe Verbindung unzugänglich macht.
Erfindungsgemäße Ausführungsformen ermöglichen, dass Tastaturverbindungen für andere Nutzungen extern zugänglich gemacht werden. Ein Beispiel einer anderen Verwendung besteht in der Anbringung einer neuen vorderen Abdeckung für ein Mobiltelephon. Im Gegensatz zu einer in 4 gezeigten, abnehmbaren vorderen Abdeckungen des Standes der Technik können bei einer abnehmbaren vorderen Abdeckung gemäß den erfindungsgemäßen Ausführungsformen die verfügbaren Verbindungen zu den Tastatur-Matrix-Verbindungen über die exponierten Oberflächen der Tastatur-Hauben eingesetzt werden, um eine unterschiedliche Konfiguration der Tasten auf der neuen vorderen Abdeckung anzupassen. Die Anordnung der Tasten ist nicht auf die Positionen der Tasten-Hauben auf dem Telefon in der Art und Weise begrenzt, wie dies auf abnehmbare vordere Abdeckung des Standes der Technik zutrifft. Auf diese Art und Weise können neue Abdeckungen hinzugefügt werden, welche für bestimmte Funktionen spezifisch ausgestaltet sind, in dem Tasten in optimalen Positionen angeordnet werden und bestimmte taktile Antworten aufweisen.
Ein Beispiel für eine derartige Abdeckung kann eine sein, welche für die Verwendung beim Spielen optimiert ist und kann dem in 3 gezeigten Tastenlayout der Spielkonsole ähneln. Eine derartige Abdeckung kann Tasten mit Eigenschaften aufweisen, welche für die Zwecke des Spielens optimiert sind. So kann beispielsweise die taktile Antwort in einer bestimmten Art und Weise für bestimmte Spiel-Typen angepaßt sein.
Die Konfiguration der in 5 gezeigten Verbindungen ist beispielhaft und andere Konfigurationen sind möglich, welche den gewünschten Effekt, jede Signalleitung über eine leitfähige Oberfläche einer Tasten-Haube verfügbar zu machen, ebenfalls erzielt.
Darüber hinaus ermöglichen erfindungsgemäße Ausführungsformen, dass mehrere Schaltungen auf einer abnehmbaren vorderen Abdeckung unterstützt werden. Unter Verwendung der einfachen Matrix-Schaltungs-Anordnung des Standes der Technik und auf Grundlage der Deformation der Tasten-Hauben ist es nur möglich, eine elektrische Verbindung zwischen jeder Zeilen-Signalleitung und jeder Spalten-Signalleitung herzustellen. Der Mikroprozessor ist jedoch in der Lage, zwischen jeden zwei Signalleitungen, unabhängig ob diese als Zeile oder Spalte bezeichnet werden, eine elektrische Verbindung zu erfassen.
Bei einer vorderen Abdeckung gemäß erfindungsgemäßer Ausführungsformen kann eine komplexere Schalt-Anordnung eingesetzt werden, als in Lösungen des Standes der Technik, da diese nicht auf die Erstellung von Verbindungen zwischen nur jeweiligen Zeilen- und Säule-Signalleitungen begrenzt ist.
Dies ist in 6 gezeigt. Die erste Box 550 zeigt die zwölf möglichen Verbindungen wenn die Schalt-Anordnung von 5 in einem Modus des Standes der Technik betrieben werden, d.h. die Verbindungen werden auf der Basis einer Tasten-Haube erfaßt, welche federnd verformen und mit einem darunter liegenden Kontakt in Kontakt gebracht werden. Die vertikalen Leitungen zeigen die Verbindungen, welche zwischen den Zeilen-Signalleitungen (1, 2, 3, 4) und den Säule-Signalleitungen (A, B, C) möglich sind.
Wird die Schaltungs-Anordnung von 5 in einem Modus gemäß erfindungsgemäßer Ausführungsform mit einer entsprechend angeordneten vorderen Abdeckung betrieben, dann können weitere Schaltungs-Kombinationen unterstützt werden. Diese zusätzlichen Verbindungs-Kombinationen sind in der zweiten Box 560 von 6 gezeigt. Diese Verbindungen sind zusätzlich zu den in der ersten Box gezeigten, welche ebenfalls noch möglich sind. Hier zeigen die vertikalen Linien wieder mögliche Verbindungen. Es ist anzumerken, dass nun nicht nur eine Zeilen-Signalleitung mit einer Säule-Signalleitung verbunden werden kann. Jede Signalleitung kann mit jeder anderen verbunden werden.
In dem gezeigten Beispiel können mit einer Anordnung des Standes der Technik einer 4×3-Matrix sieben Signalleitungen zwölf Schaltungen unterstützen. Erfindungsgemäße Ausführungsformen können jedoch 21 Schaltungen unterstützen, wobei die gleichen sieben Signalleitungen verwendet werden. Die Zahl 21 ist von Formel (1) abgeleitet, welche vorstehend gegeben wurde, wobei n=7 und r=2.
Im Gegensatz zu der in Verbindung mit der Matrix des Standes der Technik beschriebenen Erfassungsverfahrens, bei dem jede Spalten-Signalleitung wiederum unter Strom gesetzt wird und bei der die Zeilen-Signalleitungen nacheinander überwacht werden, um festzustellen, ob eine Verbindung als Ergebnis eines Herunterdrückens einer Taste hergestellt wurde, werden erfindungsgemäße Ausführungsformen dahingehend betrieben, dass jede Signalleitung (A, B, C, 1, 2, 3, 4) wiederum unter Strom gesetzt wird, und jede der verbleibenden Signalleitungen wiederum überwacht wird, um festzustellen, ob eine Verbindung hergestellt wurde.
So kann beispielsweise das Verfahren wie folgt ablaufen:
Signalleitung A weist eine darin angelegte Spannung auf
Signalleitung B wird überwacht
Tastendruck?
Signalleitung C wird überwacht
Tastendruck?
Signalleitung 1 wird überwacht
Tastendruck?
Signalleitung 2 wird überwacht
Tastendruck?
Signalleitung 3 wird überwacht
Tastendruck?
Signalleitung 4 wird überwacht
Tastendruck?
Signalleitung B weist eine daran angelegte Spannung auf
Signalleitung A wird überwacht
Tastendruck?
Signalleitung C wird überwacht
Tastendruck?
usw.
Auf diese Art und Weise ist es mit einer einfachen Modifikation des Mikroprozessors möglich, zwischen jeden zwei Signalleitungen eine Verbindung zu erfassen, unabhängig davon, ob sie als Zeilen- oder Spalten-Leitungen bezeichnet werden. Dieser Erfassungsprozess wird mit jedem Typ vorderer Abdeckung betrieben, unabhängig davon, ob diese in einem Modus des Standes der Technik mit einem Herunterdrücken des einzelnen Tasten-Hauben-Schalters betrieben wird, oder ob diese gemäß erfindungsgemäßen Ausführungsformen betrieben wird, worin die Tasten-Hauben-Schalter nicht heruntergedrückt werden, sondern vielmehr als Kontakte zu Signalleitungen eingesetzt werden.
Als Konsequenz der Möglichkeit, mehrere Tasten auf einer vorderen Abdeckung gemäß erfindungsgemäßen Ausführungsformen zu unterstützen, ist es möglich, eine vordere Abdeckung anzubieten, welche eine vollständige Tastatur vom Qwerty-Stil aufweist, ohne die Anzahl an Signalleitungen, die zur Verwendung mit dem Mikroprozessor erforderlich sind, zu erhöhen.
Eine typische Anzahl an Signalleitungen ist 10. Unter Verwendung der Formel (1) ist es mit 10 Signalleitungen (n=10) möglich, 45 unterschiedliche Schaltungen zu unterstützen. Dies ist mehr als ausreichend, um die Anzahl an Tasten, welche für eine vollständige alphanumerische Tastatur erforderlich sind, zu unterstützen.
Die 7 zeigt einen Querschnitt durch eine vordere Abdeckung, welche an ein Telefongehäuse gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform angebracht ist. Die vordere Abdeckung ist vom Benutzer entfernbar und kann für eine Anbringung in einer "Aufklick"-Art ausgestaltet sein, oder der Benutzer kann alternativ ein Werkzeug benützen müssen, um die vordere Abdeckung anzubringen oder abzunehmen. Details eines geeigneten Mittels zum Anbringen ist in der gleichzeitig anhängenden Patentanmeldung EP-0 883 955A offenbart.
Im Gegensatz zu der vorderen Abdeckung zu 4 des Standes der Technik kann die Abdeckung von 7 ausgestaltet sein, eine Tasten-Anordnung aufzuweisen, welche unterschiedlich ist zu der Anordnung von Tasten-Hauben auf der Oberfläche des Telefons, auf dass diese aufgebracht wird. Dies, da die Betätigung einer Taste auf der vorderen Abdeckung nicht auf der federnden Deformierung einer Tasten-Haube beruht, um einen Kontakt herzustellen und dem Mikroprozessor des Telefons zu übermitteln, dass eine Taste gedrückt wurde. Es gibt daher keinen Bedarf, dass die Taste auf der vorderen Abdeckung direkt über jeder bestimmten Tasten-Haube auf dem Telefongehäuse angebracht wird.
Anstelle dessen wird ein Tastendruck dem Mikroprozessor durch Erstellen von Verbindungen direkt zwischen den mit dem Mikroprozessor verbundenen Signalleitungen übermittelt. Dies ist möglich, da die Art und Weise, in der die Tasten-Hauben ausgestaltet sind, so dass jede Signalleitung direkt mit einer leitfähigen Haube der Tasten-Hauben-Anordnung verbunden ist. Die Tasten-Hauben werden in der Tat als elektrische Kontakte, um eine direkte Verbindung mit dem Mikroprozessor zu ermöglichen. Dies steht im Gegensatz zu den Lösungen des Standes der Technik, bei denen die Tasten-Hauben nur als Schalter dienen, und nicht wie hier beschrieben. Einrichtungen des Standes der Technik können nicht gemäß den erfindungsgemäßen Ausführungsformen betrieben werden, da die Signalleitungs-Verbindungen in dieser Art und Weise nicht extern zugänglich sind.
Die vordere Abdeckung gemäß erfindungsgemäßer Ausführungsformen beinhaltet einen Tastatur-Matrix-Schaltkreis, welcher verschieden ist von dem Matrix-Schaltkreis des Telefons. Dies läuft in einer zu dem Matrix-Schaltkreis des Telefons vergleichbaren Art und Weise ab, wobei jedoch unterschiedliche Schalter-Typen eingesetzt werden können. Der Betrieb des Matrix-Schaltkreises der vorderen Abdeckung wird später in Bezug auf 8 erläutert. So entspricht im Wesentlichen jede Taste der vorderen Abdeckung einer in die vordere Abdeckung integrierten Schaltung. Die Schaltungen sind angeordnet, so dass eine Betätigung einer bestimmten Schaltung zu einer elektrischen Verbindung zwischen zwei Signalleitungen führt.
Die elektrische Verbindung zwischen zwei Signalleitungen wird auf eine elektrische Verbindung zwischen zwei Signalleitungen (A, B, C, 1, 2, 3, 4) abgebildet, welche mit dem Mikroprozessor verbunden sind.
Die 7 zeigt einen Querschnitt durch eine an ein Telefon angebrachte vordere Abdeckung. Die Teile 600 und 610 bilden einen Teil des Telefongehäuses. Die Teile 620–680 bilden einen teil der abnehmbaren vorderen Abdeckung.
Die vordere Oberfläche des Telefongehäuses 600, welche exponiert ist wenn eine Abdeckung vorhanden ist, ist ein Substrat, wie eine gedruckte Schaltkreis-Platte (PCB), auf der mehrere Tasten-Hauben 610 angeordnet sind.
An das Telefongehäuse ist eine vordere Abdeckung mit einer Tasten-Anordnung angebracht, welche nicht durch die Positionen der Tasten-Hauben 610 auf dem Telefon begrenzt ist. Die vordere Abdeckung weist eine exponierte Oberfläche 620 auf, welche nach Bedarf farbig oder gemustert sein kann. Die vordere Oberfläche 620 weist mehrere Öffnungen auf, durch die durch dem Benutzer benutzbare Tasten 630 angeboten werden. Die Tasten können einzeln oder als Tasten-Matte aus einem Silikongummi oder vergleichbarem Material hergestellt sein. Die exponierte Oberfläche der Taste kann eine Legende/Beschriftung tragen, welche einem Benutzer die Funktion der Taste anzeigt. Die hintere Oberfläche 640 der Taste weist ein leitfähiges Element auf, welches angebracht oder einstückig ausgebildet ist. Ein Beispiel eines geeigneten Elements kann eine so genannte "Kohlenstoff-Kapsel" sein. Dieses Scheiben ähnliches Element ist aus leitfähigem Kohlenstoff zusammengesetzt.
Wird eine Taste 630 gedrückt, dann wird die Kapsel 640 mit der leitfähigen Spur 650 auf der oberen Oberfläche des PCB 660 in Kontakt gebracht. Das PCB kann unter Verwendung bekannter Verfahren hergestellt werden, wobei die Spur geätztes Kupfer oder gedrucktes Silber oder jedes andere geeignete Material sein.
Der Effekt der Kapsel 640 besteht beim Kontakt mit der Spur 650 darin, zwischen zwei zuvor nicht verbundenen Spuren eine elektrische Verbindung herzustellen. Die erzeugte Auswirkung ist vergleichbar zu einem Herunterdrücken einer Tasten-Hauben-Schaltung gemäß dem zuvor erläuterten Stand der Technik, da zwischen zwei Signalleitungen eine Verbindung hergestellt wird und eine einzigartige Anzeige entsprechend einer bestimmten Taste 630 erzeugt wird. Die Verbindungen sind jedoch nicht auf zwischen einer Zeilen- und Spalten-Signalleitung begrenzt.
Die 8 zeigt eine mögliche Schaltungs-Anordnung zur Verwendung in einer vorderen Abdeckung, welche mit einem tragbaren Telefon verbunden werden kann, welches die mit einem Mikroprozessor verbundenen Signalleitungen aufweist. Jede Signalleitung (A, B, C, 1, 2, 3, 4) ist mit einer äußeren leitfähigen Oberfläche einer zuvor erläuterten Tasten-Haube verbunden. Jede Signalleitung ist weiter über den federnden Verbinder 680 mit einer Spur 650 auf einer PCB 660 auf einer vorderen Abdeckung verbunden.
Der fehlende Verbinder 680 ist geformt und ausgestaltet, um ausreichend Kraft auf die Tasten-Haube 610 auszuüben, um eine verläßliche elektrische Verbindung sicherzustellen, jedoch nicht soviel Kraft, dass die Tasten-Haube deformiert wird und mit dessen darunter liegenden Kontakt in Kontakt tritt. Unter Verwendung gewöhnlich bemessener und hergestellter Teile ist eine Kraft vergleichbar mit einer Masse von 150g, erforderlich, um eine Tasten-Haube ausreichend zu verformen, um gemäß den Techniken des Standes der Technik einen Kontakt herzustellen. Eine Kraft äquivalent zu einer Masse von 80g ist ausreichend, um zwischen dem Federkontakt 680 und der Tasten-Haube 610 eine verläßliche Verbindung herzustellen, ohne dass die Haube deformiert wird.
Im Gegensatz zu Lösungen des Standes der Technik kann die Spur derart angeordnet sein, dass zwei exponierte Kontakte auf der PCB 660 unmittelbar unter der Taste 630 liegen. Wird die Taste 630 gedrückt, dann macht die leitfähige hintere Oberfläche 640 der Taste einen elektrischen Kontakt zwischen den zwei Kontakten und erzeugt daher eine Verbindung zwischen den zwei Signalleitungen.
Die 8 zeigt alle 21 Verbindungen, welche unter Verwendung von sieben Signalleitungen möglich sind. In dem Schema von 8: Signalleitung A ist verbindbar mit B, C, 1, 2, 3 und 4; Signalleitung B ist verbindbar mit A, C, 1, 2, 3 und 4, usw. für die anderen Signalleitungen.
Um den Betrieb der vorderen Abdeckung weiter zu verbessern, weist diese eine Lichtleitung 670 auf, welche mindestens teilweise transparent ist und ermöglicht, das Licht von Lichtquellen des Telefongehäuses (nicht gezeigt) durchgelangt, um die Tasten 630 der vorderen Abdeckung zu erleuchten. Aus dem gleichen Grund kann die PCB 660 aus einem Material aufgebaut sein, welches eine Durchleitung von Licht ermöglicht. Die Spur 650 besetzt einen relativ kleinen Bereich des PCB und tritt daher mit der Leitung des Lichts im Wesentlichen nicht in Wechselwirkung.

Claims

Abdeckung zum Anbringen an eine elektronische Vorrichtung mit mehreren Tastenhauben (610); die in einem vordefinierten Muster angeordnet sind, wobei die Abdeckung umfasst: – mehrere Kontakte (680), die zur Registrierung mit leitfähigen Tastenhauben (610) der elektronischen Vorrichtung positioniert sind; – diskontinuierliche elektrische Leitungen (650) zwischen Jeweiligen der mehreren Kontakte (680), und – mehrere benutzerzugängliche Tasten (630), die so angeordnet sind, dass die Betätigung von Jeweiligen der mehreren Tasten (630) die elektrische Leitung zwischen entsprechenden Paaren der mehreren Kontakte (680) vervollständigt.
Abdeckung nach Anspruch 1, wobei jeder der mehreren Kontakte (680) federnd und so angeordnet ist, dass, wenn die Abdeckung an der elektronische Vorrichtung angebracht ist, der Kontakt (680) genug Kontaktkraft bereitstellt, um eine elektrische Verbindung bereitzustellen, aber nicht so viel Kraft bereitstellt, dass die Tastenhaube (610) wesentlich verformt wird.
Abdeckung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Position einer einzelnen Taste (630) unabhängig von der Position einem beliebigen der mehreren Tastenhauben (610) der elektronischen Vorrichtung ist.
Abdeckung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Abdeckung mehr Tasten (630) umfasst, als die elektronische Vorrichtung Tastenhauben (610) aufweist.
Abdeckung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Tasten (630) zur Steuerung eines elektronischen Spiels angeordnet sind.
Abdeckung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine eindeutige Taste (630) für jeden Buchstaben des Alphabets bereitgestellt ist.
Abdeckung nach Anspruch 6, wobei die Tasten (630) als eine gwerty-artige Tastatur angeordnet sind.
Abdeckung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Abdeckung eingerichtet ist, um von einem Benutzer der elektronischen Vorrichtung abnehmbar zu sein.
Abdeckung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Abdeckung eine vordere Abdeckung ist.
Abdeckung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, umfassend einen Lichtleiter (670), um es zu ermöglichen, dass Licht von einer Oberfläche der elektronischen Vorrichtung durch die Abdeckung hindurchgeht.
Abdeckung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei eine elektrische Leitung durch einen leitenden Teil einer Taste (640) vervollständigt wird, die zwei diskontinuierliche elektrische Leitungen (650) kurzschließt.
Tragbares Funktelefon, umfassend: – ein Gehäuseabschnitt mit mehreren Schaltern, wobei jeder Schalter eine federnd deformierbare leitende Haube (610) umfasst; und – eine abnehmbare Abdeckung wie in Anspruch 1 beansprucht, die Mittel zum Anbringen an dem Gehäuseabschnitt und zum Zusammenwirken mit den Hauben umfasst und mehrere benutzerbedienbare Tasten umfasst, wobei die relativen Positionen der Tasten auf der Abdeckung unabhängig von den relativen Positionen der Hauben sind.
Abnehmbare Abdeckung zum Anbringen an dem tragbaren Funktelefon nach Anspruch 12.