EP1540685A1 - Bedienelement f r elektronische ger te zur bet tig ung von sensoren und ein verfahren zur auswahl von in einem elektronischen speicher enthaltenen funktionen und zur anzeige der ausgew hlten funktion mittels eines cursors - Google Patents

Bedienelement f r elektronische ger te zur bet tig ung von sensoren und ein verfahren zur auswahl von in einem elektronischen speicher enthaltenen funktionen und zur anzeige der ausgew hlten funktion mittels eines cursors

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Publication number
EP1540685A1
EP1540685A1 EP03769270A EP03769270A EP1540685A1 EP 1540685 A1 EP1540685 A1 EP 1540685A1 EP 03769270 A EP03769270 A EP 03769270A EP 03769270 A EP03769270 A EP 03769270A EP 1540685 A1 EP1540685 A1 EP 1540685A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
control element
disc
actuating
cursor
sensors
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP03769270A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Olivier Völckers
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Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP1540685A1 publication Critical patent/EP1540685A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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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
    • G06F3/048—Interaction techniques based on graphical user interfaces [GUI]
    • G06F3/0481—Interaction techniques based on graphical user interfaces [GUI] based on specific properties of the displayed interaction object or a metaphor-based environment, e.g. interaction with desktop elements like windows or icons, or assisted by a cursor's changing behaviour or appearance
    • G06F3/0482—Interaction with lists of selectable items, e.g. menus
    • 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
    • G06F3/02—Input arrangements using manually operated switches, e.g. using keyboards or dials
    • G06F3/023—Arrangements for converting discrete items of information into a coded form, e.g. arrangements for interpreting keyboard generated codes as alphanumeric codes, operand codes or instruction codes
    • G06F3/0233—Character input methods
    • G06F3/0236—Character input methods using selection techniques to select from displayed items
    • 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
    • G06F3/033—Pointing devices displaced or positioned by the user, e.g. mice, trackballs, pens or joysticks; Accessories therefor
    • G06F3/0338—Pointing devices displaced or positioned by the user, e.g. mice, trackballs, pens or joysticks; Accessories therefor with detection of limited linear or angular displacement of an operating part of the device from a neutral position, e.g. isotonic or isometric joysticks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H25/00—Switches with compound movement of handle or other operating part
    • H01H25/04—Operating part movable angularly in more than one plane, e.g. joystick
    • H01H25/041—Operating part movable angularly in more than one plane, e.g. joystick having a generally flat operating member depressible at different locations to operate different controls

Definitions

  • Control element for electronic devices for actuating sensors and a method for selecting functions contained in an electronic memory and for displaying the selected function by means of a cursor
  • the invention relates to the design of an operating element for the actuation of sensors with which a selection of functions stored in electronic devices and the display of the selected function are carried out by means of a cursor in electronic devices.
  • Disc-shaped controls for switches are a common input device for actuating sensors and for cursor control in electronic devices, since they allow both quick and precise positioning. The simple operation, the small space requirement and the possibility of one-hand operation have further contributed to the success of this concept.
  • These control elements are designed, for example, as turntables and can be found today, among other things, in remote controls from video recorders, digital cameras to electronic organizers and kitchen appliances such as microwave ovens.
  • control elements designed as turntables are actuated frontally by a sliding movement. This means that they require more space than wheels and rollers, but can be controlled more precisely because of the longer distances.
  • control elements designed as turntables for actuating sensors and for cursor control are mostly based on rotary pulse generators.
  • Other techniques such as potentiometers, selector switches and coding disks are practically irrelevant because they are much more complex and offer no advantages for sensor actuation and cursor control.
  • Rotary encoders convert the rotary motion of a wheel into a rapid sequence of pulses that can move a cursor back and forth. A longer movement leads to a larger number of pulses, which are counted and interpreted by a digital circuit.
  • the pulses are generated by two switches, which are triggered repeatedly when they are turned. Two switches are required to distinguish the direction of movement (forwards / backwards). Instead of switches, other pulse generators are sometimes used, such as optocouplers or magnetic switches.
  • Encoders are well suited for combination with electronic circuits, but bring some basic ones
  • Turntables only detect relative movements and not the position of the input element or the activation.
  • pulses can be lost during a fast rotation because either the electrical switches or the electronics cannot process these rapid pulse sequences at a sufficient speed.
  • many input elements designed as turntables are susceptible to wear when used intensively because the switches are triggered extremely frequently.
  • Encoders can also be based on light barriers (optocouplers) instead of electromechanical switches. The principle is similar, and this also translates rotary movements into digital impulses. Photoelectric sensors are less exposed to mechanical wear than mechanical switches. On the other hand, they constantly consume electricity and are susceptible to contamination (dust). In addition, a decrease in light intensity (typical for light-emitting diodes) after a long period of operation can lead to failure of the light barriers.
  • This capacitance sensor whose technology in rectangular form is already widely used for mouse control in notebook computers, has advantages: The positioning is more precise than with rotary encoders and the sensor works wear-free. Since there is no mechanical movement, this control element can be easily protected against the ingress of dirt.
  • the mechanically immovable structure also has disadvantages in terms of operation, because reactions to the actuation cannot be felt.
  • the capacitance sensor requires constant monitoring of the display as to whether the operation was successful. Operation without looking is almost impossible. There are also other disadvantages such as higher power consumption and manufacturing costs. There is a risk of accidental operation by simply touching the finger without touch or by moisture such as fog or sweat. Conversely, the capacitance sensor can hardly be activated with gloves or other aids.
  • a pane with a capacitance sensor is only suitable for devices whose size, price and power consumption are higher than mobile phones.
  • Such a disc can hardly be built with a diameter smaller than about 2-3 cm, because the width of a finger in relation to a small disc would in principle interfere with the measurement of finger movements.
  • Keys are composed and can, for example, move a cursor in the corresponding four directions. Stepless regulation is not possible, but actuation one side simply closes the circuit of the assigned button.
  • Such cursor disks are common in mobile phones, TV remote controls and digital cameras.
  • panes with switches on the edge have the advantage that they are very inexpensive to manufacture, since they are based on the same technology as keyboards. For the same reason, such panes can be easily combined with existing keypads in terms of production technology.
  • the use of such key arrangements is very limited in comparison to continuously adjustable disks. Accordingly, the operation of a device equipped with it with cursor keys is much more cumbersome and slower than with the help of rotating input media.
  • joysticks that are shaped in the form of disks.
  • the inclination of the disk triggered by mechanical pressure, is registered by pressure sensors and converted into a cursor movement.
  • a spring force returns the disc to a rest position when it is not operated.
  • E.g. serve as pressure sensors FSR (Force Sensing Resistors) or strain gauges (Strain Gauges) or rotary potentiometers with spring.
  • FSR Force Sensing Resistors
  • strain gauges strain gauges
  • rotary potentiometers with spring with spring.
  • Some known input means are distinguished in the table from FIG. 12 on the basis of their essential features and delimited by the invention.
  • a turntable with pulse generators detects a rotary movement and is mechanically movable accordingly, but cannot react to an inclined position (lateral pressure).
  • a disc based on the joystick principle (second line in FIG. 12) can react to an inclined position, but cannot be rotated.
  • a disc with a key cross corresponds to a joystick with only one yes / no information per direction instead of a stepless measurement.
  • the disc with a capacitive sensor Without mechanical rotation, a finger's rotary movements on the disc can be precisely recognized, but does not differentiate between pressure levels.
  • a control element for actuating sensors which is also used to control a cursor for mobile electronic devices, should be easy and reliable to operate, even with one hand and on the way in the event of vibrations, for example in means of transport. Manufacturers of the devices are interested in the fact that such a unit requires as little space as possible in the housing of the devices and is easy to produce.
  • the object of the invention is to develop an operating element for actuating sensors and a method for selecting functions contained in an electronic memory by means of the operating element and for displaying the functions selected by means of the operating element by means of a cursor.
  • This invention relates to the construction of a disk-shaped control element for actuating a sensor and a method for selecting in an electronic Information contained in memory and for cursor control of electronic devices.
  • control element designed according to the invention Two variants of the control element designed according to the invention are proposed.
  • a movable but not rotatable control element designed according to the invention there is a rotatable with the stationary, i.e. Non-rotatable control element connected actuating disc, wherein only the deflection of the axis from the vertical caused by the finger movement is evaluated as a sliding movement in the direction of rotation on the surface of the control element via this actuating disc.
  • a differently strong force on the edge of the control element designed according to the invention with a corresponding deflection of the vertical axis of the control element is used to control the cursor speed.
  • On stronger pressure during the circular sliding movement on the surface of the control element leads to faster movement.
  • the invention can also be used for data input.
  • the edges of the control element designed according to the invention are assigned to a supply of input values, so that tapping the control element at a specific position leads to the direct selection of menu items or to the input of characters.
  • the control element also allows a direction to be selected by tapping it directly.
  • the invention enables a particularly small, inexpensive and robust construction. It offers a new type of control element that recognizes the position and the force of the actuation and thus enables both an adjustable cursor speed and data input.
  • FIG. 1 is a control element designed according to the invention in view
  • Fig. 2 shows a control element designed according to the invention with a rotatable actuating disc arranged on it in view
  • FIG. 4 shows an operating element designed according to the invention with an actuating disc according to FIG. 2 rotatably arranged on it, in section,
  • Fig. 13 List of sensor types that can be used with the invention.
  • Fig. 1 shows a control element 11 designed according to the invention with a circular base, which is provided with twelve graduations 12 similar to the dial of a clock.
  • the tick mark 13 is accordingly at 2 o'clock.
  • tick marks namely those in the 12, 3, 6 and 9 o'clock positions, are slightly different from the others.
  • the control element 11 can be tilted about a vertical axis 14 and is arranged in a device housing 15 to be movable in the vertical direction but not rotatable.
  • a defined number of compression springs 17 arranged coaxially around the axis 14 are provided below the control element 11 on an underside 16 of the control element 11, the control element 11 being movable against the spring forces of these compression springs 17.
  • the compression springs 17 act as separate springs, whereby the control element 11 can perform tilting movements about the axis 14. Beneath the control element 11 there are also the sensors 18 to be actuated on the underside 16, these being connected to the control element 11. These sensors 18 register the mechanical actuation of the control element 11 and can be mounted below the control element 11 either in the middle, on the edge or distributed over the entire surface.
  • the operating element 11 is actuated by a finger 19 of an operator, not shown.
  • the control element 11 shown here has a circular surface 20. On this the operator moves his finger 19 smoothly or by repeated actuation at another position of the control element 11. As a result, the control element 11 is pressed against the spring force of one or more compression springs 17 and thereby performs a tilting movement about the axis 14. As a result, at least one sensor 18 is acted upon.
  • the operating element 11 In the rest position, the operating element 11, as shown in FIG. 5, is such that its imaginary axis 14 is oriented perpendicular to the device housing 15.
  • FIG. 6 When actuated (FIG. 6) on the left side of the operating element 11, the side of the operating element 11 drops somewhat to the left into the device housing 15 following the operating pressure 21, and the axis 14 tilts.
  • the outer boundary surface 21 With a diameter of the control element 11 of approximately 15 to 40 mm, the outer boundary surface 21 could cover a distance of approximately 0.5 to 2 mm.
  • Fig. 7 shows the corresponding actuation on the other, right side of the control element 11. This pressure is possible at any point on the surface 20 of the control element 11.
  • FIG. 2 shows the control element 11 designed according to the invention in a variant.
  • This variant is based on the described embodiment of the control element 11.
  • This control element 11, which cannot be rotated, is provided with an additional device, an actuating disk 22 which is rotatably arranged on the control element 11.
  • the control element 11 is actuated via this. While the finger 19 is slidably moved on the surface 20 of the operating element 11 according to the embodiment shown in FIG. 1, if an additional, rotatably arranged actuating disk 22 is arranged, the finger 19 can be moved by the operator at the point of contact are left and by a rotary movement, triggered by actuating the actuating disc 22 with the finger 19, the control element 11 designed according to the invention is loaded at different positions, that is to say pressurized.
  • the operating element 11 is housed recessed in the device housing 15 of the electronic device.
  • the surface 20 of the control element 11, including a rounded edge 24, is easily accessible by hand with the finger 19, while a boundary surface 25 extending perpendicular to the surface 20 is inaccessible for actuation. Actuating this outer boundary surface 25 would be ineffective with the control element 11 according to the invention. Instead, touching the surface 20 of the control element 11 with a small force (less than 40 grams) leads to an inclined position of the entire control element 11, so that the axis 14 of the control element 11 tilts slightly to the side.
  • the surface 20 of the control element 11 in the non-rotatable variant, ie fixed but tiltable, must be so smooth that the finger 19 can slide on it effortlessly. An operation in the middle on the surface 20 of the control element 11 only leads to a reaction if the control element 11 is slightly inclined.
  • the control element 11 according to the invention in the variant with an actuating disk 22 rotatably arranged on the control element 11 is constructed identically at the base.
  • the control element 11 additionally receives a cap-shaped rotatable actuating disc 22 which is rotatably arranged on the control element 11 and can slide or roll thereon.
  • the actuating force is transmitted from the cap to the actual operating element 11 by a transmission element 26, the transmission element 26 being of a ring-shaped configuration and being arranged coaxially to the axis 14. It is only important that the cap-shaped actuating disc 22 can rotate easily about the axis 14 and thereby reliably transfers finger pressure to the operating element 11.
  • the cap-shaped actuating disc 22 has only the purpose of facilitating the operation or of creating the illusion of an effect of the rotation. In fact, the function is not triggered by the rotation of the cap-shaped actuating disc 22 itself, but by a minimal inclination of the operating element 11 at the contact position. A rotary movement of the cap-shaped actuating disc 22 without pressure force would have no effect on it.
  • the cap-shaped actuating disc 22 on the Control element 11 as well as other turntables can only be moved with a certain pressure force. Therefore, a slight inclination of the control element 11 is ensured at the contact position.
  • the rotatably arranged cap-shaped actuating disc 22 does not need to have a smooth surface, instead the cap-shaped actuating disc 22 can also be rubber-coated or provided with a corrugation for convenient operation.
  • sensors 18 A variety of established techniques are available as sensors 18:
  • Force sensors such as FSR (Force Sensing Resistors), strain gauges (Strain Gauge) or Hall sensors are already widely used for measuring the actuation of joysticks, among others.
  • FSR Force Sensing Resistor
  • strain gauges strain Gauge
  • Hall sensors are already widely used for measuring the actuation of joysticks, among others.
  • a new type of digital inclination sensor is well suited for this application.
  • Fig. 13 some sensor types are enumerated which can be used with the invention.
  • Individual FSR cells Force Sensing Resistor
  • the actuating pressure 21 applied to the edge of the operating element 11 leads to an uneven change in resistance in the four FSR cells, from which the position of the activation can be determined.
  • This application is known for TV remote controls, among others, but only in the joystick function without rotating movements.
  • a strip-shaped FSR sensor can also be attached in a ring under the edge of the operating element 11 in order to report the position and force of the deflection.
  • an annular foil potentiometer without a force sensor can register the position of the activation under the edge of the disc.
  • a foil potentiometer consists of a foil that is coated with a graphite layer with a high electrical resistance (range about 1 kOhm to 100 kOhm), another foil that is coated with a coating with a low electrical resistance (e.g. silver, resistance around 5 Ohm to 1000 Ohm) and an intermediate spacer that keeps both coatings at a short distance (approx. 0.01 mm to 0.2 mm) from each other.
  • Mechanical pressure on any part of the ring leads to an electrical contact, the position of the activation being able to be determined from the electrical resistance between the two foils.
  • foil potentiometers are also known in an annular design, but only for the detection of angular positions, not for determining the inclination of an operating element 11.
  • the degree of inclination can in this case be determined from the length of the contact surface of both foils.
  • Strain gauges and Hall sensors are known sensor technologies that can measure a force applied laterally to an operating element 11.
  • a new type of digital sensor has already been proposed, which can be used well in conjunction with the control element 11 proposed here and designed according to the invention for actuating a sensor.
  • the invention can be used in a variety of ways for the control of electronic devices.
  • 8 shows, for example, a remote control 81 for a video recorder with a variant of the control element 11 designed according to the invention with an actuating disc 22 corresponding to FIG. 2.
  • the remote control controls a video recorder, the functions of which are displayed on a monitor 83.
  • the display 84 contains, inter alia, a time axis 85 with a cursor 86 which can be moved by actuating the actuating disk 21.
  • Such applications are known on the basis of angular momentum encoders, for example to select and trim scenes from a video film.
  • the control element 11 designed according to the invention without and with a rotatably arranged actuating disk 22 permits a substantial expansion of the known turntable function.
  • the size of the cursor 86 on the display 84 changes. If the actuating disk 22 is now rotated, the speed of the cursor movement depends on the cursor size, ie according to the size of the actuating pressure 21 exerted on the edge of the surface 20 of the operating element 11. In order to ensure a uniformly rapid movement, the measurement of the size of the actuating pressure 21 is averaged over a period of about 1 to 3 seconds. A distinction between two and five pressure levels is sufficient.
  • variable speed control enables both very fast and precise control with one finger. It solves the operating problem with rotary encoders with very fast movements.
  • control element 11 Since the control element 11 according to the invention does not merely distinguish different pressure forces, but can also determine the position of the actuation, this opens up new possibilities.
  • FIG. 9 shows a mobile electronic device 91 with a display 92, the software representation of which has a curved line 93 with marking lines on both sides, one of which
  • Row of menu entries 94 are assigned.
  • a cursor 95 the position of which is related to the actuating position of the operating element 11. Pressing the control element 11 at the 11 o'clock position 97 would select the menu item "open” in the example, at the 5 o'clock position 98 the cursor would appear on "prefs" and the actuation at the position of 12 o'clock or 6 o'clock would have no effect.
  • the invention allows a menu selection with a single press on a defined point on the edge of the surface 20 of the control element 11.
  • the markings help to make the desired selection.
  • Entering text is a frequently requested function of electronic devices, for which a turntable should serve if there is no full keyboard.
  • a turntable should serve if there is no full keyboard.
  • users are required to perform a longer rotary movement for each individual character, since the conventional pulse generators only know relative rotary movements.
  • the invention enables a much faster input of characters.
  • a set of letters 101 is shown on the display, two curved lines 102 establishing the optical connection to the control element 11 according to the invention.
  • the actuation of the control element 11 according to the invention shortly before the 10 o'clock position 104 sets, for example, a letter highlighting 103 on the letter "A", at the 12 o'clock position on "G” etc.
  • the position of the highlight can still be varied by a rotary movement. In spite of the relatively rough marking lines, it is possible to target letters.
  • the selection can still be corrected.
  • the selected input is only effective when the disc is released. This can be achieved by the control element 11 according to the invention because, in contrast to conventional turntables, the control element 11 can distinguish between touching and letting go.
  • the invention can also be used to enter an angle directly and without rotation, for example for operating a navigation device.
  • This property is demonstrated in FIG. 11 in order to move the cursor 112 of a text editor 111 in any direction.
  • a pressure on the 1 o'clock 30 position 114 moves the cursor from the position 112 in this example in the direction at the top right to the position 113.
  • the control element 11 can thus also be used like a cursor key block and even a mouse pointer in move in any direction, whereby an increased pressure force can lead to faster movement.
  • the invention thus enables a two-dimensional control of an object or cursor on a surface, while a turntable normally only allows selection in one dimension (point on a line). From the applications it is clear that the invention has all the functions that conventional turntables with pulse generators offer and goes far beyond.
  • either the edge or the axis is always a weak point for faults caused by dirt and moisture. Since one variant of the invention can detect a movement of the fingers on a surface without mechanical rotation being necessary, it can be used to build robust, even watertight control elements 11 as a replacement for known turntables.

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Abstract

Bedienelement (11) füur elektronische Geräte zur Betätigung von Sensoren (18) und ein Verfahren zue Auswahl von in einem elektronischen Speicher enthaltenen Funktionen und zur Anzeige der ausgewälten Funktion mittels eines Cursors. Die Erfindungsaufgabe, ein Bedienelement (11) zur Betätigung von Sensoren (18) sowie ein Verfahren zur Auswahl von in einem elektronischen Speicher enthaltenen Funktionen mittels des Bedienelementes (11) und zur Anzeige der mittels des Bedienelementes ausgewählten Funktionen durch einen Cursor zu entwickeln, wurde dadurch gelöst, dass das Bedienelement (11) scheibenförmig ausgebildet und um eine Achse (14) als Normale zur Oberfläche des Bedienelementes (11) kippbar angeordnet und an einer Unterseite mit auf eine Druck- oder/und Zugbeanspruchung reagierenden Sensoren (18) versehen ist, wobei das Bedienelement an seiner Unterseite (16) mit ringförmig angeordneten, auf Druck reagierenden Federelementen (17), die koaxial in einem definierten Abstand zur Achse (14) angeordnet sind, versehen ist.

Description

Bedienelement für elektronische Geräte zur Betätigung von Sensoren und ein Verfahren zur Auswahl von in einem elektronischen Speicher enthaltenen Funktionen und zur Anzeige der ausgewählten Funktion mittels eines Cursors
Die Erfindung betrifft die Ausbildung eines Bedienelementes für die Betätigung von Sensoren, mit denen eine Auswahl von in elektronischen Geräten gespeicherten Funktionen und die Anzeige der ausgewählten Funktion mittels eines Cursors in elektronischen Geräten erfolgen.
Scheibenförmige Bedienelemente für Schalter sind ein verbreitetes Eingabemittel zur Betätigung von Sensoren und zur Cursorsteuerung bei elektronischen Geräten, da sie sowohl eine schnelle als auch eine präzise Positionierung erlauben. Die einfache Bedienung, der geringe Platzbedarf und die Mög- lichkeit der Einhand-Bedienung haben weiterhin zum Erfolg dieses Konzeptes beigetragen. Diese Bedienelemente sind z.B. als Drehscheiben ausgebildet und heute u.a. bei Fernbedienungen von Videorecordern, digitalen Kameras bis hin zu elektronischen Organizern und Küchengeräten wie Mikrowellen- Öfen zu finden. Im Gegensatz zu Drehrädern (JogDials)" und Walzen zur Cursorsteuerung werden als Drehscheiben ausgebildete Bedienelemente frontal durch eine Schiebebewegung betätigt. Damit benötigen sie mehr Platz als Räder und Walzen, lassen sich wegen der größeren Strecken jedoch präziser steuern.
Nach dem Stand der Technik basieren als Drehscheiben ausgebildete Bedienelemente zur Betätigung von Sensoren und zur Cursorsteuerung meist auf Drehimpulsgebern. Andere Techniken wie Potentiometer, Wahlschalter und Kodierscheiben spielen praktisch keine Rolle, da sie wesentlich aufwendiger sind und für die Sensorbetätigung und für eine Cursorsteuerung keine Vorteile bieten.
Drehimpulsgeber setzen die Drehbewegung eines Rades in eine schnelle Abfolge von Impulsen um, die einen Cursor vor- und zurück bewegen können. Eine längere Bewegung führt zu einer größeren Zahl von Impulsen, die von einer digitalen Schaltung gezählt und interpretiert werden. In der Regel werden die Impulse durch zwei Schalter erzeugt, die bei einer Drehung wiederholt ausgelöst werden. Zwei Schalter sind nötig, um die Richtung der Bewegung (vor/zurück) zu unterscheiden. Anstelle von Schaltern werden mitunter auch andere Impulsgeber verwendet, etwa Optokoppler oder Magnetschalter.
Drehimpulsgeber sind gut zur Kombination mit elektronischen Schaltungen geeignet, bringen jedoch einige prinzipielle
Probleme mit sich: Erstens können darauf basierende Drehscheiben nur relative Bewegungen und nicht die Position des Eingabeelementes oder der Aktivierung erkennen. Zweitens können bei einer schnellen Drehung Impulse verlorengehen, weil entweder die elektrischen Schalter oder die Elektronik diese raschen Impulsfolgen nicht in ausreichender Geschwindigkeit verarbeiten können. Drittens sind viele als Drehscheiben ausgebildete Eingabeelemente bei intensivem Gebrauch anfällig für Verschleiß, weil die Schalter extrem häufig ausgelöst werden.
Drehimpulsgeber können anstatt auf elektromechanischen Schaltern auch auf Lichtschranken (Optokopplern) basieren. Das Prinzip ist ähnlich, auch damit werden Drehbewegungen in digitale Impulse umgesetzt. Lichtschranken sind einem mecha- nischen Verschleiß weniger ausgesetzt als mechanische Schalter, andererseits verbrauchen sie ständig Strom und sind anfällig gegen Verschmutzung (Staub) . Außerdem kann eine nach langer Betriebszeit abnehmende Lichtstärke (typisch für Leuchtdioden) zum Versagen der Lichtschranken führen.
Mitte 2002 wurde ein Audio-Abspielgerät vorgestellt, das über eine rund 5 cm große Scheibe bedient wird, die einen kapazitiven Sensor enthält. Wenn ein Finger auf diesem kreis- förmigen Sensor bewegt wird, verhält sich das Eingabemedium ähnlich einer elektromechanischen Drehscheibe.
Dieser Kapazitäts-Sensor, dessen Technik in rechteckiger Form bereits vielfach zur Maussteuerung in Notebook-Computern genutzt wird, hat Vorteile: Die Positionierung ist präziser als mit Drehimpulsgebern und der Sensor arbeitet verschleißfrei. Da keine mechanische Bewegung erfolgt, kann dieses Bedienelement leicht vor dem Eindringen von Schmutz geschützt werden.
Andererseits bringt der mechanisch unbewegliche Aufbau auch Nachteile in der Bedienung mit sich, denn Reaktionen auf die Betätigung sind nicht fühlbar. Dadurch verlangt der Kapazitätssensor eine ständige Kontrolle des Displays, ob die Bedienung erfolgreich war. Eine Bedienung ohne Hinschauen ist beinahe unmöglich. Hinzu kommen andere Nachteile wie der höhere Stromverbrauch und die Herstellungskosten. Es besteht das Risiko einer versehentlichen Betätigung durch eine bloße Annäherung des Fingers ohne Berührung oder durch Feuchtigkeit wie Nebel oder Schweiß. Umgekehrt läßt sich der Kapazitäts- sensor mit Handschuhen oder anderen Hilfsmitteln kaum aktivieren.
Zusammenfassend ist der Einsatz einer Scheibe mit Kapazitäts- sensor nur für Geräte, deren Größe, Preis und Stromverbrauch oberhalb von Mobiltelefonen liegen, geeignet. Eine solche Scheibe läßt sich kaum mit einem kleineren Durchmesser als etwa 2-3 cm bauen, weil prinzipbedingt die Breite eines Fingers im Verhältnis zu einer kleinen Scheibe die Messung von Fingerbewegungen stören würde.
Es gibt auch scheibenförmige Eingabemedien, die aus vier
Tasten zusammengesetzt sind und beispielsweise einen Cursor in die entsprechenden vier Richtungen bewegen können. Dabei ist keine stufenlose Regelung möglich, sondern die Betätigung an einer Seite schließt einfach den Stromkreis der zugeordneten Taste. Solche Cursor-Scheiben sind verbreitet bei Mobiltelefonen, TV-Fernbedienungen und digitalen Kameras.
Bei einigen Ausführungen ist noch ein fünfter Schalter in der Mitte der Scheibe vorhanden, der beispielsweise die Funktion einer Enter-Taste übernehmen kann. Diese fünfte Taste ist jedoch schwierig zu bedienen und führt leicht zu Fehlbe- dienungen, weil durch die Anordnung in der Scheibenmitte leicht eine seitliche Taste versehentlich ausgelöst werden kann. Aus diesem Grund ist die Ausführung mit fünf Schaltern wenig verbreitet.
Ähnlich verhält es sich mit selten anzutreffenden Cursor- Scheiben, die mit acht Tasten am Rand versehen sind, um einen Zeiger in die entsprechende Richtung bewegen zu können. Auch hier ist das Risiko einer Fehlbedienung groß, weswegen Scheiben mit vier Tasten bevorzugt werden. Mehr als acht Schalter lassen sich aus Platzgründen kaum am Rand einer solchen Scheibe unterbringen.
Zusammenfassend haben Scheiben mit Schaltern am Rand den Vorteil, daß sie sehr preisgünstig herzustellen sind, da sie auf der gleichen Technik basieren wie Tastaturen. Aus demselben Grund lassen sich solche Scheiben produktionstechnisch einfach mit vorhandenen Tastenfeldern kombinieren. Andererseits ist der Nutzen solcher Tastenanordnungen im Vergleich zu stufenlos einstellbaren Scheiben sehr begrenzt. Entsprechend ist die Bedienung eines damit ausgestatteten Geräts mit Cursortasten wesentlich umständlicher und langsamer als mit Hilfe von drehbaren Eingabemedien.
Weiterhin gibt es Joysticks, die in Form von Scheiben ausgeprägt sind. Die Neigung der Scheibe, ausgelöst durch mechanischen Druck, wird von Drucksensoren registriert und in eine Cursorbewegung umgesetzt. Eine Federkraft bringt die Scheibe in eine Ruhestellung zurück, wenn sie nicht betätigt wird. Als Drucksensoren dienen z.B. FSR (Force Sensing Resistors, kraftabhängige Widerstände) oder Dehnungsmeßstreifen (engl. Strain Gauges) oder Drehpotentiometer mit Feder. Solche Scheiben sind jedoch nicht drehbar und die Position einer Be- rührung wird nicht registriert, nur die Schrägstellung zählt.
Einige bekannte Eingabemittel sind in der Tabelle von Fig. 12 anhand ihrer wesentlichen Merkmale unterschieden und von der Erfindung abgegrenzt. In der ersten Zeile wird deutlich, daß eine Drehscheibe mit Impulsgebern zwar eine Drehbewegung erkennt und mechanisch entsprechend beweglich ist, auf eine Schrägstellung (seitlichen Andruck) jedoch nicht reagieren kann.
Eine Scheibe nach dem Joystick-Prinzip (zweite Zeile in Fig. 12) kann auf eine Schrägstellung reagieren, ist aber nicht drehbar. Eine Scheibe mit Tasten-Kreuz entspricht einem Joy- stick mit nur einer Ja/Nein-Information pro Richtung anstelle einer stufenlosen Messung. Die Scheibe mit kapazitivem Sensor ohne mechanische Drehung kann Drehbewegungen eines Fingers auf der Scheibe präzise erkennen, unterscheidet aber keine Andruckstufen.
Ein Bedienelement zur Betätigung von Sensoren, das auch zur Steuerung eines Cursors für mobile elektronische Geräte verwendet wird, sollte einfach und zuverlässig, auch mit einer Hand und unterwegs bei Erschütterungen etwa in Verkehrsmitteln zu betätigen sein. Hersteller der Geräte sind daran interessiert, daß eine solche Einheit möglichst wenig Platz im Gehäuse der Geräte benötigt und problemlos zu produzieren ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Bedienelement zur Betätigung von Sensoren sowie ein Verfahren zur Auswahl von in einem elektronischen Speicher enthaltenen Funktionen mittels des Bedienelementes und zur Anzeige der mittels des Bedienelementes ausgewählten Funktionen durch einen Cursor zu ent- wickeln.
Diese Aufgabe wurde mit den in den unabhängigen Ansprüchen offenbarten technischen Mitteln gelöst, wobei die in den abhängigen Ansprüchen offenbarten technischen Mittel der Ausgestaltung der Erfindung dienen.
Diese Erfindung betrifft die Konstruktion eines scheibenförmig ausgebildeten Bedienelementes zur Betätigung eines Sensors sowie ein Verfahren zur Auswahl von in einem elektronischen Speicher enthaltenen Informationen und zur Cursorsteuerung elektronischer Geräte. Bei leichtem Andruck mit dem Finger auf den Rand des scheibenförmigen Bedienelementes bewegt sich der Rand etwas nach unten, so daß die senkrechte Achse des Be- dienelementes geringfügig schräg gestellt wird. Diese Schrägstellung wird von Druck- oder Winkelsensoren unterhalb des Bedienelementes ausgewertet, um die Position der Betätigung auf dem Bedienelement zu ermitteln. Eine Fingerbewegung als Schiebebewegung in Drehrichtung auf der Oberfläche des Be- dienelementes führt zu einer veränderten Richtung der Schrägstellung, die von den Sensoren als Drehung erkannt wird. Beim Loslassen führt eine auf das Bedienelement einwirkende Federkraft das Bedienelement zurück in die Ausgangsposition.
Es werden zwei Varianten des erfindungsgemäß ausgebildeten Bedienelementes vorgeschlagen. Zusätzlich auf dem bewegbaren, aber nicht drehbaren erfindungsgemäß ausgebildeten Bedienelement befindet sich nach einer Variante der Erfindung eine drehbar mit dem stillstehenden, d.h. nicht drehbaren Bedienelement verbundene Betätigungsscheibe, wobei immer nur die Auslenkung der Achse aus der Senkrechten hervorgerufen durch die Fingerbewegung als Schiebebewegung in Drehrichtung auf der Oberfläche des Bedienelementes über diese Betätigungsscheibe gewertet wird.
Eine unterschiedlich starke Kraft auf den Rand des erfindungsgemäß ausgebildeten Bedienelementes mit einer entspre- chenden Auslenkung der senkrechten Achse des Bedienelementes wird zur Steuerung der Cursor-Geschwindigkeit genutzt. Ein stärkerer Andruck während der kreisförmigen Gleitbewegung auf der Oberfläche des Bedienelementes führt zu einer schnelleren Bewegung.
Da die durch das Bedienelement betätigten Sensoren nicht nur eine Fingerbewegung als Schiebebewegung in Drehrichtung auf dem Bedienelement als scheinbare Drehbewegung erkennen, sondern auch die Position des Fingers auf dem Bedienelement, kann die Erfindung auch zur Dateneingabe genutzt werden. Dafür werden die Ränder des erfindungsgemäß ausgebildeten Bedienelementes einem Vorrat von Eingabewerten zugeordnet, so daß ein Antippen des Bedienelementes an einer bestimmten Position zur direkten Auswahl von Menüpunkten oder zur Eingabe von Zeichen führt. Ferner ermöglicht das Bedienelement auch die Wahl einer Richtung durch unmittelbares Antippen.
Die Erfindung ermöglicht eine besonders kleine, kostengünstige und robuste Bauweise. Sie bietet ein neuartiges Bedienelement, das die Position und die Kraft der Betätigung erkennt und ermöglicht damit sowohl eine regelbare Cursorgeschwindigkeit als auch eine Dateneingabe.
Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:
Fig. 1 ein erfindungsgemäß ausgebildetes Bedienelement in Ansicht, Fig. 2 ein erfindungsgemäß ausgebildetes Bedienelement mit einer auf diesem angeordneten drehbaren Betätigungsscheibe in Ansicht
Fig. 3 ein erfindungsgemäß ausgebildetes Bedienelement nach
Fig. 1 im Schnitt,
Fig. 4 ein erfindungsgemäß ausgebildetes Bedienelement mit einer auf diesem drehbar angeordneten Betätigungs- scheibe nach Fig. 2 im Schnitt,
Fig. 5 Position des Bedienelementes im Ruhezustand
Fig. 6 Position des Bedienelementes bei Betätigung auf der linken Seite
Fig. 7. Position des Bedienelementes bei Betätigung auf der rechten Seite,
Fig. 8 Anwendungsbeispiel mit regelbarer Geschwindigkeit der Cursorbewegung,
Fig. 9 Anwendungsbeispiel Menüauswahl mit Direktzugriff,
Fig. 10 Anwendungsbeispiel Buchstabeneingabe,
Fig. 11 Anwendungsbeispiel Richtungs-Eingabe,
Fig. 12 tabellarischer Vergleich von Eingabemitteln,
Fig. 13 Aufstellung von Sensortypen, die sich mit der Erfindung nutzen lassen. Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäß ausgebildetes Bedienelement 11 mit einer kreisflächenförmigen Grundfläche, das mit zwölf Skalenstrichen 12 ähnlich dem Zifferblatt einer Uhr versehen ist. Im folgenden wird auf die Position der Skalenstriche 12 entsprechend dem Stundenzeiger einer Uhr Bezug genommen, der Skalenstrich 13 steht demnach auf 2 Uhr. Vier Skalenstriche, nämlich die in der 12-, 3-, 6- und 9-Uhr-Position sind gegenüber den anderen etwas hervorgehoben. Das Bedienelement 11 ist um eine senkrechten Achse 14 kippbar und ist in einem Gerätegehäuse 15 in senkrechter Richtung beweglich, aber nicht drehbar, angeordnet. Unterhalb des Bedienelementes 11 sind an einer Unterseite 16 des Bedienelementes 11 eine definierte Anzahl von koaxial um die Achse 14 angeordneten Druckfedern 17 vorgesehen, wobei das Bedienelement 11 gegen die Federkräfte dieser Druckfedern 17 bewegbar ist. Die Druckfedern 17 sind als getrennte Federn wirksam, wodurch das Bedienelement 11 Kippbewegungen um die Achse 14 ausführen kann. Unterhalb des Bedienelementes 11 befinden sich an der Unterseite 16 ferner die zu betätigenden Sensoren 18, wobei diese mit dem Bedienelement 11 verbunden sind. Diese Sensoren 18 registrieren die mechanische Betätigung des Bedienelementes 11 und können unterhalb des Bedienelementes 11 entweder in der Mitte, am Rand oder über die gesamte Fläche verteilt montiert sein.
Die Betätigung des Bedienelementes 11 erfolgt durch einen Finger 19 einer nicht gezeigten Bedienperson. Das hier dargestellte Bedienelement 11 hat eine kreisförmige Oberfläche 20. Auf dieser bewegt die Bedienperson ihren Finger 19 gleitend oder durch wiederholtes Betätigen an einer anderen Position des Bedienelementes 11. Hierdurch wird das Bedienelement 11 gegen die Federkraft einer oder mehrerer Druckfedern 17 gedrückt und führt dabei um die Achse 14 eine Kippbewegung aus. Hierdurch wird mindestens ein Sensor 18 beaufschlagt.
In Ruhestellung steht das Bedienelement 11, wie in Fig. 5 dargestellt, so, daß seine gedachte Achse 14 senkrecht zum Gerätegehäuse 15 ausgerichtet ist. Bei einer Betätigung (Fig. 6) auf der linken Seite des Bedienelementes 11 sinkt die Seite des Bedienelementes 11 dem Betätigungsdruck 21 folgend etwas nach links in das Gerätegehäuse 15 hinein, und die Achse 14 neigt sich. Bei einem Durchmesser des Bedienelementes 11 von etwa 15 bis 40 mm könnte die äußere Begrenzungsfläche 21 ungefähr einen Weg von 0,5 bis 2 mm zurücklegen. Fig. 7 zeigt die entsprechende Betätigung auf der anderen, rechten Seite des Bedienelementes 11. Dieser Andruck ist an jeder Stelle der Oberfläche 20 des Bedienelementes 11 möglich.
In Fig. 2 ist das erfindungsgemäß ausgebildete Bedienelement 11 in einer Variante dargestellt. Diese Variante basiert auf der beschriebenen Ausführung des Bedienelementes 11. Dieses nicht drehbare Bedienelement 11 ist mit einer zusätzlichen Einrichtung, einer drehbar auf dem Bedienelement 11 angeordneten Betätigungsscheibe 22 versehen. Über diese wird das Bedienelement 11 betätigt. Während nach der in Fig. 1 gezeigten Ausführung der Finger 19 auf der Oberfläche 20 des Bedienelementes 11 gleitend bewegt wird, kann bei Anordnung einer zusätzlichen, drehbar angeordneten Betätigungsscheibe 22 der Finger 19 von der Bedienperson an dem Berührungspunkt belassen werden und über eine Drehbewegung, ausgelöst durch Betätigen der Betätigungsscheibe 22 mit dem Finger 19, das erfindungsgemäß ausgebildete Bedienelement 11 an verschiedenen Positionen belastet, d.h. druckbeaufschlagt werden.
Bei dieser in Fig. 2 dargestellten Variante des erfindungsgemäß ausgebildeten Bedienelementes 11 mit einer Betätigungsscheibe 22, die mechanisch wie andere bekannte Drehräder mit dem Finger physikalisch um die Achse 14 beweglich ist, sind die Skalenstriche 23 feststehend am Gerätegehäuse 15 des nicht dargestellten elektronischen Geräts angebracht und bleiben daher immer an der gleichen Position.
Im Horizontalschnitt (Fig. 3) gesehen ist das Bedienelement 11 versenkt in dem Gerätegehäuse 15 des elektronischen Geräts untergebracht. Dabei ist die Oberfläche 20 des Bedienelementes 11 einschließlich einer abgerundeten Kante 24 bequem mit dem Finger 19 von Hand erreichbar, während eine sich senkrecht zur Oberfläche 20 erstreckende Begrenzungsfläche 25 für eine Betätigung unzugänglich ist. Eine Betätigung dieser äußeren Begrenzungsfläche 25 wäre bei dem erfindungsgemäßen Bedienelement 11 nämlich wirkungslos. Stattdessen führt eine Be- rührung an der Oberfläche 20 des Bedienelementes 11 mit einer geringen Kraft (weniger als 40 Gramm) zu einer Schrägstellung des ganzen Bedienelementes 11, so daß sich die Achse 14 des Bedienelementes 11 etwas zur Seite neigt. Die Oberfläche 20 des Bedienelementes 11 in der nicht drehbaren Variante, d.h. feststehend aber kippbar, muß so glatt sein, daß der Finger 19 mühelos darauf rutschen kann. Eine Betätigung in der Mitte auf der Oberfläche 20 des Bedienelementes 11 führt nur dann zu einer Reaktion, wenn das Bedienelement 11 dabei geringfügig schräggestellt wird.
Das erfindungsgemäße Bedienelementes 11 in der Variante mit einer auf dem Bedienelement 11 drehbar angeordneten Betätigungsscheibe 22 ist an der Basis identisch aufgebaut. Das Bedienelement 11 erhält in dieser Ausführungsvariante der Erfindung zusätzlich eine kappenförmig ausgebildete drehbare Be- tätigungsscheibe 22, die auf dem Bedienelement 11 drehbar angeordnet ist und auf diesem gleiten oder rollen kann. Die Betätigungskraft wird dabei durch ein Übertragungselement 26 von der Kappe auf das eigentliche Bedienelement 11 übertragen, wobei das Übertragungselement 26 ringförmig ausgebildet ist und koaxial zur Achse 14 angeordnet ist. Wichtig ist nur, daß sich die kappenförmige Betätigungsscheibe 22 leichtgängig um die Achse 14 drehen kann und dabei einen Fingerdruck zuverlässig auf das Bedienelement 11 überträgt.
Die kappenförmige Betätigungsscheibe 22 hat nur den Zweck, die Bedienung zu erleichtern bzw. die Illusion einer Wirkung der Drehung zu erwecken. Tatsächlich löst nicht die Drehung der kappenförmigen Betätigungsscheibe 22 selbst, sondern eine minimale Schrägstellung des Bedienelementes 11 an der Berührungsposition die Funktion aus. Eine Drehbewegung der kappenförmigen Betätigungsscheibe 22 ohne Andruckkraft auf diese hätte keinerlei Auswirkungen.
Durch die immer vorhandene minimale Reibung des Drehmechanismus Λ kann die kappenförmige Betätigungsscheibe 22 auf dem Bedienelement 11 wie auch andere Drehscheiben nur mit einer gewissen Andruckkraft bewegt werden. Von daher ist eine geringe Schrägstellung des Bedienelementes 11 an der Berührungsposition sichergestellt.
Die drehbar angeordnete kappenförmige Betätigungsscheibe 22 braucht im Gegensatz zur Oberfläche 20 des nicht drehbar angeordneten Bedienelementes 11 keine glatte Oberfläche zu besitzen, statt dessen kann die kappenförmige Betätigungsscheibe 22 für eine komfortable Bedienung auch gummiartig überzogen oder mit einer Riffeiung versehen sein.
Die nachfolgenden Ausführungen betreffen die Erfindung in beiden Varianten gleichermaßen, solange diese nicht gesondert erwähnt werden, da der Aufbau und die Bedienung abgesehen von der kappenförmigen Betätigungsscheibe 22 identisch sind.
Die Sensoren 18, die im Gehäuse unterhalb des Bedienelementes 11 untergebracht und mechanisch mit dem Bedienelement 11 gekoppelt sind, registrieren den mechanischen Betätigungsdruck 21 auf die Oberfläche 20 des Bedienelementes 11.
Als Sensoren 18 stehen eine Vielzahl von etablierten Techniken zur Verfügung:
Kraftsensoren wie FSR (Force Sensing Resistors, kraftabhängige Widerstände), Dehnungsmessstreifen (engl. Strain Gauge) oder Hallsensoren werden bereits zahlreich für die Messung der Betätigung von Joysticks u.a. eingesetzt. Ein neuartiger, digitaler Neigungs-Sensor ist gut für diese Anwendung geeignet. In Fig. 13 werden einige Sensortypen aufgezählt, die sich mit der Erfindung nutzen lassen. Einzelne FSR-Zellen (FSR = Force Sensing Resistor, kraftabhängiger Widerstand) sind an vier gegenüber liegenden Punkten unterhalb, d.h. an der Unterseite 16 des Bedienelementes 11 angebracht. Der auf den Rand des Bedienelementes 11 aufgebrachte Betätigungsdruck 21 führt zu einer ungleichen Widerstandsänderung in den vier FSR-Zellen, aus denen sich die Position der Aktivierung ermitteln läßt. Diese Anwendung ist bekannt für TV-Fernbedienungen u.a., jedoch nur in der Joystick-Funktion ohne Drehbewegungen.
Statt einzelner FSR-Zellen kann auch ein streifenförmiger FSR- Sensor ringförmig unter dem Rand des Bedienelementes 11 angebracht sein, um die Position und Kraft der Auslenkung melden.
In einer einfacheren Ausführung kann auch ein ringförmiges Folien-Potentiometer ohne Kraftsensor unter dem Scheibenrand die Position der Aktivierung registrieren. Ein Folien- Potentiometer besteht aus einer Folie, die mit einer Graphitschicht mit hohem elektrischem Widerstand (Bereich etwa 1 kOhm bis 100 kOhm) beschichtet ist, einer weiteren Folie, die mit einer Beschichtung mit niedrigem elektrischem Widerstand beschichtet ist (z.B. Silber, Widerstand rund 5 Ohm bis 1000 Ohm) und einem dazwischen liegenden Abstandhalter, der beide Beschichtungen in einem geringen Abstand (ca. 0,01 mm bis 0,2 mm) von einander hält. Ein mechanischer Druck auf eine beliebige Stelle des Rings führt zu einem elektrischen Kontakt, wobei sich aus dem elektrischen Widerstand zwischen beiden Folien die Position der Aktivierung ermitteln läßt. Solche Folienpotentiometer sind auch in ringförmiger Ausführung bekannt, jedoch nur zur Erkennung von Winkelpositionen, nicht zur Bestimmung der Schrägstellung eines Bedienelementes 11. Der Grad der Schrägstellung läßt sich in diesem Fall aus der Länge der Berührfläche beider Folien ermitteln.
Dehnungsmeßstreifen und Hall-Sensoren sind bekannte Sensor- techniken, die eine seitlich auf ein Bedienelement 11 aufgebrachte Kraft messen können.
Es ist bereits ein neuartiger digitaler Sensor vorgeschlagen worden, der sich in Verbindung mit dem hier vorgeschlagenen und erfindungsgemäß ausgebildeten Bedienelement 11 zur Betätigung eines Sensors gut nutzen läßt.
Die Erfindung läßt sich vielseitig für die Steuerung elektronischer Geräte einsetzen. Fig. 8 zeigt beispielsweise eine Fernbedienung 81 für einen Videorecorder mit einer Variante des erfindungsgemäß ausgebildeten Bedienelement 11 mit einer Betätigungsscheibe 22 entsprechend Fig. 2. Die Fernbedienung steuert einen Videorecorder, dessen Funktionen auf einem Monitor 83 angezeigt werden. Das Display 84 enthält u.a. eine Zeitachse 85 mit einem Cursor 86, der durch Betätigung der Betätigungsscheibe 21 bewegt werden kann. Solche Anwendungen sind auf der Grundlage von Drehimpulsgebern bekannt, um u.a. Szenen eines Videofilms auszuwählen und zuschneiden. Das erfindungsgemäß ausgebildete Bedienelement 11 ohne und mit einer drehbar angeordneten Betätigungsscheibe 22 erlaubt hier eine wesentliche Erweiterung der bekannten Drehscheiben- Funktion. Je nach Kraft, die auf den äußeren Rand der Ober- fläche 20 des Bedienelementes 11 ausgeübt wird, ändert sich die Größe des Cursors 86 auf dem Display 84. Wird die Betätigungsscheibe 22 jetzt gedreht, richtet sich die Geschwindigkeit der Cursorbewegung nach der Cursorgröße, d.h. nach der Größe des ausgeübten Betätigungsdruckes 21 auf den Rand der Oberfläche 20 des Bedienelementes 11. Um eine gleichmäßig schnelle Bewegung zu gewährleisten, wird die Messung der Größe des Betätigungsdruckes 21 dabei über einen Zeitraum von rund 1 bis 3 Sekunden gemittelt. Die Unterscheidung von zwei bis fünf Andruckstufen reicht aus.
Die variable Geschwindigkeitsregelung ermöglicht sowohl eine sehr schnelle als auch präzise Steuerung mit einem Finger. Sie löst das bei Drehimpulsgebern vorhandene Bedienungs-Problem bei sehr schnellen Bewegungen.
Da das erfindungsgemäße Bedienelement 11 nicht bloß verschiedene Andruckkräfte unterscheiden, sondern zusätzlich die Position der Betätigung ermitteln kann, ergeben sich daraus neue Möglichkeiten.
Fig. 9 zeigt ein mobiles elektronisches Gerät 91 mit Display 92, dessen Software-Darstellung an beiden Seiten jeweils eine gebogene Linie 93 mit Markierungsstrichen aufweist, die einer
Reihe von Menüeinträgeh 94 zugeordnet sind. Bei Betätigung des Bedienelementes 11 erscheint ein Cursor 95, dessen Position in Beziehung zu der Betätigungs-Position des Bedienelementes 11 steht. Ein Druck auf das Bedienelement 11 bei der 11-Uhr- Position 97 würde in dem Beispiel den Menüeintrag "open" auswählen, bei der 5-Uhr-Position 98 erschiene der Cursor auf "prefs" und die Betätigung an der Stelle von 12 Uhr oder 6 Uhr hätte keine Wirkung.
Eine solche Anwendung ist mit herkömmlichen Drehscheiben unmöglich. So erlaubt die Erfindung eine Menüauswahl mit einem einzigen Druck auf eine definierte Stelle des Randes der Oberfläche 20 des Bedienelementes 11. Dabei helfen die Markierungen, die gewünschte Auswahl zu treffen.
Die Eingabe von Text ist eine oft verlangte Funktion von elektronischen Geräten, für die eine Drehscheibe dienen soll, wenn keine vollwertige Tastatur vorhanden ist. Bei den üb- liehen Drehscheiben wird den Benutzern für jedes einzelne Zeichen eine längere Drehbewegung abverlangt, da die herkömmlichen Impulsgeber nur relative Drehbewegungen kennen.
Die Erfindung ermöglicht hier eine wesentlich schnellere Eingabe von Zeichen. In Fig. 10 wird auf dem Display ein Buchstabenvorrat 101 gezeigt, wobei zwei gebogene Linien 102 den optischen Zusammenhang zu dem erfindungsgemäßen Bedienelement 11 herstellen. Die Betätigung des erfindungsgemäßen Bedien- elementes 11 kurz vor der 10-Uhr-Position 104 setzt z.B. eine Buchstaben-Hervorhebung 103 auf den Buchstaben "A", bei der 12-Uhr-Position auf "G" usw.. Solange das Bedienelement 11 berührt wird, läßt sich die Position der Hervorhebung durch eine Drehbewegung noch variieren. So ist es trotz der relativ groben Markierungsstriche möglich, Buchstaben gezielt anzusteuern.
Wenn die Position der Berührung nicht genau stimmen sollte, läßt sich die Auswahl noch korrigieren. Erst beim Loslassen der Scheibe wird die gewählte Eingabe wirksam. Das kann das erfindungsgemäße Bedienelement 11 leisten, weil das Bedienelement 11 im Gegensatz zu herkömmlichen Drehscheiben die Berührung vom Loslassen unterscheiden kann.
Die Erfindung kann auch dazu dienen, direkt und ohne Drehung einen Winkel einzugeben, etwa zur Bedienung eines Navigationsgerätes. In Fig. 11 wird diese Eigenschaft demonstriert, um den Cursor 112 eines Texteditors 111 in beliebige Richtungen zu bewegen. Ein Andruck auf der l-Uhr-30-Position 114 bewegt den Cursor aus der Position 112 in diesem Beispiel in die Richtung rechts oben in die Position 113. Das Bedienelement 11 kann so auch wie ein Cursor-Tastenblock eingesetzt werden und sogar einen Mauszeiger in beliebige Richtungen bewegen, wobei eine erhöhte Andruckkraft zu einer schnelleren Bewegung führen kann. Damit ermöglicht die Erfindung eine zweidimensionale Ansteuerung eines Objekts oder Cursors auf einer Fläche, während eine Drehscheibe normalerweise nur die Auswahl in einer Dimension (Punkt auf einer Linie) erlaubt. Aus den Anwendungen wird deutlich, daß die Erfindung über alle Funktionen verfügt, die herkömmliche Drehscheiben mit Impulsgeber bieten und darüber weit hinausgeht.
Bei drehbaren Scheiben ist entweder der Rand oder die Achse immer ein Schwachpunkt für Störungen durch Verschmutzung und Feuchtigkeit. Da die eine Variante der Erfindung eine Bewegung der Finger auf einer Oberfläche erkennen kann, ohne daß eine mechanische Drehung dazu erforderlich wäre, lassen sich mit ihr robuste, sogar wasserdichte Bedienelemente 11 als Ersatz für bekannte Drehscheiben bauen.
Die Auswertung der Andruckkraft am Rand des Bedienelementes 11 ermöglicht eine variable Geschwindigkeitsregelung, die intuitiv verständlich ist und eine wesentlich schnellere Auswahl größerer Strecken erlaubt.
Da die Position der Betätigung erkannt wird, läßt sich eine Menüauswahl und eine Zeicheneingabe durch gezielte Auswahl am Rand der Oberfläche 20 des Bedienelementes 11 realisieren. Dabei wird die Bedienung zusätzlich dadurch erleichtert, daß die Erfindung auf ein Betätigen und Loslassen des Bedienelementes 11 reagieren kann. Weiterhin kann dieses Bedienelement 11 ähnlich einem Cursortastenblock für eine stufenlose Richtungseingabe funktionieren. Mit herkömmlichen Drehscheiben auf der Basis von Drehimpulsgebern ließen sich alle diese Funktionen nicht realisieren. Aufstellung Bezugszeichen
11 Bedienelement 12 Skalenstrich
13 Skalenstrich
14 Achse
15 Gerätegehäuse
16 Unterseite Bedienelement 17 Druckfeder
18 Sensor
19 Finger
20 Oberfläche Bedienelement
21 Betätigungsdruck 22 Betätigungsscheibe
23 Skaleneinteilung
24 Kante
25 Begrenzungsfläche
26 Übertragungselement 27 Oberfläche Übertragungselement
81 Fernbedienung 82 83 Monitor
84 Display
85 Zeitachse
86 Cursor 91 mobiles elektronisches Gerät
92 Display
93 Linie
94 Menüübertragung
97 Position
98 Position
101 Buchstabenvorrat
102 Linie
103 Buchstaben-Hervorhebung
104 10-Uhr Position 105
111 Texteditor
112 Position
113 Position

Claims

Patentansprüche
1. Bedienelement für elektronische Geräte zur Betätigung von Sensoren, mit denen eine Auswahl und ein Aufruf von in einem elektronischen Speicher enthaltenen Funktionen erfolgt und zur Anzeige der ausgewählten Funktionen mittels eines Cursors an einem elektronischen Gerät, da- durch gekennzeichnet, daß das Bedienelement (11) scheibenförmig ausgebildet und um eine Achse (14) als Normale zur Oberfläche (20) des Bedienelementes (11) kippbar angeordnet und an einer Unterseite (16) mit auf eine Druckoder/und Zugbeanspruchung reagierenden Sensoren (18) ver- sehen ist, wobei das Bedienelement (11) an seiner Unterseite (16) mit ringförmig angeordneten auf Druck reagierenden Federelementen (17), die koaxial in einem definierten Abstand zur Achse (14) angeordnet sind, versehen ist.
2. Bedienelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bedienelement (11) um die Achse (14) kippbar und axial beweglich innerhalb eines Gerätegehäuses (15) angeordnet ist.
3. Bedienelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bedienelement (11) einen kreisflächenförmigen Grundriß aufweist.
Bedienelement nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Bedienelement (11) mit einer drehbar mit diesem verbundenen Betätigungsscheibe (22) versehen ist.
5. Bedienelement nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekenn- zeichnet, daß die Betätigungsscheibe (22) um eine Achse
(14) des Bedienelementes (11) drehbar ist und sich über
Übertragungselemente (26) ' auf einer Oberfläche (20) des
Bedienelementes (11) abstützend gelagert ist.
6. Bedienelement nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Bedienelement (11) eine glatte Oberfläche (20) aufweist.
7. Bedienelement nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsscheibe (22) eine strukturierte Oberfläche (27) aufweist.
Bedienelement nach Anspruch 1, 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsscheibe (22) eine auf das Bedienelement (11) abgestimmte geometrische Form aufweist.
Bedienelement nach Anspruch 1, 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsscheibe (22) kappenförmig ausgebildet ist, die leicht drehbar auf dem Bedienelement (11) montiert ist.
10. Bedienelement nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Bedienelement (11) mit aus zwölf Markierungen in gleichmäßigen Abständen bestehenden Skalenstrichen (12) versehen ist.
11. Bedienelement nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerätegehäuse (15) mit einer Skalen- einteilung (23) neben dem Rand des Bedienelementes (12) mit zwölf Markierungen in gleichmäßigen Abständen bei einer Anordnung einer Betätigungsscheibe (22) auf dem Bedienelement (11) versehen ist.
12. Verfahren zur Sensorbetätigung mittels eines scheibenförmigen, feststehenden, jedoch um eine Normale auf die Bedienoberfläche kippbar angeordneten Bedienelementes, dadurch gekennzeichnet, daß ein leichter Andruck mit dem Finger auf den Rand des scheibenförmig ausgebildeten
Bedienelementes (11) diesen gegen eine leichte Federkraft
(weniger als 40g) etwas nach unten bewegt, so daß die
Normale des scheibenförmig ausgebildeten Bedienelementes
(11) geringfügig in Richtung der Betätigung schräg ge- stellt wird, worauf diese Schrägstellung von Druck- oder Winkelsensoren unterhalb des Bedienelementes (11) ausgewertet wird, um die Position der Betätigung auf das Bedienelement (11) zu ermitteln, wobei eine Kreisbewegung des Fingers um die Achse (14) auf der Bedienoberfläche (20) des Bedienelementes (11) zu einer veränderten Richtung der Schrägstellung führt, die von den Sensoren als Drehung erkannt und an einen Mikroprozessor weitergeleitet wird, der eine Cursorbewegung entsprechend der Bewegungsrichtung des Fingers auf der Oberfläche des Bedienelementes veranlaßt.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine stärkere Andruckkraft während der Betätigung entlang des Randes des Bedienelementes (11) zu einer schnelleren
Cursorbewegung und eine schwächere Andruckkraft auf den Rand des Bedienelementes (11) zu einer langsameren Cursorbewegung führt .
14. Verfahren nach Anspruch 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß zur Auswahl eines Menüs eine Betätigung an dem äußeren Rand der Oberseite des Bedienelementes (11) vorgenommen wird, wobei die Position der Betätigung auf dem Bedienelement (11) zu einer Hervorhebung des Menüeintrags an der entsprechenden Position auf einem Display (84, 92) führt.
15. Verfahren nach Anspruch 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anzeige eines Zeichenvorrats eine Betätigung an der äußeren Rand der Oberseite des Bedienelementes vorgenommen wird, wobei die Position der Betätigung auf der Oberfläche (20) des Bedienelementes (11) zu einer Hervorhebung des Zeichens an der entsprechenden Position auf dem Display (84) und beim Loslassen des Bedienelementes (11) zu der Eingabe des zuletzt hervorgehobenen Zeichens führt.
16. Verfahren nach Anspruch 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gleitbewegung des Fingers auf der Oberfläche (20) des Bedienelementes (11) ausschließlich durch die Richtung der Schrägstellung der Achse (14) mit
Hilfe von Kraft- oder Winkelsensoren ermittelt wird.
17. Verfahren nach Anspruch 13 bis 16, dadurch gekenn- zeichnet, daß die Hervorhebung des Zeichens durch eine veränderte Position im betätigten Zustand des Bedienelementes (11) belegbar ist.
18. Verfahren nach Anspruch 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeichenvorrat aus den Buchstaben "AΛ bis "M" am oberen Rand des Displays und den Buchstaben "N" bis "Z" am unteren Rand des Displays besteht.
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