DE10143275A1 - Eingabeeinrichtung eines elektronischen Gerätes - Google Patents

Abstract

Eingabeeinrichtung (5, 7) eines, insbesondere handgehaltenen, elektronischen Gerätes, mit einer Mehrzahl von mindestens teilweise multifunktionalen Eingabeabschnitten (5i), denen jeweils ein Anzeigeabschnitt einer veränderbaren Funktionsanzeige zugeordnet ist, wobei den Eingabeabschnitten eine Druckaufnehmeranordnung (7) einzelner, insbesondere analoger, Drucksensoren (9.1 bis 9.4) zugeordnet ist und die Drucksensoren mit Eingängen einer Sensorsignal-Auswertungseinheit verbunden sind, welche eindeutig den Eingabeabschnitten (5i) zugeordnete Steuersignale ausgibt.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Eingabeeinrichtung eines elektronischen Gerätes nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
• Portable elektronische Geräte - insbesondere handgehaltene oder noch weiter miniaturisierte Geräte in Art der sogenannten Handy-Uhr oder des "Wrist-Phone" - führen zunehmend komplexe Funktionen aus und müssen daher über ausreichende Eingabemöglichkeiten verfügen. Hierzu zählt bei den sich besonders dynamisch entwickelnden handgehaltenen Telekommunikationsendgeräten (Mobiltelefonen und Schnurlostelefonen) und Handheld-PCs bzw. PDAs sowie Kombinationsgeräten aus diesen sowohl die Ziffern- als auch Buchstabeneingabe und natürlich die Ansteuerung vielfältiger Funktionen.
• So bietet etwa ein komfortables Mobiltelefon neben der eigentlichen Telefonfunktion einen Terminplaner, einen (Gebühren- und Währungs-)Rechner, Internet-Zugriff, Spiele, Audioplayer etc. Die Steuerung solcher umfangreichen und komplexen Möglichkeiten stellt insbesondere bei mobilen Geräten dieser Art ("I & C-Devices") hohe Ansprüche an die verwendeten Eingabemedien, da die dafür zur Verfügung stehende Fläche aufgrund der Miniaturisierung immer kleiner wird. Es wird daher eine ergonomisch sinnvolle Lösung benötigt, die die Probleme bestehender Konzepte vermeidet.
• Für die Steuerung der sehr umfangreichen und komplexen Möglichkeiten mobilier I & C-Devices werden als Eingabemedium typischerweise drei verschiedene Konzepte alternativ oder in Kombination verwendet:
• Beim ersten Konzept - der konventionellen Hardkey-Lösung - werden Tasten (Hardkeys) in verschiedenen Ausprägungen verwendet, die aufgrund der Fülle der Funktionen einerseits und aufgrund der begrenzten Fläche des Endgerätes andererseits mehrfach belegt werden (z. B. als 12er-Tastatur mit Ziffern und Buchstaben sowie gegebenenfalls weiteren Funktionen). Daß heißt, je nach Kontext löst ein Druck auf die Taste unterschiedliche Aktionen bzw. Funktionen aus. Die verschiedenen Bedeutungen der jeweiligen Taste werden hierbei durch eine entsprechende Mehrfachbedruckung der Taste vermittelt, wobei das grundsätzliche Problem besteht, daß der Benutzer jeweils selbst herausfinden bzw. wissen muß, welche Funktion nun aktuell per Tastendruck aufgerufen wird, was aus ergonomischer Sicht sehr ungünstig ist.
• Beim zweiten Konzept - der konventionellen Softkey-Lösung - werden eine oder oder mehrere Taste(n) möglichst dicht neben das Display positioniert. Die aktuelle Bedeutung der Taste wird nun im Display angezeigt, was den Vorteil bietet, daß der Benutzer eindeutig erkennen kann, was ein Druck auf die Taste in der jeweiligen Situation bewirkt. Der Nachteil ist jedoch, daß zunächst einmal das Grundprinzip eines solchen Softkeys - also die Zuordnung der Displayanzeige zur jeweiligen Taste - verstanden werden muß und in der Praxis aufgrund konstruktiver Einschränkungen die Zuordnung zwischen Tastenposition und Displaybeschriftung oft nicht optimal ist, was zu Verwirrungen und Fehlbedienungen führen kann.
• Beim dritten Konzept - der Touchscreen-Lösung - wird ein berührungssensitives Display (Touchscreen) verwendet, das virtuelle Tasten mit kontextspezifischer Beschriftung darstellt, die der Benutzer dann drücken bzw. berühren kann. Diese an sich sehr flexible Lösung hat jedoch zwei wesentliche Nachteile: Erstens muß der Benutzer auf eine harte Fläche drücken, die keinerlei taktiles Feedback bietes, was aus ergonomischer Sicht ungünstig ist. Zweitens ist die heute gängige Realisierung der Berührungssensitivität per auf das Displayglas aufgebrachter Touchfolie relativ teuer, und die Folie selbst ist zudem relativ empfindlich gegenüber mechanischer Beanspruchung (z. B. Kratzer) sowie chemischen Einwirkungen (z. B. Lösungsmittel) und Temperaturschwankungen. Zudem verschlechtert die Folie die optische Qualität der Displayanzeige (Helligkeit, Kontrast, Schärfe usw.).
• Alternative Eingabeelemente - etwa auf kapazitiver und induktiver Basis - erhöhen die Einbauhöhe der Displayeinheit, sind relativ teuer und erfordern teilweise spezielle Stifte für die Eingabe (z. B. Spiral-Pen-Konzept), was die Praktikabilität und Benutzerakzeptanz deutlich einschränkt.
• In Anbetracht der oben erwähnten Nachteile der bekannten Eingabeeinrichtungen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte, insbesondere ergonomisch vorteilhafte, kostengünstige und leicht miniaturisierbare Eingabeeinrichtung der gattungsgemäßen Art bereitzustellen.
• Diese Aufgabe wird durch eine Eingabeeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
• Die Erfindung schließt den wesentlichen Gedanken ein, eine kombinierte Eingabe- und Anzeigeeinrichtung aus einzelnen Drucksensoren bzw. drucksensitiven Elementen zu bilden, welche in Zuordnung zu veränderbaren Funktionsanzeigen eines Displays so positioniert und elektrisch verschaltet sind, daß sie eine Mehrzahl von multifunktionalen Eingabeabschnitten realisieren. Weiter schließt die Erfindung den Gedanken ein, diesen Drucksensoren - die dem Benutzer insbesondere einen taktilen Response geben - eine Sensorsignal-Auswertungseinheit zuzuordnen, welche ihre Ausgangssignale derart verarbeitet, daß jeweils den Eingabeabschnitten eindeutig zugeordnete Steuersignale ausgegeben werden. Mit diesen Steuersignalen kann dann das elektronische Gerät in an sich bekannter Weise gesteuert werden bzw. eine Dateneingabe erfolgen.
• Wesentliche Vorteile der vorgeschlagenen Anordnung sind die folgenden:
  
• - Es können nicht nur digitale (Druck/kein Druck), sondern auch analoge Eingabeinformationen (stärker/schwächerer Druck) ausgewertet und in entsprechend geeignete Steuerungsinformationen umgesetzt werden (z. B. Scrollgeschwindigkeit per Druckstärke regeln). Dies entspricht besser den differenzierten "analogen" Eingabemöglichkeiten und -bedürfnissen des Menschen.
• - Sehr flacher und dennoch mechanisch robuster Aufbau.
• - Keine optische Beeinträchtigung der Displaydarstellung.
• - Kein mechanischer Verschleiß, keine Kontaktverschmutzung oder -korrosion im Vergleich zu einer Lösung mit üblichen elektrischen Kontakten.
• - Im Vergleich zu herkömmlichen Touchscreens geringe Kosten für die Realisierung.
• Als Drucksensoren bzw. drucksensitive Elemente werden bevorzugt an sich bekannte kraftsensitive Widerstandselemente (Force Sensitive Resistors = FSR) eingesetzt, welche vorteilhafterweise analog arbeiten, d. h. eine von der Druckkraft abhängige - ihr insbesondere im wesentlichen proportionale - Widerstandsänderung zeigen.
• In einer zweckmäßigen Ausführung haben diese Widerstandselemente zwei kammartig strukturierte Leiterbahnabschnitte, die ineinander verzahnt sind. Ihre Außenkontur ist insbesondere annähernd kreisförmig oder elliptisch, kann aber auch andersartig geformt sein. Diese FSR geben in vorteilhafter Weise infolge einer elastischen Deformation einen taktilen Response an den Benutzer, der zu einem wesentlich erhöhten Gebrauchswert gegenüber herkömmlichen Touchscreens führt.
• In einer besonders vorteilhaften Ausführung ist mindestens ein Teil der Drucksensoren derart geformt und in Zuordnung zu den Eingabeabschnitten angeordnet und die Sensorsignal-Auswertungseinheit ist derart ausgebildet, daß mit der Druckaufnehmeranordnung eine die Anzahl der Drucksensoren wesentlich übersteigende Anzahl von Eingabeabschnitten realisiert ist. Die Auswertungseinheit ist hierbei zur kombinierten Auswertung von analogen Signalen aller Drucksensoren bei jedem Eingabevorgang nach einem Algorithmus ausgebildet, der die die jeweilige Eingabeposition repräsentierenden Relationen der Signalamplituden der Drucksensoren auswertet. Der geeignete Algorithmus zum Einsetzen der Auswertungseinheit wird empirisch und/oder aufgrund mathematisch-geometrischer Modellrechnungen bestimmt.
• Hierdurch läßt sich beispielsweise eine regelmäßige Anordnung von 12 bis 16 Eingabeabschnitten eines elektronischen Gerätes - wie sie bei Mobil- oder Schnurlostelefonen üblich ist - mit einer Druckaufnehmeranordnung aus drei bis acht Drucksensoren realisieren. Es ergibt sich also eine wesentliche Einsparung der Anzahl eigentlicher Druckaufnehmer, die die gegenüber bekannten Lösungen etwas erhöhten Bauteilkosten der einzelnen Aufnehmerelemente weitgehend kompensiert.
• Die Druckaufnehmeranordnung ist in einer zweckmäßigen Ausführung unterhalb eines Flachdisplays (insbesondere LCD-Panels) angeordnet, welches eine Druckübertragung vom Finger bzw. einem Eingabestift des Benutzers auf die darunterliegende Oberfläche zuläßt. Das Flachdisplay ist also entsprechend druckelastisch auszuführen und über der Druckaufnehmeranordnung anzubringen und so auszubilden, daß es eine der Größe der Eingabeabschnitte entsprechende Ortsauflösung hat. Es versteht sich, daß das elektronische Gerät auch eine mehrteilige Anzeige haben kann, wobei nur Anzeigeelemente zur Funktionsanzeige der Eingabeabschnitte über der Druckaufnehmeranordnung plaziert sind.
• Die Sensorsignal-Auswertungseinrichtung ist (auch unabhängig von der oben erwähnten Ausführung mit kombinierter Auswertung der Signale aller Drucksensoren zur Bestimmung der Position einer Eingabe) bevorzugt zur Auswertung analoger Signale der Drucksensoren ausgebildet. Sie ermöglicht hierzu die Erzeugung und Ausgabe von druckkraftabhängigen Steuersignalen, was wiederum eine druckkraftgesteuerte Eingabe ermöglicht. Diese ist insbesondere zur Vorgabe analog- oder quasi-analog definierter Geräteeinstellungen oder -funktionen sinnvoll - wie etwa der druckkraftgesteuerten Vorgabe einer Scroll- Geschwindigkeit des Bildschirminhaltes oder von Ruftonlautstärken oder der Displayhelligkeit o. ä.
• Das bevorzugte Einsatzfeld der vorgeschlagenen Eingabeeinrichtung sind handgehaltene elektronische Massengeräte, wie insbesondere Mobilfunk-Endgeräte, Schnurlostelefone, PDAs oder Handheld-PCs oder Kombinationsgeräte aus diesen. Grundsätzlich ist sie aber auch bei elektronischen Geräten für den stationären oder Kfz-Einsatz, wie etwa Audio- oder Videogeräten und/oder Navigationsgeräten etc., verwendbar.
• Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich im übrigen aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Fig. 1A bis 1C. Diese zeigen in einer Gesamtansicht (Fig. 1A) bzw. einer schematischen Explosionsdarstellung (Fig. 1B) bzw. einer schematischen Draufsicht auf eine Druckaufnehmeranordnung ein Mobiltelefon 1 mit für die Ausführung der Erfindung wesentlichen Komponenten.
• Das Mobiltelefon 1 hat eine nahezu die gesamte Gehäuseoberseite einnehmende Anzeige- und Bedienfläche 3, deren unterer Bereich 3A (entsprechend der üblichen Anordnung einer Bedientastatur) als drucksensitiver Bereich ausgebildet ist. Wie in Fig. 1B zu erkennen ist, ist ein LCD-Flachdisplaymodul 5 in der Größe des Anzeige- und Bedienfeldes 3 über einer Druckaufnehmertafel 7 positioniert, in der eine Mehrzahl von FSR- Elementen angeordnet ist.
• Fig. 1C zeigt eine Druckaufnehmerplatte 7 mit vier FSR 9.1 bis 9.4 in annähernd rhombischer Konfiguration. An der Oberkante 7A und der Unterkante 7B der Druckaufnehmerplatte 7 sind jeweils vier Anschlüsse der FSR-Elemente 9.1 bis 9.4 zur Verbindung mit einer (nicht dargestellten) Sensorsignal- Auswerteeinheit angeordnet.
• Durch die Anordnung und geometrische Ausführung der FSR-Elemente ist gewährleistet, daß der genaue Ort jedes auf den drucksensitiven Displaybereich 3A ausgeübten Druckes, d. h. jeder Betätigung eines der auf dem Displaymodul 5 dargestellten Eingabeabschnitte 5i - präzise lokalisiert wird. Über einen geeigneten Auswertungsalgorithmus in der Sensorsignal- Auswertungseinheit kann daher jedem derartigen Betätigungsvorgang trotz des Vorsehens von nur vier Druckaufnehmern für 15 Eingabeabschnitte 5i eindeutig ein einem Eingabeabschnitt entsprechendes Steuersignal zugeordnet werden. (Es versteht sich, daß die Steuersignale gemäß dem aktuell aktivierten und auf dem Display 5 angezeigten Eingabemodus der Eingabeabschnitte erzeugt und ausgegeben werden.)
• Die Ausführung der Erfindung ist nicht auf das oben beschriebene Beispiel beschränkt, sondern ebenso in einer Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachgemäßen Handelns liegen. Insbesondere bestehen zahlreiche und weit gespannte Variationsmöglichkeiten hinsichtlich der Anzahl und Anordnung der Eingabeabschnitte und diesen zugeordneten Drucksensoren einer Druckaufnehmeranordnung und auch hinsichtlich der Art des die Druckaufnehmeranordnung überdeckenden Anzeigemoduls - solange dieses durch eine hinreichende Druckempfindlichkeit die einwandfreie Druckübertragung auf die Druckaufnehmeranordnung gewährleistet. Bezugszeichenliste 1 Mobiltelefon
  3 Anzeige- und Bedienfläche
  3a unterer Bereich der Anzeige- und Bedienfläche
  5 LCD-Flachdisplaymodul
  5i Eingabeabschnitte
  7 Druckaufnehmertafel
  7A Oberkante der Druckaufnehmertafel
  7B Unterkante der Druckaufnehmertafel
  9.1 bis 9.4 FSR
  

Claims (10)

1. Eingabeeinrichtung (5, 7) eines, insbesondere handgehaltenen, elektronischen Gerätes (1), mit einer Mehrzahl von mindestens teilweise multifunktionalen Eingabeabschnitten (5i), denen jeweils ein Anzeigeabschnitt einer veränderbaren Funktionsanzeige zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß
den Eingabeabschnitten eine Druckaufnehmeranordnung (7) einzelner, insbesondere analoger, Drucksensoren (9.1 bis 9.4) zugeordnet ist und
die Drucksensoren mit Eingängen einer Sensorsignal-Auswertungseinheit verbunden sind, welche eindeutig den Eingabeabschnitten (5i) zugeordnete Steuersignale ausgibt.

2. Eingabeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drucksensoren (9.1 bis 9.4) als kraftsensitive Widerstandselemente - Force Sensitive Resistors -, insbesondere als analoge Drucksensoren mit zur Druckkraft im wesentlichen proportionaler Widerstandsänderung, ausgebildet sind.

3. Eingabeeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die kraftsensitiven Widerstandselemente (9.1 bis 9.4) jeweils zwei ineinander verzahnte, kammartige Leiterkonfigurationen aufweisen.

4. Eingabeeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckaufnehmeranordnung (7) unter einem druckelastischen Flachdisplay (5), insbesondere LCD-Panel, angeordnet ist.

5. Eingabeeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
mindestens ein Teil der Drucksensoren (9.1 bis 9.4) derart geformt und in Zuordnung zu den Eingabeabschnitten (5i) angeordnet und
die Sensorsignal-Auswertungseinheit derart ausgebildet ist, daß mit der Druckaufnehmeranordnung eine die Anzahl der Drucksensoren wesentlich übersteigende Anzahl von Eingabeabschnitten realisiert ist.

6. Eingabeeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorsignal-Auswertungseinheit zur kombinierten Auswertung von analogen Signalen aller Drucksensoren bei jedem Eingabevorgang nach einem Algorithmus ausgebildet ist, der die die jeweilige Eingabeposition repräsentierenden Relationen der Signalamplituden der Drucksensoren auswertet.

7. Eingabeeinrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Flachdisplay (5) als Druckkraft-Übertragungselement mit einer der Größe der Eingabeabschnitte entsprechenden Ortsauflösung ausgebildet ist.

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

9. Eingabeeinrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine regelmäßige Anordnung von 12 bis 16 Eingabeabschnitten (5i) durch eine Druckaufnehmeranordnung (7) aus drei bis acht Drucksensoren (9.1 bis 9.4) gebildet ist.

10. Elektronisches Gerät, insbesondere Mobilfunk-Endgerät (1), Schnurlostelefon, PDA oder Handheld-PC, mit einer Eingabeeinrichtung (5, 7) nach einem der vorangehenden Ansprüche.