DE69602097T2

DE69602097T2 - Tastatur, tasten und telefongerät mit solcher tastatur

Info

Publication number: DE69602097T2
Application number: DE69602097T
Authority: DE
Inventors: Juha Rapeli
Original assignee: Nokia Mobile Phones Ltd
Current assignee: Nokia Oyj
Priority date: 1995-07-24
Filing date: 1996-07-10
Publication date: 1999-09-30
Anticipated expiration: 2016-07-11
Also published as: AU6307996A; FI98968C; DE69602097D1; WO1997004472A1; US6677541B1; FI953551A0; EP0840934A1; FI98968B; JPH11509671A; FI953551L; EP0840934B1

Description

Tastatur, Tasten und Telefongerät mit solcher Tastatur Die Erfindung betrifft eine Tastatur mit Tasten sowie eine Taste zum Eingeben von Zeichen, wobei die Taste so ausgebildet ist, dass sie auf einmalige Tastenbetätigung hin ein Zeichen erzeugt. Auch betrifft die Erfindung ein Telefongerät mit einer derartigen Tastatur.
Die Verwendung von Mobiltelefonen und anderen tragbaren Geräten wird auch bei der Handhabung und Übertragung alphanumerischer Information üblich. Dies erfordert es, über eine kleine Mensch-Maschine-Schnittstelle (MMI) zu verfügen, die auf einfache Weise mehr als 30 Buchstaben, Zahlen von 0 bis 9 und ungefähr 10 spezielle Zeichen (+, #, * usw.), d. h. insgesamt z. B. 50 Zeichen oder mehr handhaben kann. Die Gesamtheit der erzeugten Zeichen wird als Zeichensatz bezeichnet. Die Funktionserfordernisse sind dieselben wie z. B. bei einer Computertastatur, jedoch sollte die Größe beträchtlich kleiner sein, und das Bauteil sollte auch für mobilen Gebrauch auf andere Arten geeignet sein. Zusätzliche Erfordernisse dieses Bauteils sind z. B. gute Herstellbarkeit und niedrige Kosten wie auch Geeignetheit für verschiedene Arten von Benutzerumgebungen und für Realisierung vieler verschiedener Typen von Zeichensätzen. Das hier angegebene Bauteil, das diesen Erfordernissen genügt, wird als Tastatur bezeichnet, während eine alphanumerische Tastatur als A/N-Tastatur bezeichnet wird.
Ein Weg zum Verringern der Größe einer A/N-Tastatur besteht darin, die Größe einer Einzeltaste in solchem Ausmaß zu verringern, dass die Tasten statt unter Verwendung von Fingern durch eine spezielle Handhabungseinrichtung wie einen Stift betätigt werden, wie es durch den Entwicklungsweg zur Miniaturisierung einer A/N-Tastatur, wie in Fig. 1 dargestellt, angegeben ist. Ein anderer Weg besteht darin, einer Taste mehrere Funktionen durch serielle Betätigung, d. h. aufeinanderfolgende Funktionen zu verleihen, so dass eine Betätigung innerhalb eines speziellen Zeitfensters eine Zahl bezeichnet, zwei Betätigungen einen ersten Buchstaben, drei Betätigungen einen zweiten Buchstaben usw. Zum Beispiel arbeitet eine mittels Bewegungen genutzte A/N-Tastatur, wie aktuell in GSM-Telefonen in Gebrauch, auf diese Weise, wie in Fig. 2 dargestellt. Die Tastatur wirkt lediglich als numerische Tastatur, und wenn auf einer A/N-Tastatur eine gesonderte Auswahl erfolgt, bei der innerhalb einer speziellen Zeitperiode (z. B. ungefähr eine Sekunde) eine Betätigung erfolgt, wird eine erste Buchstabenalternative bezeichnet, bei zwei Betätigungen eine zweite Buchstabenalternative usw. Bei einer weit bekannten Lösung kann die Empfindlichkeit einer Taste auf die Anzahl von Betätigungen so eingestellt werden, dass die Taste entweder mehrere Betätigungen erkennt oder jeder Betätigung die Hauptalternative folgt, d. h. im allgemeinen die Auswahl einer Zahl. Das Betätigen einer Taste wird elektronisch erkannt, so dass die betätigte Taste einen Zeilenleiter (am Punkt der Taste) mit einem Spaltenleiter, der am selben Punkt liegt, verbindet, wobei mit elektronischen Mitteln die miteinander verbundenen Leiter erkannt werden.
Das Problem bei sowohl einer herkömmlichen als auch einer miniaturisierten Tastatur besteht darin, dass sie weder in einen ausreichend kleinen Raum passen noch es möglich ist, deutliche Zahlentasten auf einer kleinen A/N- Tastatur unterzubringen. Vom Gesichtspunkt eines tragbaren Geräts aus liegt ein Problem auch in der Anzahl von Matrixleitern, die zur Tastaturcodierung erforderlich sind, wobei es sich für z. B. 56 Tasten um 7+8 (7 Zeilen, 8 Spalten) handelt, sowohl die Verformung der Zeilen/Spalten-Figur auf der Tastatur, wenn eine körperliche Realisierung für z. B. 56 Tasten für eine 4*14-Zeilenmatrix erfolgt. Der Vorteil einer sequentiellen Tastenfunktion ist eine deutliche Hauptfunktion, z. B. Zahlen, jedoch ist der Nachteil, vom Gesichtspunkt des Benutzers aus gesehen, die Langsamheit der Buchstabenfunktionen und die schwierig zu verstehende Betätigung.
Ausgehend von den oben beschriebenen Lösungen sollte noch ein technischer Hauptentwicklungsschritt erfolgen, z. B. auf graphische, interaktive Tastaturen oder zum Erkennen von von Hand Geschriebenem. Demgemäß besteht noch Bedarf an einer nützlichen, auf Kontakt beruhenden A/N-Tastatur.
Eine Lösung für eine Taste einer Tastatur ist in der Veröffentlichung DE 36 22 275 offenbart, gemäß der jede Taste über zwei Kontaktelemente verfügt und die Taste als Kippschalter ausgebildet ist, so dass dann, wenn die Taste in der Mitte betätigt wird, beide Kontaktelemente kontaktiert werden, um eine mittlere Tastenfunktion zu aktivieren, wenn die Taste nur links betätigt wird, das linke Kontaktelement kontaktiert wird, um eine linke Tastenfunktion zu aktivieren, und dann, wenn die Taste rechts betätigt wird, nur das rechte Kontaktelement kontaktiert wird, um eine rechte Tastenfunktion zu aktivieren. Diese Lösung ermöglicht drei verschiedene Tastenfunktionen durch eine Betätigung. Derzeit sind jedoch mehr als drei Tastenfunktionen einer Taste erwünscht, insbesondere bei Mobiltelephonen.
Die Erfindung kombiniert, gesehen vom Gesichtspunkt eines Benutzers aus, eine Einzel- und Mehrfunktionstaste in solcher Weise, dass nur eine Taste für eine Anzahl von Buchstaben existiert, wobei jedoch jeder Buchstabe durch eine einzelne Betätigung der Taste ausgewählt wird. Die Erfindung ermöglicht bei den bevorzugten Ausführungsbeispielen 8-10 verschiedene Tastenfunktionen für jede Taste durch eine einzelne Tastenbetätigung. Hinsichtlich seiner Herstellung ist das Bauteil wirtschaftlich, da die Anzahl von zur Tastaturcodierung erforderlichen Leitern, wie Zeilen- und Spaltenleitern, kleiner als bei den wohlbekannten zweidimensionalen Matrixleiterlösungen ist. Daher können z. B. 56 Zeichen, die bei Matrixcodierung 15 (7+8) Leiter erfordern, mittels 11 Leitern decodiert werden, die aus Zeilen- und Spaltenleitern einer 4*4-Matrix bestehen, mit auch drei Leitern, die den Tastaturrand kennzeichnen, um dadurch leicht die Codierung von mehr als 64 verschiedenen Arten von Zeichen zu ermöglichen.
Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Taste einen Hauptkontakt, der immer aktiviert wird, wenn die Taste betätigt wird, und mindestens einen Randkontakt aufweist, der, zusätzlich zum Hauptkontakt, aktiviert wird, wenn die Taste am Punkt oder nahe am Punkt des Randkontakts betätigt wird, wobei die Aktivierung der vorbestimmten Kontakte der Eingabe eines vorbestimmten Zeichens entspricht.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 veranschaulicht den Entwicklungsweg der Miniaturisierung einer A/N- Tastatur;
Fig. 2 zeigt eine bekannte Tastatur eines Mobiltelefons;
Fig. 3a zeigt ein mechanisches Prinzip der Erfindung;
Fig. 3b zeigt ein Zeitdiagramm von Kontakten;
Fig. 4 zeigt Kontaktkombinationen dreieckiger und viereckiger Tasten; und
Fig. 5 zeigt ein elektrisches Prinzip der Erfindung und dessen Anwendung.
Fig. 3a zeigt ein Beispiel der Struktur einer erfindungsgemäßen Taste. Die mechanische Grundstruktur einer Taste 30, wie in Fig. 3a dargestellt, ist dergestalt, dass ein Mittelkontakt 31 in der Taste, der z. B. aus elektrisch leitendem Kunststoff besteht, als erstes Kontakt zwischen Leitern c (column = Spalte) und r (row = Zeile) herstellt. Der Mittelkontakt 31 der Taste 30 sowie Randkontakte 32, 33, ... stehen in elektrisch leitendem Kontakt miteinander, und sie bestehen z. B. aus einem üblichen elektrisch leitenden Kunststoffteil 39. Auf Grundlage dieses Kontakts c/r wird die Taste innerhalb aus einer Anzahl von Tasten bestehenden Tastatur erkannt. Wenn die Taste 30 weiter gedrückt wird, wird am Punkt eines Eckkontakts ein zweiter Kontakt unterhalb der Taste zwischen dem Mittelkontakt c und einem der Randleiter erzeugt.
Wenn die Taste im mittleren Bereich betätigt wird, wird nur der Kontakt c/r ausgebildet, was die Hauptzeichen-Alternative der fraglichen Taste bezeichnet. Wenn die Taste an einem der Ränder betätigt wird, wird zunächst der Kontakt c/r ausgebildet, und dann wird nach einer kurzen Zeitspanne einer zweiter Kontakt c/e ausgebildet, der die Auswahl einer Zeichen-Sekundäralternative der fraglichen Taste bezeichnet.
Durch eine Elektronik, die die Tastenfunktion erkennt, kann die Tastatur in einem derartigen Modus versetzt werden, dass sie nur die Kontakte c/r oder die Kontakte c/r und c/e erkennt. Es ist auch möglich, dass die Elektronik mehrere Betätigungen erkennt. Hinsichtlich der zeitlichen Abfolge ist es wesentlich, dass der Kontakt c/r und der Kontakt c/e, der anschließend ausgebildet wird, hinsichtlich ihrer Entstehung ausreichend schnell nach der Entstehung des Kontakts erkannt werden.
Ein möglicher Erkennungsprozess ist in Fig. 3b mittels eines zeitbezogenen Diagramms dargestellt. Der Kontakt c/r entsteht zum Zeitpunkt t&sub0;, und er wird durch die elektronische Ausrüstung zum Zeitpunkt tstart erkannt. Ab hier wird ein Zeitpunkt t&sub2; erwartet, zu dem ein möglicher zweiter Kontakt c/e erkannt wird und eine Entscheidung zur Tastenfunktion getroffen wird. Wenn eine Taste in einer der Ecken betätigt wird, wird zum Zeitpunkt t&sub1; ein zweiter Kontakt ausgebildet. So beträgt die tatsächliche Zeitdifferenz zwischen den Kontakten c/r und c/e t&sub1; - t&sub0;, und die Erkennung der gesamten Tastenfunktion dauert für eine Zeitspanne tD = t&sub2; - t&sub0;. Typischerweise hat tD einen Wert von 50 ms.
Wenn die Taste losgelassen wird, öffnet als erstes der Kontakt c/e zum Zeitpunkt t&sub3;&sub1;, und danach öffnet der Kontakt c/r zum Zeitpunkt t&sub3;&sub2;, was zum Zeitpunkt tstop erkannt wird. Demgemäß ist die Dauer der gesamten Tastenfunktion Ttot = tstop - tstart. Typischerweise hat Ttot einen Wert von 100 -300 Millisekunden. So ermöglicht es die oben beschriebene Taste, alphanumerische Zeichen mit einer Rate von drei Zeichen pro Sekunde, und im Prinzip von bis zu zehn Zeichen pro Sekunden, zu erzeugen.
Hinsichtlich des Verfahren ist es nicht wesentlich, ob die Kontakte 31, 32, 33 mechanische Schalter sind, z. B. wohlbekannte Membranschalter auf einer Schaltungsplatine oder Kunststoffschalter, wie oben beschrieben. Die wesentlichste Funktion beruht auf einem oder mehreren Kontakten und der Reihenfolge ihrer Ausbildung, so dass die Erkennung eines Zeichens auf Grundlage der Aktivierung des Hauptkontakts erfolgen kann. Dies kann entsprechend dem hier beschriebenen Beispiel so erfolgen, dass die Aktivierung aller Kontakte nach einer speziellen Zeitperiode ab der Aktivierung des Hauptkontakts erwartet wird. Eine zweite Alternative besteht darin, dass der Hauptkontakt der letzte ist, der aktiviert wird, in welchem Fall das Zeichen unmittelbar in Verbindung mit der Aktivierung des Hauptkontakts erkannt werden kann. Hinsichtlich der mechanischen Realisierung ist das erstere Realisierungsverfahren natürlicher. Es existieren auch keine Beschränkungen hinsichtlich der Anzahl von Randkontakten, jedoch sind drei und vier Randkontakte bevorzugt. Drei ist bevorzugt, da dann, wenn ein Rand niedergedrückt wird, die zwei anderen Ränder eine Achse bilden, die die Neigung der Taste abstützt, und außerdem kann der Kontaktteil einer dreieckigen Taste auf drei verschiedene Weisen niedergedrückt werden: nur im mittleren Bereich, im mittleren Bereich und einer Kante sowie an zwei Kanten. Dies ermöglicht sieben verschiedene Zeichen durch einzelne Betätigung mittels einer Taste. Das achte Zeichen ist das Betätigen der Taste in solcher Weise, dass alle Kontakte aktiviert werden, d. h., dass bei einer dreieckigen Taste alle Binärkombinationen von Randleitern E&sub1;-E&sub3; möglich sind. Vier Randkontakte sind für viereckige Tasten gut geeignet, obwohl z. B. der mittlere Kontakt 31 als Abstützpunkt für die Tastenbewegung verwendet werden sollte, wenn es das einzige Ziel ist, einen Randkontakt zu aktivieren. Bei einer viereckigen Taste ist die Aktivierung zweier Randkontakte ideal.
Durch Vergleichen der leicht realisierbaren Kontaktkombinationen von dreieckigen und viereckigen Tasten, wie in Fig. 4 dargestellt, kann erkannt werden, dass ein dreieckiges Kontaktteil relativ wirkungsvoller und beinahe so vielseitig wie eine viereckige Taste ist. In Fig. 4 bezeichnet der offene Kreis, der innerhalb der Randlinie einer Taste gezeichnet ist, einen nicht ausgebildeten Kontakt, und ein ausgefüllter Kreis bezeichnet einen Kontakt, der dadurch ausgebildet wurde, dass die Taste an verschiedenen Punkten niedergedrückt wurde. Die in Fig. 4 dargestellten Kontaktkombinationen 1-4 einer dreieckigen Taste beruhen auf der Erkennung eines mittleren Kontakts und eines Randkontakts, wie oben beschrieben, und die Kombinationen 5-8 beruhen auf der Erkennung eines mittleren Kontakts und zweier Randkontakte. Für die dreieckigen Tasten sind auch Pfeile gezeichnet, um die Gegenkraft-Abstützpunkte gegen die einen Kontakt bildende Kraft zu kennzeichnen. Es ist erkennbar, dass die Kontaktkombinationen 2-4 der dreieckigen Taste in dem Sinn bevorzugt sind, dass zwei Abstützpunkte am entgegengesetzten Rand für jeden Randkontakt erzeugt werden und die Tastenbewegung eine leicht kontrollierbare Schaukelbewegung auf einer durch sie gebildeten Achse ist.
Fig. 5 zeigt einen elektrischen Anschluss für eine Tastatur mit 3* 3-Kontakten, wobei jede der Tasten über drei Einzelbetätigungsfunktionen verfügt. Es sei eine Taste 51 betrachtet, in deren mittlerem Bereich sich ein Zeilenkontakt 52 und ein Spaltenkontakt 53 befinden, die mit einem Zeilenleiter r&sub1; bzw. einem Spaltenleiter c&sub1; verbunden sind. Außerdem existiert unterhalb der Taste ein mit einem Randleiter e&sub1; verbundener Randkontakt 54 sowie ein mit einem Randleiter e&sub2; verbundener Randkontakt 55. Wenn die Taste 51 in der Mitte niedergedrückt wird, verbinden die Kontakte 52 und 53 den Zeilenleiter r&sub1; und den Spaltenleiter c&sub1; miteinander, wodurch die Steuerelektronik erkennt, dass die Taste 51 betätigt wurde. (Zu diesem Zeitpunkt ist kein Kontakt zwischen den Randleitern e&sub1;, e&sub2;, ... ausgebildet.) Wenn die Taste 51 z. B. an einem Kontaktpunkt 54 betätigt wird, verbindet sie die Kontaktpunkte 52 und 53 und etwas später auch den Kontaktpunkt 54. Die Elektronik erkennt, dass der Zeilenleiter r&sub1;, der Spaltenleiter c1 und der Randleiter e&sub1; miteinander verbunden wurden, und sie interpretiert, dass die Taste 51 am Rand, und zwar am Punkt des Kontakts 54, betätigt wurde. Demgemäß kann eine Tastatur gemäß diesem Beispiel 3*3*3, d. h. 27 verschiedene Zeichen auf Grundlage von zwei ausgebildeten Kontakten erkennen. Genauer gesagt, beträgt die Anzahl Ntot von Zeichen, die mittels eines Mittelkontakts und zusätzlich zu diesem mittels eines Randkontakts erkannt werden können:
Ntot = Nr · Nc · (1+Ne),
wobei Nr die Anzahl von Zeilenleitern ist, Nc die Anzahl von Spaltenleitern ist und Ne die Anzahl von Randleitern ist. Mechanisch kann die Anordnung auch dergestalt sein, dass zusätzlich zu einem Kontakt im mittleren Bereich der Taste 51 zwei Randkontakte aktiviert werden, in welchem Fall die Anzahl von Zeichen, die durch eine einzelne Betätigung einer einzelnen Taste erzeugbar sind, weiter erhöht ist. Wenn eine große Anzahl von Spezialzeichen erzeugt werden sollte, kann auch ein wohlbekanntes Verfahren genutzt werden, um eine Mehrfunktionstastatur zu realisieren und um demgemäß durch eine einzelne Tastatur auch z. B. zusätzlich zu den Hauptzeichen des lateinischen Alphabets deutsche und skandinavische Zeichen zu erzeugen.
Zusätzlich zu seiner geringen Größe sowie Nutzbarkeit, Einfachheit, Profitabilität und Wirtschaftlichkeit sind die Vorteile der hier angegebenen Lösung auch ihre Geeignetheit für eine Anzahl verschiedener Typen von Zeichensätzen wie auch die Handhabung von Zahlen und Buchstaben ohne gegenseitige Beschränkungen.
Für den Fachmann ist es auch erkennbar, dass Tastaturen auf verschiedene Arten abhängig von ihrem Verwendungszweck zusammengebaut und verwendet werden können. Manchmal wird pro Taste nur ein einzelnes Zeichen identifiziert, manchmal alle Einzelbetätigungszeichen pro Taste und manchmal, zusätzlich zu diesen Vorgängen, zusätzlich auch alle Zeichen, die mehrere Betätigungen erfordern. Die vorliegende Lösung ist auch zur Realisierung einer Telefontastatur gemäß der CCITT(aktuell ITU)-Empfehlung geeignet. Ein Beispiel für ein Telefongerät, bei dem eine erfindungsgemäße Tastatur verwendbar ist, ist ein Mobiltelefon, wie es z. B. in der Mitte von Fig. 1 dargestellt ist. Es ist auch ersichtlich, dass dann, wenn der Kontaktteil einer Taste im wesentlichen in Form eines Dreiecks oder Vierecks vorliegt, wie oben beschrieben, der dem Benutzer erkennbare Teil entsprechend den aktuellen Erfordernissen oder dem Trend konzipiert werden kann. Es ist auch möglich, Tastaturen zu realisieren, die dauerhaft verschiedene Tastentypen aufweisen. So ist das Gebiet der Anwendung der vorliegenden Erfindung nur durch die beigefügten Ansprüche beschränkt.

Claims

1. Tastatur mit Tasten zum Eingeben von Zeichen, wobei eine Taste so ausgebildet ist, dass sie ein Zeichen auf einmaliges Betätigen der Taste ausgibt, dadurch gekennzeichnet, dass die Taste (30) einen Hauptkontakt (31), der immer beim Betätigen der Taste (30) aktiviert wird, und mindestens einen Randkontakt (32, 33) aufweist, der, zusätzlich zum Hauptkontakt (31), aktiviert wird, wenn die Taste (30) am Punkt des Randkontakts (32, 33) oder in dessen Nähe betätigt wird, und dass die Aktivierung vorbestimmter Kontakte der Eingabe eines vorbestimmten Zeichens entspricht.

2. Tastatur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Tastatur oder Tasten in ihrem erforderlichen Teil von einem Benutzer in einen Modus versetzt werden können, in dem nur Hauptkontakte oder alle Kontakte oder alle Kontakte und Folgefunktionen erkannt werden.

3. Tastatur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Taste 3 in Dreieckform angeordnete Randkontakte aufweist.

4. Tastatur nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Taste dreieckige Form aufweist und jeder Randkontakt an einer Spitze des Dreiecks liegt.

5. Tastatur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Taste 4 mit rechteckiger Form angeordnete Randkontakte aufweist.

6. Tastatur nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Taste viereckige Form aufweist und jeder Randkontakt an einer Ecke des Vierecks liegt.

7. Telefongerät mit einer Tastatur mit Tasten zum Eingeben von Zeichen, wobei eine Taste so ausgebildet ist, dass sie ein Zeichen auf einmaliges Betätigen der Taste ausgibt, dadurch gekennzeichnet, dass die Taste (30) einen Hauptkontakt (31), der immer beim Betätigen der Taste (30) aktiviert wird, und mindestens einen Randkontakt (32, 33) aufweist, der, zusätzlich zum Hauptkontakt (31), aktiviert wird, wenn die Taste (30) am Punkt des Randkontakts (32, 33) oder in dessen Nähe betätigt wird, und dass die Aktivierung vorbestimmter Kontakte der Eingabe eines vorbestimmten Zeichens entspricht.

8. Taste zum Eingeben von Zeichen, wobei die Taste so ausgebildet ist, dass sie ein Zeichen auf einmaliges Betätigen der Taste ausgibt, dadurch gekennzeichnet, dass die Taste (30) einen Hauptkontakt (31), der immer beim Betätigen der Taste (30) aktiviert wird, und mindestens einen Randkontakt (32, 33) aufweist, der, zusätzlich zum Hauptkontakt (31), aktiviert wird, wenn die Taste (30) am Punkt des Randkontakts (32, 33) oder in dessen Nähe betätigt wird, und dass die Aktivierung vorbestimmter Kontakte der Eingabe eines vorbestimmten Zeichens entspricht.