Alphanumerische Eingabevorrichtung Alphanumeric input device
Die Erfindung betrifft eine einhändig zu bedienende alphanumerische Computer- Eingabevorrichtung mit integrierter Mausfunktion und mit profilierten hubbeweglichen Einzeltasten, deren Tastenfeld eine hochauflösende Gewichts- und Positionssensorik für den eingebenden Finger aufweist. Weiter wird ein Verfahren zum Betreiben einer einhändig zu bedienenden alphanumerischen Eingabevorrichtung mit integrierter Mausfunktionen und profilierten, hubbeweglichen Tasten beschrieben, deren Tastenfeld eine hochauflösende Gewichtssensorik für druckvariable Eingaben und eine hochauflösende Positionssensorik für den eingebenden Finger aufweist.The invention relates to an alphanumeric computer input device to be operated with one hand, with an integrated mouse function and with profiled, stroke-movable individual keys, the keypad of which has a high-resolution weight and position sensor system for the input finger. Furthermore, a method for operating an alphanumeric input device to be operated with one hand with integrated mouse functions and profiled, movable keys is described, the keypad of which has a high-resolution weight sensor system for pressure-variable inputs and a high-resolution position sensor system for the input finger.
Die üblichen Computereingabevorrichtungen bestehen aus zweihändig zu bedienenden MF-102- Standard-Tastaturen, mit Windows-Tasten (MF-104) umfasst diese Tastatur 104 Tasten. Zur Eingabeperipherie eines Computers gehört eine separate Maus oder ein Touchpad. Platzsparende Tastaturen sind bei Notebooks und Mini- PCs in Verwendung.The usual computer input devices consist of two-handed MF-102 standard keyboards, with Windows keys (MF-104) this keyboard comprises 104 keys. A separate mouse or touchpad belongs to the input periphery of a computer. Space-saving keyboards are used in notebooks and mini PCs.
Computereingabevorrichtungen, welche das Gewicht eines eingebenden Fingers ermitteln und verschiedene Drücke in verschiedene Zeichen wandeln, sind bekannt. Diese gewichtsgesteuerte Eingabenvariierunö, findet vor allem über resistive Touch- flächen Anwendung. Die resistive, schwach elektrisch leitende Folie, wird durch den auflastenden Finger, je nach Druck, mehr oder weniger durchgebogen und überwindet so einen Spalt (0,1 mm bis 0,3 mm) zur unter der Resistivfolie liegenden Leiterbahnplatte. Dort bildet die Folie druckabhängig leitende Verbindungen, welche im Rechner in Druckstufen geteilt werden und denen jeweils bestimmte Zeichen zugeordnet sind. Solche hochauflösende Gewichtssensorfelder sind an der Oberfläche glatt und folglich nicht für den blindschreibtauglichen Einsatz im PC zu gebrauchen.Computer input devices that determine the weight of an input finger and convert different pressures to different characters are known. This weight-controlled input variation is used above all via resistive touch surfaces. The resistive, weakly electrically conductive film is bent more or less by the finger, depending on the pressure, and thus overcomes a gap (0.1 mm to 0.3 mm) to the printed circuit board under the resistive film. There, the film forms pressure-dependent conductive connections, which are divided into pressure levels in the computer and to which certain characters are assigned. Such high-resolution weight sensor fields are smooth on the surface and consequently cannot be used for use in a PC that is suitable for blind writing.
Computereingabevorrichtung, welche ein kapazitives Näherungssensorfeld aufweisen sind bekannt. Diese Anwendung findet man beispielsweise in großer Verbreitung in Form von Eingabemonitor für Fahrkartenautomaten an allen Bahnhöfen und Zugshaltestellen in ganz Österreich. Bei dieser Anwendung liegt ein kapazitives Näh¬ erungssensorfeld zwischen Bildschirm und äußerer Schutzscheibe.
Als beispielhafte Anwendung einer kapazitiven Naherungssensonk ist auch das sogenannte „Gesture Pad" zu nennen Es werden in ein Kleidungsstück uber- kreuzend, ubereinanderliegend (X- und Y-Achse), metallische Streifen, in Reihen nebeneinander, eingelassen Dabei ist eine Lage als „Transmitter" geschalten, die Zweite als „Receiver" Unter diesen 2-lagιgen Metallstreifenreihen befindet sich noch eine geerdete ganzflachige Metallfolie, welche die kapazitive Wirkung der Streifenreihen nur nach Außen hin zulasst Nähert sich ein Finger dem Kleidungsstück, bildet er zwischen den beiden Streifenreihen (uberkreuzende Sender- und Empfanger- streifenreihen) kapazitive Brücken Dies wird vom Controler, der die Streifenreihen getaktet als Matrix abfragt, an den sich veränderten elektrischen Werten erkannt und entsprechend in positionsbezogene Eingaben umgerechnetComputer input devices which have a capacitive proximity sensor field are known. This application is widely used, for example, in the form of an input monitor for ticket machines at all train stations and train stops throughout Austria. In this application, a capacitive sewing ¬ is erungssensorfeld between the screen and the outer protective shield. The so-called "Gesture Pad" can also be mentioned as an exemplary application of a capacitive proximity sensor. In a piece of clothing, metallic stripes are inserted, one above the other, one on top of the other (X- and Y-axis), in rows next to one another. One layer is a "transmitter "switched, the second as a" receiver "Under these two-layer rows of metal strips there is still a grounded, flat metal foil, which only allows the capacitive effect of the rows of strips to the outside. If a finger approaches the garment, it forms between the two rows of strips (cross-over transmitters - and receiver strip rows) capacitive bridges This is recognized by the controller, who polls the strip rows as a matrix, on the basis of the changed electrical values and converts them accordingly into position-related entries
Nachteilig bei den aus dem Stand der Technik bekannten einhandig bedienbaren Eingabevorrichtungen ist es, dass die Zeicheneingabe relativ kompliziert ist, wenn die nach MF-Standardtastatur erforderliche Zeichenanzahl, eingegeben werden soll Entweder sind sehr viele Tasten (EP 0 224 600 A1 ) in Verwendung und/oder es müssen jeweils mehrere Tasten gleichzeitig betätigt werden (vgl US 4,442 506 A), was eine Eingabe verlangsamt, und/oder es müssen relativ viele Umschaltfunktionen zur unterschiedlichen Zeicheneingabe der Betatigungselemente bereit gestellt wird- en (vgl EP 0 050 565 A)A disadvantage of the one-hand-operated input devices known from the prior art is that the character input is relatively complicated if the number of characters required according to the MF standard keyboard is to be entered. Either a large number of keys (EP 0 224 600 A1) are used and / or several keys have to be pressed at the same time (see US 4,442,506 A), which slows down input, and / or a relatively large number of switching functions for different character input of the actuating elements must be provided (see EP 0 050 565 A)
Tastaturen, welche Bedienungselemente zur Cursorsteuerung als Touchpad beinhalten und welchen unterschiedliche Funktionen nach unterschiedlichen Druckstarken ausfuhren, sind bekannt Im Besonderen findet hierbei die resistive Folie in allen möglichen Formen Anwendung Die schwach elektrisch leitende Folie liegt punktuell auf winzigen Abstandhaltern über einer Leiterbahnplatte auf Durch den auflastenden Druck eines Fingers wird die Folie gegen die Leiterbahnen gepresst, wo sie elektrische Brücken zwischen den Leiterbahnen bildet Diese Anwendung der Resitivfolie als Touchpad entspricht nicht dem erfinduπgsgemaßen Naherungssen- sor Erfindungsgemaß werden Eckelektroden an der Folie mit Spannung belegt Die Resistivfolie wirkt als große Kondensatorplatte Über den genäherten Finger fließt ein Strom ihr ab Die Position des Stromabfließen wird durch die Stromdifferenz zwischen den Elektroden ermittelt
Verbreitertes Beispiel der Anwendung der Resistivfolie als Touchpad ist im klassi¬ sche Laptop zu finden, welcher nebst der um den Numerikblock verkürzten Tastatur, auch ein resistives Touchpad zur Cursorsteuerung aufweist. Solche Einrichtungen werden beispielsweise in US 5,988,902 A beschrieben Der Eingabeteil für Zeichen, Befehle, Buchstaben, etc und die Cursorsteuerung mit den Maustasten fordert nachteilig auf jeden Fall zwei getrennte Eingabefelder mit zwei verschiedenen BauformenKeyboards are known, which contain control elements for cursor control as a touchpad and which perform different functions according to different pressure levels. In particular, the resistive film is used in all possible forms. The weakly electrically conductive film lies selectively on tiny spacers over a printed circuit board due to the pressure The finger is pressed against the conductor tracks where it forms electrical bridges between the conductor tracks. This use of the resistive film as a touchpad does not correspond to the proximity sensor according to the invention. According to the invention, corner electrodes on the film are energized. The resistive film acts as a large capacitor plate over the sewn finger a current flows from it The position of the current flow is determined by the current difference between the electrodes Widened example of applying the resistive foil as a touchpad can be found in specific classi ¬ laptop, which has, together with the shortened to the numeric keypad, and a resistive touchpad for cursor control. Such devices are described, for example, in US Pat. No. 5,988,902. The input part for characters, commands, letters, etc. and the cursor control with the mouse buttons disadvantageously require two separate input fields with two different designs
Die DE 102 40 642 A1 beschreibt eine druckempfindliche Tastatur, welche durch unterschiedliche Drucke des Fingers unterschiedliche Signale erzeugt. Ebenso wird in diesem Beispiel die Unterschiedlichkeit von Druckstufen zur Differenzierung der Wiederholung von Eingaben verwendet Diese Ausfuhrungsform unterscheidet zwischen zwei oder mehren Druckstufen. Die Auslösung der Druckstufen ist an eine Tastenmechanik gekoppelt, welche die dermaßen fixierten Schaltwege mit einem fixierten Druck schaltet. Jedenfalls stehen die Tastenstufen immer mit einem Tastenhub in Verbindung. Die Erfassung eines variablen Druckes eines Eingabefingers erfolgt nicht gesamtheitlich für die gesamte Tastaturfläche, sondern für jede Tasten einzeln, mit entsprechendem technischem Aufwand. Dadurch entfällt zwar die Notwendigkeit einer zusätzlichen Positionsortung des Fingers, die Anzahl der möglichen Variablen an verschiedenen Positionen ist folglich aber auf die Tastenanzahl beschränkt Sind also beispielsweise zwanzig Tasten mit je drei Druckstufen - also drei verschieden langen Hubwegen der Tasten - vorhanden, sind maximal sechzig Zeichen einzugebenDE 102 40 642 A1 describes a pressure-sensitive keyboard which generates different signals through different finger pressures. Likewise, the difference in pressure levels is used in this example to differentiate the repetition of entries. This embodiment differentiates between two or more pressure levels. The triggering of the pressure levels is coupled to a button mechanism, which switches the switching paths fixed in this way with a fixed pressure. In any case, the key levels are always connected to a key stroke. A variable pressure on an input finger is not recorded for the entire keyboard area as a whole, but for each key individually, with the corresponding technical effort. This eliminates the need for additional finger location, but the number of possible variables at different positions is therefore limited to the number of keys. For example, if there are twenty keys with three pressure levels each - i.e. three different stroke lengths of the keys - there are a maximum of sixty characters enter
Die DE 102 01 192 A1 beschreibt eine Eingabevorrichtung für Computer, mit welcher auf einem beruhrungsempfindlichen Sensorstreifen in Verbindung mit einem Display Eingaben durch räumliches Unterscheiden des Druckpunkt gesetzt werden können. Der Sensor unterscheidet also iπsbesonders die Position eines Finger auf dem unprofilierten, glatten Sensorstreifen Der Benutzer hat aber keinerlei mechanisches Feedback, welchen Buchstaben oder Zeichen er gerade antippt Im Gegensatz zu allen Tastaturen, mit raumlich über die Tastatur verteilten ertastbaren, hubbeweg- lichen Tasten, kann in diesem Beispiel ausschließlich über den visuellen Eindruck die Eingabe erfasst werden Der Benutzer kann nachteilig also niemals seine Augen vom Display nehmen, eine PC-Anwendung ist somit verunmoglicht
Die DE 101 29 913 A 1 zeigt eine Einrichtung, bei welcher durch eine zusätzliche Steuertaste, Zusatzspeicher für variable Tastaturbelegungen zuschaltbar- bzw. umschaltbar sind. Der Belegswechsel der Tastatur erfordert im gegenständlichen Fall eigene, zusätzliche Speicherbausteine und Bedienelemente. Es unterbleibt nachteilig eine Mehrfachnutzung einer schon vorhandenen Taste, durch beispielsweise verschiedene Druckstufen. Die Aufbereitung der Signale, in ihren Variablen, erfolgt nachteilig nicht im vorhandenen Rechner, sondern die Einrichtung bedarf eigener Rechnerzusätze.DE 102 01 192 A1 describes an input device for computers with which inputs can be set on a touch-sensitive sensor strip in conjunction with a display by spatially differentiating the pressure point. The sensor therefore distinguishes in particular the position of a finger on the non-profiled, smooth sensor strip. However, the user has no mechanical feedback as to which letter or character he is tapping. In contrast to all keyboards, with tactile, movable keys that are spatially distributed over the keyboard In this example, the input can only be recorded via the visual impression. The user can disadvantageously never take his eyes off the display, a PC application is therefore impossible DE 101 29 913 A1 shows a device in which additional memory for variable keyboard assignments can be switched on or switched over by an additional control key. In the present case, changing the keyboard key requires separate additional memory modules and controls. It is disadvantageous not to use an existing key repeatedly, for example due to different pressure levels. The processing of the signals, in their variables, disadvantageously does not take place in the existing computer, but the setup requires its own computer add-ons.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine einhändig bedienbare alphanumerische Eingabevorrichtung, insbesondere für einen Computer, zur Verfügung zu stellen, in die eine Cursorsteuerung integriert ist. Dabei sollen die Nachteile des Standes der Technik vermieden werden.The object of the present invention is to provide an alphanumeric input device, in particular for a computer, which can be operated with one hand and in which a cursor control is integrated. The disadvantages of the prior art are to be avoided.
Diese Aufgabe wird durch eine Eingabevorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by an input device with the features of patent claim 1 and a method with the features of patent claim 11. Advantageous further developments and embodiments of the invention are specified in the dependent claims.
Erfindungsgemäß wird das Gewicht eines an beliebiger Stelle eingebenden Fingers durch eine Gewichtsmessung der gesamten Tastaturplatte ermittelt und in, vom Be¬ nutzer individuell beliebig eingestellten Gewichtsstufen in verschiedene Zeicheneingaben, je selbstbestimmter Gewichtsstufe, gewandelt.According to the invention the weight of inputting the finger at any point is determined by a weight measurement of the entire keyboard plate and in, user individually arbitrarily set by Be ¬ weight levels in different character inputs, each self-determined weight step converted.
Erfindungsgemäß ist die Cursorsteuerung der Maus in die Tastatur, ohne weitere, sichtbare Bauteile integriert, indem diese Cursorsteuerung mittels eines Fingers, der berührungslos über den Tasten schwebt, bzw. die Tasten nur schwach berührt, erfolgt. Die unverzichtbaren, profilierten Tasten, verunmöglichen das Gleiten eines Fingers auf den Tasten, bei gleichzeitigem Niederdrücken der Selben. Deswegen erfolgt eine Positionsbestimmung des Fingers für die Cursorsteuerung berühr¬ ungslos, bzw. für die Befehlseingaben nur leicht berührend, mit kapazitiver Näher¬ ungsmessung und mit flächigem Sen'sorfeld unter den Tasten.
Für die linke und rechte Maustaste und für das Scrollen sind erfindungsgemaß beidseitig des zentralen, beruhruπgslosen Sensorfeldes, je zwei Tasten vorgesehen, welche durch normales Tastendrücken zu bedienen sind Diese Funktion nehmen sie nur wahrend der Belegung „Maus" einAccording to the invention, the cursor control of the mouse is integrated into the keyboard without further, visible components, in that this cursor control is carried out by means of a finger which hovers contactlessly over the keys or only weakly touches the keys. The indispensable, profiled keys make it impossible to slide a finger on the keys while pressing the same ones. Therefore, a determination is made of the finger position for the cursor control Berühr ¬ ungslos, or only lightly touching the command inputs, ungsmessung capacitive closer ¬ and with planar Sen 'sorfeld under the keys. According to the invention, two keys are provided for the left and right mouse button and for scrolling on both sides of the central, non-contact sensor field, which can be operated by normal key presses. This function is only used during the "mouse" assignment
Für den erfindungsgemaßen Anwendungszweck bieten die bekannten positions- ermittelten Techniken von Ultraschall, Infrarot, und Lichtortung, nicht die erforderlichen Voraussetzungen Die Ultraschalltechnik verlangt in den Eckradien des Sensorfeldes entsprechende erhöhte Sensoren, welche bei geringster Verschmutzung die Koordinaten-Messung verfalschen Außerdem sind die IP65-Schutzverordnungen nicht erfüllbar Bei der Infrarottechnik und der Lichttechnik sind zwar die IP65-Verord- nungen erfüllbar, bei Verschmutzung tritt aber das selbe Problem, wie bei der Schalltechnik auf Es kommt dazu, dass bei diesen Technologien Sonneneinstrahlung Fehleingaben auslosen kannFor the application according to the invention, the known position-determining techniques of ultrasound, infrared, and light localization do not provide the necessary requirements. Ultrasound technology requires correspondingly elevated sensors in the corner radii of the sensor field, which falsify the coordinate measurement with the slightest contamination. Furthermore, the IP65 protection regulations not feasible The IP65 regulations can be met with infrared technology and lighting technology, but the same problem arises with soiling as with sound technology. In addition, solar radiation can trigger incorrect inputs with these technologies
Erfindungsgemaß erfasst die resistive Kapazitivsensoπk, in einem begrenzten Abstand zur Z-Achse der Tastatur, auch beruhrungsfrei die Fingerposition gegenüber der X-, Y- Achse der Tastatur Die kapazitive Naherungssensorik dient, nebst dem Integrieren der Cursorsteuerung in ein Tastenfeld, auch der Multifunktionalitat einer Taste Durch diese Multifunktionalitat der einzelnen Tasten, soll insbesondere die einhandige Bedienbarkeit des Eingabegerätes hergestellt werden Kapazitive Ein- gabefelder vertragen keine elektrostatische Storladungen Erfindungsgemaß entsteht durch die aufgesetzte Silikontastatur, eine elektrisch nicht leitende Abschirmung, mit Wirkung als DielektrikumAccording to the invention, the resistive capacitive sensor, at a limited distance from the Z-axis of the keyboard, also detects the finger position relative to the X-, Y-axis of the keyboard in a contact-free manner. In addition to integrating the cursor control into a keypad, the capacitive proximity sensor also serves the multifunctionality of a key Through this multifunctionality of the individual keys, in particular the one-hand operability of the input device is to be produced. Capacitive input fields do not tolerate electrostatic interference. According to the invention, the silicone keyboard attached creates an electrically non-conductive shield with the effect of a dielectric
Weiter vertragen kapazitive Eingabefelder keine Nasse und keine elektrostatisch neutralisierenden Handschuhe an der Bedienerhand, sowie Edelmetall-Eingabe- werkzeuge Diese Schadeinflusse sind für die Anwendung als Computertastatur auszuschließen IP65-Schutzverordnungen sind erfüllbar Da die Z-Achsen-Sensibi- 11 tat der Sensoπk keinen standig gleichbleibenden Wert aufweist, bedarf es einer indi¬ viduellen Einstellbarkeit dieser Sensibilität, um die Messentfernung zu begrenzen, bzw zu erweitern
Mit der erfindungsgemäßen Eingabevorrichtung können alle Zeichen und Befehlseingaben, wie sie mit MF-1 04 Standarttastaturen ausführbar sind, einhändig, mit nur sechszehn Tasten, eingegeben werden. Die Grundfläche der erfindungsgemäßen Eingabevorrichtung erreicht dermaßen nur zirka ein Zehntel des herkömmlichen MF- Tastaturen-Standards. Eine separate Maus, oder ein separates Bauglied, wie Touchpad, usw., konnte vorteilhaft völlig vermieden werden, indem die Mausfunktion der Cursorsteuerung per kapazitiver Positionsmessung in berührungslosem Schweben des Eiπgabefingers über der profilierten Tastatur erfüllbar ist.Furthermore, capacitive input fields do not tolerate wetness and no electrostatically neutralizing gloves on the operator's hand, as well as precious metal input tools. These harmful effects must be excluded for use as a computer keyboard. IP65 protection regulations can be fulfilled. The Z-axis sensitivity of the sensor 11 is not constant has value, it requires a indi vidual ¬ adjustability of this sensitivity, to limit the measurement range to expand or With the input device according to the invention, all characters and command entries, as can be carried out with MF-1 04 standard keyboards, can be entered with one hand, using only sixteen keys. The base area of the input device according to the invention thus only reaches about a tenth of the conventional MF keyboard standard. A separate mouse, or a separate component, such as a touchpad, etc., could advantageously be completely avoided by performing the mouse function of the cursor control by capacitive position measurement in contactlessly hovering the input finger above the profiled keyboard.
Insgesamt kann die Einrichtung eine Vielzahl von Belegungen einnehmen. Zu deren Zuschalten genügt eine kleine streichende Geste eines Fingers über mehrere Tasten. In der Alphabetbelegung und der Satzzeicheneingabe können die Tasten in zwei Druckstufen betätigt werden. Für die Befehlseingaben genügt ein Darrüberstreichen über mindestens zwei benachbarte Tasten, wobei der Druck vorteilhaft nur so gering sein kann, dass die Taste nicht einmal niedergedrückt wird.Overall, the facility can take a variety of occupancies. To switch them on, a small gesture of a finger across several keys is sufficient. In the alphabet assignment and the punctuation input, the keys can be operated in two pressure levels. To enter the command, sweeping over at least two adjacent keys is sufficient, although the pressure can advantageously only be so low that the key is not even depressed.
Weitere Vorteile und Einzelheiten zur Erfindung werden im Folgenden anhand der in der Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. In den Zeichnungen zeigen:Further advantages and details of the invention are explained below with reference to the exemplary embodiments shown in the drawings. The drawings show:
Fig. 1 Eine Schrägansicht eines Ausführungsbeispiel mit schichtweise aufgeschnittenem Körper der Eingabevorrichtung;1 shows an oblique view of an exemplary embodiment with the body of the input device cut open in layers;
Fig. 2 einen schematischen Schnitt entlang der Linie A-A der Fig. 1 mit schemati- scher Darstellung des, dem Erfindungsgegenstand nachgeschalteten Com - puter und schematischer Darstellungen von Eingabefingern auf den Tasten;FIG. 2 shows a schematic section along line A-A of FIG. 1 with a schematic representation of the computer downstream of the subject of the invention and schematic representations of input fingers on the keys;
Fig. 3: eine Explosionszeichnung der unterhalb und oberhalb der Printplatte befindlichen, schichtweise übereinandergereihten Funktionsebenen;3: an exploded drawing of the functional levels located below and above the printed circuit board, layered one above the other;
Fig. 4 Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel mit Darstellung der Cursorsteuerung am Bildschirm und deren Fläche, sowie Fingerwege für Befehlseingaben;
Fig. 5 eine schematische Schnittansicht einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.Fig. 4 top view of an embodiment showing the cursor control on the screen and its surface, as well as finger paths for command input; Fig. 5 is a schematic sectional view of an alternative embodiment of the present invention.
Ein mögliches Ausführungsbeispiel der einhändig zu bedienenden alphanumerischen Eingabevorrichtung gemäß der Erfindung ist in der Fig.1 dargestellt. Sie zeigt eine Schrägansicht eines Ausführungsbeispiel mit schichtweise aufgeschnittenem Körper der Eingabevorrichtung. Es ist für die l inke oder rechte Hand des Benutzers eine Tastaturplatte (1 ) vorgesehen, die auf der Gewichtssensorik (2) auf der Bodenschale (28) aufgesetzt ist. Das Tastaturplatte ( 1 ) ist mehrschichtig aufgebaut. Die oberste Schicht ist eine Silikontastaturmatte (14), die unter den Tastenkörpern (15), Hohlräume (16) aufweist. Dadurch lassen sich die Tasten (15) niederdrücken und es entsteht für den Benutzer ein deutliches, blindschreibtauglich.es Ertasten des Tastenhubes. Die Tasten (15) weisen selbst aber keinerlei, wie auch immer gearteten, üblichen elektrischen Schaltkontakt auf.A possible embodiment of the one-handed alphanumeric input device according to the invention is shown in Fig.1. It shows an oblique view of an exemplary embodiment with the body of the input device cut open in layers. A keyboard plate (1) is provided for the left or right hand of the user, which is placed on the weight sensor system (2) on the base shell (28). The keyboard plate (1) has a multi-layer structure. The top layer is a silicone keyboard mat (14), which has cavities (16) under the key bodies (15). This allows the buttons (15) to be depressed and the user to feel the touch stroke clearly. However, the buttons (15) themselves do not have any electrical switching contact, whatever their nature.
Der auf diese Tasten (15) wirkende Druck - also das Gewicht des eingebenden Fingers (8, 9) - wird, unabhängig gegenüber der räumlichen Position des auflastenden Eingabefingers (8, 9) auf der Tastatur (1 ), von unter der Tastatur befindlichen Gewichtssensoren (2) erfasst.The pressure acting on these keys (15) - i.e. the weight of the input finger (8, 9) - is independent of the spatial position of the input finger (8, 9) on the keyboard (1) by weight sensors located under the keyboard (2) recorded.
Die Silikontastaturmatte (14) liegt direkt auf der Printplatte (19) auf. Die Silikontastatur (14), die Resistivfiloie (5) und die Platine (21 ) sind fest miteinander verbunden. Auf der Unterseite der Printplatte befindet sich die gesamte Controlerelekt- ronik (21 ). Der Controler (21 ) verarbeitet unter anderem die Signale der Gewichtssensoren (2), welche zwischen dem Rand der Printplatte (19) und der Bodenschale (25) aufliegen. Diese drei bis vier Sensoren (2) registrieren dermaßen jede Gewichtsveränderung der Tastatur (1 ), unabhängig davon, wo der Gewichtseintrag auf der Tastatur (1 ) stattfindet. Sie stel len die einzige tragende, mechanische Verbindung zwischen der Tastaturplatte (1 ) und Bodenschale (25) dar.The silicone keyboard mat (14) lies directly on the printed circuit board (19). The silicone keyboard (14), the resistive film (5) and the circuit board (21) are firmly connected to one another. The entire control electronics (21) are located on the underside of the printed circuit board. The controller (21) processes, among other things, the signals from the weight sensors (2) which lie between the edge of the printed circuit board (19) and the base shell (25). These three to four sensors (2) register each change in weight of the keyboard (1), regardless of where the weight is entered on the keyboard (1). They represent the only load-bearing, mechanical connection between the keyboard plate (1) and base shell (25).
Die Verarbeitung der eingehenden Signale durch die Controlerelektronik (21 ) reicht nur soweit, als die Sensoren (2) sie seriell getaktet sammeln und über Kabel (26) weitersenden.
Die in Fig. 2 dargestellte Zeichnung zeigt einen schematischen Schnitt entlang der Linie A-A der Fig. 1 mit schematischer Darstellung des, dem Erfindungsgegenstand nachgeschaltete Computer (6) und schematische Darstellungen von Eingabefinger (8, 9, 10). Die dargestellten Eingabefinger (8, 9, 10) zeigen insbesondere erfindungsgemäße Eingabemöglichkeitenen. Zeigt der mittlere Eingabefinger (9) ein gewohntes Bild des Eingeben von Daten über das Niederdrücken einer Taste (15), zeigt der links dargestellte Finger (9) eine Besonderheit einer Eingabeform.The processing of the incoming signals by the control electronics (21) only extends as far as the sensors (2) collect them in a clocked manner and transmit them on via cables (26). The drawing shown in FIG. 2 shows a schematic section along the line AA of FIG. 1 with a schematic representation of the computer (6) connected downstream from the subject of the invention and schematic representations of input fingers (8, 9, 10). The input fingers (8, 9, 10) shown show in particular input options according to the invention. If the middle input finger (9) shows a familiar image of entering data by pressing a key (15), the finger (9) shown on the left shows a special feature of an input form.
Der Finger (8) lastet zwar geringfügig auf der Taste (15) auf, die Taste wird aber nicht, gegen den Widerstand, dem sie diesem Vorgang entgegen setzt, niedergedrückt. Trotzdem erfassen die Gewichtssensoren (2) das irgendwo auf der Tastaturplatte (1 ) auflastende Gewicht, den Druck des Eingabefingers (8, 9). Diese Eingabeform wird für Befehlseingaben verwendet, wobei der leicht aufgesetzte Finger (8) auf einer ersten Taste (15) - zum Beispiel in der oberen Tastenreihe (22) - zu einer benachbarten Taste (15) gleitet, zum Beispiel in der mittleren Tastenreihe (26). Die Positionselektronik (3) auf der oberen Platine (21 ) ermittelt die Position des Fingers (8) auf der Tastatur (1 ).The finger (8) presses slightly on the button (15), but the button is not pressed down against the resistance to which it opposes this process. Nevertheless, the weight sensors (2) record the weight that is somewhere on the keyboard plate (1), the pressure of the input finger (8, 9). This input form is used for command inputs, the lightly placed finger (8) sliding on a first key (15) - for example in the upper row of keys (22) - to an adjacent key (15), for example in the middle row of keys (26 ). The position electronics (3) on the upper board (21) determine the position of the finger (8) on the keyboard (1).
Diese Daten werden vom Controler (21 ) erf sst und über das Anschlusskabel (26) an den Rechner gesandt. Insbesondere ein Bewegen des Fingers (8), mit diesem geringen Auflagedruck, über mehrere Tastenreihen (beispielsweise von 25 nach 26), wird für die Eingabe von Befehlen genutzt. Die Bewegrichtungen für Befehls- eingabeπ (38 bis 48) werden dabei natürlichen Bewegmustern des Menschen ange- passt.This data is recorded by the controller (21) and sent to the computer via the connection cable (26). In particular, moving the finger (8) with this low contact pressure over several rows of keys (for example from 25 to 26) is used for entering commands. The movement directions for entering commands (38 to 48) are adapted to the natural movement patterns of humans.
Es werden Befehle, die beispielsweise ein „nach unten" assoziieren, wie Kleinschreibung (42), Pfeil nach unten (48), Bild nach unten (44), usw, mit einer Nachuntenbewegung des Fingers ausgeführt. Für alle anderen Richtung gilt Analoges, betreffend der Verknüpfung von Assoziationsausdrücken zu einer Bewegrichtung. Dies erleichtert vor allem die Erlernbarkeit solcher Eingaben und sie sind insgesamt besser zu merken
Der rechts dargestellte Finger (10) zeigt die erfindungsgemaße Eigenheit, wonach die Cursorsteuerung berührungsfrei vor sich gehen kann. Der Finger (10) bewegt sich in einem maximalen Abstand (25) von fünfzig Millimeter zur Tastatur (1 ), über dieser. Die Gewichtssensorik (2) ist in dieser Belegung gegenüber der Cursorsteuerung inaktiv. Die Positionssensorik (3) auf der Platine (21 ) erfasst den berührungslosen Finger (10) und überträgt diese Daten über den Controler (21 ) zum Rechner (12), der die Cursorführung daraus errechnet. Die Darstellung zeigt außerdem eindrucklich, die erfindungsgemäße Gegebenheit, wonach die Tasten (15) Pseudotasten sind.Commands which, for example, associate a "down", such as lower case (42), down arrow (48), down image (44), etc., are carried out with a downward movement of the finger. The same applies to all other directions the association of association expressions to a direction of movement, which makes it easier to learn such inputs and makes them easier to remember The finger (10) shown on the right shows the characteristic according to the invention, according to which the cursor control can proceed without contact. The finger (10) moves a maximum distance (25) of fifty millimeters from the keyboard (1), above it. The weight sensor system (2) is inactive compared to the cursor control. The position sensor system (3) on the board (21) detects the non-contact finger (10) and transmits this data via the controller (21) to the computer (12), which calculates the cursor guidance therefrom. The illustration also shows impressively the fact according to the invention, according to which the keys (15) are pseudo keys.
Sie imitieren den Tastenhub durch ihre Beschaffenheit aus viskosem Material, welches unter dem Auflagedruck eines Fingers (9) in sich selbst federnd deformiert wird. Der Tastenkörper (15) liegt auf einer flächigen, aber starren, schaltkontaktlosen Unterlage (21 ). Der Druck des Eingabefingers (8, 9) wird stets, unabhängigen der räumlichen Position des auflastenden Eingabefingers (8, 9) auf der Tastatur (1 ) durch die Gewichtssensorik (2) erfasst. Diese Sensorik (2) bildet die einzige mechanische Brücke zwischen Tastatur (1 ) und Bodenschale (25).They imitate the key stroke by their nature of viscous material, which is resiliently deformed under the pressure of a finger (9). The key body (15) lies on a flat, but rigid, contact-free support (21). The pressure of the input finger (8, 9) is always detected, regardless of the spatial position of the loading finger (8, 9) on the keyboard (1) by the weight sensor system (2). This sensor system (2) forms the only mechanical bridge between the keyboard (1) and the base shell (25).
Die Fig 3 zeigt eine Explosionszeichnung der einhändig zu bedienenden Computer- Eingabevorrichtung mit ihrer Positionssensorik (3), welche als kapazitives analog resistives Sensorfeld (4, 5) ausgebildet ist. Die starre Trägerplatte (19) mit dem oben aufgebrachten (nicht gesondert dargestellten) ganzflächigen Leiterbahnbeschichtung als Abschirmfeld und der mit einer Isolierfolie aufgeklebten Resistivfolie (4), welche am Rand die X-Achse-Elektroden und Y-Achse-Elektroden (5) aufweist.3 shows an exploded view of the computer input device to be operated with one hand with its position sensor system (3), which is designed as a capacitive analog resistive sensor field (4, 5). The rigid carrier plate (19) with the all-over conductor surface coating applied as a shielding field (not shown separately) and the resistive film (4) glued on with an insulating film, which has the X-axis electrodes and Y-axis electrodes (5) on the edge.
In bekannter Weise werden diese beiden X- Achsen- und Y-Achsen Elektroden (5) vom Controler (21 ) wechselweise mit Spannung belegt Die Resistivfolie (4) wirkt als große Kondensatorplatte Wenn sich dieser Platte (4) ein Finger (8, 9, 10), nähert, fließt über den Finger ein geringer Strom von der Platte (4) ab Wo sich die Position des Stromabfließen auf der Folie (4) befindet, wird durch die Stromdifferenz zwischen den jeweiligen Elektroden (5) ermittelt
Je näher ein Finger (8, 9, 10) an eine Elektrode (5) gerät, desto höher ist ihr Anteil des gesamt abfließenden Stromes und umgekehrt - desto niedriger wird der Strom an der entfernten Elektrode. Der Controler (21 ) ermittelt im Koordinatensystem aus diesen Differenzen die Position eines Fingers (8, 9, 10). Über der analogen Resistivfolie (4) liegt die Silikontastatur (14). An der Unterseite der Printplatte (19) sind die Gewichtssensoren (2) aufgelötet.These two X-axis and Y-axis electrodes (5) are alternately supplied with voltage by the controller (21). The resistive film (4) acts as a large capacitor plate if a finger (8, 9, 10), approaches, a small current flows from the plate (4) via the finger. Where the position of the current drain is on the film (4) is determined by the current difference between the respective electrodes (5) The closer a finger (8, 9, 10) comes to an electrode (5), the higher its share of the total current flowing and vice versa - the lower the current at the removed electrode. The controller (21) determines the position of a finger (8, 9, 10) from these differences in the coordinate system. The silicone keyboard (14) lies over the analog resistive film (4). The weight sensors (2) are soldered onto the underside of the printed circuit board (19).
Die Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf das Ausführungsbeispiel, mit Darstellung der Cursorsteuerung am Bildschirm (49, 50). Beispielhaft sind einige streichende Eingabemöglichkeiten (Befehlseingaben) dargestellt. Es zeigen dabei die linke und rechte, vertikale Tastenreihe die Umschaltmöglichkeiten (31 bis 37) von Belegungen. Auf den dazwischen liegenden zwölf Tasten (15) werden streichende Befehls-_ eingaben, mit Darstellung des Streichweges (38 bis 48) über die Tasten (15), gezeigt. Die strichlierten Linien auf der Tastatur (49) und dem Bildschirm (50) stellen die Analogie zur Bewegung des Fingers (10) über der Tastatur (1) zur Cursorbewegung dar. Der Eingabebereich (28, 29) der Cursorsteuerung ist detailliert beschrieben. Beschrieben ist ebenfalls die Anordnung der bevorzugten Tastenreihen (22, 23) für häufig gebräuchliche Buchstaben bzw. die Tastenreϊhe (24) für die Eingabe von selten gebräuchlichen Buchstaben.4 shows a top view of the exemplary embodiment, with the cursor control being shown on the screen (49, 50). Some deleting input options (command entries) are shown as examples. The left and right, vertical row of buttons shows the switching options (31 to 37) of assignments. On the twelve keys (15) between them, deleting command _ entries are shown, with a representation of the deletion path (38 to 48) via the keys (15). The dashed lines on the keyboard (49) and the screen (50) represent the analogy to the movement of the finger (10) above the keyboard (1) for cursor movement. The input area (28, 29) of the cursor control is described in detail. The arrangement of the preferred key rows (22, 23) for frequently used letters or the row of keys (24) for entering rarely used letters is also described.
Die Bewegungsrichtungen sind mit Bezugszahlen markiert, stellen insgesamt aber etwa nur ein Drittel der Möglichkeiten der erfindungsgemäßen Einrichtung dar. Für die Eingabe an Satzzeichen werden zwei neben- oder übereinander liegende Tasten (15), mit bis zu zwei verschiedenen Druckstufen, mit nur einem Finger betätigt, indem der einzelne Finger (27) „daneben greift", zwischen die beiden Tasten (15)
Eine alternative Ausführungsform der vorliegend Erfindung wird unter Bezugnahme auf Figur 5 beschrieben. Die schematisch im Querschnitt dargestellte Tastatur 58 weist einen starren, im wesentlichen rechteckigen Tastaturboden 57 mit an den vier Ecken angeordneten Füßen auf. An den Seiten des Tastaturbodens 57 sind Tastaturböcke 51 aus ausreichend weichem Material, in diesem Ausführungsbeispiel aus geeignetem thermoplastischem Kunststoffmaterial, hergestellt. Auf den Tastaturböcken 51 ist eine Tastaturplatte 52 angeordnet, die sich über den gesamten Tastaturboden 57 erstreckt und diesen abdeckt. In der Tastaturplatte 52 sind einzelne Tastenelemente ausgebildet. Die Tastaturplatte 52 ist aus einem ausreichend harten Material hergestellt und weist eine raue Oberfläche auf. Durch die raue Oberfläche werden beim Darüberstreichen in der ausreichend harten Tastaturplatte akustische Schwingungen verursacht. Unterhalb der Tastaturplatte 52 ist eine kapazitative Annäherungssensorik 56 flächig angeordnet. Schließlich ist in einem Bereich der Tastatur zwischen Tastaturboden 58 und Tastaturplatte 52, in dem keine Einzeltasten angeordnet sind, ein Mikrofon 55 angeomdet, welches mit einer Elektronik 54 verbunden ist.The directions of movement are marked with reference numerals, but in total represent only about a third of the possibilities of the device according to the invention. For the input of punctuation marks, two keys (15) lying next to or above one another, with up to two different pressure levels, are actuated with just one finger by the single finger (27) "gripping next to it" between the two buttons (15) An alternative embodiment of the present invention is described with reference to FIG. 5. The keyboard 58 shown schematically in cross section has a rigid, essentially rectangular keyboard base 57 with feet arranged at the four corners. On the sides of the keyboard base 57, keyboard blocks 51 are made of a sufficiently soft material, in this exemplary embodiment of a suitable thermoplastic material. A keyboard plate 52 is arranged on the keyboard brackets 51 and extends over and covers the entire keyboard base 57. Individual key elements are formed in the keyboard plate 52. The keyboard plate 52 is made of a sufficiently hard material and has a rough surface. The rough surface causes acoustic vibrations when swiping over the sufficiently hard keyboard plate. A capacitive proximity sensor system 56 is arranged flatly below the keyboard plate 52. Finally, in a region of the keyboard between the keyboard base 58 and the keyboard plate 52, in which no individual keys are arranged, a microphone 55 is connected, which is connected to electronics 54.
Bei der Alphanumerischen Eingabevorrichtung nach Figur 5, wird anstelle der Gewichtssensorik ein Mikrofon 55 eingesetzt. Wenn erforderlich, können auch mehrere Mikrofone eingesetzt werden. Dabei wird nicht mehr das Auflasten eines Fingers ermittelt, sondern der Klang, die Klangstärke und das Klangmuster, welches ein Eingabefinger 53 beim Antippen oder beim Streichen auf der Tastaturplatte 52 verursacht. Die dem Mikrofon nachgeschaltete Elektronik 54 unterscheidet zwischen Lautstärke und einem klopfenden Geräusch oder einem Kratzgeräusch. Die Klangerkennung (Klangmuster) kann mit herkömmlichen Spracherkennungschips erfolgen. Meldet die Elektronik den Eingang eines Geräusches, (z.B. ein Antippen), dann tritt die Positionssensorik in Aktion und misst nach, wo der Finger sich auf der Tastatur befindet. Aus den Eingabedaten der Fiπgerposition, der Klangstärke (Stärke des Antippens) und dem Klangmuster (Tippen oder Streichen), errechnet der Rechner die Eingabe
(bezogen auf die jeweilige momentane Tastenbelegung). Dabei beduetet dei Eingang eines kratzenden Geräuschs, dass der Finger über mehrere Tasten streicht. Dies sind beispielsweise Befehlseingaben.
In the alphanumeric input device according to FIG. 5, a microphone 55 is used instead of the weight sensor system. If necessary, multiple microphones can be used. The load on a finger is no longer determined, but rather the sound, the sound strength and the sound pattern which an input finger 53 causes when it is tapped or swiped on the keyboard plate 52. The electronics 54 connected downstream of the microphone differentiate between volume and a knocking noise or a scratching noise. The sound recognition (sound pattern) can be done with conventional speech recognition chips. If the electronics reports the receipt of a sound (e.g. a tap), the position sensor system takes action and measures where the finger is on the keyboard. The computer calculates the input from the input data of the position of the finger, the strength of the sound (strength of tapping) and the sound pattern (touch or swipe) (related to the current key assignment). The input of a scratching sound means that the finger strokes several keys. For example, these are commands.
L E G E N D E zu den Hinweisziffern:L E G E N D E to the reference numbers:
= Tastaturfeld ohne Bodenschale 26 = Anschlusskabel = Gewichts(sensorik)sensoren 27 = Satzzeichen eingebender Finger = Positionssensorik 28 = Bereich Cursorsteuerung / Breite = Resistivfolie 29 = Bereich Cursorsteuerung / Höhe = Elektroden 30 = Eingabefenster am Bildschirm = Bewegung zur X-Achse des Sensorfeldes = Bewegung zur Y- Achse des Sen31 = Alphabet sorfeldes 32 = Numerik = Eingabefinger ohne Tasten- 33 = Programmierzeichen (Doppelt Niederdrücken streichen) = Eingabefinger mit Tasten- 34 = Sonderzeichen (Doppelt streich.) Niederdrücken 35 = Mausbelegung = Berührungsloser Eingabefinger 36 = F-Tasten = Fingerabstand bei der Cursor37 = Hotkeys (Doppelt streichen) steuerung 38 = Return = Rechner 39 = Einfügen = Fenster auf dem Bildschirm 40 = Entfernen= Silikontastaturmatte 41 = Großschreibung = Einzeltaste 42 = Kleinschreibung = Hohlraum unter der Taste 43 = Bild nach oben = Printplatte 44 = Bild nach unten = Leiterbahnen 45 = Tabulator nach links = Controler und sonstige Elektronik 46 = Tabulator nach rechts = Obere Tastenreihe 47 = Pfeil nach oben = Mittlere Tastenreihe 48 = Pfeil nach unten = Untere Tastenreihe 49 = Cursorsteuerweg des Fingers = Bodenschale 50 = Cursorverlauf am Bildschirm= Keypad without base shell 26 = connection cable = weight (sensor) sensors 27 = punctuation marks = position sensor 28 = area cursor control / width = resistive foil 29 = area cursor control / height = electrodes 30 = input window on the screen = movement to the X axis of the sensor field = Movement to the Y axis of the Sen31 = alphabet field 32 = numeric = input finger without keys- 33 = programming character (double-press down) = input finger with keys- 34 = special character (double-stroke) press 35 = mouse assignment = non-contact input finger 36 = F- Keys = finger distance on the cursor 37 = hotkeys (double swipe) control 38 = return = calculator 39 = insert = window on the screen 40 = remove = silicone keyboard mat 41 = capitalization = single key 42 = lowercase = cavity under the key 43 = picture up = PCB 44 = picture down = conductor tracks 45 = tabulator to the left = controller and other ele ktronik 46 = Tab to the right = Upper row of keys 47 = Arrow up = Middle row of keys 48 = Arrow down = Lower row of keys 49 = Cursor control path of the finger = Bottom shell 50 = Cursor progression on the screen
51 =Lagerbock Tastaturplate/Tastaturboden 52=Tastaturplatte 53=Eingabefinger 54=Elektronikchip 55=Mikrofone 56=Kapazitaive-Annäherungssensorik 57=Tastaturboden 58=Tastatur
51 = Pillow block / keyboard base 52 = Keyboard plate 53 = Input finger 54 = Electronics chip 55 = Microphones 56 = Capacitive proximity sensor 57 = Keyboard base 58 = Keyboard