DE102011010914A1

DE102011010914A1 - Eingabegerät, insbesondere in Form einer Computertastatur

Info

Publication number: DE102011010914A1
Application number: DE102011010914A
Authority: DE
Inventors: Artem Dr.-Ing. 82205 Ivanov
Original assignee: Ident Technology AG
Current assignee: Microchip Technology Germany GmbH
Priority date: 2010-02-10
Filing date: 2011-02-10
Publication date: 2011-08-11
Also published as: EP2534561B1; US20130050092A1; KR20130002983A; EP2534561A1; WO2011098280A1; CN102870079B; KR101749956B1; CN102870079A; US9946409B2

Abstract

Die Erfindung richtet sich auf ein Eingabegerät, insbesondere in Form einer Computertastatur. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Lösungen zu schaffen, durch welche sich für einen Anwender einer Computertastatur besondere Bedienungsvorteile gegenüber herkömmlichen Tastatursystemen in Verbindung mit einem Zeigegerät ergeben. Die vorangehend genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Computertatstatur mit einem Tastenfeld das eine Vielzahl manuell betätigbarer Tasten umfasst, wobei in diese Tastatur eine Elektrodenanordnung eingebunden ist, und wobei diese Elektrodenanordnung derart ausgelegt und über eine Treiberschaltung derart erschlossen ist, dass über diese Elektrodenanordnung die Erfassung der räumlichen Position oder Bewegung eines Fingers oder einer Hand in einem der Tastatur vorgelagerten Bereich auf feldelektrischem Wege ermöglicht ist, und über die Treiberschaltung Systemsignale bereitgestellt werden die einen Informationsinhalt haben der mit Position und oder der Bewegung eines Fingers oder einer Hand des Anwenders korreliert.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung richtet sich auf ein Eingabegerät, insbesondere in Form einer Computertastatur die ein Tastenfeld umfasst über welches in an sich bekannter Weise unter manueller Belastung von Tasten, entsprechende Tastatureingaben vorgenommen werden können.
Hintergrund der Erfindung
Derartige Computertastaturen sind als eigenständige Peripheriegeräte sowie auch als integriertes Eingabesystem bei portablen Rechnern, insbesondere Notebooks verbreitet.
Insbesondere für die Arbeit in Verbindung mit graphischen Benutzeroberflächen und der Nutzung einer hierbei typischerweise implementierten Menueführung, ist es üblich, neben einer Tastatur auch noch ein Zeigegerät wie z. B. eine Computermaus, einen Trackball, ein Grafiktablett oder – insbesondere bei Notebooks – ein Touchpad vorzusehen. Durch diese Zeigegeräte können in bekannter Weise Cursorpositionierungen manuell koordiniert werden. Die Bewegungen eines Cursors korrelieren hierbei mit einer Bewegung der Maus, bzw. einer Bewegung eines Fingers auf dem Touchpad.
Zeigegeräte umfassen typischerweise auch zusätzliche Tasten oder Eingabeelemente, mit denen bestimmte Operationen durchgeführt werden können, z. B. eine linke, mittlere und rechte Maustaste zur Auswahl von Elementen der Benutzungsoberfläche, ein Scrollrad für Bildlauf, eine Radtaste und/oder zusätzliche Tasten an der Seite der Maus oder einen Streifen auf einem Touchpad, indem durch eine Berührung und Bewegung des Fingers ein Bildlauf bewirkt, sowie besondere Funktionen in den Ecken eines Touchpads bereitgestellt sind. Die Funktionen einiger oder aller dieser zusätzlichen Tasten oder Eingabeelemente können auch durch den Anwender konfiguriert werden, z. B. spezielle Funktionsaufrufe des Betriebssystems bei Drücken einer zusätzlichen Maustaste oder bei Berührung einer bestimmten Ecke des Touchpads.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Lösungen zu schaffen, durch welche sich für einen Anwender einer Computertastatur besondere Bedienungsvorteile gegenüber herkömmlichen Tastatursystemen in Verbindung mit einem Zeigegerät ergeben.
Erfindungsgemäße Lösung
Die vorangehend genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Computertatstatur mit einem Tastenfeld das eine Vielzahl manuell betätigbarer Tasten umfasst, wobei in diese Tastatur eine Elektrodenanordnung eingebunden ist, und wobei diese Elektrodenanordnung derart ausgelegt und über eine Treiberschaltung derart erschlossen ist, dass über diese Elektrodenanordnung die Erfassung der räumlichen Position oder Bewegung eines Fingers oder einer Hand in einem der Tastatur vorgelagerten Bereich auf feldelektrischem Wege ermöglicht ist, und über die Treiberschaltung Systemsignale bereitgestellt werden die einen Informationsinhalt haben der mit Position und oder der Bewegung eines Fingers oder einer Hand des Anwenders korreliert.
Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, eine Tastatur als Interface für gestenartige Eingabeoperationen heranzuziehen und dabei insbesondere auch den Cursor auf einer graphischen Benutzungsoberfläche feinmotorisch gut koordinierbar steuern und auch zusätzliche Aufgaben zu erfüllen, ohne dabei die Hände zur Benutzung eines Zeigegeräts aus dem sich oberhalb der Tastatur erstreckenden Raumbereich entfernen zu müssen.
Insbesondere bei besonders kompakten portablen Rechnern, beispielsweise Netbooks erweist sich der durch das erfindungsgemäße Konzept ermöglichte Verzicht auf eine Touchpadzone und die hiermit erreichte Platzersparnis als besonders vorteilhaft.
Es ist möglich, für die Verarbeitung der erfindungsgemäß erhobenen Signale besondere Unterprogramme vorzusehen. So ist es möglich, durch einen entsprechenden Treiber Steuerfunktionen bereitzustellen, die eine intuitiv besonders gut beherrschbare Anwendung der erfindungsgemäßen Technik ermöglichen. So ist es möglich, beispielsweise zu erkennen, ob beide Hände des Anwenders von der Tatstatur abgehoben sind. Das Steuerprogramm kann so ausgerichtet sein, dass in diesem Zustand die gestenbasierte Zeigersteuerungsfunktion bereitgestellt wird und eine berührungslose, gestenartige Navigation des Cursors auf einem Display ermöglicht wird. Sobald eine der beiden Hände wieder die Tastatur kontaktiert, ist dieser Zeigersteuerungsmodus beendet.
Es ist auch möglich, den Anfang und das Ende der Bewegung des Cursors auf der Anzeige durch Drücken einer oder mehrerer Tasten auf der Tastatur zu bestimmen. Diese Tasten können spezielle, für diese Funktion vorgesehene Tasten sein (z. B. „Maustaste” analog etwa zu „Scroll Lock”, „Num Lock” etc.) oder sie können den bereits auf der Standardtastatur vorhandenen Tasten überlagert sein; diese Funktionsüberlagerung kann sich aus dem Anwendungskontext ergeben (z. B. immer, wenn eine Zeichenfunktion aufgerufen wird) oder durch vorbestimmte, evtl. durch den Benutzer konfigurierbare Tastenkombinationen festgelegt werden (z. B. ALT + C für Cursorbewegung ein-/ausschalten, über ein Menü umdefinierbar).
Es ist auch möglich, bestimmte Bereiche auf der Tastatur festzulegen, in denen eine Cursorbewegung veranlaßt wird. Diese Bereiche können immer vorgesehen sein (z. B. visuell gekennzeichnete, evtl. von Tasten freigehaltene Fläche auf der Tastatur) oder ein- und ausschaltbar sein (z. B. über „Num Lock” umschalten zwischen Cursortasten („Pos 1” etc.), Ziffernblock („1”, „2” etc.) und Zeigerbewegung).
Es ist auch möglich, den Beginn und das Ende der Cursorbewegung durch bestimmte intentionstypische Bewegungen des Benutzers zu erkennen, z. B. Abheben aller Fingerspitzen einer Hand von den Tasten leitet eine Cursorsteuerung ein, Ablegen von Fingerspitzen beider Hände beendet die Cursorsteuerung. Dies ist eine insbesondere für erfahrene „Blindschreiber” vorteilhafte Ausführungsform, da diese typsicherweise die Fingerkuppen (außer Daumen) beider Hände auf den Tasten haben und nur eine Hand zwischendurch abheben, um mit ihr die Maus zu ergreifen und den Mauszeiger zu bewegen. Die intentionstypischen Bewegungen können zusammengefaßt bereitgestellt werden in einem Menü, das dem Benutzer ermöglicht, die Aktion bei diesen intentionstypischen Bewegungen aus einer Menge von Aktionen festzulegen oder auszuschalten. So kann beispielsweise ein Linkshänder definieren, daß beim Abheben der linken Hand die Cursorsteuerung eingeschaltet wird, aber beim Abheben der rechten Hand keine Aktion eingeleitet wird. Ein Rechtshänder könnte definieren, daß beim Abheben der rechten Hand die Cursorsteuerung eingeleitet wird.
Es ist auch möglich, Gesten festzulegen über welche besondere Programmfunktionen aktiviert werden können. So ist es möglich, für eine bestimmte Aktivierung der Gestensteuerung selbst Eingabegesten vorzusehen. Beispielsweise kann eine Bewegung der flachen Hand in der Art eines „Herbeiwinkens” aus einem oberen Kantenbereich der Tatstatur ein „Herabziehen” des virtuellen Touchpads über den Nummernblock der Tatstatur bewirken. Bei Nichtgebrauch dieses Features kann durch Bewegung der Fingerrücken zur oberen Tastaturkante also durch „Abwinken” dieses virtuelle Pad wieder weggeschoben werden.
Diese Gesten können auch Funktionen von Tasten oder anderen Eingabeelementen abbilden, die typischerweise auf einem Zeigegerät angebracht sind, beispielsweise das Klicken mit der linken/rechten Maustaste durch schnelles Ab- und Aufbewegen eines Fingers über dem linken/rechten Eingabebereich der Tastatur oder ein Bildlauf (Scrollrad) durch langsame Bewegungen mit der ganzen Hand in X- oder Y-Richtung über der Tastatur. Es ist auch eine besonders intuitive Erweiterung des Funktionsumfangs des Zeigegeräts um weitere wichtige Funktionen möglich, z. B. Vergrößern oder Verkleinern eines ausgewählten Objekts oder Anzeigebereichs durch Bewegung über der Tastatur in Z-Richtung.
Die Tasten oder weiteren Eingabeelemente eines Zeigegeräts können auch teilweise oder in ihrer Gesamtheit auf der Tastatur angebracht werden, z. B. ein berührungssensitiver Streifen für Bildlauf oder Tasten für die Funktion der Maustasten.
Durch das erfindungemäße Konzept wird es möglich, ein Eingabegerät zu schaffen, das unter Einbindung einer kostengünstig realisierbaren Technik den Vorteil bietet, dass das Eingabegerät sowohl von Links- und Rechtshändern gleichermaßen gut benutzt werden kann
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Tatstatur derart gestaltet, dass die Elektrodenanordnung eine Gruppe von Elektroden umfasst. Diese Gruppe von Elektroden umfasst vorzugsweise eine Elektrodenuntergruppe die der Erfassung positionsindikativer Signale dienen.
Die Elektrodengruppe umfasst vorzugsweise eine der Berührungsdetektion dienende Hauptelektrode. Diese Hauptelektrode kann als relativ großflächige Elektrode ausgeführt sein und sich im wesentlichen über das gesamte Tastenfeld erstrecken. Diese Hauptelektrode kann mit Durchbrechungen versehen sein, die beispielsweise die mechanische Anbindung der Tasten ermöglichen. Die Hauptelektrode kann als eine im wesentliche flache, Metalllage realisiert sein. Die Hauptelektrode kann auch im Zusammenspiel mit anderweitigen Komponenten der Tastatur realisiert sein. Insbesondere ist es möglich, die Hauptelektrode durch eine metallische Beschichtung des sich unterhalb der Tasten erstreckenden Gehäuseabschnitts der Tastatur, insbesondere auch durch metallische Beschichtung des Tastaturgehäuseinnenbereichs zu realisieren. Es ist möglich, auch zumindest einige Tasten in die Hauptelektrode einzubinden. Die Tasten können hierzu im Bereich Ihrer Oberseite, oder auch ihrer Rückseite metallisiert sein. Es ist auch möglich die Tasten aus einem elektrisch leitfähigen Material zu fertigen. Die metallisierten, oder elektrisch leitfähigen Tasten müssen nicht zwingend galvanisch mit der Hauptelektrode gekoppelt sein. Es ist möglich zwischen der Hauptelektrode und den Tasten eine gewisse Überlappung und damit feldelektrische Koppelung zu realisieren, so dass letztlich das über die Hauptelektrode generierte Feld sich über die leitfähigen Tasten weiter ausbreiten kann.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können die als Positionsdetektionselektroden herangezogenen Elektroden im Bereich des Nummernblocks, oder in dem typischerweise für die Pfeiltasten herangezogenen Bereich angeordnet sein. Die Größe dieser Positionsdetektionselektroden kann im wesentlichen der Größe dieser Tasten entsprechen. Die Positionselektroden können insbesondere durch diese Steuertasten gebildet sein. Hierdurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, die dort ohnehin vorgesehenen Markierungen zur gedanklichen Navigationsunterstützung für den erfindungsgemäß umsetzbaren Touchless-Mousecontrolmode heranzuziehen.
Die erfindungsgemäße Tastatur kann so gestaltet sein, dass diese eine dynamische Belegung der einzelnen Elektroden mit bestimmten Funktionen vornimmt. So ist es möglich, bei einer primär erkannten Annäherung einer Hand oder eines Fingers eine Elektrodengruppe zur präzisen Positionsbestimmung heranzuziehen die eine besonders gute Triangulation der Finger- oder Handposition ermöglicht. Ideal sind hierbei Elektroden die sich gegenüber der momentanen Fingerposition im Bereich eines Kegelmantels befinden dessen Scheitelwinkel im Bereich von 30 bis 60° liegt.
Gemäß einem besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung sind die Elektrodenanordnung und die zugeordnete Treiberschaltung derart gestaltet, dass durch diese ein als Berührung der Tastatur zu bewertender Zustand detektierbar ist und entsprechende Systemsignale generiert werden. Diese Berührung kann anhand bestimmter Signalpegel, und/oder bestimmter Dynamikmerkmale erkannt werden.
Die erfindungsgemäße Tastatur ist vorzugsweise derart gestaltet, dass eine senkrechte Projektion jenes zur Positionserfassung eines Fingers herangezogenen Observationsbereiches in die Tastaturebene sich in einem Berührungsdetektionsbereich erstreckt. Dadurch wird es möglich, zunächst eine berührungslose Cursorsteuerung abzuwickeln und diese Bewegung durch Absenken und Aufsetzen des Fingers auf die Tatstatur abzuschließen. Die Erfindung richtet sich damit insbesondere auf ein System das sowohl die Erfassung einer Fingerbewegung vor Kontaktierung einer Tastatur, als auch die physische Kontaktierung der Tastatur an sich ermöglicht. Das System ermöglicht dabei die Verarbeitung spezieller Gesten die neben einem bestimmten räumlichen Verlauf auch Berührungsphasen beinhalten oder durch diese initiiert oder abgeschlossen werden.
Die Elektrodenanordnung ist vorzugsweise derart gestaltet, dass diese mehrere im Randbereich des Tastenfeldes angeordnete Elektroden umfasst, wobei diese im Randbereich angeordneten Elektroden zur Generierung der fingerpositionsindikativen Signale herangezogen werden.
Die seitens der an die Elektrodenanordnung angekoppelten Treiberschaltung generierten Systemsignale werden erfindungsgemäß für die Abwicklung einer gestenbasierten Steuerung herangezogen. Die Treiberschaltung kann so gestaltet sein, dass die durch diese generierten Systemsignale in einem für Computerperipheriesysteme üblichen Daten- oder Signalformat vorliegen. Es ist möglich, bereits im Bereich der Treiberschaltung eine relativ umfassende Signalvorverarbeitung vorzunehmen durch welche eine gewisse Dämpfung, Skalierung und ggf. auch bestimmte Effekte wie z. B. ein Ballistikeffekt erreicht werden. Ansonsten können die seitens der erfindungsgemäß mittels einer Elektrodenanordnung gewonnenen X-, Y- und vorzugsweise auch Z-Achsinformationen über ein entsprechendes Hintergrundprogramm im eigentlichen Rechnersystem verarbeitet werden. Neben der reinen Umsetzung einer Cursorsteuerung können die gewonnenen Signale auch durch ein Gestenerkennungsprogramm ausgewertet werden. Gesteninterpretation und Cursorsteuerung können dabei ineinandergreifend umgesetzt werden.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Elektroden derart gruppiert ausgebildet und angeordnet, dass eine primär zur Erfassung von Hand- oder Fingerbewegungen der rechten Arbeitshand vorgesehene Elektrodenuntergruppe und eine primär zur Erfassung von Hand- oder Fingerbewegungen der linken Arbeitshand vorgesehene Elektrodenuntergruppe vorgesehen ist. Die durch diese beiden Elektrodengruppen jeweils erfassten Signale können dann jeweils einer Hand des Anwenders zugeordnet werden. Anhand dieser Signale können dann wiederum besondere Aussagen getroffen werden. So kann beispielsweise ein zum Abschluss einer Geste indikatives Abschlussignal durch Berührung einer Komponente der Tastatur generiert werden. Insbesondere bei der Zweihand-Erfassung wird es möglich, dass ein Abschlusssignal für eine durch die rechte Hand koordinierte Geste durch eine mit der linken Hand vorgenommene Berührung einer Tastaturkomponente generiert wird.
Die an die Elektrodenanordnung angebundene Treiberschaltung kann so gestaltet sein, dass die Positionserfassung erfolgt, indem sukzessive die Pegel der an den Positionserfassungselektroden anliegenden Spannungen gemessen werden. Weiterhin ist es möglich, die Feldüberbrückung zwischen den Positionserfassungselektroden oder die Feldüberbrückung zwischen den Positionserfassungselektroden und der Hauptelektrode zu erfassen. Diese Erfassung kann insbesondere durch Spannungs- oder Ladungsmessung erfolgen. Die zur räumlichen Erfassung der Fingerposition oder Fingerbewegung dienende Zone kann so dimensioniert sein, dass diese im wesentlichen dem Bewegungsbereich der Finger in Verbindung mit einer leichten Bewegung der Hand im Handgelenk entspricht. Bei Anordnung der Positionserfassungselektroden als Eckelektroden im Bereich eines Nummernblockes einer Tastatur entspricht der zur Fingerpositionserfassung herangezogene Observationsbereich vorzugsweise in etwa einem Kubus mit einer Kantenlänge von 8 bis 14 cm. Die Positionsauflösung erfolgt vorzugsweise im Zentralbereich und bei starker Annäherung an die Tastatur mit einer größeren Präzision als im Randbereich. Es ist möglich, durch eine schnell ausgeführte Rührbewegung des an die Tastatur auf etwa 5 cm angenäherten Zeige- oder Mittelfingers eine Cursorzentrierung am Bildschirm zu veranlassen und dann durch die weitere Fingerbewegung eine entsprechende Bewegung des Cursors am Bildschirm vorzunehmen. Es ist möglich, die Cursorsteuerung so vorzunehmen, dass für die Cursorbewegung Fingerbewegungen berücksichtigt werden die bei einem bestimmten Z-Abstandswert, also hinreichend enger Annäherung durchgeführt werden. Bewegungen oberhalb einer entsprechenden Ebene werden dann ignoriert.
Kurzbeschreibung der Figuren
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt:
1 eine perspektivische Darstellung zur Veranschaulichung des Einsatzes der Erfindung bei einem portablen Rechnersystem;
2a eine Skizze zur Veranschaulichung einer herkömmlichen, in Verbindung mit einer Computermaus von einem Anwender eingesetzten Computertastatur;
2b eine weitere Skizze zur Veranschaulichung einerherkömmlichen, in Verbindung mit einem Touchpad bei einem Notebook-Computer vorgesehenen Computertastatur;
3 eine Schemadarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen, mit randnah angeordneten Hand-/ oder Finger-Positionserfassungselektroden ausgestatteten Computertastatur die einen Nummernblock umfasst;
4 eine weitere Schemadarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen, mit Hand-/ oder Finger-Positionserfassungselektroden ausgestatteten Computertastatur ohne Nummernblock;
5 eine Schemadarstellung zur Veranschaulichung der Elektrodenanordnung einer erfindungsgemäßen, mit Hand-/ oder Finger-Positionserfassungselektroden ausgestatteten Computertastatur bei welcher sich die Positionserfassungselektroden in dem Berührungsdetektionsbereich befinden;
6 eine Skizze zur Veranschaulichung der Anbindung der Elektroden an eine zugeordnete Treiber- oder Auswertungsschaltung;
7 eine Schemadarstellung zur Veranschaulichung der Elektrodenanordnung einer weiteren Variante einer erfindungsgemäßen, mit Hand-/ oder Finger-Positionserfassungselektroden ausgestatteten Computertastatur;
8 eine Schaltungsskizze zur Veranschaulichung einer ersten Variante der Berührungserfassung bei der Elektrodengestaltung nach 7;
9 eine Schaltungsskizze zur Veranschaulichung einer zweiten Variante zur Berührungserfassung bei der Elektrodengestaltung nach 7;
10 eine Schemadarstellung zur Veranschaulichung einer weiteren Variante der Ankoppelung der Elektroden an die zugeordnete Treiber- oder Auswertungsschaltung;
11 eine Schemadarstellung zur Veranschaulichung der Elektrodenanordnung einer weiteren Variante einer erfindungsgemäßen, mit Hand-/ oder Finger-Positionserfassungselektroden ausgestatteten Computertastatur;
12 eine Schemadarstellung zur Platzierung der Umschaltbereiche zwischen Tastatur und Mouse Moden;
13 eine Schemadarstellung zur Veranschaulichung der Benutzung der Umschaltbereiche.
14 eine Schemadarstellung einer sogenannten Virtuellen Tastatur, bei der die Tasten elektrisch funktionslos oder überhaupt nicht mehr physisch vorhanden sind und nur über Gesten und Berührung betätigt werden.
1 zeigt einen Notebook Computer mit einer Flachdisplayeinrichtung und einer Tastatureinrichtung. Im Bereich der Tatstatureinrichtung ist eine Elektrodeneinrichtung vorgesehen, zur Erfassung der Position des Fingers eines Anwenders gegenüber der Tastatureinrichtung ohne dass hierbei die Tastatur berührt wird. Der Nootebook Computer ist derart konfiguriert, dass der Ablauf eines in Verbindung mit diesem genutzten Anwendungsprogrammes über die Bewegung eines Fingers des Anwenders gegenüber der Tatstatur koordinierbar ist.
Die Elektrodeneinrichtung umfasst mehrere im Bereich der Tastatur vorgesehene Elektrodenabschnitte ELP, ELB die an eine Sensorschaltung angebunden sind, wobei über jene Sensorschaltung Messsignale erfasst und verarbeitet werden, wobei jene Messsignale durch die Wirkung des Fingers des Anwenders auf die feldelektrischen Eigenschaften der Umgebung der jeweiligen Elektrodenabschnitte ELP, ELB beeinflusst sind.
Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist im Bereich der Flachdisplayeinrichtung optional ebenfalls eine Elektrodeneinrichtung vorgesehen, zur Erfassung der Position eines Fingers des Anwenders in einem der Flachdisplayeinrichtung vorgelagerten Bereich.
Im Bereich der Tatstatur ist ein Berührungssensorsystem ausgebildet, zur Detektion eines als Berührung der Tastatur, oder des Umgebungsbereichs derselben indikativen Signales. Im Bereich der Flachdisplayeinrichtung ist optional ebenfalls ein Berührungssensorsystem ausgebildet, zur Detektion eines als Berührung der Flachdisplayeinrichtung indikativen Signales.
Durch das erfindungsgemäße, in den portablen Computer integrierte Elektrodensystem wird es möglich, Fingerbewegungen und Annäherungszustände der linken und rechten Hand berührungslos zu erfassen und mit diesen Erfassungsergebnissen den Ablauf eines Anwenderprogrammes zu steuern.
In 2a ist eine herkömmliche Computertastatur dargestellt über welche in an sich bekannter Weise Eingaben in einen entsprechenden Rechner bewerkstelligt werden können. Derartige Tastaturen werden überwiegend in Verbindung mit einer Computermaus eingesetzt. Durch diese Computermaus wird es möglich eine mit der Bewegung der Maus korrelierende Cursorbewegung vorzunehmen.
Dieser Ansatz hat sich bewährt, er hat jedoch den Nachteil, dass der Nutzer bei der Bedienung eines Rechners seine Hand von der Tastatur auf die Maus umschwenken muss (2a). Bei Anwendungen wie Texteditor oder Tabelleneditor, bei welchen überwiegend Eingaben über die Tastatur vorgenommen werden und gleichzeitig Formatierungen mit der Maus erforderlich sind, ist dieser Weg nicht bequem. Außerdem sind zwei Geräte für die Bedienung nötig
In 2b ist ein Notebook dargestellt, das eine integrierte Tastatur und ein Touchpad umfasst. Über das Touchpad wird es möglich Cursorbewegungen zu veranlassen die mit der Bewegung des Fingers eines Anwender auf dem Touchpad korrelieren. Diese Lösung ist besonders in Notebooks im Einsatzt, da keine zusätzlichen Geräte herumgetragen werden müssen. Nachteile dieser Alternative sind kleine aktive Oberfläche (für manche Aufgaben ist die Bedienung zu feinfühlig) und außerden ist Platz auf der Oberfläche des Rechners nötig
In 3 ist stark vereinfacht eine erfindungsgemäß gestaltete Tastatur T dargestellt, die mehrere Tasten K umfasst. Diese Tastatur ist in einem unter der Gehäuseoberfläche liegenden Bereich mit nachfolgend als Gestik-Elektroden bezeichneten Elektroden (von Strichlinien eingefasst) ausgestattet.
Diese Elektroden sind:

(a) die Positionserfassungselektroden EL_P am Rand der Tastatur T und
(b) die Berührungserfassungselektrode EL_B unter den Tasten K.

Zwecks Einfachheit der Darstellung sind alle Elektroden geschlossen dargestellt. Allerdings, können sie als Gitter, Netz oder ähnliche, lokal durchbrochene Struktur ausgeführt sein, um z. B. nötigen Raum für die Tastendurchbrüche zu verschaffen. So kann die Berührungserfassungselektrode EL_B als Gitter im Freiraum zwischen den Tasten ausgeführt sein. Auch in den weiteren Darstellungen ist diese zeichnerische Vereinfachung gemacht.
Die Anzahl der Positionserfassungselektroden EL_P kann variieren, wenn sie größer ist (z. B. 8, wie in 3 dargestellt), können die Bewegungen von beiden Händen registriert werden.
Aufgrund der verwendeten Technologie, d. h. der Detektion der Position eines Fingers anhand dessen Einwirkung auf quasistatische elektrische Felder ist es vorteilhaft, dass die Tasten K eine möglichst flache Form haben, wie z. B. die Tasten von Notebooktastaturen.
Die Handposition über dem Erfassungsbereich kann direkt in die Bildschirm-Koordinaten übersetzt werden, Beispiel: rechter unterer Bereich der Tastatur entspricht dem rechten unteren Bereich am Bildschirm. Alternativ kann die Auslenkung der Hand aus der Mitte des Erfassungsbereiches als die Richtung und die Geschwindigkeit der Mousezeigerbewegung auf dem Bildschirm steuern, Beispiel: Hand über der Mitte der Tastatur verursacht keine Bewegung des Cursors, Hand über rechten unteren Bereich der Tastatur bewegt den Cursor nach unten rechts mit maximaler (vorgegebener) Geschwindigkeit.
Einen zusätzlichen Vorteil bringt die Erfindung dann, wenn die Tastatur, z. B. bei Nootebooks aus Platzgründen nicht groß gemacht werden kann. Bei derartigen portablen Geräten, wird allgemein auf einige Tasten verzichtet und einige Tasten werden mit mehreren Funktionen belegt.
Dafür bietet die Erfindung eine Verbesserung, zum einem dadurch, dass der bislang vom Touchpad beanspruchte Raum für die Tastatur eingesetzt werden kann. Außerdem ist es möglich, ausgehend von der kleinen „Basistastatur” (4) die Funktionalität der vollen Tastatur nachzubilden.
Das erfindungsgemäße Konzept und einige Beispiele:

(a) der Nutzer bewegt seine rechte Hand über den rechten Rand der „Basistastatur” von rechts außen in Richtung Mitte der Tastatur und „holt” damit den Ziffernblock „auf die Oberfläche” der Tastatur; der virtuelle Ziffernblock erscheint („fährt ein” von rechts) auf dem Bildschirm. Weitere Bewegungen der rechten Hand des Nutzers bewegen den Cursor oder alternativ den „Fokus” auf dem virtuellen Ziffernblock. Leichtes Antippen der Tastatur (ohne Betätigen der Tasten – nur Berührung der Oberfläche) kann von der Elektronik und der Software als „Tippen” auf dem virtuellen Ziffernblock interpretiert werden.
(b) Der Ziffernblock für die Linkshänder kann von links kommen und erlaubt die Abwicklung entsprechender Eingaben über die linke Hand.
(c) Die Funktionstasten können „von oben geholt” werden.

Die Erfindung ermöglicht auch eine komplett gestengesteuerte Bedienung.
Ein wichtiger Punkt ist, dass die Erfindung in Verbindung mit bestehenden Softwareanwendungen eingesetzt werden kann und durch den Einsatz der Erfindung der Anwender der bisherigen Standardbedienung in Richtung Gestenbedienung leichter übergehen kann.
Die Erfindung bringt auch die zusätzlichen Möglichkeiten der Gestensteuerung von bestehenden Systembefehlen, wie z. B. eine Handbewegung von oben nach unten über der Tastatur minimiert alle Fenster auf dem Bildschirm; die Handbewegung von rechts nach links über der kompletten Tastatur bedeutet „Computer ausschalten”.
Durch das erfindungsgemäße Konzept wird es auch möglich, das Vorhandensein einer Hand oder beider Hände des Nutzers auf der Tastatur oder ggf. zumindest in der Nähe derselben festzustellen, selbst wenn keine Tasten gedrückt werden. Diese Information kann für Prozesse des Betriebssystems von Interesse sein. Insbesondere bei drahtlos angeschlossenen Tastaturen kann hierbei temporär ein Sleep-Modus eingenommen werden in welchem besondere Energiesparfunktionen bestehen.
In 4 ist eine weitere Variante einer Computertastatur – ohne Nummernblock – dargestellt, welche ähnlich wie die Tastatur nach 3 randnah angeordnete Positionserfassungselektroden aufweist.
5 zeigt eine Elektrodenanordnung mit Elektroden die in 2 Schichten von beiden Seiten auf eine isolierende Schicht aufgebracht sind (unten in der Abbildung als Schnitt dargestellt). Die Generatorelektrode GEN erstreckt sich unter allen Positionserfassungselektroden EL_P sowie auch unter der Berührungserfassungselektrode EL_B. Die Elektroden werden an die Gestik-Elektronik gemäß 6 angeschlossen.
In 7 ist eine andere mögliche Realisierung der Elektroden dargestellt. In dieser Variante ist die Generatorelektrode GEN als Rahmen unter den Positionserfassungselektroden EL_P ausgeführt. Die Berührungserfassungselektrode EL_B ist in einer einzigen Schicht ausgeführt und kann z. B. als ein Gitter zwischen der Tasten realisiert sein oder als eine leitende Folie mit den Durchbrüchen für die Tastenstäbe. Auch die komplette metallische Umhüllung der Tastatur kann als EL_B eingesetzt werden.
Eine solche Elektrodenanordnung kann in unterschiedlichen Weisen an die Gestik-Elektronik angebunden sein, wie beispielhaft in den 6, 8, 9 und 10 gezeigt ist.
Die 6 und 10 zeigen beispielhaft, wie die Berührungserfassungselektrode an einen der Eingänge der Gestik Elektronik angeschlossen werden kann. Dieser Eingang muss nicht speziell für diesen Zweck ausgelegt sein. In 10 ist die Anschlussmöglichkeit mittels eines Koppelkondensators CK an die „Standard” Gestik-Elektronik dargestellt.
8 und 9 zeigen hierbei jeweils eine Variante mit der Vermessung der kapazitiven Last an der Generatorelektrode. Diese Last C kann z. B. durch Messung den Spannungsabfall an einer Anschlussimpedanz Z erfolgen, die zwischen den Generator G und der Generatorelektrode EL_B angeschlossen ist (schematisch als Signal S). Diese Methode der Erfassung der Berührung kann dadurch vorteilhaft sein, da diese in bestimmten Anwendungen mit einem geringeren Aufwand an Elektroden umsetzbar ist. In 11 ist eine Elektrodenkonfiguration dargestellt, in der alle Positionserfassungselektroden EL_P als kleinere Einheiten („Tabletten”) zusammen mit den Generatorelektroden GEN ausgeführt sind.
Alternativ kann eine Unterscheidung zwischen der Benutzung der Tastatur und Bewegungserfassung (Mouse-Funktion) folgenderweise erfolgen: Es werden „Umschaltbereiche” auf der Tastatur definiert, anfassen von welchen ausgehend das Gerät in das Mouse-Modus umschaltet wird (oder umgekehrt). Diese Umschaltbereiche (Beispiel in 12 EB1 und EB2) können am besten über den vorhandenen Elektroden definiert sein. Ihre Definition kann für die linke Hand für die rechte Hand oder für beide Hände gültig sein.
Die Funktion der Erfindung ist dann wie folgt:

(a) der Nutzer arbeitet auf der Tastatur. Solange er keine der Umschaltbereiche berührt, werden keine Gestendaten ausgewertet.
(b) Der Nutzer stellt seine linke Hand so, dass er ein oder zwei der Umschaltbereiche mit seinen Fingern berührt (13). In diesen Moment werden die Bewegungen seiner rechten Hand als Mousebewegungen interpretiert, die Clicks der Mouse werden mit dem Antippen eines oder anderen Umschaltbereiche ausgeführt. Für diesen Fall wird keine Berührungserfassungselektrode benötigt, an ihrer stelle kann die Generatorelektrode eingesetzt sein, wie dies in 12 als EL_B/GEN markiert ist.

Vergleichbare Funktionalitäten können auch mit anderen Handzuweisungen erfolgen.
Eine noch weitere Ausführung der Erfindung hinsichtlich der Erfassung von Clicks im Mousemodus besteht darin, dass sobald das Eingabegerät in dieses Modus versetzt ist, jede Tastenbetätigung an der Tastatur als ein Mouseclick interpretiert wird.
Die Funktion der Erfindung ist dann wie folgt:

(a) der Nutzer arbeitet auf der Tastatur. Solange das Mousemodus nicht aktiviert ist, werden keine Gestendaten ausgewertet.
(b) Der Nutzer aktiviert das Mousemodus des Eigabegeräts in eine der vorher beschriebenen Weise. Ab diesen Moment werden die Bewegungen seiner Hand als Mousebewegungen interpretiert, die Clicks der Mouse werden mit der Betätigung einer beliebigen Tastaturtaste ausgeführt, die sich gerade unter seinem Finger oder Hand befindet. Für diesen Fall wird keine Berührungserfassungselektrode benötigt, an ihrer stelle kann die Generatorelektrode eingesetzt sein, wie dies in 12 als EL_B/GEN markiert ist.

Eine weitere Einsatzmöglichkeit der Erfindung ist in 14 dargestellt. Hier ist ein Gerät VT gezeigt, das keine Tasten hat und tendenziell wie ein vergrößertes Mousepad aussieht. Dieses Gerät fungiert als Tastatur und Zeigegerät, das bei der Bedienung eines Rechners eingesetzt wird. Für die Arbeit an der Tastatur wird eine Virtuelle Tastatur auf dem Bildschirm eingeblendet (ähnlich dem zuvor beschriebenen Ziffernblock). Sie kann elektrisch funktionslose Tasten zur Erzeugung eines haptischen Feedbacks umfassen. Die Tasten können aber auch ganz entfallen und optional zur Orientierung auf der Fläche aufgedruckt sein. Die Tastatur kann als Orientierungshilfe halbdurchsichtig über anderen Anwendungen auf dem Bildschirm erscheinen oder in einem (dedizierten) Teilbereich des Bildschirms dargestellt sein; die Cursorsteuerung erfolgt durch Gesten wie oben beschrieben. Dieses Feld kann mit einer leicht nachgiebigen Beschichtung versehen sein. Die endgültige Auswahl oder Betätigung einer Taste erfolgt dann erst bei Überschreiten eines bestimmten Anpressdruckes, oder aber eines bestimmten Dynamikprofils.
Bei den oben beschriebenen Geometrien der Elektroden handelt es sich um Beispielausführungen. Auch andere Geometrien sind möglich, die sich insbesondere in der Form und ihren relativen Positionen der Elektroden von diesen abweichen können.

Claims

Eingabegerät mit: – einem Tastenfeld das eine Vielzahl manuell betätigbarer Tasten umfasst, wobei: – in dieses Eingabegerät eine Elektrodenanordnung eingebunden ist, und – wobei diese Elektrodenanordnung derart ausgelegt und an eine Treiberschaltung angebunden ist, dass – über diese Elektrodenanordnung die Erfassung der Position eines Fingers oder einer Hand in einem dem Eingabegerät vorgelagerten Bereich auf feldelektrischem Wege ermöglicht ist, und – über die Treiberschaltung Systemsignale bereitgestellt werden die einen Informationsinhalt haben, der mit Position und/oder der Bewegung des Fingers eines das Eingabegerät gebrauchenden Anwenders korreliert, ohne dieser das Eingabegerät berühren muss.
Eingabegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenanordnung eine Gruppe von Elektroden umfasst.
Eingabegerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gruppe von Elektroden eine Elektrodenuntergruppe umfasst die der Erfassung positionsindikativer Signale dienen.
Eingabegerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodengruppe eine der Berührungsdetektion dienende Hauptelektrode umfasst.
Eingabegerät nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine senkrechte Projektion des durch die Positionserfassungselektroden definierten Observationsbereiches in die Ebene des Eingabegeräts sich in einem Berührungsdetektionsbereich erstreckt.
Eingabegerät nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenanordnung und die zugeordnete Treiberschaltung derart gestaltet ist, dass durch diese ein als ein Mouseclick des Eingabegeräts zu bewertender Zustand detektierbar ist und entsprechende Systemsignale generiert werden.
Eingabegerät nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenanordnung mehrere im Randbereich des Tastenfeldes angeordnete Elektroden umfasst, und dass diese im Randbereich angeordneten Elektroden zur Generierung der Signale herangezogen werden, die indikativ sind für die Position mindestens eines Fingers oder einer Hand.
Eingabegerät nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die seitens der Treiberschaltung generierten Systemsignale für die Abwicklung einer gestenbasierten Steuerung herangezogen werden.
Eingabegerät nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden derart gruppiert ausgebildet und angeordnet sind, dass eine primär zur Erfassung von Hand- oder Fingerbewegungen der rechten Arbeitshand vorgesehene Elektrodenuntergruppe und eine primär zur Erfassung von Hand- oder Fingerbewegungen der linken Arbeitshand vorgesehene Elektrodenuntergruppe vorgesehen ist.
Eingabegerät nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein zum Abschluss einer Geste indikatives Abschlussignal durch Berührung einer Komponente der Tastatur generiert wird.
Eingabegerät nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abschlusssignal für eine durch eine Hand koordinerte Geste durch eine mit der anderen Hand vorgenommene Berührung einer Tastaturkomponente generiert wird.
Eingabegerät nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Tasten elektrisch funktionslos sind oder ganz entfallen.
Computertastatur nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in die Tastatur ein Lagesensor eingebunden ist, und dass die Raumachsenzuordnung der von dem feldelektrischen Fingererfassungssystem erhobenen Systemsignale unter Berücksichtigung der durch den Lagesensor detektierten räumlichen Ausrichtung der Tastatur erfolgt.
Stationärer oder mobiler Computer mit einer Displayeinrichtung und einer Tastatureinrichtung, wobei im Bereich der Tatstatureinrichtung eine Elektrodeneinrichtung vorgesehen ist, zur Erfassung der Position des Fingers eines Anwenders gegenüber der Tastatureinrichtung ohne dass hierbei die Tastatur berührt wird, und wobei der Computer derart konfiguriert ist, dass der Ablauf eines in Verbindung mit diesem genutzten Anwendungsprogrammes über die Bewegung eines Fingers oder der Hand des Anwenders gegenüber der Tatstatur koordinierbar ist.
Computer nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodeneinrichtung mehrere im Bereich der Tastatur vorgesehene Elektrodenabschnitte umfasst die an eine Sensorschaltung angebunden sind, wobei über jene Sensorschaltung Messsignale erfasst und verarbeitet werden, wobei jene Messsignale durch die Wirkung des Fingers oder der Hand des Anwenders auf die feldelektrischen Eigenschaften der Umgebung der jeweiligen Elektrodenabschnitte beeinflusst sind.
Computer nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Displayeinrichtung ebenfalls eine Elektrodeneinrichtung vorgesehen ist, zur Erfassung der Position eines Fingers des Anwenders in einem der Displayeinrichtung vorgelagerten Bereich.
Computer nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Tatstatur ein Berührungssensorsystem ausgebildet ist, zur Detektion eines als Berührung der Tastatur, oder einer physischen Struktur des Umgebungsbereichs derselben indikativen Signales.
Computer nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Displayeinrichtung ein Berührungssensorsystem ausgebildet ist, zur Detektion eines als Berührung der Displayeinrichtung indikativen Signales.