DE202006019926U1

DE202006019926U1 - Kapazitive Tastatur mit nichtverriegelnder reduzierter Tastungsmehrdeutigkeit

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Publication number: DE202006019926U1
Application number: DE202006019926U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Atmel Corp
Priority date: 2005-12-21
Filing date: 2006-06-20
Publication date: 2007-08-02
Anticipated expiration: 2016-06-21
Also published as: CN101390290B; ATE462228T1; KR20080081330A; TWI415389B; TW200726080A; EP1964265A1; JP2009521035A; WO2007071892A1; US20110018744A1; EP1964265B1; US8102286B2; DE602006013189D1; US9024790B2; US20120105260A1; US20060192690A1; CN101390290A; US7821425B2

Abstract

Vorrichtung zum Liefern eines eindeutigen Tastenausganges von einer betriebenen Tastatur, die eine Vielzahl von Tasten umfasst, wenn ein Benutzer in der Nähe von zwei oder mehreren Tasten ist, wobei die Vorrichtung umfasst:
einen jeweiligen Sensor, der eindeutig einer jeden der zwei oder mehreren Tasten zugeordnet ist, wobei jeder der Sensoren verbunden ist, um ein jeweiliges Ausgangssignal, das charakteristisch für die Kopplung des Benutzers mit dem Sensor ist, an eine Steuereinheit zu liefern;
die Steuereinheit, die betriebsfähig ist, alle der ihr gelieferten zwei oder mehreren Ausgangssignale iterativ mit jeweiligen Schwellenwerten und untereinander zu vergleichen, als die Taste zum Liefern des eindeutigen Tastenausganges anfänglich diejenige von den zwei oder mehreren Tasten auszuwählen, die ein Maximalwert unter all den Signalausgängen hat, die ihre jeweiligen Schwellen überschreiten, und, in nachfolgenden Iterationen, den iterierten Vergleich zugunsten der zuvor ausgewählten Taste vorzuspannen, indem einer anderen Taste gestattet wird, die zuvor ausgewählte Taste nur dann...

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung einer Anordnung (Array) von nicht-bistabilen Tasten wie zum Beispiel kapazitive Positionssensoren und genauer zur Verhinderung versehentlicher falscher Eingaben von Tasten, die benachbart zu einer ausgewählten Taste in einer kapazitiven Tastatur sind.
Anordnungen von kapazitiven Näherungssensoren werden oftmals in Tastaturen, Kleintastaturen und anderem Berührungseingabegerät verwendet. Zwei Charakteristiken kapazitiver Sensoren, die zu ihrer Verwendung anstatt konventioneller metallischer Schalter führen, sind: 1) Kapazitive Sensoren können in kleinen Größen hergestellt werden, was wünschenswert ist, wenn eine kleine, dicht gepackte Tastatur benötigt wird; und 2) kapazitive Sensoren sind besonders leicht umweltverträglich abzudichten, was wünschenswert ist, wenn die Tastatur in einer nassen Umgebung verwendet wird, oder wo eine Besorgnis besteht, dass Verunreinigungen auf die Tastatur verschüttet werden können.
Konventionelle kapazitive Sensoren erfahren, wenn sie dicht gepackt oder in der Gegenwart von leitfähigen flüssigen Filmen verwendet werden, ein Tastungs- bzw. Eingabemehrdeutigkeitsproblem. Zum Beispiel ist es wahrscheinlich, dass der Finger eines Benutzers in einer kleinen Tastatur von einer gewünschten Taste auf benachbarte Tasten überlappt. Dies ist besonders problematisch, wenn der Benutzer große Finger hat, oder wenn er oder sie hart genug auf die Tastaturoberfläche drückt, um seine oder ihre Finger zu deformieren. Die gleiche Art von Effekt wird gefunden, wenn ein leitfähiger Film auf eine Tastatur geschüttet wird, in welchem Fall der Finger des Benutzers wahrgenommen wird, obwohl es sich um die Größe der Pfütze handelt. Probleme dieser Art sind besonders in Tastaturen von Registrierkassen akut, die in Einrichtungen von Nahrungsdienstleistungen verwendet werden, wo Überschüttungen von Getränken und Essensaucen häufig vorkommen.
In dem US Patent 5,730,165 ist ein kapazitiver Feldsensor beschrieben, der eine einzelne koppelnde Platte verwendet, und ein Verfahren zum Nachweisen einer Kapazitätsänderung der koppelnden Platte, Cx, gegen Erde. Die in US 5,730,165 beschriebene Vorrichtung umfasst Pulsschaltungen zum Laden der koppelnden Platte und für ein nachfolgendes Transferieren der Ladung von der Platte in den Ladungsdetektor, welcher ein Abtastungskondensator Cs sein kann. Die Transferoperation wird mittels eines Transferschalters, der elektrisch zwischen der koppelnden Platte und dem Ladungsdetektor geschaltet ist, durchgeführt. Die Offenbarung der US 5,730,165 wird durch Bezugnahme in diese Schrift aufgenommen.
In dem US Patent 6,466,036 ist eine Pulsschaltung zur Messung der Kapazität gegen Erde beschrieben, wobei die Schaltung eine Vielzahl von elektrischen Schaltelementen umfasst, bei welchen jeweils eine Seite elektrisch mit entweder einer Leistungsversorgungsspannung oder mit einem Erdpunkt des Schaltkreises verbunden ist. Diese Schaltungsanordnung, welche für eine Tastatur als auch für viele andere Anwendungen verwendet werden kann, ist kompatibler mit verfügbarem integrierten Schaltkreisdesign und Herstellungspraktiken als die frühere Technik der Pulsschaltungen, bei welchem üblicherweise eine Seite wenigstens eines Schaltelementes schwebend war. Diese verbesserten Anordnungen liefern dadurch überlegene Leistung bei einem niedrigeren Herstellungspreis. Die Offenbarung des US Patentes 6,466,036 wird durch Bezugnahme in diese Schrift aufgenommen.
In dem US Patent 6,993,607 ist ein iteratives Verfahren beschrieben, das wiederholend eine erfasste Signalstärke misst, die jeder Taste zugeordnet wird, alle die gemessenen Signalstärken vergleicht, um ein Maximum zu finden, bestimmt, dass die Taste mit der maximalen Signalstärke die einzige benut zerausgewählte Taste ist und dann Signale von allen anderen Tasten unterdrückt oder ignoriert, solange das Signal der ausgewählten Taste über irgendeinem nominellen Schwellenwert verbleibt. Die Offenbarung des US Patentes 6,993,607 wird durch Bezugnahme in diese Schrift aufgenommen.
Ein Aspekt der Erfindung ist, dass sie eine Vorrichtung zur iterativen Beseitigung von Tastungsmehrdeutigkeit schafft. Die Vorrichtung ist insbesondere dazu ausgelegt, die Beseitigung von Tastungsmehrdeutigkeit durch Messung einer jeder Taste einer Anordnung zugeordneten nachgewiesenen Signalstärke, durch Vergleich der gemessenen Signalstärken, um ein Maximum zu finden, durch Bestimmung, dass die Taste mit der maximalen Signalstärke die einzige benutzergewählte erste Taste ist, und durch Beibehaltung dieser Auswahl bis entweder die Signalstärke der ersten Taste unter irgendeinen Schwellenwert fällt oder eine Signalstärke einer zweiten Taste die Signalstärke der ersten Taste übertrifft, zu liefern. wenn irgendeine Taste ausgewählt ist, kann ihr Signalstärkewert relativ zu all den anderen Tasten erhöht werden, um alle anderen Tasten abzuwählen. In diesem Aspekt kann die betrachtete Anordnung eine Tastatur oder jede geeignete Untermenge davon sein.
Eine spezielle bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist eine Anordnung kapazitiver Tasten, in welcher jede Taste einen ihr zugeordneten jeweiligen Nachweisintegratorzähler (DI) hat. Jeder DI ist ein getakteter Zähler, der um einen Inkrementwert bei jedem kapazitiven Beschaffungszyklus, während welchem eine Signalstärke der zugeordneten Taste oberhalb irgendeines nominellen Schwellenwerts ist, aufwärts zählt, und der auf Null abwärts zählt, wenn die Signalstärke weniger als der nominelle Wert ist. Eine Steuereinheit empfängt einen jeweiligen Eingang von jedem DI und bestimmt, dass eine der Tasten ausgewählt ist, zum Beispiel gewinnt, wenn der Nachweisintegrations-(DI)Zählwert, der mit dieser Taste verbunden ist, einen jeweiligen ausgewählten Endzählwert TC erreicht. Die inkrementelle Größe, die zum Abwärtszählen benutzt wird, kann dieselbe wie die zum Aufwärtszählen sein, z.B. 1, oder sie kann unterschiedlich sein, z.B. 2, um vorzugsweise den Abwärtszähl-„Verlierprozess" über den Gewinnprozess zu beschleunigen, um eine bessere Unterdrückung des Rauschens zu erleichtern. Die Abwärtszählrate jedes der DI-Zähler kann auch der komplette Wert sein, d.h. der DI kann in einem Zyklus gelöscht werden. Wenn zwei oder mehr Tasten Signalstärken oberhalb ihrer nominellen Schwellen haben, wird in dieser Ausführungsform der DI derjenigen Taste mit der niedrigeren Signalstärke in jedem Zyklus, während diese Bedingung existiert, verringert oder gelöscht. Wenn irgend zwei oder mehrere Tasten gleiche und maximale Signalstärken haben, werden die DIs dieser Tasten weiter inkrementiert, bis die erste, die ihren TC erreicht, „gewinnt" und als die einzige benutzerausgewählte Taste gesetzt wird.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung kann der DI einer in einem ersten Moment ausgewählten Taste verringert (inkrementiert) oder gelöscht werden und diese Taste abgewählt werden, auch wenn die Signalstärke dieser Taste oberhalb des Schwellenwertes ist und ihr DI ihrem zugeordneten TC-Wert gleicht, wenn eine zweite Taste in einem späteren Augenblick aufgrund ihrer Signalstärke ausgewählt wird, die größer als die Signalstärke der ersten Taste ist, während sie auch oberhalb ihres eigenen Schwellenwertes ist und ihr zugeordneter DI gleich ihrem zugeordneten TC ist. Wenn es mehrere Tasten mit Signalstärken über ihren zugeordneten Schwellenwerten gibt, werden ihre zugeordneten DIs in Konkurrenz aufwärts und abwärts zählen, bis der DI einer Taste schließlich ihrem TC gleicht und über alle Anderen, einschließlich über die vorher ausgewählte Taste, gewinnt.
Aus den obigen Diskussionen ergibt sich, dass das Prinzip ein Signal zu haben, das größer als ein Anderes ist, für erklärende Zwecke etwas vereinfacht wurde. Um Unschlüssigkeiten zu vermeiden und um eine Oszillation zwischen zwei oder mehreren Tasten, die mehr oder weniger dieselben Signalstärken haben, auszuschließen, kann der gewinnenden Taste vorzugsweise ein kleiner Vorteil in den nachfolgenden Wiederholungen des Entscheidungsprozesses gegeben werden. Dies kann zum Beispiel gemacht werden, indem für ein nicht-ausgewähltes Tastensignal gefordert wird, dass es das gegenwärtig ausgewählte Tastensignal um einen kleinen Betrag überschreitet. Dies kann durch Subtraktion eines kleinen Betrags von den Signalen der nicht-ausgewählten Tasten oder durch Addition eines kleinen Betrages auf das ausgewählte Tastensignal herbeigeführt werden.
Ein Vorteil dieses Verfahrens über jene, die in dem US-Patent 6,993,607 offenbart sind, ist, dass das hierin veröffentlichte Verfahren die weiche, überlappende Eingabe der Tastenauswahl erlaubt, wenn ein Finger von einer Taste zur nächsten gleitet, während die Tastungsmehrdeutigkeit weiter reduziert wird. Im vorgenannten Patent bleibt die erste zu gewinnende Taste ausgewählt auch wenn die maximale Signalstärke sich auf eine neue Taste verlagert hat, vorausgesetzt, dass die erste Taste genügend Signalstärke hat, um ihren Zustand beizubehalten, das heißt eine Signalstärke hat, die höher als ihr zugeordneter Schwellenwert ist. Deswegen kann die vorliegende Erfindung als nicht-verriegelnde Tastungsmehrdeutigkeitsreduktion bzw. Eingabemehrdeutigkeitsverminderung bezeichnet werden.
Wenn die Signalstärken von zwei Tasten, die sich einem Nachweisschwellenwert nähern und die beide in einer definierten Nachbarschaft auf der Tastatur sind, beide den Schwellenwert überschreiten und ihre Signalstärken zur gleichen Zeit (oder innerhalb eines ausgewählten Toleranzwertes) zueinander gleich sind, kann gemäß noch einem anderen Aspekt der Erfindung ein Algorithmus, der durch eine Steuereinheit ausgeführt wird, verwendet werden, um eine der Tasten als aktiv und die andere als inaktiv zu vereinbaren. Es ist zu erkennen, dass eine große Vielzahl von Algorithmen möglich ist, die eine zufällige oder pseudo-zufällige Auswahl der aktiven Taste oder eine auf der zuerst abgetasteten Taste basierende Aktivitäts feststellung einschließen, wobei sie aber nicht darauf begrenzt sind.
Das Prinzip ist auch im minimalen Fall anwendbar, in welchem der Endzählwert (TC) des DI gleich eins gewählt ist. Dies ist funktionell das Gleiche, als ob es keine DI gäbe, sondern nur eine einfache Signalvergleichsfunktion, der ein hemmendes Logikgatter folgt. Die Eingänge des hemmenden Gatters beinhalten hier auch die logischen Vergleiche der Signalstärken zwischen den Tasten einer Nachbarschaft, um nachfolgende Vergleiche zu verdrehen, um die schon ausgewählte Taste über konkurrierende Tasten mit entsprechenden Ausgangssignalen, die über jeweiligen Schwellenwerten liegen, zu bevorzugen.
Fachleute im Bereich der Tastaturtechnik verstehen, dass die oben erwähnten Nachbarschaften auf eine große Vielzahl von Weisen definiert werden können. In einigen Fällen kann eine Nachbarschaft einer gegebenen Taste aus all den Tasten unmittelbar angrenzend an die gegebene Taste bestehen oder sie kann all die Tasten mit nicht mehr als einer Taste zwischen ihnen und der gegebenen Taste umfassen. In anderen Fällen kann die Nachbarschaft alle Tasten einer Matrixanordnung umfassen, zum Beispiel diejenige in einer Tastatur für die Verwendung in einer numerischen Dateneingangsanwendung, in welcher zu einem Zeitpunkt nur eine Taste aktiv ist, so dass die Sequenz der Eingangsdigits eindeutig bestimmt ist. In anderen Fällen, wie zum Beispiel in einer Tipp- oder Computereingabetastatur, kann die Nachbarschaft einer Taste alle anderen Tasten in der Tastatur, ausgenommen spezielle Funktionstasten, wie zum Beispiel die Großschrift-Umschalttaste, eine Steuerungstaste und Ähnliches, umfassen. Ferner stellen einige Ausführungsformen der Erfindung eine Tastatur bereit, die durch einen Benutzer konfigurierbar ist, der eine Steuereinheit programmiert, um selektiv verschiedene Tasten in einer Anordnung zu betrachten oder zu ignorieren. In einigen Fällen könnte es zwei Nachbarschaften geben, wobei jede zu Auflö sungszwecken der Tastungsmehrdeutigkeit unabhängig von der anderen anspricht.
Obwohl angenommen wird, dass die vorangegangene ziemlich breite Übersichtsbeschreibung für einen Fachmann, der die Erfindung auszuführen lernen möchte, von Nutzen sein kann, versteht sich, dass die vorangegangene Schilderung nicht vorgesehen ist, um alle Eigenschaften und Vorteile aufzulisten. Fachmänner werden abschätzen können, dass sie leicht die zugrundeliegenden Ideen und die spezifischen Ausführungsformen, die in der folgenden detaillierten Beschreibung offenbart sind, als eine Basis zum Entwurf anderer Gestaltungen ausnutzen können, um die selben Zwecke der vorliegenden Erfindung auszuführen, und dass solche äquivalenten Ausführungen innerhalb des Geistes und Umfanges der Erfindung in ihrer breitesten Form sind. Außerdem wird bemerkt, dass verschiedene Ausführungsformen der Erfindung unterschiedliche Kombinationen der aufgezählten Eigenschaften und Vorteile der Erfindung liefern können, und dass weniger als alle der aufgezählten Eigenschaften und Vorteile durch einige Ausführungsformen bereitgestellt werden können.
1A bis 1C zeigen eine Anordnung von eng beabstandeten kapazitiven Tasten.
2 zeigt eine 2-D Berührungsoberfläche, wie zum Beispiel eine kapazitive Mausoberfläche oder einen kapazitiven Berührungsschirm, mit Tasten um ihn herum.
3 zeigt eine 2-D Berührungsoberfläche, wie zum Beispiel eine kapazitive Mausoberfläche oder einen kapazitiven Berührungsschirm, mit einem um ihn herum angeordneten Schutzring zur Unterdrückung einer Aktivierung des Berührungsschirmfeldes, wenn ein Finger sich gerade außerhalb des 2-D Maus- oder Schirmbereichs verirrt.
4 ist ein schematisches Blockdiagramm einer bevorzugten Vorrichtung der Erfindung.
5A ist ein Flussdiagramm, das logische Operationen zeigt, die in einem bevorzugten Verfahren der Erfindung ausgeführt werden, wenn Taste 1 anfänglich aktiv ist.
5B ist ein Flussdiagramm, das logische Operationen zeigt, die in einem bevorzugten Verfahren der Erfindung ausgeführt werden, wenn Taste 1 anfänglich inaktiv ist.
Beim Studium dieser detaillierten Beschreibung wird der Leser durch Definitionen und Phrasen, die durchweg in diesem Dokument verwendet werden, unterstützt. Wo immer jene Definitionen bereitgestellt werden, sollte der Durchschnittsfachmann verstehen, dass solche Definitionen auf vorausgehende und folgende Verwendungen derart definierter Wörter und Phrasen in vielen, wenn nicht den meisten Gelegenheiten, anwendbar sind. Zu Beginn dieser Beschreibung sollte beachtet werden, dass die Ausdrücke „beinhalten" und „umfassen", als auch Ableitungen davon, Einbeziehung ohne Begrenzung bedeuten; der Ausdruck „oder" ist einschließend und bedeutet und/oder. Das Wort „Taste", das im Allgemeinen in dieser Offenbarung und im Speziellen in den beigefügten Ansprüchen verwendet wird, bezieht sich auf ein berührbares Teil eines mechanischen-zu-elektrischen Umformungsgeräts, das in seiner Natur nicht-bistabil ist. Besonders schließt dieser Ausdruck konventionelle mechanische Schalter aus, in welchen zwei oder mehrere elektrische Leiter hin zu einem oder weg von einem gegenseitigen Kontakt bewegt werden, um eine elektrische Verbindung herzustellen oder zu unterbrechen. Die Ausdrücke „Tastatur", „Kleintastatur" oder ähnliches beziehen sich alle auf Anordnungen von Tasten zur Dateneingabe ohne Begrenzung der Größe oder Konfiguration der Anordnung. Eine „Taste" kann auch eine dimensionale Erfassungsoberfläche wie zum Beispiel ein XY Berührungsschirm oder ein „Verfolgungsfeld (Trackpad)" oder eine Erfassungszone sein, die nicht für normale menschliche Da teneingaben vorgesehen sind, wie zum Beispiel ein Objekt- oder ein Körperteilsensor. „Berühren" kann entweder menschlichen oder mechanischen Kontakt oder die Nähe zu einer Taste bedeuten. „Benutzer" kann entweder menschliches oder mechanisches Objekt bedeuten. Ein „Finger" kann unter anderem ein menschlicher Finger, ein mechanischer Finger oder ein Stift sein.
Kapazitive Sensoren liefern im Gegensatz zu bistabilen elektromechanischen Tasten, welche entweder offen oder geschlossen sind, ein Signal, das mit dem Grad der Berührung oder dem Ausmaß der Kopplung zwischen dem Finger eines Benutzers und einem Erfassungselement einer Tastatur variiert. Andere nicht-bistabile Berührungssensoren, wie zum Beispiel eine Anordnung piezoelektrischer Sensoren, in welchen der Ausgang eines gegebenen Sensors mit der ansteigenden Aktivierungskraft anwächst, teilen viele der Eigenschaften von kapazitiven Tasten. Daher sollte vieles der nachfolgenden Offenbarung als relevant für nicht-kapazitive Tasten verstanden werden, die auch ein Ausgangssignal liefern, das auf einen Grad der Kopplung zwischen der Taste und dem Finger eines Benutzers, Stift oder anderem tastenaktivierenden oder zeigenden Hilfsmittel, das der Taste genähert wird, reagiert.
Mit Blick auf 1A findet man eine Anordnung von „N" eng beabstandeten kapazitiven Tasten in einem Tastaturfeld 11, welches einen Nutzen aus der Erfindung ziehen würde. Sobald man solch kleine Tastaturfelder verwendet, ist es unvermeidlich, dass ein Finger viel mehr als die beabsichtigte Taste umgeben wird. Ein Finger, der eine prinzipiell gewünschte Tastenelektrode 1 berührt, könnte leicht eine Umrisslinie 3 eines „Fingerabdrucks", wie mit den gestrichelten Linien gezeigt, erzeugen, wobei der Fingerabdruck eine Schwerpunktslage A besitzt. Dieser Fingerabdruck umgibt auch andere Tasten als die beabsichtigte Taste. Die Quantität des sich überschneidenden Oberflächengebietes zwischen der gestrichelten Linie und jeder Tastenfläche ist eine sinnvolle Darstellung der Höhe des Signalpegelwechsels, die jede überschnittene Taste wegen der Berührung empfangen wird, obwohl sogar auch unberührte Tasten ein Anwachsen des Signals wegen der bloßen Nähe eines Fingers und wegen Randfeldeffekten innerhalb des Berührungsfeldes sehen werden.
In diesem Fall besteht der Wunsch darin, die einzige Taste, die durch den Benutzer beabsichtigt ist, auszuwählen, während Ausgänge von benachbarten Tasten, die durch den Fingerabdruck überschnitten werden, unterdrückt werden.
In dieser Erfindung der nicht-verriegelnden Tastenunterdrückung wird, wenn der Finger zu einem neuen Tastenort 4 gleitet, was durch seinen Schwerpunkt am Ort B punktiert gezeigt ist und wo die Bewegung durch einen Pfeil von A nach B dargestellt ist, diese Bewegung nicht bewirken, dass die erste Taste 1 alleine aktiv verbleibt, obwohl sie genügend Signal besitzt, um dennoch ihren Zustand beizubehalten, d.h., ihr Signal liegt trotz der Reduzierung durch die Bewegung auf eine neue Taste immer noch über ihrem Schwellenpegel. Stattdessen bewirkt die Erfindung, dass die neue, beabsichtigte Taste 2, die wegen eines höheren Grads der Überschneidung des Fingerabdrucks einen größeren Signalpegel als Taste 1 hat, die einzig aktive Taste durch Abschalten des aktiven Zustandes von Taste 1 wird.
Weiterhin beschreiben die 1B und 1C den Wechsel der Signale auf den Tasten von 1A zuerst am Ort A (1B) und dann am Ort B (1C) aufgrund der relativen Überschneidungen der Elektrodenoberflächen mit dem Fingerabdruck. Die Signalstärken sind in den Balkendiagrammen in den unteren Teilen der jeweiligen Figuren gezeigt. Damit eine Taste den Status der benutzerausgewählten Taste „gewinnt", ist es gewünscht, dass ihre Signaländerung einen Schwellenwert überschreiten muss und ihr Signal das größte sein muss. In 1B gewinnt Taste 1. In 1C gewinnt Taste 2.
Wenn das Tastenauswahlverfahren einzig durch Auslesen einer maximalen Signalstärke funktioniert, kann die Tastatur einer ungewollten schnellen Vor- und Zurückschaltung zwischen zwei Tasten mit nahezu identischen Signalstärken (z.B. Fingerabdruckgebieten) ausgesetzt sein. Diese Art von „Prellen" wird vorzugsweise durch Vorspannung oder Schrägstellen des Tastenauswahlverfahrens vermieden, um eine schon ausgewählte Taste zu favorisieren. Das heißt, der Umschaltprozess wird geringfügig erschwert, als wenn er bei direkter Gleichwertigkeit auftreten würde. Dieses Vorspannen kann auf viele Arten in nachfolgenden Entscheidungen der Tastenauswahl herbeigeführt werden. Diese Arten können äquivalent zum Addieren eines Inkrementalwertes zum Signal, das der ausgewählten Taste zugeordnet ist, sein; zum Multiplizieren der Signalstärke der ausgewählten Taste durch einen Wert größer als eins in den nachfolgenden Auswahlen sein; zum Subtrahieren eines jeweiligen Inkrementalwertes von der Signalstärke, die jeder der nicht-ausgewählten Tasten zugeordnet wird, sein; oder zum Multiplizieren der Signalstärke jeder der nicht-ausgewählten Tasten durch einen jeweiligen Wert kleiner als eins, sein.
2 zeigt eine Konfiguration einer kapazitiven Maus oder eines kapazitiven Feldes eines Berührungsschirmes 6 mit umgebenden Tasten 7. Die Prinzipien des Betriebs, die in Verbindung mit 1A-C beschrieben wurden, gelten gleichermaßen für 2, in welcher das Gebiet 6 als eine einzige Taste mit einer einzigen Signalstärke für Zwecke der Tastenunterdrückung behandelt werden kann. 2 gilt, wenn die Tasten 7 sehr nahe zur Zeigefläche 6 sind und Fingerabdrücke 3 und 4 den kapazitiven Schirm und einen oder mehrere kapazitive Tasten überlappen können. Außerdem sollte erkannt werden, dass, obwohl die Zeichnung eine zweidimensionale Berührungsoberfläche darstellt, die selben Betrachtungen auf eine eindimensionale Berührungsoberfläche derart anwendbar sind, die gewöhnlich als Schieber, Rollrad oder ähnliches bezeichnet wird.
3 zeigt eine Konfiguration eines kapazitiven Berührungseingabefeldes 6 mit einer umlaufenden „Taste" 8. Die Prinzipien des Betriebs, die in Verbindung mit 1 beschrieben wurden, gelten gleichermaßen für 3, in welcher das Feld 6 für Zwecke der Tastenunterdrückung als einzige Taste mit einer einzigen Signalstärke behandelt werden kann, während die äußere „Taste" 8 arbeitet, um herumirrende Berührung nachzuweisen, welche partiell auf beide, 6 und 8, zurückgeht. Das Feld 6 kann irgendeine geeignete Eingabeanordnung, wie zum Beispiel eine kapazitive Mausoberfläche, einen kapazitiven Berührungsschirm oder eine Kleintastatur, die diskrete Tasten beinhaltet, umfassen.
In diesem Beispiel ist die Schutzelektrode 8 nicht notwendigerweise als eine tatsächliche Steuerungstaste beabsichtigt. Ein Finger, der von 3 nach 4 gleitet, würde dennoch möglicherweise den aktiven Schirm 6 verlassen, aber die Berührung wäre in der Tat nicht gültig, da ja sein Flächenschwerpunkt bei B vornehmlich außerhalb des Eingabegebietes liegt. „Taste" 8 weist diese Fehlposition des Fingerabdrucks nach und eine dazugehörige Logik veranlasst den Schirm 6 den Nachweis einzustellen oder bei der weiteren Verarbeitung ignoriert zu werden. Es ist zu berücksichtigen, dass einige Verwendungen der Schutzringstruktur nicht die Berührung der Kleintastatur mit einem Finger beinhalten. Man könnte zum Beispiel einen Schutzring um eine kapazitive Mobiltelefontastatur herum anordnen und den Schutzringausgang verwenden, um Lesewerte von allen den Tasten der Kleintastatur zu unterdrücken, während der Benutzer in das Mobiltelefon spricht und die Kleintastatur des Telefons gegen seinen oder ihren Kopf hält.
Im letzten Fall kann die „Schutzelektrodentaste" 8 auch eine diskrete feste Elektrodenform haben, zum Beispiel ein Rechteck, eine Scheibe, ein Bogen oder ein Streifen oder eine andere Form, die an irgendeinem anderen Ort in sinnvoller Nachbarschaft des Eingabefeldes 6 platziert ist. Diese Schutz elektrode würde durch Platzierung des Produktes gegen den Kopf des Benutzers oder anderen Körperteilen (zum Beispiel Platzierung des Produktes in eine Kleidungstasche mit der Kleintastaturseite gegen den Körper des Benutzers gerichtet) aktiviert werden, um eine weitere Ausgabe von der Kleintastatur unter solch nachteiligen Bedingungen zu unterdrücken. Eine geeignete Position für solch eine „Taste" könnte neben der Hörmuschel eines Mobiltelefons, in einigem Abstand entfernt zur Kleintastatur oder zum Berührungsschirm, sein.
Die „Schutzelektrodentaste" 8 kann auch entweder ein Ring, wie in 3 gezeigt, oder eine diskrete, feste Elektrodenform, wie zum Beispiel ein Rechteck, eine Scheibe, einen Bogen oder einen Streifen oder eine andere Form, die an einem anderen Ort in vernünftiger Nachbarschaft des Eingabefeldes 6 platziert ist, sein, um so durch einen mechanischen Verschluss aktiviert zu werden. Dies könnte eine Abdeckung liefern, welche, wenn sie geschlossen ist, die Schutztaste 8 veranlassen würde, die Unterdrückung des Eingabefeldes 6 herbeizuführen.
Um für die Verwendung der in 3 gezeigten Vorrichtung die Bestimmung einer Fehlposition eines Fingerabdrucks durchzuführen, können die gleichen Arten der Vorspannungsanordnungen verwendet werden, um, wie oben diskutiert wurde, ein Prellen zu vermeiden. Allerdings gehen die oben beschriebenen Beziehungen in Hinsicht auf 2 davon aus, dass der Gewinn (Verstärkung) der Erfassungskanäle in Bezug auf den Oberflächenbereich der Finger vergleichbar ist, so dass äquivalente Oberflächenbereiche des Fingerabdrucks auf unterschiedlichen Tasten vergleichbare Signalwechsel produzieren. Dies ist nicht immer in jedem der Beispiele, die im Hinblick auf 1A-C, 2 oder 3 beschrieben wurden, der Fall. Die Elektrodenflächen von unterschiedlichen Tasten müssen nicht gleich sein und aus verschiedenen Gründen (wie zum Beispiel Variationen der Kapazität der Streulast usw.) können die elektrischen Gewinne unter den verschiedenen Tasten abweichen. In diesen Fällen können die addierten Inkrementalwerte negativ sein. Alternativ könnten Signale von konkurrierenden Tasten durch Verwendung von Skalierungskonstanten, die experimentell bestimmt werden, um mit einer speziellen Konfiguration übereinzustimmen, in einen Zustand der Gleichheit skaliert sein. In jedem Fall kann man für Vergleichszwecke die Signale zur Gleichwertigkeit skalieren und/oder mit einem Offset versehen und dadurch den gewünschten Unterdrückungseffekt ohne Prellen erzeugen.
Mit Blick auf 4 findet man ein Schaltbilddiagramm einer Vorrichtung der Erfindung 10, das eine Anordnung von N kapazitiven Näherungssensoren 12 umfasst, die mit „Taste 1", ..., „Taste N" bezeichnet sind. Jeder der Sensoren 12 hat einen Ausgang zu einer entsprechenden Zählerlogik 14, die Daten an eine geeignete Steuerlogik 16 liefert und durch diese gesteuert wird. Elektronikfachleute können abschätzen, dass obwohl die Zähler 14 und Steuerlogik 16 durch diskrete Blöcken im Schaltbilddiagramm dargestellt sind, diese Einrichtungen entweder durch separate physikalische Schaltkreiselemente bereitgestellt werden könnten oder alles durch einen einzigen Mikrokontroller bereitgestellt werden könnte, wie dies durch die gestrichelte gedachte Linie 18 in 4 dargestellt ist. Obwohl außerdem die Anordnung der Tasten 12 als eine einfache lineare Anordnung dargestellt ist, kann durch jemanden, der die vollständige Offenbarung, die hierin beinhaltet ist, verstanden werden, dass viele andere Arten von Anordnungen verwendet werden können und – ohne limitierend zu sein – Anordnungen, die als Computertastaturen, Kleintastaturen der Art, die gewöhnlich im Fernsprechwesen und automatisierten Bankwesen verwendet werden, Dateneingabetastaturen von Registrierkassen, usw., als auch verschiedene andere Konfigurationen, die in Verbindung mit 3 diskutiert wurden, umfassen.
Die Hinzufügung von Zählern 14 oder der dazu entsprechenden logischen Funktion kann, wenn man sie in Übereinstimmung mit den Lehren dieser Offenbarung verwendet, die Mehrdeutigkeiten durch Verfahren, die einen Vergleich der Signalstärken von verschiedenen Tasten 12 beinhalten, beseitigen. Dieser Prozess beinhaltet das Untersuchen der Unterschiede über einen oder mehrere sequentielle Signalabtastwerte.
Mit Blick auf 5A und 5B findet man Flussdiagramme, die ein bevorzugtes Verfahren der Erfindung zum Betrieb der Vorrichtung 10 darstellen, um irrelevante Tastensignale zu unterdrücken oder um ansonsten Tastungsmehrdeutigkeiten zu beseitigen. Dieses Verfahren kann durch einen Mikroprozessor 18 ausgeführt werden, der unter der Steuerung eines Programms betrieben wird, das in einem vorzugsweise nichtflüchtigen Speicher gespeichert ist oder es kann durch Mittel von diskreten Schaltkreiselementen durchgeführt werden, die verbunden sind, um eine festverdrahtete Logik bereitzustellen. Obwohl die Flussdiagramme der 5A und 5B den Betrieb im Hinblick auf eine einzige Sensortaste 1 (wechselnd mit „Taste 1" oder „K1" bezeichnet) mit zugeordnetem Signalpegel S1 und zugeordnetem Nachweisintegrator DI1 darstellen, versteht sich, dass diese Vereinfachung lediglich im Interesse der Klarheit der Präsentation ist und dass ein Algorithmus, der eine reale Tastatur steuert, das dargestellte Verfahren im Wesentlichen für jede der N Tasten in einer parallelen Art und Weise ausführen könnte.
Das dargestellte Verfahren beruht auf iterierten Vergleichen von Sensorausgängen und wählt einen einzigen Sensorausgang, um aktiv oder „an" zu werden, basierend darauf, dass dieser Sensor sowohl einen Ausgang höher als eine Nachweisschwelle für irgendeine ausgewählte Anzahl von Zählerzyklen (welche eins sein kann) hat, als auch danach den höchsten Ausgang aller Sensoren in der Anordnung hat, die ebenfalls die Nachweisschwelle für die ausgewählte Anzahl von Zyklen der Zähler überschritten haben. Es versteht sich, dass jemand wählen könnte, alle Zähler parallel zu takten, um dieses zu erreichen, oder dass jemand über die Zähler abtasten könnte und die einen nach dem anderen in schneller zeitlicher Abfolge betreibt, um so die gewählte Anzahl von Zählerzyklen für jeden Sensor innerhalb einer genügend kurzen Zeitperiode bereitzustellen, dass ein Benutzer keine Verzögerung im Betrieb der Tastatur bemerken könnte.
Ein Signal S1, das von Sensortaste K1 erhalten wird (Schritt 24), wird mit einem ausgewählten Signalschwellenwert verglichen (Schritt 26). Wenn S1 niedriger als der Schwellenwert ist, wird der Wert DI1 im DI, der dem K1 zugeordnet ist, durch einen ausgewählten Betrag (Z) verringert oder auf andere Weise reduziert, sofern er größer als Null ist (Schritt 28). Wenn der Wert S1 an oder oberhalb seiner Nachweisschwelle ist, dann wird er gegen alle anderen Signale Sj in Schritt 29 verglichen. Wenn er infolge einer Berührung die stärkste Signaländerung hat, wobei er einem möglichen nicht-schwankenden Vorspannungswert „k" unterliegt wenn eine andere Taste aktiv ist (Schritt 30), dann kann Zähler DI1 inkrementieren (Schritt 31). Wenn die Bedingung von Schritt 30 nicht erfüllt ist, wird DI1 dekrementiert oder auf andere Weise reduziert (Schritt 28). Nur wenn der Zähler DI1 dem Endzählwert TC gleicht (Schritt 32), wird die Taste in Schritt 33 aktiv oder „ON". Dann zwingt die Steuerungslogik alle anderen aktiven Tasten inaktiv zu werden und setzt ihre entsprechenden DI Zähler zurück. In Tastaturen, die ein große Anzahl von Tasten enthalten, sollte nur eine derselben zu einem Zeitpunkt aktiv sein, wobei dieser OFF-Status natürlich das vorherrschende Ergebnis einer Analyse des Ausganges einer jeden gegebenen Taste sein wird. Der Vorgang des Inkrementierens oder Dekrementierens von Zählerwerten – wie oben beschrieben – kann numerisch umgekehrt werden, um den selben Effekt zu erreichen, und sollte als logisch äquivalent zur obigen Erläuterung betrachtet werden.
Man beachte, dass in 5A die Taste den letzten gemessenen Signalpegel der aktiven Taste durch einen kleinen hinzugefügten Betrag „k" überschreiten muss, wie in Schritt 30 gezeigt, um für eine Taste Dominanz über eine schon aktive Taste zu gewinnen und um ein Auswahlschwanken zu vermeiden. Obwohl der Wert k als eine additive Konstante dargestellt ist, kann er auch als ein Anteil am Signalpegel der aktiven Taste oder nach irgendeiner Anzahl von anderen Verfahren festgelegt werden. Der Inkrementalwert „k" kann auch Null sein, d.h., nichts wird addiert oder subtrahiert, obwohl dies dazu neigt, den Entscheidungsprozess instabil zu machen, sollte dort irgendein kleiner Betrag des Signalrauschens sein, welches Schwanken zwischen zwei konkurrierenden Tasten bewirken würde. Schließlich kann die Taste K1 in Schritt 33 Dominanz gewinnen, wenn der TC erreicht wird, und für diesen Fall zwingt sie alle anderen aktiven Tasten inaktiv zu werden und setzt ihre DI Zähler zurück.
Abschalten einer Taste kann über eine unterschiedliche Taste, die, wie in 5A gezeigt, in ihrem Schritt 33 gewinnt, erzwungen werden oder es kann gemäß dem Verfahren, das in 5B dargestellt ist, ausgeführt werden. Ob eine Taste in der Abwesenheit von irgendwelchen anderen Tasten mit größeren Signalen (5A) an verbleibt, wird dadurch bestimmt, ob die Signaländerung der Taste oberhalb eines Hysteresepegels bleibt. In Schritt 35 wird die Entscheidung getroffen, ob das Signal unterhalb des Hysteresepunktes ist, und wenn das so ist, wird der DI-Wert durch irgendeinen bekannten Betrag „Z" reduziert (Schritt 36). Wenn der DI-Zählwert auf Null fällt, wird die Taste inaktiviert (Schritt 38). Auf der anderen Seite wird der DI Zähler wieder auf seinen Grenz-TC erhöht (Schritt 40), wenn die Signaländerung oberhalb des Schwellenpegels verbleibt. Wenn das Signal zwischen die Schwelle und den Hysteresepegel fällt, bleibt der DI Zähler unverändert.
Es sollte bekannt sein, dass der Fall, in welchem TC=1 ist, auch mit dem Flussdiagramm der 5A und 5B funktioniert.
Es gibt natürlich viele mögliche Variationen und Ausweitungen der Prozedur, die in 4 und den 5A, B umrissen sind.
Man könnte zum Beispiel einen seltenen Fall betrachten, in welchem ein Benutzer seinen oder ihren Finger auf eine Tastatur legt, so dass der Punkt der Berührung genau zwischen zwei Tasten liegt. In diesem Fall könnte man den beschriebenen Prozess modifizieren, um entweder genau eine von jenen Tasten auszuwählen (z. B. durch Mittel eines bekannten pseudozufälligen Anzahlauswahlalgorithmus oder durch einen Abtastsequenzbefehl) oder durch Unterdrückung des Ausganges von beiden Tasten bis der Benutzer seinen oder ihren Finger genug bewegt, dass eine der beiden Tasten einen höheren Ausgang als die Andere hat.
Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug auf einige bevorzugte Ausführungsformen beschrieben wurde, können viele Modifikationen und Abänderungen gemacht werden, ohne von der Erfindung abzuweichen. Es ist deswegen beabsichtigt, dass alle solche Modifikationen und Abänderungen als innerhalb des Umfanges der Erfindung, wie in den angefügten Ansprüchen definiert, betrachtet werden.

Claims

Vorrichtung zum Liefern eines eindeutigen Tastenausganges von einer betriebenen Tastatur, die eine Vielzahl von Tasten umfasst, wenn ein Benutzer in der Nähe von zwei oder mehreren Tasten ist, wobei die Vorrichtung umfasst: einen jeweiligen Sensor, der eindeutig einer jeden der zwei oder mehreren Tasten zugeordnet ist, wobei jeder der Sensoren verbunden ist, um ein jeweiliges Ausgangssignal, das charakteristisch für die Kopplung des Benutzers mit dem Sensor ist, an eine Steuereinheit zu liefern; die Steuereinheit, die betriebsfähig ist, alle der ihr gelieferten zwei oder mehreren Ausgangssignale iterativ mit jeweiligen Schwellenwerten und untereinander zu vergleichen, als die Taste zum Liefern des eindeutigen Tastenausganges anfänglich diejenige von den zwei oder mehreren Tasten auszuwählen, die ein Maximalwert unter all den Signalausgängen hat, die ihre jeweiligen Schwellen überschreiten, und, in nachfolgenden Iterationen, den iterierten Vergleich zugunsten der zuvor ausgewählten Taste vorzuspannen, indem einer anderen Taste gestattet wird, die zuvor ausgewählte Taste nur dann zu ersetzen, wenn ihr Ausgangssignal das der zuvor ausgewählten Taste um wenigstens einen Betrag entsprechend einem Vorspannwert überschreitet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei jede Taste einen jeweiligen kapazitiven Näherungssensor umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine der Tasten aus der Vielzahl der Tasten einen Schutzring umfasst, der um wenigstens eine andere der Tasten aus der Vielzahl der Tasten herum angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Steuereinheit betriebsfähig ist, den iterierten Vergleich vorzu spannen, indem jeweilige Differenzen zwischen dem der zuvor ausgewählten Taste zugeordneten Wert und dem jeweiligen Wert, der einer jeden der anderen zwei oder mehreren Tasten zugeordnet ist, erhöht werden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei jeder der Sensoren einen ihm jeweils zugeordneten Zähler hat und wobei die Steuereinheit betriebsfähig ist, den iterierten Vergleich durch Ändern eines Wertes vorzuspannen, der in wenigstens einem der Zähler gespeichert ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Steuereinheit einen Mikrokontroller umfasst, der unter Steuerung eines gespeicherten Programms betriebsfähig ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei eine der Tasten aus der Vielzahl der Tasten eine zweidimensionale Berührungsoberfläche ist.