DE60130071T2

DE60130071T2 - Elektromechanische Berührungsvorrichtung zur Dateneingabe

Info

Publication number: DE60130071T2
Application number: DE60130071T
Authority: DE
Inventors: Seppo Salminen; Terho Kaikuranta
Original assignee: Nokia Oyj
Current assignee: Nokia Oyj
Priority date: 2000-06-26
Filing date: 2001-05-25
Publication date: 2008-05-21
Anticipated expiration: 2021-05-26
Also published as: FI20001510A0; FI108901B; JP2002056747A; DE60130071D1; EP1168396B1; EP1168396A3; FI20001510A; US6686906B2; EP1168396A2; US20020000976A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Dateneingabemechanismus, der einer elektrischen Vorrichtung zugeordnet ist. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Eingabemechanismus, der besonders für kleine tragbare Kommunikationsvorrichtungen geeignet ist.
Ein Druckknopf oder eine Drucktaste besteht aus einer bestimmten mechanischen Struktur und aus begleitenden elektrischen Schaltungen. Wenn ein Benutzer den Knopf oder die Taste einer elektrischen Vorrichtung drückt, wird das Drücken des Knopfes in ein elektrisches Eingabesignal für die Vorrichtung umgewandelt. Typischerweise benötigt der mechanische Teil einer Drucktaste mehr Raum als die begleitenden elektrischen Schaltungen.
Eine typische Benutzerschnittstelle einer tragbaren elektrischen Vorrichtung umfasst wenigstens einige Druckknöpfe oder Tasten. Bei einem Mobiltelefon liegen typischerweise eine Anzeige, Drucktasten für die Ziffern, und einige Druckknöpfe zum Auswählen der passenden Aktivität vor. Da tragbare Vorrichtungen zunehmend kleiner werden, steht für die Druckknöpfe weniger Raum zur Verfügung. Dabei ist beispielsweise an eine Kommunikationsvorrichtung in der Form einer Armbanduhr, eines Stifts oder eines Anhängers zu denken.
Eine Lösung besteht darin, die Größe der Druckknöpfe zu reduzieren, was jedoch zu einer schwierigen Bedienung der Vorrichtungen führen kann. Eine Taschenrechneruhr mit sehr kleinen Druckknöpfen ist ein Beispiel für eine Vorrichtung, die unpraktisch zu benutzen ist. Eine andere simple Lösung ist die Reduzierung der Anzahl der Druckknöpfe. Das Problem besteht hier darin, dass zwar die Größe der tragbaren Kommunikationsvorrichtungen abnimmt, die Funktionen derartiger Vorrichtungen jedoch ähnlich wie die von größeren Vorrichtungen sind. Eine Reduzierung der Anzahl der Druckknöpfe ist deshalb normalerweise nicht umsetzbar. Weitere Gründe zum Reduzieren der Anzahl der Druckknöpfe sind beispielsweise der Wunsch, elegante Vorrichtungen zu entwerfen, und einen einfachen und robusten Aufbau zu erzielen.
Ein Druckknopf oder eine Tastatur des Stands der Technik, bei denen ein Knopfdruck in ein elektrisches Signal umgewandelt wird, arbeiten normalerweise wie folgt. Wenn ein Knopf niedergedrückt wird, wird zwischen zwei Leiterstreifen ein elektrischer Kontakt hergestellt, und wenn ein Knopf sich in der Ruheposition befindet, liegt kein elektrischer Kontakt zwischen den Leiterstreifen vor. Typischerweise ist die mechanische Struktur eines Druckknopfes derart, dass er automatisch in die Ruheposition (erhöhte Position) zurückkehrt, wenn ein Benutzer aufhört, den Knopf zu drücken.
1 zeigt einen Querschnitt einer typischen Druckknopfstruktur gemäß dem Stand der Technik. Ein Knopf 104 weist typischerweise einen oberen Teil auf, der einen kleineren Durchmesser aufweist, und eine Basis, die einen größeren Durchmesser aufweist und hohl ist. Der Knopf bezieht sich hier auf den Knopf 104 als solchen, und der Begriff Druckknopf bezieht sich auf den gesamten mechanischen Aufbau einschließlich des Knopfes 104. Die Fläche eines Knopfes 104, die der Leiterplatte 101 zugewandt ist, ist typischerweise ein kreisförmiger Rand. Am Boden eines Knopfes 104 ist eine Öffnung ausgebildet, die das Aufnehmen einer Kuppel 102 ermöglicht. Wenn der Knopf sich in der erhöhten Position befindet, gibt es genug Raum, so dass die Kuppel 102 ihre Normalposition einnehmen kann. Der Knopf 104 weist ein Betätigungsglied 105 auf, das die Kuppel 102 niederdrückt, wenn der Knopf 104 niedergedrückt wird. Die Kuppel 102 dient als eine Feder, und sobald der Benutzer aufhört, den Knopf 104 niederzudrücken, kehrt die Kuppel in ihre Normalposition zurück, und drückt gleichzeitig den Knopf zurück in die erhöhte Position. Das Betätigungsglied 105 ist notwendig, da der Federeffekt der Kuppel 102 verloren gehen kann, wenn die gesamte Fläche des Knopfes 104 gegen die Kuppel 102 gedrückt wird, wobei die Kraft, die erforderlich ist, um die Unterfläche der Kuppel in Kontakt mit der Leiterplatte 101 zu bringen, größer wäre, als es bei Benutzung eines Betätigungsglieds 105 der Fall ist. Typischerweise ist der obere Teil des Knopfes 104 starr, und die Bewegung des Knopfes 104 in vertikale Richtung geht auf den dünnen Rand zurück, der den oberen Teil und die Basis des Knopfes 104 verbindet. Das Material des Knopfes 104 muss ausreichend elastisch sein, damit sich der Rand verformen kann. Ein Knopf 104 kann beispielsweise aus Gummi hergestellt sein.
Die Leiterplatte 101 umfasst die notwendigen Schaltungen, zu detektieren, dass ein Knopf 104 gedrückt wird. Ein leitender Bereich an der Unterfläche der Kuppel 102 wird beispielsweise gegen zwei Leiterstreifen 107 gedrückt, und ein elektrischer Kontakt zwischen den Leiterstreifen zeigt das Drücken eines Knopfes an. Wenn die gesamte Kuppel aus leitendem Material hergestellt ist, kann eine separate Isolierschicht 103 vorgesehen sein, um den Rand der Kuppel von den Leiterstreifen zu isolieren. Ein anderer Weg, den Rand der Kuppel von den Schaltungen zu isolieren, ist die Benutzung einer mehrschichtigen Leiterplatte. Eine weitere Option besteht darin, die Kuppel aus einem isolierenden Material auszubilden, und in einem geeigneten Bereich der konkaven Fläche der Kuppel 102 eine leitende Schicht aufzubringen.
1 zeigt eine Abdeckung 106, die Öffnungen für die Knöpfe aufweist. Typischerweise ist das Profil einer Abdeckung nicht gleichmäßig, um das Material, das für die Abdeckung und die Masse der Abdeckung benötigt wird, zu minimieren. Die Höhe eines Knopfes 104 beträgt gewöhnlich wenige Millimeter. Die Knöpfe einer Tastatur sind typischerweise an ihren Basisteilen miteinander verbunden, und bilden so eine Tastenmatte. Typischerweise ist es relativ schwierig, wasserdichte Drucktastenmechanismen zu erzielen, da es schwierig ist, eine Abdeckung, die ein ungleichmäßiges Profil aufweisen kann, und eine Taste oder Tastenmatte eng aneinander liegend anzubringen.
Eine mobile Kommunikationsvorrichtung weist typischerweise eine Tastatur zum Eingeben von Ziffern, einige separate Druckknöpfe, und eine Anzeige an der Stirnfläche der Vorrichtung auf. Je kleiner die Vorrichtung ist, desto kleiner ist normalerweise die Stirnfläche, und desto weniger Raum steht für die Anzeige und die verschiedenen Druckknöpfe zur Verfügung. Es ist typischerweise notwendig, ausreichend Raum beispielsweise für die Anzeige bereitzustellen. Wenn die Druckknöpfe zu klein ausgebildet sind, ist es schwierig, den richtigen Knopf zu drücken. Deshalb ist das Reduzieren der Knopfgröße keine gute Lösung. Ferner ergibt sich durch das Vorhandensein vieler kleiner Knöpfe an einer kleinen Vorrichtung normalerweise nicht der Eindruck einer eleganten, gut entworfenen Vorrichtung. Die mechanische Struktur kleiner Druckknöpfe kann ebenfalls Probleme verursachen. Diese Probleme treten auch dann auf, wenn die Knöpfe an der Seitenfläche einer Vorrichtung angeordnet sind. Eine Lösung besteht darin, die Anzahl der Druckknöpfe zu reduzieren, doch leider weisen Kommunikationsvorrichtungen typischerweise derart vielfältige Funktionen auf, dass die Kommunikationsvorrichtung typischerweise wenigstens einige Druckknöpfe aufweisen muss, damit sie praktisch zu benutzen ist.
Aus Gründen der Gestaltung, und um eine wasserdichte Vorrichtung zu erzielen, kann es angebracht sein, die Notwendigkeit von Druckknöpfen auszuräumen. Ein Weg, um dies zu erreichen, ist die Benutzung eines berührungsempfindlichen Bildschirms. Zu den Vorteilen eines berührungsempfindlichen Bildschirms zählt zumindest die Freiheit, eine Vorrichtung ohne Druckknöpfe zu entwerfen, und denselben Bereich sowohl als Anzeige- als auch als Eingabemittel zu benutzen. Die Nachteile eines solchen Bildschirms sind, dass diese relativ teuer sind, und dass ihnen die Tastwahrnehmung von Druckknöpfen fehlt. Der Benutzer kann nicht fühlen, wann er eine Taste drückt, oder wann er tatsächlich auf eine bestimmte Position auf der Anzeige zeigt. Die Sinneswahrnehmung des Drückens eines Knopfes macht das Benutzen einer Vorrichtung typischerweise angenehmer.
Die Patentanmeldung WO 98/29886 stellt ein Verfahren zum Integrieren der Druckknopffunktion und einer Anzeige vor. Eine erste Platte der Anzeigestruktur wird mit Hilfe von Scharnieren so angeordnet, dass sie sich neigt, wenn die Anzeige gedrückt wird. Die erste Platte weist leitende Betätigungsglieder auf, die sich von einer Fläche aus erstrecken, und es liegen entsprechende leitende Koppelungsbereiche an der Fläche einer zweiten Platte vor. Die Anzeige kann so angebracht sein, dass die erste Platte um eine Achse geneigt werden kann. Auf diese Weise ist es möglich, zwei leitende Betätigungsglieder an der ersten Platte anzuordnen. Wenn die erste Platte an einem Punkt in der Mitte der Platte getragen wird, können mehr leitende Betätigungsglieder, beispielsweise vier, an der ersten Platte angeordnet sein. Ein Kontakt zwischen einem leitenden Betätigungsglied und einem leitenden Kopplungsbereich wird durch Neigen der ersten Platte hergestellt. Der Aufbau des virtuellen Berührungsbildschirms, der in WO 98/29886 vorgestellt wird, ist komplex, und erfordert viele separate Bauteile. Es handelt sich deshalb wahrscheinlich um eine eher schwierige und teure Lösung. Ferner ist es nicht leicht, mit Hilfe dieses virtuellen Berührungsbildschirms eine wasserdichte Vorrichtung herzustellen.
Die Patentschrift DE 34 26 922 offenbart einen Tastenmechanismus, wobei ein Druckknopf eine Anzahl von Kontaktfedern aufweist, die sich von seiner Unterfläche aus erstrecken. Eine andere Patentschrift US 5,796,056 offenbart einen sequentiellen Bedienungsschalter, wobei eine Anzahl verschiedener Schalter sich abhängig von der Druckkraft schließt.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, einen Dateneingabemechanismus bereitzustellen, der als ein Satz von Druckknöpfen oder als eine Tastatur dient, und auch als ein anderer Teil einer elektrischen Vorrichtung. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist ein Dateneingabemechanismus, der die Tastwahrnehmung von Druckknöpfen beibehält. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist ein Dateneingabemechanismus, der als eine Anzeige und als ein Satz von Druckknöpfen dient. Vorzugsweise ist der Dateneingabemechanismus wasserdicht und einfach zu fertigen.
Aufgaben der Erfindung werden erfüllt, indem die Kuppeln, die einem elektromechanischen Dateneingabemechanismus zugeordnet sind, mit einem einzelnen beweglichen Teil abgedeckt sind, der Betätigungsglieder umfasst und von einem zweiten Teil getrennt gehalten wird, welcher leitende Kopplungsbereiche umfasst, die durch die Kuppeln mit den Kuppeln in Beziehung stehen.
Ein elektromechanischer Dateneingabemechanismus gemäß der Erfindung ist durch die Merkmale gekennzeichnet, die im kennzeichnenden Teil des unabhängigen Anspruchs aufgeführt sind, der einem elektromechanischen Dateneingabemechanismus gilt.
Die Erfindung betrifft auch eine elektronische Vorrichtung, die durch die Merkmale gekennzeichnet ist, die im kennzeichnenden Teil des unabhängigen Anspruchs aufgeführt sind, der einer elektronischen Vorrichtung gilt.
Ein erfindungsgemäßer elektromechanischer Dateneingabemechanismus umfasst zwei Struktureinheiten, die typischerweise wenigstens am Druckbereich im Wesentlichen plattenartig ausgebildet sind, wobei die Betätigungsglieder, die dem Eingabemechanismus zugeordnet sind, Teil der zweiten Struktureinheit sind. Er umfasst ferner wenigstens ein kuppelartiges Element zwischen einer ersten Fläche, die ein Teil der ersten Struktureinheit ist, und einer zweiten Fläche, die ein Teil der zweiten Struktureinheit ist. Wenigstens ein Betätigungsglied erstreckt sich von der zweiten Fläche aus, und an der ersten Fläche liegt wenigstens ein verbindender Kopplungsbereich vor. Zwischen der ersten und zweiten Fläche ist ein Zwischenraum vorgesehen, und das kuppelartige Element ist sowohl zu einem jeweiligen Betätigungsglied als auch zu einem jeweiligen Kopplungsbereich benachbart angeordnet. Jedes kuppelartige Element weist einen leitenden Bereich auf, der dem jeweiligen leitenden Kopplungsbereich zugewandt ist.
Wenn eine Kraft ausgeübt wird, die die erste und zweite Struktureinheit aufeinander zu bewegt, ist vorgesehen, dass sich die erste und zweite Struktureinheit relativ zueinander bewegen. Die erste und zweite Struktureinheit werden durch kuppelartige Elemente im Druckbereich voneinander beabstandet gehalten. Außerhalb des Druckbereichs können die erste und zweite Struktureinheit mechanisch miteinander gekoppelt sein. Trotz einer möglichen mechanischen Kopplung außerhalb des Druckbereichs geben die kuppelartigen Elemente eine niedrigere Grenze für den Abstand zwischen der ersten und zweiten Struktureinheit an der Position der Kuppeln vor, und da die kuppelartigen Elemente ihre Form verändern, verändert sich auch der Abstand zwischen der ersten und zweiten Struktureinheit. An der Position, an der sich eine Kuppel befindet, kann der Abstand zwischen der ersten und zweiten Struktureinheit größer sein als die Höhe der Kuppel, jedoch nicht kleiner. In Bezug auf ein Inertialkoordinatensystem können sich entweder die erste Struktureinheit, die zweite Struktureinheit, oder beide Einheiten bewegen. Bei einem erfindungsgemäßen elektromechanischen Eingabemechanismus sind die erste und zweite Struktureinheit dazu vorgesehen, sich unter dem Einfluss einer Druckkraft, die auf einen bestimmten Bereich innerhalb des Druckbereichs, typischerweise nahe einem Betätigungsglied, einwirkt, relativ zueinander zu bewegen, so dass sich das Betätigungsglied in Richtung eines jeweiligen kuppelartigen Elements bewegt. Die elastischen Eigenschaften der zweiten Struktureinheit sind innerhalb des Druckbereichs im Wesentlichen gleichförmig. Die elastischen Eigenschaften der zweiten Struktureinheit weichen an den Positionen der Betätigungsglieder von denjenigen im Umgebungsbereich der Betätigungsglieder ab, doch da die Fläche eines Betätigungsglieds, die typischerweise nur etwa einen Quadratmillimeter beträgt, im Vergleich zu einem typischen Druckbereich von mehreren Quadratzentimetern sehr klein ist, sind die elastischen Eigenschaften in diesen punktartigen Bereichen in Bezug auf die gesamte zweite Struktureinheit bedeutungslos. Wenn beispielsweise die zweite Struktureinheit eine Platte mit einer gleichförmigen Dicke ist, die an einer ihrer Flächen die Betätigungsglieder als Verlängerung aufweist, werden die elastischen Eigenschaften der zweiten Struktureinheit in diesem Fall von den elastischen Eigenschaften der Platte dominiert, und sind deshalb im Wesentlichen gleichförmig. Insbesondere sind die einzelnen Betätigungsglieder nicht von einer Zone umgeben, die es den Betätigungsgliedern erlaubt, sich unabhängig vom Rest der zweiten Struktureinheit zu bewegen. Bei einem erfindungsgemäßen elektromechanischen Dateneingabemechanismus bewegt sich ein relativ großer Abschnitt der zweiten Struktureinheit ähnlich wie das Betätigungsglied, und die Bewegung eines Betätigungsglieds kann typischerweise eine geringfügige Bewegung auch der benachbarten Betätigungsglieder bewirken.
Die erste Struktureinheit und die zweite Struktureinheit können im Wesentlichen starre Einheiten sein, wobei sich die Struktureinheiten in diesem Fall unter der Einwirkung einer Kraft, die sie aufeinander zu bewegt, typischerweise relativ zu einander neigen. Es ist auch möglich, dass die elastischen Eigenschaften von wenigstens einer der zwei Struktureinheiten so ausgebildet sind, dass sich ein Betätigungsglied zusammen mit einem größeren Abschnitt der zweiten Struktureinheit zu dem kuppelartigen Element hin bewegt, da die erste Struktureinheit und/oder die zweite Struktureinheit sich verformen.
Wenn der leitende Bereich eines kuppelartigen Elements den leitenden Kopplungsbereich berührt, wird typischerweise ein elektrisches Signal erzeugt, und dieses elektrische Signal wird als Eingangssignal behandelt. Typischerweise liegen zugehörige elektrische Schaltungen vor, die die elektrischen Signale erzeugen. Bei einem erfindungsgemäßen elektromechanischen Dateneingabemechanismus sind die erste und zweite Struktureinheit typischerweise dazu ausgelegt, sich so weit zu bewegen, dass das Betätigungsglied den leitenden Bereich des kuppelartigen Elements gegen den leitenden Kopplungsbereich drückt, der an der Fläche der ersten Struktureinheit angeordnet ist.
Die Anzahl kuppelartiger Elemente in einem erfindungsgemäßen elektromechanischen Dateneingabemechanismus beträgt wenigstens eins. Typischerweise können wenige, beispielsweise vier, kuppelartige Elemente benutzt werden, doch es ist auch möglich, dass mehrere kuppelartige Elemente zwischen der ersten und zweiten Struktureinheit vorgesehen sind. Insbesondere wenn der Druckbereich, in dem die kuppelartigen Elemente typischerweise angeordnet sind, groß ist, und die Funktion eines erfindungsgemäßen elektromechanischen Eingabemechanismus darauf basiert, dass sich die erste oder zweite Struktureinheit lokal verformt, kann der Dateneingabemechanismus eine große Anzahl kuppelartiger Elemente umfassen.
Die Struktur eines erfindungsgemäßen elektromechanischen Dateneingabemechanismus ist einfach und robust. Die Betätigungsglieder sind Teil der zweiten Struktureinheit. Sie können entweder aus demselben Material hergestellt werden, beispielsweise während der Ausformung (z.B. beim Spritzgießen oder bei der Metallblechausformung), oder sie können aus einem anderen Material hergestellt werden und an dem zweiten Element befestigt werden, beispielsweise unter Benutzung geeigneter Klebstoffe. Die Montage eines erfindungsgemäßen elektromechanischen Dateneingabemechanismus ist einfach, da die Anzahl der Bauteile recht gering ist. Separate Knöpfe oder Tastenmatten werden nicht benötigt, und da eine Tastenmatte, beispielsweise im Vergleich zu anderen Bauteilen einer kleinen tragbaren Vorrichtung, relativ schwer ist, kann auch das Gewicht einer tragbaren Vorrichtung reduziert werden. Die reduzierte Menge benötigten Materials und die einfache Montage senken zudem die Kosten. Es ist möglich, einen erfindungsgemäßen elektromechanischen Dateneingabemechanismus wasserdicht herzustellen, indem beispielsweise der Zwischenraum zwischen der ersten und zweiten Struktureinheit mit geeignetem elastischem Material gefüllt wird, wodurch sich die erste und zweite Struktureinheit relativ zueinander bewegen können, so dass ein leitender Bereich eines kuppelartigen Elements gegen einen leitenden Kopplungsbereich gedrückt werden kann.
Wenn ein Benutzer die erste und zweite Struktureinheit aufeinander zu bewegt, kann er die federartige Wirkung in Bezug auf das kuppelartige Element spüren. Das kuppelartige Element bietet dem Druck einen leichten Widerstand, und nachdem sein leitender Bereich in Kontakt mit dem leitenden Kopplungsbereich gebracht wurde, versucht es, seine ursprüngliche Form beizubehalten, ähnlich wie bei üblichen Druckknopfstrukturen. Deshalb entsteht für den Benutzer eine klare Druckwahrnehmung. Dies ist einer der Vorteile der Erfindung.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist der, dass ein bestimmter Bereich der Fläche einer elektronischen Vorrichtung zusätzlich zu einer anderen Funktion als ein elektromechanischer Dateneingabemechanismus benutzt werden kann. Beispielsweise kann ein erfindungsgemäßer elektromechanischer Dateneingabemechanismus in einem Bereich angeordnet sein, in dem sich eine Anzeige befindet. Es ist auch möglich, dass eine im Wesentlichen dünne Abdeckung einer Vorrichtung oder ein Fenster einer Vorrichtung als die erste oder zweite Struktureinheit eines erfindungsgemäßen elektromechanischen Dateneingabemechanismus dienen. Auf diese Weise können auch das Gewicht und die Größe einer Vorrichtung reduziert werden, ohne die Funktionen der Vorrichtung zu beschneiden, oder die Nutzbarkeit der Vorrichtung zu reduzieren. Ferner verfügt ein Industriedesigner über mehr Freiheit bei der Gestaltung einer Vorrichtung, wenn ein erfindungsgemäßer elektromechanischer Dateneingabemechanismus benutzt wird, da die Notwendigkeit separater Druckknöpfe mit Hilfe der Erfindung ausgeräumt werden kann.
Die Erfindung ist im Folgenden unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen und die begleitenden Figuren näher beschrieben, wobei
1 die Struktur eines Druckknopfs des Stands der Technik zeigt,
2 schematisch die Struktur eines elektromechanischen Dateneingabemechanismus zeigt, wobei nur 2b die Struktur gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigt,
3 schematisch einen elektromechanischen Dateneingabemechanismus gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigt,
4 eine Draufsicht auf einen elektromechanischen Dateneingabemechanismus der Erfindung zeigt,
5 schematisch ein Beispiel elektrischer Schaltungen zeigt, die dem erfindungsgemäßen elektromechanischen Dateneingabemechanismus hinzugefügt werden können,
6 zwei erfindungsgemäße tragbare Kommunikationsvorrichtungen zeigt,
7 schematische Querschnitte elektromechanischer Dateneingabemechanismen gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigt,
8 eine erfindungsgemäße Kommunikationsvorrichtung zeigt, und
9 eine weitere erfindungsgemäße Kommunikationsvorrichtung zeigt.
In den Figuren werden zur Bezeichnung der gleichen Bauteile gleiche Bezugszeichen benutzt. 1 wurde im Zusammenhang mit der Beschreibung von Druckknöpfen des Stands der Technik erläutert.
2 zeigt schematisch die Struktur eines elektromechanischen Dateneingabemechanismus 200 gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
2a zeigt einen Querschnitt des Dateneingabemechanismus 200, wenn keine externen Kräfte die erste Struktureinheit 210 und die zweite Struktureinheit 220 aufeinander zu bewegen. 2a zeigt den Mechanismus 200 beispielsweise, wenn ein Benutzer den Dateneingabemechanismus nicht drückt. Auf der ersten Fläche 211 einer ersten Struktureinheit 210 sind Kuppeln 102a, 102b vorgesehen. Die Kuppeln können beispielsweise Teil eines Kuppelblatts sein. Die erste Struktureinheit 210 umfasst leitende Kopplungsbereiche, die benötigt werden, um das Drücken der Kuppeln in elektrische Signale umzuwandeln. Diese Umwandlung wurde im Zusammenhang mit der Beschreibung der Lösungen des Stands der Technik detaillierter erörtert. 2a zeigt leitende Kopplungsbereiche 107, die jedoch in den anderen begleitenden Figuren der Beschreibung nicht dargestellt sind. In 2a befinden sich die Kuppeln in einer Position, in der der leitende Bereich nicht in Kontakt mit den leitenden Kopplungsbereichen steht. Die Betätigungsglieder 105a, 105b sind Teil einer zweiten Struktureinheit 220, die die Kuppeln abdeckt.
Wenn die erste und zweite Struktureinheit aufeinander zu bewegt werden, wird beispielsweise die zweite Struktureinheit auf die erste Struktureinheit zu bewegt, wie Pfeil 230 anzeigt, wobei die erste und zweite Struktureinheit dazu vorgesehen sind, sich relativ zueinander zu bewegen. Wenn beispielsweise die erste Struktureinheit in Bezug auf das Gehäuse einer elektrischen Vorrichtung eine feste Position einnimmt, sind die elastischen Eigenschaften der zweiten Struktureinheit derart, dass diese sich verformt (2b), oder die zweite Struktureinheit kann starr sein und sich neigen (2c), wenn eine externe Kraft vorliegt, die die erste und zweite Struktureinheit aufeinander zu bewegt. Es ist auch möglich, dass sich die zweite Struktureinheit sowohl verformt als auch neigt. Es ist auch möglich, dass die zweite Struktureinheit in Bezug auf das Gehäuse fest angeordnet ist, und das erste Element sich verformt und/oder neigt. Wenn der Abstand zwischen der ersten und zweiten Struktureinheit durch das Drücken im Wesentlichen abnimmt, wird typischerweise wenigstens eine der Kuppeln gegen einen leitenden Kopplungsbereich gedrückt. In 2b und 2c steht der leitende Bereich der Kuppel 102b in Kontakt mit dem entsprechenden leitenden Kopplungsbereich, und die Kuppel 102a befindet sich nach wie vor in einer Position, in der der leitende Bereich nicht in Kontakt mit einem leitenden Kopplungsbereich steht.
Die Strecke, über die sich ein Betätigungsglied hin zu einer Kuppel bewegen muss, damit ein leitender Bereich einer Kuppel einen leitenden Kopplungsbereich berührt, hängt von der Größe, der Form und dem Material der Kuppel ab, beträgt jedoch für Kuppeln, wie sie in kleinen tragbaren Vorrichtungen benutzt werden, typischerweise weniger als einen Millimeter. Es kann beispielsweise ausreichen, dass sich ein Betätigungsglied nur um etwa 0,2 mm zur Kuppel hin bewegt. Die Struktur des erfindungsgemäßen Dateneingabemechanismus, sein Arbeitsprinzip (Verformen), und die elastischen Eigenschaften der ersten und/oder zweiten Struktureinheit können dann derart ausgelegt werden, dass die Position des Betätigungsglieds sich unter dem Einfluss einer typischen Druckkraft ausreichend verändert.
In 2b und 2c ist der Abschnitt der zweiten Struktureinheit, der sich zusammen mit dem Betätigungsglied 105b auf die Kuppel 102b zu bewegt, mit der gestrichelten Linie 222 markiert. Wenn sich die zweite Struktureinheit unter dem Einfluss einer Druckkraft verformt, wie 2b zeigt, weist der Abschnitt der sich verformenden zweiten Struktureinheit eine wesentlich größere Fläche auf als die Fläche eines Betätigungsglieds. Beispielsweise beträgt die Fläche eines Betätigungsglieds, das einer Kuppel zugeordnet ist, die einen Durchmesser von etwa 3 bis 5 mm aufweist und sich um 0,2 bis 0,5 mm verformt, typischerweise 1 bis 2 mm². Nehmen wir beispielsweise an, dass ein Benutzer die zweite Struktureinheit mit seinem Finger drückt. In diesem Fall beträgt die Fläche, auf die eine Druckkraft einwirkt, etwa einen Quadratzentimeter. Abhängig von den elastischen Eigenschaften der zweiten Struktureinheit kann ein Abschnitt 222, der eine Fläche von einigen wenigen Quadratzentimetern aufweist, sich zu der Kuppel hin bewegen. Es ist möglich, dass der Abschnitt auch andere Betätigungsglieder als das Betätigungsglied 105b aufweist, aber wenn die Druckkraft auf einen Bereich in der Nähe des Betätigungsglieds 105b ausgeübt wird, werden die anderen Betätigungsglieder typischerweise nicht so weit auf die ihnen zugeordneten Kuppeln zu bewegt, dass die leitenden Bereiche der entsprechenden Kuppeln die jeweiligen Kopplungsbereiche berühren. Wenn die erste Struktureinheit dazu vorgesehen ist, sich zu verformen, bewegt sich in einem Inertialkoordinatensystem ein Abschnitt der ersten Struktureinheit, doch wenn eine relative Bewegung berücksichtigt wird, bewegt sich wiederum ein bestimmter Abschnitt der zweiten Struktureinheit zusammen mit einem Betätigungsglied auf eine Kuppel zu. Wenn die erste oder zweite Struktureinheit im Wesentlichen starr ist, und dazu ausgebildet ist, sich als Gesamteinheit zu bewegen, wie 2c zeigt, ist der Abschnitt 222 der zweiten Struktureinheit, der sich auf eine Kuppel zu bewegt, typischerweise größer als für den Fall, dass sich die erste oder die zweite Struktureinheit verformt.
3 zeigt schematisch einen Dateneingabemechanismus 300 gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. In dieser zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dient eine Leiterplatte 304 als erste Struktureinheit. Die Kuppeln 102a, 102b sind benachbart zu der Leiterplatte 304 angeordnet. Eine Platte 301, die Betätigungsglieder 105a, 105b aufweist, die sich von der Fläche aus erstrecken, welche der Leiterplatte zugewandt ist, dient als die zweite Struktureinheit 220. Eine Abdeckung 106 mit einer passenden Öffnung für die Platte 301 ist ebenfalls in 3 dargestellt. Die Abdeckung 106 kann benutzt werden, um die Platte 301 leicht gegen die Kuppeln 102a, 102b zu drücken. Die Öffnung ermöglicht es, dass sich die Kanten der Platte 301 in Richtung der Leiterplatte biegen, oder dass sich die Platte 301 neigt.
Bei der Platte 301 kann es sich beispielsweise um ein transparentes Fenster oder eine dekorative Platte handeln, die eine andere Farbe oder ein anderes Material aufweist als die Abdeckung 106. Wenn die Platte 301 ein transparentes Fenster ist, ist es vorteilhaft, das Anzeigeelement 303 zwischen der Leiterplatte 204 und dem transparenten Fenster 301 anzuordnen. Das Anzeigeelement kann beispielsweise eine Flüssigkristallanzeige (LCD) sein. Zusätzlich zu dem Anzeigeelement 303 kann ein Lichtleiter 302 nötig sein, um eine Beleuchtung der Anzeige zu ermöglichen. Der Lichtleiter leitet Licht, das beispielsweise von LEDs abgegeben wird, an das Anzeigeelement. Die Anzeigenbeleuchtung kann von hinten erfolgen, wobei das Anzeigeelement in diesem Fall zwischen dem Lichtleiter und dem Fenster angeordnet ist, oder von vorne, wobei der Lichtleiter zwischen dem Anzeigeelement und dem Fenster angeordnet ist. Typischerweise ist zwischen der Unterfläche der Fensterplatte 301 und den möglichen Elementen, die zwischen der Leiterplatte und der Fensterplatte 301 angeordnet sind, ein kleiner Zwischenraum vorgesehen, damit sich die Fensterplatte 301 und die Leiterplatte 304 relativ zueinander bewegen können. Während der Einwirkung einer Druckkraft verformt sich die Fensterplatte 301 oder neigt sich typischerweise derart geringfügig, dass die Bildqualität die gleiche bleibt wie bei Fluchtung der Fensterplatte 301 und des Anzeigeelements 303.
4 zeigt eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Dateneingabemechanismus. Die plattenartige zweite Struktureinheit 220 weist in 4 als Beispiel eine rechteckige Form auf, und zwischen der ersten und zweiten Struktureinheit sind als Beispiel vier Kuppeln vorgesehen. In 4a sind die Kuppeln 102a, 102b, 102c, 102d in den Ecken einer plattenartigen zweiten Struktureinheit 220 angeordnet, und in 4b sind sie in der Mitte der Seiten der plattenartigen zweiten Struktureinheit 220 angeordnet. Wenn angenommen wird, dass die erste Struktureinheit starr ist, kann, abhängig von den elastischen Eigenschaften der Platte 220 und den elastischen Eigenschaften der Kuppeln, der Bereich, in dem die Platte 220 gedrückt werden kann, um einen entsprechenden leitenden Kopplungsbereich zu berühren, unterschiedlich sein. In 4a und 4b sind für jede Kuppel 102a, 102b, 102c, 102d Beispiele solcher Bereiche 401a, 401b, 401c, 401d dargestellt. Um beispielsweise einen leitenden Teil der Kuppel 102a gegen einen leitenden Kopplungsbereich an einer Leiterplatte zu drücken, wird die Platte 220 nahe der oberen linken Ecke der Platte in 4a, nämlich im Bereich 401a, gedrückt.
Insbesondere wenn die plattenartige zweite Struktureinheit 220 dazu vorgesehen ist, sich zu neigen, wenn sie auf die erste Struktureinheit zu bewegt wird, ist es möglich, die plattenartige zweite Struktureinheit 220 in eine Position zwischen zwei Kuppeln (Kuppel 102a und 102b) zu der ersten Struktureinheit hin zu bewegen, um die entsprechenden leitenden Kopplungsbereiche zu berühren. Die elektrischen Signale in Bezug auf die zwei Kuppeln, die gleichzeitig erzeugt werden, können als ein neues Eingangssignal interpretiert werden, und es ist möglich, den Betrieb beispielsweise der Bereiche 402a, 402b, 402c, 402d zu simulieren, wobei das Drücken der plattenartigen zweiten Struktureinheit 220 dazu führt, dass zwei Kuppeln gegen die Leiterplatte gedrückt werden. Typischerweise berühren zwei Kuppeln nicht genau gleichzeitig die leitenden Kopplungsbereiche, aber es ist möglich, den elektrischen Schaltungen, die dem elektromechanischen Dateneingabemechanismus zugeordnet sind, eine entsprechende Logik hinzuzufügen, oder dasselbe mit Software in einem Tastaturschnittstellenblock zu tun. Wenn beispielsweise ein zweites Signal in Bezug auf eine zweite Kuppel innerhalb eines bestimmten Zeitraums aktiviert wird, nachdem ein erstes Signal aktiviert wurde, und die Signale wenigstens über einen gewissen vorbestimmten Zeitraum aktiv bleiben, kann dies als ein Eingangssignal interpretiert werden, das den zwei Kuppeln entspricht.
Insbesondere wenn die plattenartige zweite Struktureinheit 220 sich neigend ausgebildet ist, ist es ferner möglich, die plattenartige zweite Struktureinheit in der Mitte der Platte zu drücken und auf diese Weise zu erreichen, dass alle Kuppeln unter der plattenartigen zweiten Struktureinheit 220 die leitenden Kopplungsbereiche berühren. Dies kann als ein neues Eingangssignal interpretiert werden, zusätzlich zu den Eingangssignalen, die den einzelnen Kuppeln entsprechen, und zusätzlich zu den möglichen Eingangssignalen, die den Kuppelpaaren entsprechen. In 4b ist der Bereich, durch dessen Drücken die leitenden Bereiche der vier Kuppeln 102a, 102b, 102c, 102d die entsprechenden Kopplungsbereiche berühren, mit einer gestrichelten Linie 403 markiert. Wieder werden typischerweise nicht alle vier Signale in Bezug auf die Kuppeln gleichzeitig aktiviert, weshalb eine ähnliche Logik, wie sie oben für zwei Kuppeln beschrieben wurde, auf vier Kuppeln angewandt werden kann.
Eine ähnliche Bedienung kann mit einer sich verformenden Platte erreicht werden, die als die zweite Struktureinheit 220 dient, wenn die Platte in einem verglichen mit dem Durchmesser einer Kuppel großen Bereich gedrückt wird. Die Fläche einer Anzeige einer Mobilstation beispielsweise beträgt typischerweise einige wenige Quadratzentimeter. Wenn die Anzeigefläche gleichzeitig als ein erfindungsgemäßer elektromechanischer Dateneingabemechanismus dient, drückt ein Benutzer die Anzeige typischerweise mit seinem Daumen. Das Anzeigefenster, das als eine zweite Struktureinheit eines erfindungsgemäßen elektromechanischen Dateneingabemechanismus dient, wird deshalb in einem Bereich gedrückt, der typischerweise einen Quadratzentimeter abdeckt. Der Durchmesser einer Kuppel beträgt typischerweise 3 bis 5 mm, und zwei Kuppeln können etwa zwei Zentimeter voneinander entfernt sein. Ein Daumen, der das Anzeigefenster drückt, kann so das Fenster leicht verformen, so dass zwei Kuppeln zur Fläche beispielsweise einer Leiterplatte gedrückt werden, wenn die elastischen Eigenschaften des Anzeigefensters passend ausgewählt werden.
Ein Beispiel für ein Signal, das alle Kuppeln eines erfindungsgemäßen Dateneingabemechanismus zugeordnet sein kann, ist ein Aufwecksignal. Eine elektrische Vorrichtung kann sich ausschalten, wenn ein Benutzer beispielsweise die Vorrichtung für eine bestimmte Zeit nicht benutzt. Im ausgeschalteten Zustand ist es möglich, eine Situation, in der Signale in Bezug auf alle Kuppeln des Eingabemechanismus gleichzeitig aktiviert werden, als Aufwecksignal zu interpretieren, das die elektrische Vorrichtung veranlasst, sich einzuschalten. Auf diese Weise kann ein erfindungsgemäßer Dateneingabemechanismus zusammen mit einer automatischen Ausschaltfunktion einen üblichen Ein-/Ausschaltknopf ersetzen.
Da ferner die automatische Ausschaltfunktion die Notwendigkeit einer separaten Taste ausräumen kann, mit deren Hilfe es möglich ist, eine Vorrichtung auszuschalten, ist auch ein separates Ausschaltsignal unnötig. Es ist deshalb möglich, dass, wenn die Vorrichtung sich im eingeschalteten Zustand befindet, ein zweites Eingabesignal – das sich von dem Aufwecksignal unterscheidet – mit dem gleichzeitigen Drücken aller Kuppeln gegen den leitenden Kopplungsbereich in Zusammenhang steht. 5 zeigt schematisch eine elektrische Schaltung 500, die dem Aufwecksignal zugeordnet ist. Eine Steuerungseinheit 501 wird während der Ruhelage von einer Ruhelagenstromversorgung 502 mit Energie versorgt. Die Schalter 503a, 503b, 503c, 503d stellen die Kuppeln dar. Ein Schalter 503a, 503b, 503c, 503d wird geschlossen, wenn der leitende Bereich einer Kuppel den entsprechenden leitenden Kopplungsbereich berührt. Das Signal, das jeder Kuppel zugeordnet ist, wird aktiviert, wenn der Schalter geschlossen wird. Wenn alle Schalter gleichzeitig geschlossen werden (wobei eine mögliche Verzögerung und die Dauer des Schließzustands der Schalter berücksichtigt werden), und wenn die Vorrichtung sich in einem Ausschaltmodus befindet, wird ein Aufwecksignal 504 ausgelöst. Wenn sich die Vorrichtung im Einschaltmodus befindet, zeigt die Steuerungsschaltung 501 unter Benutzung der Ausgänge 505a, 505b, 505c, 505d den Status der Schalter an. Das bedeutet, dass sie das Aufwecksignal im Einschaltmodus nicht sendet, auch wenn alle Schalter 503a, 503b, 503c, 503d gleichzeitig geschlossen werden. Diese Ausgänge 505a, 505b, 505c, 505d sind typischerweise mit einer Tastaturschnittstelle verbunden. Eine elektrische Schaltung 500 kann leicht beispielsweise als kleiner Hardwareblock aufgebaut werden. Alternativ können die Schalter nacheinander in Serie geschaltet sein, um dieselbe Funktion auszuüben. In diesem Fall empfängt die Steuerungsschaltung ein Aufwecksignal, wenn alle Schalter gleichzeitig geschlossen werden.
Die Anzahl der in 4 gezeigten Kuppeln ist nur ein Beispiel. Ein erfindungsgemäßer elektromechanischer Dateneingabemechanismus kann eine beliebige Anzahl von Kuppeln umfassen. Typischerweise hängen die Anzahl der Kuppeln und ihre Position von der Fläche des elektromechanischen Dateneingabemechanismus und vom Bedienungsprinzip des elektromechanischen Dateneingabemechanismus ab. Wenn die Bedienung auf dem Neigen einer starren Platte basiert, ist es normalerweise nicht möglich, viele Kuppeln zwischen der ersten und zweiten Struktureinheit des Dateneingabemechanismus anzuordnen. Das lokale Verformen einer Platte andererseits ermöglicht es, die Position vieler Kuppeln zu steuern.
Es ist möglich, einen erfindungsgemäßen elektromechanischen Dateneingabemechanismus zu erstellen, der nur ein kuppelartiges Element aufweist. Ein solcher Mechanismus kann einen einzelnen Druckknopf ersetzen. Die zweite Struktureinheit kann beispielsweise dazu vorgesehen sein, sich in eine Richtung senkrecht zu der ersten und zweiten Fläche zu bewegen. Beispielsweise kann ein Gehäuse einer Vorrichtung eine Öffnung aufweisen, die die Bewegung einer relativ dicken Platte steuert, von deren Fläche aus sich ein Betätigungsglied erstreckt. In diesem Fall ist das zweite Strukturelement typischerweise starr. Als ein zweites Beispiel kann eine dünne Abdeckung einer Vorrichtung, von der aus sich ein Betätigungsglied hin zu einer Kuppel erstreckt, als das zweite Strukturelement dienen. Die dünne Abdeckung verformt sich, indem sie gedrückt wird, und veranlasst das Betätigungsglied, sich zu der Kuppel hin zu bewegen.
6 zeigt Beispiele einer elektrischen Vorrichtung gemäß der Erfindung. Eine Mobilstation 600 umfasst übliche Druckknöpfe 104 zum Eingeben von Ziffern. Im Anzeigebereich 301 der Mobilstation 600 befindet sich ein elektromechanischer Dateneingabemechanismus 300 gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Die Kuppeln 102 sind in der Mitte der Seiten des Fensters 301 angeordnet. Der elektromechanische Dateneingabemechanismus 300 der Mobilstation 600 kann so in praktischer Weise als Pfeiltasten benutzt werden. Es ist auch möglich, mit Hilfe der Kuppeln mehr Eingabesignale zu erzeugen, wie oben erörtert. Bei der Mobilstation 610 sind auch die Zifferdruckknöpfe durch einen zweiten erfindungsgemäßen elektromechanischen Dateneingabemechanismus 620 ersetzt. Bei dem zweiten elektromechanischen Dateneingabemechanismus 620 dient die Abdeckung 106 der Mobilstation als die zweite Struktureinheit des elektromechanischen Dateneingabemechanismus. Es ist auch möglich, dass ein erfindungsgemäßer elektrischer Dateneingabemechanismus beispielsweise in einer Schiebeabdeckung oder einem anderen Teil einer Mobilstation angeordnet ist. Der Bereich, an dem sich das Mikrofon oder die Kopfhörer befinden, ist ein weiteres Beispiel für einen Teil einer Kommunikationsvorrichtung, an dem ein erfindungsgemäßer elektromechanischer Dateneingabemechanismus integriert sein kann.
Neben Mobiltelefonen kann ein erfindungsgemäßer elektromechanischer Dateneingabemechanismus beispielsweise auf Laptopcomputer, auf elektronische Kalender (Palm-Top-Vorrichtungen), oder grundsätzlich auf jede elektrische Vorrichtung angewandt werden, bei der Druckknöpfe oder eine Tastatur benötigt werden. Bei Laptopcomputern und elektronischen Kalendern ist es besonders vorteilhaft, einen erfindungsgemäßen Dateneingabemechanismus zu benutzen, wobei ein Anzeigebauteil unter einem Fenster angeordnet ist, und das Fenster als eine zweite Struktureinheit des Dateneingabemechanismus dient, wie in 3 gezeigt.
7 zeigt schematisch elektronische Dateneingabemechanismen 700, 750, 760 gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Bei dem Dateneingabemechanismus 700 aus 7a dient das Gehäuse 106 einer Vorrichtung als eine erste Struktureinheit 210 des Mechanismus 700. Die zweite plattenartige Struktureinheit 220 umfasst verschiedene integrierte Bauteile: beispielsweise ist an der Oberseite ein Fenster 303 angeordnet, unter dem ein Lichtleiter 302, ein Anzeigeelement 301 und ein Maschinenmodul 701 vorgesehen sind. Das Maschinenmodul ist für den Betrieb der Vorrichtung verantwortlich. An der Unterseite der plattenartigen Struktureinheit 220 sind die Betätigungsglieder 105 vorgesehen. Kuppeln 102 sind zwischen den Betätigungsgliedern und der ersten Struktureinheit 210 (dem Gehäuse der Vorrichtung) angeordnet. Die leitenden Kopplungsbereiche sind bei dem Dateneingabemechanismus 700 an der Fläche des Gehäuses 106 angeordnet. Der Dateneingabemechanismus 750 in 7b ähnelt dem Dateneingabemechanismus 700, doch dient hier das Gehäuse 106 der Vorrichtung als zweite Struktureinheit 720 des elektromechanischen Dateneingabemechanismus 750. Die Betätigungsglieder 105 sind in diesem Fall ein Teil des Gehäuses 106, und die leitenden Kopplungsbereiche befinden sich in der ersten Struktureinheit 710, die auch das Fenster 303, den Lichtleiter 302, das Anzeigeelement 301 und das Maschinenmodul 701 der Vorrichtung umfasst.
Bei den Dateneingabemechanismen 700 und 750, bei denen die elektronischen Schaltungen, beispielsweise eine Leiterplatte oder das Maschinenmodul 701, Teil einer Struktureinheit sind, die in Bezug auf das Gehäuse beweglich ist, ist es vorteilhaft, die bewegliche Struktureinheit so starr wie möglich auszubilden. Anderenfalls kann die Zuverlässigkeit beispielsweise der Flip-Chip-Lötverbindung reduziert werden. Es ist deshalb vernünftig, die zweite Struktureinheit 220 in Mechanismus 700 und die erste Struktureinheit 710 in Mechanismus 750 so starr auszubilden, dass eine Kraft im Zusammenhang mit der normalen Benutzung des Dateneingabemechanismus keine Verformung bewirkt, wodurch beispielsweise die Flip-Chip-Lötverbindungen beschädigt werden könnten.
7c zeigt einen gegenüber dem Mechanismus 700 leicht modifizierten Dateneingabemechanismus 760. Hier ist der Zwischenraum zwischen der zweiten Struktureinheit 220 und der ersten Struktureinheit 106/210 mit einem geeigneten elastischen Material 761 gefüllt, beispielsweise Elastomer, das es zulässt, dass sich die zweite Struktureinheit 220 in Bezug auf die erste Struktureinheit 210 geringfügig bewegt, und dass sich die Form der Kuppeln verändert. Der elektromechanische Dateneingabemechanismus 760 ist wasserdicht, und das elastische Material zwischen dem Gehäuse und dem Maschinenmodul kann außerdem die Wärmeabfuhr von dem Maschinenmodul verbessern. Verglichen mit üblichen Strukturen, bei denen normalerweise eine separat abgedichtete Druckknopfanordnung benötigt wird, um einen wasserdichten Aufbau zu erzielen, ist der Dateneingabemechanismus 760 robust, leicht herzustellen und kosteneffektiv. Da die Notwendigkeit separater Druckknöpfe ausgeräumt werden kann, verfügt zudem der Designer einer Vorrichtung über mehr Freiheit bei der Gestaltung der Vorrichtung, die einen elektromechanischen Dateneingabemechanismus 760 oder einen anderen erfindungsgemäßen Dateneingabemechanismus aufweist.
Der Dateneingabemechanismus gemäß der dritten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann vorteilhaft in sehr kleinen elektrischen Vorrichtungen benutzt werden, wie dem Gehäuse der Vorrichtung, das einen Teil des Dateneingabemechanismus bildet.
8 zeigt als ein Beispiel eine erfindungsgemäße Kommunikationsvorrichtung 800, die als Uhrtelefon bezeichnet wird. Der Querschnitt der Kommunikationsvorrichtung kann beispielsweise dem in 7c gezeigten entsprechen. Die Bezugszeichen 210 und 220 in 8 stimmen mit dem Querschnitt in 7c überein. Die Bedienungsoptionen werden dem Benutzer mit Hilfe einer kreisförmigen Anzeigefläche 801 angezeigt. Die kreisförmige Anzeigefläche 801 ist der Oberteil einer ersten oder zweiten Struktureinheit eines erfindungsgemäßen elektromechanischen Dateneingabemechanismus, und der Benutzer aktiviert die gewünschte Option durch Drücken der Anzeigefläche 801. 8 zeigt als ein Beispiel vier Kuppeln 102 zwischen dem ersten und zweiten Element des elektromechanischen Dateneingabemechanismus. Da der Durchmesser der Anzeige eines Uhrtelefons typischerweise etwa 3 Zentimeter beträgt, können möglicherweise nicht mehr als vier Kuppeln in einem elektromechanischen Dateneingabemechanismus in einem Uhrtelefon vorliegen. Natürlich kann die Form des Uhrtelefons auch nicht-kreisförmig sein, z.B. rechteckig, oval, elliptisch, oder frei gestaltet. Wenn der Benutzer die Anzeigefläche 801 mit einem stiftartigen oder nadelartigen Instrument drückt, kann es möglich sein, mehr Kuppeln in dem elektromechanischen Dateneingabemechanismus in der Vorrichtung anzuordnen.
9 zeigt, wieder als ein Beispiel, eine erfindungsgemäße Kommunikationsvorrichtung 900, die als ein Stifttelefon bezeichnet wird. Die Kommunikationsvorrichtung 900 umfasst, als ein Beispiel, zwei Druckknöpfe 104. Außerdem ist in einem Anzeigebereich 301 ein erfindungsgemäßer Dateneingabemechanismus integriert. Der Querschnitt des Dateneingabemechanismus kann beispielsweise ähnlich dem in 3 oder 7 gezeigten sein. Da bei einem Stifttelefon die Anzeige 301 typischerweise gestreckt ist, ist es normalerweise am einfachsten, in ihrem elektromechanischen Dateneingabemechanismus die Kuppeln in einer Reihe anzuordnen.
9 zeigt zwei Kuppeln, doch es ist auch möglich, dass beispielsweise eine dritte Kuppel in der Mitte des Anzeigebereichs vorliegt, wenn die Bedienung des Dateneingabemechanismus in der Kommunikationsvorrichtung 900 darauf basiert, dass sich die erste oder zweite Struktureinheit des Dateneingabemechanismus lokal verformt.
In dieser Beschreibung und in den begleitenden Figuren dienen die Richtungen dazu, die Beschreibung und die relative Position der Bauteile des Dateneingabemechanismus zu verdeutlichen. Die Richtungsbegriffe beschränken die Erfindung nicht auf Dateneingabemechanismen an einer bestimmten Position oder in einer bestimmten Ausrichtung.

Claims

Elektromechanischer Dateneingabemechanismus (200, 300, 700, 750, 760), wobei der Mechanismus umfasst: – eine erste Struktureinheit (210, 710), – eine zweite Struktureinheit (220, 720), die dazu ausgebildet ist, sich in Bezug auf die erste Struktureinheit zu bewegen, – eine erste Fläche (211) als einen Teil der ersten Struktureinheit, – eine zweite Fläche (212), die benachbart zu der ersten Fläche angeordnet ist und von dieser durch eine Lücke getrennt ist, als einen Teil der zweiten Struktureinheit, – einen leitenden Kopplungsbereich (107) an der ersten Fläche, – zwischen der ersten und zweiten Fläche und benachbart zu dem leitenden Kopplungsbereich ein kuppelartiges Element (102) mit einer leitenden Fläche, die benachbart zu dem leitenden Kopplungsbereich angeordnet ist, und – ein Betätigungsglied (105), das benachbart zu dem kuppelartigen Element angeordnet ist, und sich von der zweiten Fläche aus erstreckt; wobei der Mechanismus einen Druckbereich zum Ausüben einer Kraft bereitstellt, die die erste und zweite Struktureinheit zueinander hin drückt, wobei das kuppelartige Element im Wesentlichen innerhalb des Druckbereich angeordnet ist, und wobei in dem Druckbereich elastische Eigenschaften der zweiten Struktureinheit im Wesentlichen gleichförmig sind, und wobei die erste und zweite Struktureinheit durch das kuppelartige Element in dem Druckbereich beabstandet voneinander gehalten werden; dadurch gekennzeichnet, dass – unter dem Einfluss einer Druckkraft, die auf einen Bereich innerhalb des Druckbereichs ausgeübt wird, und die die erste und zweite Struktureinheit zueinander hin drückt, die zweite Struktureinheit dazu ausgelegt ist, sich zu biegen, so dass das Betätigungsglied sich zu dem kuppelartigen Element hin bewegt.
Elektromechanischer Dateneingabemechanismus (201) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Struktureinheit so angeordnet ist, dass sie unter dem Einfluss der Druckkraft einer elastischen Verformung unterliegt, so dass der Abschnitt und das Betätigungsglied sich zu dem kuppelartigen Element hin bewegen.
Elektromechanischer Dateneingabemechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Struktureinheit so angeordnet ist, dass sie unter dem Einfluss der Druckkraft einer elastischen Verformung unterliegt, so dass der Abschnitt und das Betätigungsglied sich zu dem kuppelartigen Element hin bewegen.
Elektromechanischer Dateneingabemechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er ferner umfasst: – einen zweiten leitenden Kopplungsbereich an der ersten Fläche, – zwischen der ersten und zweiten Fläche und benachbart zu dem zweiten leitenden Kopplungsbereich ein zweites kuppelartiges Element (102b), das eine zweite leitende Fläche benachbart zu dem zweiten leitenden Koppelungsbereich aufweist, und – ein zweites Betätigungsglied (105b), das benachbart zu dem zweiten kuppelartigen Element angeordnet ist, und sich von der zweiten Fläche aus erstreckt, und dadurch, dass – die zweite Struktureinheit dazu ausgelegt ist, sich unter dem Einfluss einer Kraft, die auf einen ersten Bereich (401a) innerhalb des Druckbereichs ausgeübt wird, zu biegen, so dass das Betätigungsglied sich zu dem kuppelartigen Element (102a) hin bewegt, und – die zweite Struktureinheit dazu ausgelegt ist, sich unter dem Einfluss einer Kraft, die auf einen zweiten Bereich (410a) innerhalb des Druckbereichs ausgeübt wird, zu biegen, so dass das zweite Betätigungsglied sich zu dem zweiten kuppelartigen Element (102b) hin bewegt.
Elektromechanischer Dateneingabemechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die kuppelartigen Elemente im Wesentlichen symmetrisch nahe dem Umfang des Druckbereichs angeordnet sind.
Elektromechanischer Dateneingabemechanismus nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckbereich polygonal ist, und die kuppelartigen Elemente nahe den Ecken des Druckbereichs angeordnet sind.
Elektromechanischer Dateneingabemechanismus nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckbereich rechteckig ist, und die kuppelartigen Elemente nahe den Ecken des Druckbereichs angeordnet sind.
Elektromechanischer Dateneingabemechanismus nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckbereich polygonal ist, und die kuppelartigen Elemente nahe an mittleren Punkten der Seiten des polygonalen Druckbereichs angeordnet sind.
Elektromechanischer Dateneingabemechanismus nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckbereich rechteckig ist.
Elektromechanischer Dateneingabemechanismus nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckbereich kreisförmig ist.
Elektromechanischer Dateneingabemechanismus nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckbereich oval ist.
Elektromechanischer Dateneingabemechanismus nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckbereich elliptisch ist.
Elektromechanischer Dateneingabemechanismus (200, 300, 700) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Struktureinheit (301) eine Platte ist, die als Verlängerung ein Betätigungsglied aufweist.
Elektromechanischer Dateneingabemechanismus nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der Platte transparent ist.
Elektromechanischer Dateneingabemechanismus (300) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass er ferner ein drittes Element (302, 303) umfasst, das ein plattenartiges Element zwischen der ersten und zweiten Struktureinheit ist, und das ein Anzeigeelement (302) umfasst, und dass die Information, die mit dem Anzeigeelement angezeigt wird, durch den transparenten Teil der Platte hindurch sichtbar ist.
Elektromechanischer Dateneingabemechanismus (700) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass – die Platte eine transparente Schicht (301) und ein plattenartiges Anzeigeelement (302) umfasst, wobei die transparente Schicht auf der zum Betätigungsglied entgegengesetzten Seite der Platte angeordnet ist, und dass – die Information, die mit dem Anzeigeelement angezeigt wird, durch den transparenten Teil der transparenten Schicht hindurch sichtbar ist.
Elektromechanischer Dateneingabemechanismus (750) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Struktureinheit (710) eine Platte ist.
Elektromechanischer Dateneingabemechanismus (750) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte eine transparente Schicht (301) und ein plattenartiges Anzeigeelement (302) aufweist, wobei die transparente Schicht auf der zur ersten Fläche entgegengesetzten Seite der Platte angeordnet ist, und dass – die Information, die mit dem Anzeigeelement angezeigt wird, durch den transparenten Teil der transparenten Schicht hindurch sichtbar ist.
Elektromechanischer Dateneingabemechanismus (760) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lücke wenigstens teilweise mit einem elastischen Material (761) gefüllt ist, so dass sich die erste und zweite Struktureinheit relativ zueinander bewegen können.
Elektromechanischer Dateneingabemechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der kuppelartigen Elemente zwischen der ersten und zweiten Fläche eins beträgt, und dass sich ein Betätigungsglied von der zweiten Fläche aus erstreckt.
Elektromechanischer Dateneingabemechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der kuppelartigen Elemente zwischen der ersten und zweiten Fläche zwei beträgt, und dass sich zwei Betätigungsglieder von der zweiten Fläche aus erstrecken.
Elektromechanischer Dateneingabemechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der kuppelartigen Elemente zwischen der ersten und zweiten Fläche drei beträgt, und dass sich drei Betätigungsglieder von der zweiten Fläche aus erstrecken.
Elektromechanischer Dateneingabemechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der kuppelartigen Elemente zwischen der ersten und zweiten Fläche vier beträgt, und dass sich vier Betätigungsglieder von der zweiten Fläche aus erstrecken.
Elektronische Vorrichtung, die einen elektromechanischen Dateneingabemechanismus umfasst, wobei der elektromechanisches Dateneingabemechanismus Folgendes umfasst: – eine erste Struktureinheit (210, 710), – eine zweite Struktureinheit (220, 720), die dazu ausgebildet ist, sich in Bezug auf die erste Struktureinheit zu bewegen, – eine erste Fläche (211) als einen Teil der ersten Struktureinheit, – eine zweite Fläche (212), die benachbart zu der ersten Fläche angeordnet ist und von dieser durch eine Lücke getrennt ist, als einen Teil der zweiten Struktureinheit, – einen leitenden Kopplungsbereich (107) an der ersten Fläche, – zwischen der ersten und zweiten Fläche und benachbart zu dem leitenden Kopplungsbereich ein kuppelartiges Element (102) mit einer leitenden Fläche, die benachbart zu dem leitenden Kopplungsbereich angeordnet ist, und – ein Betätigungsglied (105), das benachbart zu dem kuppelartigen Element angeordnet ist und sich von der zweiten Fläche aus erstreckt; wobei der Mechanismus einen Druckbereich zum Ausüben einer Kraft bereitstellt, die die erste und zweite Struktureinheit zueinander hin drückt, wobei das kuppelartige Element im Wesentlichen innerhalb des Druckbereich angeordnet ist, und wobei in dem Druckbereich elastische Eigenschaften der zweiten Struktureinheit im Wesentlichen gleichförmig sind, und wobei die erste und zweite Struktureinheit durch das kuppelartige Element in dem Druckbereich beabstandet voneinander gehalten werden; dadurch gekennzeichnet, dass der elektromechanische Dateneingabemechanismus ein elektromechanischer Dateneingabemechanismus nach Anspruch 1 ist.
Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine tragbare Vorrichtung ist.
Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine tragbare Telekommunikationsvorrichtung ist.
Elektronische Vorrichtung (600, 610) nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Mobiltelefon ist.
Elektronische Vorrichtung (800) nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung die Form einer Armbanduhr aufweist.
Elektronische Vorrichtung (900) nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung die Form eines Stiftes aufweist.
Elektronische Vorrichtung (800) nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Struktureinheit (210) ein Gehäuse (801) der elektrischen Vorrichtung ist.
Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Struktureinheit (220, 720) ein Gehäuse (801) der elektrischen Vorrichtung ist.
Elektrische Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Computer ist.
Elektrische Vorrichtung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein tragbarer Computer ist.