СИСТЕМА ВВОДА МАТРИЧНОЙ КЛАВИАТУРЫ (ВАРИАНТЫ)

Область применения
Полезная модель относится к области электронной техники, а более конкретно к системе ввода информации с клавиатуры и может использоваться в качестве клавиатуры однокасательного ввода символа в матричных клавиатурах КПК, сотовых телефонов, калькуляторов, пультов дистанционного управления, электронных теодолитах, электронных тахеометрах и пр. приборах с матричной клавиатурой.
Уровень техники
До недавнего времени было предложено много способов ввода и раскладок знаков для поддержания «ввода знаков» на портативных устройствах, например на сотовом телефоне, карманном компьютере, пульте дистанционного управления (далее портативные устройства), которые имеют ограниченное число кнопок, что обусловленное первоначальным предназначением кнопок только для ввода цифровых данных и требованием минимизации размеров. Функция ввода знаков была добавлена позже, что повысило эксплуатационные качества портативных устройств, но она оказалась значительно менее удобной, чем ее реализация на клавиатуре персонального компьютера. Обычно портативное устройство содержит раскладку из 3×4 кнопок или полей буквенно-цифровых клавиш в качестве средства ввода. Поле буквенно-цифровых клавиш имеет ограниченное количество кнопок, в разы меньше, чем клавиатура персонального компьютера. Обычно, чтобы преодолеть это ограничение, одной кнопке присваивают более одного знака, так что пользователю приходится нажимать не менее двух кнопок или не менее двух раз на одну кнопку, чтобы выбрать дополнительно присвоенный знак, подлежащий введению.
В настоящее время для повышения эффективности ввода знаков с использованием поля буквенно-цифровых клавиш разработаны различные раскладки знаков, способы ввода и устройства ввода. И хотя некоторые из разработанных способов могут повысить скорость ввода и удобство пользователя, существует трудность, заключающаяся в том, что пользователь вынужден изучить новую раскладку знаков. А именно, все разработанные способы привносят новую раскладку знаков или увеличение количества кнопок. Таким образом, чтобы усвоить новый способ ввода, пользователь должен быть ознакомлен со способом ввода и раскладкой знаков одновременно, а изготовитель должен внести некоторые изменения в структуру портативного устройства, особенно в количество кнопок. Так как пользователь не уверен, стоит ли покупать портативное устройство с непривычным способом ввода, сложностей будет меньше, если изменить только способ ввода или же лишь раскладку знаков. В особенности, с точки зрения пользователя, требуется больше времени, чтобы изучить раскладку знаков, нежели способ ввода. Это означает, что изготовитель может применять различные способы ввода к портативному устройству, не меняя привычную раскладку знаков, а пользователь может выбрать способ ввода, подходящий ему.
Из уровня техники известно решение [патент RU 2344564].
Кнопкам присвоены знаки таким образом, что буквенные знаки, которые находятся на смежных кнопках в стандартной клавиатуре QWERTY, расположены на одной или смежных кнопках клавиатуры портативного устройства. При этом буквенные знаки разделены на группу для ввода левой рукой и группу для ввода правой рукой на стандартной клавиатуре QWERTY, а также на первый набор знаков, второй набор знаков и третий набор знаков в соответствии с частотой их использования.
Данное изобретение принято за прототип.
Недостатком этого решения является то, что, не смотря на обеспечение пользователя, знакомому со способом ввода знаков на какой-либо раскладке, например, QWERTY, возможностью быстро и эффективно вводить знаки с помощью раскладки знаков на клавиатуре портативного устройства, обучаться этому способу ввода все равно довольно сложно. Потребность всегда знать, какую из клавиш надо нажимать в качестве функциональной, часто будет вызывать путаницу в нажатии нужной клавиши. Разделение на группы производится в соответствии с частотой использования клавиш, что усложняет ввод редко вводимых символов и знаков. Способ не значительно ускоряет ввод данных с матричной клавиатуры в сравнении с традиционной, когда одной кнопке присваивают более двух знаков, так что пользователю приходится нажимать не менее двух кнопок, чтобы выбрать знак, подлежащий введению.
Технический результат: обеспечивается упрощение ввода данных с матричной клавиатуры без потребности сложного обучения; повышается скорость ввода символов в одно касание, не зависимо от частоты их использования.
Осуществление полезной модели
Заявленный технический результат достигается за счет того, что система ввода матричной клавиатуры, расположенной в виде матрицы, с использованием интерфейса ввода знаков, содержащая клавиатуру, включающую множество клавиш, части или каждой из которых присваивают более одного знака; содержащая процессор для клавиш ввода, предназначенный для обработки операции ввода знаков с помощью клавиатуры и вывода соответствующих знаков, отличающаяся тем, что каждая клавиша, которой присвоено более одного знака или блок клавиш или составная часть клавиатуры, содержит устройство распознавания введенного символа в зависимости от направления приложения внешнего усилия к клавише или блоку клавиш или составной части клавиатуры, которое однозначно интерпретирует нажатие клавиши или блока клавиш или составной части клавиатуры с одновременным приложением усилия влево или вправо, или вниз, или вверх как уникальное событие и генерирует на выходе уникальные сигналы для каждого прилагаемого усилия, которым сопоставлены дополнительно присвоенные символы.
Другой вариант реализации системы предусматривает, что система ввода матричной клавиатуры, расположенной в виде матрицы, с использованием интерфейса ввода знаков, содержащая клавиатуру, включающую множество клавиш, части или каждой из которых присваивают более одного знака; содержащая процессор для клавиш ввода, предназначенный для обработки операции ввода знаков с помощью клавиатуры и вывода соответствующих знаков, отличающаяся тем, что каждая клавиша содержит устройство распознавания введенного символа в зависимости от направления смещения пальца или стилуса по поверхности клавиши, которое однозначно интерпретирует любое направление смещения пальца или стилуса по поверхности клавиши влево и/или вправо, или вниз, или вверх, или под углом к указанным направлениям, как уникальное событие и генерирует на выходе уникальные сигналы для каждого дополнительно присвоенного символа.
Устройство системы ввода матричной клавиатуры может быть выполнено на примере устройства клавиши, показанного на Фиг.1, где 1 - плата с мембранными кнопками, 2 - элементы каркаса, 3 - гибкий полимерный материал.
Принцип работы системы основан на том, что (см. диаграмму на Фиг.2) при нажатии на центр клавиши (в примере на Фиг.1 - это цифра «2») или на центр с уклоном клавиши в одну из четырех сторон или на место удаленное от центра в направлении уклона клавиши в одну из четырех сторон, которые символизируют иные символы (в примере это символы: «А», «Б», «В», «Г») происходит активация одной или двух мембранных кнопок (4) на плате (1) клавиатуры. Элементы каркаса (2) и гибкий полимерный материал (3) обеспечивают возможность такой активации мембранных клавиш (4). Сигналы поступают на процессор (5), предназначенный для обработки операции ввода знаков с помощью клавиатуры и вывода соответствующих знаков. С него сигналы на срабатывание тех или иных символов или комбинаций срабатывания кнопок интерпретируемых как выбор одного из символа передаются на микропроцессор устройства (6), использующего матричную клавиатуру (КПК, сотовый телефон, калькулятор и пр. приборы).
Рассмотрим пример работы одной из клавиш матричной клавиатуры 3×4 сотового телефона (см. Фиг.1). На клавише «2» буквенные обозначения нанесены в соответствии с заявленной системой ввода матричной клавиатуры. При единичном вертикальном нажатии/касании выбирается цифра «2», при нажатии/касании с приложением усилия влево выбирается буква «А», вверх - «Б», вправо - «В», вниз - «Г», для возможного одновременное срабатывание нескольких кнопок вводятся дополнительные правила обработки в процессор (5), например, срабатывание центра и боковой клавиши интерпретируется как ввод соответствующего бокового символа, а срабатывание более двух клавиш игнорируется.
Устройство клавиши матричной клавиатуры может быть реализовано, например, в виде джойстика. Каждая клавиша (см. Фиг.3) может содержать пять или более микропереключателей (МП), четыре из которых (А, Б, В, Г) располагаются по периметру, а пятый (цифра) в центре клавиши. МП могут быть размещены в различных точках по отношению к центру и плоскости клавиши, однако своими свойствами позволяют фиксировать давление на центр, верх, низ, право и лево клавиши. Четыре МП могут быть заменены на два сдвоенных или трехпозиционных, на один универсальный, а также на один или более датчик регистрации усилия или смещения (тензометрический, емкостный, оптический и др. датчики). Каждому событию (уникальному сигналу) соответствует свой электрический ключ в МП. В этом примере возможна замена центрального МП на сенсорный элемент. При нажатии на клавишу сенсор всегда срабатывает. Пять уникальных событий для одной клавиши определяются одним касание по сенсору и четырьмя комбинациями сенсор плюс один из четырех МП периметра клавиши.
Реализация клавиши в виде сенсорного джойстика показана на Фиг.4. Вокруг центрального сенсора размещены четыре сенсора (Б, Г, А и В), что образует систему чувствительную к сдвигу пальца от центра клавиши к направлениям верх, низ, лево и право соответственно. Пять событий реализуются одним центральным сенсором (цифра) и четырьмя его комбинациями с боковыми сенсорами.
Реализация, например, клавиатуры 3×4 из 12-ти джойстиков с отдельными механическими МП или с сенсорным элементом в центре окруженными с четырех сторон МП, или в виде сенсорного джойстика из 5 чувствительных элементов, позволяет каждому МП сопоставлять свой символ. Таким образом, на 12 клавишах возможно разместить 60 МП, что эквивалентно 60 электрическим сигналам на 60 разных событий.
Система ввода матричной клавиатуры может быть реализована, например, из механических или сенсорных клавиш в виде моноблока (см. Фиг.4), размещаемого в оправе из датчиков, регистрирующих усилие (например, тензометрические датчики) или в упругой раме, позволяющей блоку клавиатуры смещаться, что регистрируется соответствующими МП или сенсорами (емкостные, индуктивные, оптические и т.п. сенсоры) или иными способами регистрации смещения, например, датчик оптической мыши. В итоге для матрицы 3×4 16 уникальных сигналов при наличии минимум 13 электрических устройств, 12 клавиш и 1 или более сенсоров позволяющих однозначно интерпретировать 4 направления прилагаемого усилия к моноблоку клавиатуры или его составляющей, например, покрытию моноблока клавиатуры из упругого материала со встроенными датчиками на изгиб и т.п. В этом примере те же 60 событий образуются комбинациями сигналов 13-ти МП/сенсоров, 5 сигналов для 12 клавиш (см. Фиг.5).
Реализация сенсорной матричной клавиатуры чувствительной к смещению пальца от центра клавиши, размером, например, 3×4 может быть выполнена предствленными на Фиг.6 (а, б) способами. В первом случае (а) чувствительную к смещению систему образуют сенсоры клавиш (7) и окружающие их с четырех сторон сенсорные элементы (8), во втором случае (б) система образуется центральной клавишей (7) выделяемой первичным касанием или максимальным сигналом срабатывания, а роль окружающих с четырех сторон сенсоров играют соседние клавиши (7) и сенсоры периметра (9). 60 событий по аналогии с предыдущими клавиатурами формируются 12-тью уникальными событиями центральных сенсоров и их 48-ю комбинациями с ближайшими боковыми сенсорами.
В качестве сенсорной клавиатуры, например, размером 3×4 может использоваться сенсорная плата (экран) или ее (его) область достаточных размеров и чувствительности для выделения зон сенсорных клавиш в виде матрицы, клавиши которой позволяют фиксировать направления движения пальца или стилуса в пределах очерченной зоны клавиши, а также реализовывать любые варианты сенсорных клавиш/клавиатур из выше перечисленных или их комбинаций.