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Dokumentenidentifikation DE10194679B4 10.01.2008
Titel Multidirektionales Eingabeelement
Anmelder Matsushita Electric Industrial Co. Ltd., Osaka, JP
Erfinder Inoue, Hiroto, Kyotanabe, Kyoto, JP;
Yamamoto, Tamotsu, Ashiya, Hyogo, JP;
Sawada, Masaki, Osaka, JP;
Nishiono, Hiroaki, Suita, Osaka, JP
Vertreter Grünecker, Kinkeldey, Stockmair & Schwanhäusser, 80538 München
DE-Anmeldedatum 05.10.2001
DE-Aktenzeichen 10194679
WO-Anmeldetag 05.10.2001
PCT-Aktenzeichen PCT/JP01/08791
WO-Veröffentlichungsnummer 2002029837
WO-Veröffentlichungsdatum 11.04.2002
Date of publication of WO application in German translation 04.09.2003
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 10.01.2008
Veröffentlichungstag im Patentblatt 10.01.2008
IPC-Hauptklasse H01H 25/04(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse G06F 3/033(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   H01C 10/06(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   G05G 9/047(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   

Beschreibung[de]
Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein multidirektionales Eingabeelement, das für den Eingabevorgang in diversen Arten elektronischer Geräte, etwa einem tragbaren Telefon, einem Informationsanschluss, einer Videospielmaschine und einer Fernsteuerung verwendet wird. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner elektronische Anlagen, in denen das multidirektionale Eingabeelement verwendet wird.

Hintergrund der Erfindung

Als ein herkömmliches multidirektionales Eingabeelement dieser Art ist ein Mehrwegeingabeelement unter Verwendung eines Mehrwegebetätigungsschalters, der in der nichtgeprüften japanischen Patentoffenlegungsschrift H10-125180 offenbart ist, bekannt. Der Aufbau und die Funktion des Mehrwegebetätigungsschalters werden mit Bezug zu den 27 bis 29 beschrieben.

27 ist eine Schnittansicht des Mehrwegebetätigungsschalters. 28 ist eine perspektivische Aufrissansicht davon. Gemäß den Figuren beherbergt ein behälterartiges Gehäuse 1 aus isolierendem Harz einen kuppelartigen bewegbaren Kontakt 2 aus einer nachgebenden metallischen dünnen Platte in der Mitte des Gehäuses. An den Enden der inneren unteren Oberfläche des behälterartigen Gehäuses 1 sind vier außen befestigte Kontakte 3 elektrisch leitend angeordnet. Innerhalb der außen befestigten Kontakte 3 sind mehrere (in diesem Falle 4) getrennte auf der Innenseite angebrachte Kontakte 4 (4A bis 4D) in gleichbleibendem Abstand zu dem Mittelpunkt des kuppelartigen beweglichen Kontakts 2 angeordnet, so dass diese gleich beabstandet sind. Über den außen befestigten Kontakten 3 ist der äußere Rand des kuppelartigen bewegbaren Kontakts 2 angebracht. Es sind Ausgangsanschlüsse (nicht gezeigt), die jeweils mit den fixierten Kontakten in elektrischer Verbindung sind, nach außen geführt. Die Öffnung durch die obere Fläche des behälterähnlichen Gehäuses 1 ist mit einer Abdeckung 5 bedeckt. Ein Funktionskörper 6 umfasst einen Schaft 6A und einen Flansch 6B, der integral an dem unteren Ende des Schafts ausgebildet ist. Der Schaft 6A ragt aus einem Loch 5A in der Mitte der Abdeckung 5 hervor. Ein Knopf 8 ist an der Spitze des Schafts angebracht. Der Flansch 6B ist in eine Innenwand 1A des Gehäuses 1 eingepasst und so vorgesehen, dass der Flansch 6B sich nicht drehen kann, aber schwenkbar ist. Vier Druckelemente 7 (7A bis 7D, 7D ist nicht gezeigt) an der Unterfläche des Flansches 6B entsprechend zu den vier innenseitig befestigten Kontakten 4 sind mit der oberen Oberfläche des kuppelartigen beweglichen Kontakts 2 in Kontakt. Dieser Kontakt presst die obere Fläche des Flansches 6B gegen die Rückseite der Abdeckung 5 und hält den Funktionskörper 6 vertikal in neutraler Position.

Bei einem Mehrwegeschalter, der in der zuvor gezeigten Weise aufgebaut ist, neigt sich, wenn die linke obere Fläche des Knopfes 8 nach unten gedrückt wird, wie in der Schnittansicht aus 29 durch den Pfeil gezeigt ist, der Funktionskörper 6 aus der vertikalen neutralen Position, die in 27 gezeigt ist, zu der linken Seite um einen Drehpunkt an der rechten oberen Fläche des Flansches 6B. Das Druckelement 7A drückt den kuppelartigen beweglichen Kontakt 2 und dreht diesen in elastischer Weise teilweise um und bringt den kuppelartigen beweglichen Kontakt 2 mit dem innenseitig befestigten Kontakt 4A, der dem Druckelement 7A entspricht, in Kontakt. Dieser Vorgang schließt den außen befestigten Kontakt 3 und den innenseitig befestigten Kontakt 4A kurz und bringt diese in den Ein-Zustand. Anschließend wird ein elektrisches Signal mittels der Ausgangsanschlüsse nach außen übermittelt. Wenn die Andruckkraft, die auf den Knopf 8 ausgeübt wird, unterbrochen wird, kehrt der Funktionskörper 6 in seine anfänglichen vertikale Neutralposition mittels der rücktreibenden Kraft des kuppelartigen bewegbaren Kontakts 2 zurück. Folglich nehmen der außen befestigte Kontakt 3 und der innenseitig befestigte Kontakt 4 wieder den Aus-Zustand ein.

In einem Mehrwegeeingabeelement, in dem dieser Mehrwegebetätigungsschalter verwendet wird, erkennt eine Rechnereinheit, etwa ein Mikrocomputer, eine Richtung, in der der Funktionskörper 6 geneigt wird, an dem zuvor erwähnten elektrischen Signal. Das Signal gibt Auskunft darüber, welcher der vier innen befestigten Kontakte 4 mit dem außen befestigten Kontakt 3 in elektrischer Verbindung ist. Anschließend erzeugt die Rechnereinheit ein Signal, das die Richtung, eine Eingaberichtung, anzeigt, in der der Funktionskörper 6 geneigt ist.

In dem zuvor beschriebenen herkömmlichen Mehrwegebetätigungsschalter ist die Anzahl der Richtungen, in der eine Eingabe vorgenommen werden kann, d.h. die Auflösung der Eingaberichtungen, durch die Anzahl der innenseitig befestigten Kontakte 4 bestimmt, mit denen der kuppelartige bewegbare Kontakt 2 teilweise und in elastischer Weise durch Umstülpen einen Kontakt herstellen kann. Um eine zuverlässige Funktion des Mehrwegebetätigungsschalters mit einer Größe, die in modernen miniaturisierten elektronischen Geräten verwendbar ist, sicherzustellen, ist es schwierig, die Anzahl der innenseitig befestigten Kontakte 4 auf mehr als vier zu vergrößern. Daher wird eine Anzahl von acht Eingaberichtungen als Grenze betrachtet, da die Eingaberichtung als dazwischenliegend zwischen zwei benachbarten innerseitig befestigten Kontakten betrachtet wird, wenn diese beide im Ein-Zustand sind.

JP 11-232027 A zeigt einen multidirektionalen Winkelgeber mit:

einer ringförmigen oberen Widerstandsschicht auf der Unterseite eines flexiblen isolierten Substrats, mit einem Anschluss in elektrischer Verbindung mit dem gesamten inneren Umfang und einem weiteren Anschluss in elektrischer Verbindung mit dem gesamten äußeren Umfang des Kreisringes;

einer auf einer ebenen Platte angeordneten unteren ringförmigen Leiterschicht, die der oberen Widerstandsschicht mit einem vorbestimmten isolierenden Abstand gegenüberliegt;

einem Ansteuerelement, das auf dem flexiblen isolierten Substrat angeordnet ist, wobei das elastische Ansteuerelement an der Unterseite einen halbkugelförmigen Andruckbereich und an der oberen Fläche einen Bedienhebel aufweist, der drehbar in einem kreisförmigen Loch der obere Abdeckung gelagert ist, wobei der Hebel mittig auf dem Ansteuerelement angeordnet ist. Wenn sich das Ansteuerelement neigt, verwindet der halbkugelförmige Andruckbereich teilweise das flexible isolierte Substrat nach unten, wodurch die obere Widerstandsschicht und die untere Leiterschicht in der Neigungsrichtung teilweise in Kontakt miteinander gebracht werden;

einer Rückstellfeder für den Bedienhebel;

und einer Messeinheit zum Erkennen der Neigungsrichtung und des Neigungswinkels, indem die Widerstandsschichten als Spannungsteiler verschaltet werden.

JP 11-126126 A zeigt einen kippbaren Richtungsschalter mit kuppelförmiger Bedienfläche, die in einer runden Gehäuseöffnung gelagert ist. Auf der Unterseite des Schalters befinden sich Kontaktpunkte zur Kontaktierung darunter liegender Leitersegmente. Die Mittenposition des Schalters wird durch eine Feder hergestellt.

JP 09-245580 A zeigt einen druckempfindlichen Richtungsgeber mit einem Bedienhebel und einer auf der tellerförmigen Unterseite des Ansteuerelements befindlichen ringförmigen Erhebung, die gegen eine Widerstandsschicht gedrückt wird. Die bei einer Betätigung des Hebels resultierenden Kippwinkel sind so gering, dass die Rückstellkraft durch die Verformung der elastischen Widerstandsfolie erzeugt werden kann.

JP 6-68741 A zeigt eine unidirektionale Eingabetaste mit einer druckempfindlichen Widerstandsschicht, und JP 10-149737 A einen ebenfalls unidirektionalen Membranschalter mit einer druckempfindlichen Schicht.

Überblick über die Erfindung

Die vorliegende Erfindung richtet sich an das oben erläuterte konventionelle Problem. Daher zielt die vorliegende Erfindung darauf ab, ein multidirektionales Eingabeelement bereitzustellen, das eine Größe aufweist, die für die Verwendung in modernen miniaturisierten elektronischen Geräten geeignet ist, und das eine große Anzahl von Eingaberichtungen, d.h. eine hohe Auflösung der Eingaberichtungen, aufweist; ferner wird ein elektronisches Gerät bereitgestellt, das das Eingabeelement verwendet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein multidirektionales Eingabeelement gemäß Anspruch 1 gelöst.

Besonders vorteilhafte Ausführungsformen besitzen die Merkmale der Unteransprüche.

Das multidirektionale Eingabeelement der vorliegenden Erfindung weist eine elektronische Komponente für die Eingabe auf.

Die elektronische Komponente für die Eingabe umfasst:

eine obere Widerstandsschicht auf der Unterseite eines flexiblen isolierten Substrats, die als Kreisring ausgebildet ist mit einer vorbestimmten Breite, und die zwei Anschlüsse aufweist, wobei ein Anschluss in elektrischer Verbindung mit dem gesamten inneren Umfang und der andere Anschluss in elektrischer Verbindung mit dem gesamten äußeren Umfang des Kreisringes ist;

eine untere Leiterschicht auf einer ebenen Platte, die kreisringähnlich angeordnet ist, so dass diese der oberen Widerstandsschicht mit einem vorbestimmten isolierenden Abstand gegenüberliegt und einen vorbestimmten Anschluss aufweist; und

ein elastisches Ansteuerelement, das auf dem flexiblen isolierten Substrat angeordnet ist, wobei das elastische Ansteuerelement an der Unterseite einen scheibenähnlichen elastischen Andruckbereich aufweist, der der Rückseite der oberen Widerstandsschicht mit einem vorbestimmten Spiel bzw. Abstand gegenüberliegt, wobei das Ansteuerelement an der oberen Fläche einen sphärischen Bereich aufweist, der drehbar in ein kreisförmiges Loch durch die obere Abdeckung eingreift, und wobei ein Ansteuerknopfbereich in der Mitte des sphärischen Bereichs vorgesehen ist. Wenn sich das elastische Ansteuerelement neigt, verwindet der elastische Andruckbereich teilweise das flexible isolierte Substrat nach unten, wodurch die obere Widerstandsschicht und die untere Leiterschicht in der Neigungsrichtung teilweise in Kontakt miteinander gebracht werden.

In diesem Zustand werden eine Neigungsrichtung und ein Neigungswinkel des elastischen Ansteuerelements entsprechend der Information aus den Anschlüssen der oberen Widerstandsschicht und der unteren Leiterschicht mit hoher Auflösung erkannt. Das multidirektionale Eingabeelement der vorliegenden Erfindung kann die Auflösung der Neigungsrichtungen, in die das elastische Ansteuerelement geneigt wird, d.h. die Eingaberichtungen, verbessern. Ferner kann es Eingaberichtungen entsprechend den Winkeln, unter denen das elastische Antriebselement geneigt wird, vermehrt unterteilen. Daher hat das multidirektionale Eingabeelement der vorliegenden Erfindung eine äußerst hohe Auflösung.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 ist eine Schnittansicht eines wesentlichen Teils eines multidirektionalen Eingabeelements gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

2 ist eine perspektivische Aufrissansicht des multidirektionalen Eingabeelements.

3 ist eine schematische Ansicht, die einen Aufbau des multidirektionalen Eingabeelements zeigt.

4 ist eine Schnittansicht eines wesentlichen Teils des multidirektionalen Eingabeelements, das die Funktion beschreibt, wenn ein elastisches Ansteuerelement geneigt wird.

5 ist eine schematische Ansicht des multidirektionalen Eingabeelements, wobei ein Verfahren zum Erkennen einer Richtung, in der das elastische Ansteuerelement geneigt wird, gezeigt ist.

6 ist eine Schnittansicht eines wesentlichen Teils des multidirektionalen Eingabeelements, das eine Funktion davon zeigt, wenn das elastische Ansteuerelement noch weiter geneigt wird.

7 ist eine schematische Ansicht eines weiteren Aufbaus des multidirektionalen Eingabeelements.

8 ist eine Schnittansicht eines wesentlichen Teils des multidirektionalen Eingabeelements, der eine leitende Platte zwischen einer oberen Widerstandsschicht und einer unteren Widerstandsschicht aufweist.

9 ist eine Schnittansicht eines wesentlichen Teils des multidirektionalen Eingabeelements, wobei die Funktion gezeigt ist, wenn das elastische Ansteuerelement in 8 geneigt wird.

10 ist eine Schnittansicht eines wesentlichen Teils des multidirektionalen Eingabeelements, wobei ein elastisches Ansteuerelement einen daran angebrachten Betätigungsknopf aufweist.

11 ist eine Schnittansicht eines wesentlichen Teils des multidirektionalen Eingabeelements, wobei eine Funktion dargestellt ist, wenn das elastische Ansteuerelement aus 10 geneigt wird.

12 ist eine Schnittansicht eines wesentlichen Teils des multidirektionalen Eingabeelements, wobei die Funktion dargestellt ist, wenn das elastische Ansteuerelement aus 11 weiter geneigt wird.

13 ist eine perspektivische Aufrissansicht eines weiteren Aufbaus des multidirektionalen Eingabeelements.

14 ist eine perspektivische Aufrissansicht eines multidirektionalen Eingabeelements gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

15 ist eine schematische Ansicht des multidirektionalen Eingabeelements, wobei ein Verfahren zum Erkennen einer Richtung dargestellt ist, in der ein elastisches Ansteuerelement geneigt wird.

16 ist eine perspektivische Aufrissansicht eines multidirektionalen Eingabeelements gemäß einer dritten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

17 ist eine Schnittansicht eines wesentlichen Teils eines multidirektionalen Eingabeelements gemäß einer vierten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

18 ist eine perspektivische Aufrissansicht des multidirektionalen Eingabeelements.

19 ist eine Schnittansicht eines wesentlichen Teils des multidirektionalen Eingabeelements, wobei die Funktion dargestellt ist, wenn ein elastisches Ansteuerelement geneigt wird.

20 ist eine Schnittansicht eines wesentlichen Teils des multidirektionalen Eingabeelements, wobei eine Funktion dargestellt ist, wenn das elastische Ansteuerelement nach unten gedrückt gehalten wird.

21 ist eine Schnittansicht eines wesentlichen Teils eines multidirektionalen Eingabeelements gemäß einer fünften beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

22 ist eine perspektivische Aufrissansicht des multidirektionalen Eingabeelements.

23 ist eine schematische Ansicht, die einen Aufbau eines multidirektionalen Eingabeelements zeigt.

24 ist eine Schnittansicht eines wesentlichen Teils des multidirektionalen Eingabeelements, wobei die Funktion gezeigt ist, wenn ein elastisches Ansteuerelement geneigt ist.

25 ist eine schematische Ansicht des multidirektionalen Eingabeelements, wobei ein Verfahren gezeigt ist, um eine Richtung, in der das elastische Ansteuerelement geneigt ist, zu erkennen.

26 ist eine Schnittansicht eines wesentlichen Teils des multidirektionalen Eingabeelements, wobei die Funktion gezeigt ist, wenn das elastische Ansteuerelement noch weiter geneigt wird.

27 ist eine Schnittansicht eines konventionellen Mehrwegebetätigungsschalters zur Verwendung in einem Mehrwegeeingabeelement.

28 ist eine perspektivische Aufrissansicht des Mehrwegebetätigungsschalters.

29 ist eine Schnittansicht des Mehrwegebetätigungsschalters, wenn dessen Funktionskörper geneigt wird.

Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung

Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen beschrieben.

(Erste beispielhafte Ausführungsform)

1 ist eine Schnittansicht eines wesentlichen Teils eines elektronischen Gerätes, wobei ein multidirektionales Eingabeelement gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet ist. 2 ist eine perspektivische Aufrissansicht des Teils des multidirektionalen Eingabeelements. 3 ist eine schematische Ansicht, in der ein Aufbau des multidirektionalen Eingabeelements gezeigt ist.

Gemäß den Zeichnungen ist die obere Fläche eines oberen Gehäuses 11 eine Funktionsfläche. Ein sphärischer Bereich 13F eines elastischen Ansteuerelements 13 ist in ein kreisförmiges Loch 11A in der Mitte des oberen Gehäuses eingepasst. Ein Ansteuerknopfbereich 19 des elastischen Ansteuerelements 13 steht aus dem kreisförmigen Loch 11A hervor. Ein flexibles isoliertes Substrat 15 ist über einer ebenen Verdrahtungsplatine 12 so angeordnet, um einen vorbestimmten Isolierabstand aufzuweisen und ein Abstandselement 14A dazwischen einzuschließen. Wie in 2 gezeigt ist, ist eine kreisringförmige obere Widerstandsschicht 16 mit einer vorbestimmten Breite auf der Unterseite des flexiblen isoliertes Substrats 15 aufgedruckt. Eine obere Widerstandsschicht 16 weist einen gleichförmigen spezifischen Widerstand auf. Ein Anschluss 16A und ein Anschluss 16B der oberen Widerstandsschicht sind mit dem gesamten inneren Umfang und dem gesamten äußeren Umfang der oberen Widerstandsschicht 16 entsprechend in elektrischer Verbindung. An einer zu der oberen Widerstandsschicht 16 gegenüberliegenden Stelle auf der Verdrahtungsplatine 12 ist eine kreisringförmige untere Widerstandsschicht 17 aufgedruckt mit einem Durchmesser und einer Breite, die im Wesentlichen identisch zu jenen der oberen Widerstandsschicht 16 sind. Die untere Widerstandsschicht 17 besitzt einen gleichförmigen spezifischen Widerstand, der kleiner als jener der oberen Widerstandsschicht 16 ist. Drei Anschlüsse 17A, 17B und 17C der unteren Widerstandsschicht 17 sind so angeordnet, um die untere Widerstandsschicht 17 im Wesentlichen in drei gleiche Teile unterteilen.

Wie in 3 gezeigt ist, sind die zwei Anschlüsse 16A und 16B der oberen Widerstandsschicht 16 und die Anschlüsse 17A, 17B und 17C der unteren Widerstandsschicht 17 mit einer Rechnereinheit 18, beispielsweise einem Mikrocomputer (der im Weiteren als Mikrocomputer 18 bezeichnet wird), der in dieses elektronische Gerät integriert ist, mittels entsprechender Verdrahtungsteile verbunden. Das elastische Ansteuerelement 13 ist auf dem flexiblen isolierten Substrat 15 angebracht. In dem elastischen Ansteuerelement ist ein scheibenförmiger elastischer Druckbereich 13B, der von dem elastischen dünnen Zylinderbereich 13A und der mittleren Ausstülpung 13E gehalten wird, gegenüberliegend zur Rückseite der oberen Widerstandsschicht 16 mit einem vorbestimmten Abstand bzw. Spiel angeordnet. Der elastische Druckbereich 13B ist scheibenförmig, mit einem äußeren peripheren Rand, der eine rechtwinklige Stufe 13C bildet. Der Außendurchmesser des Druckbereichs 13B ist größer als der an der Mitte der Breite der oberen Widerstandsschicht 16 gemessene Durchmesser und kleiner als deren Außendurchmesser. Das elastische Ansteuerelement besitzt eine kreisförmige Stufe 13D, die aus der Oberfläche des elastischen Druckbereichs 13B an einer Stelle nach unten herausragt, die geringfügig innerhalb des inneren Durchmessers der oberen Widerstandsschicht 16 liegt. In der Mitte des elastischen Ansteuerelements ist die mittlere Erhebung 13E, die noch weiter nach unten hervorragt, vorgesehen. Somit bildet die untere Fläche des elastischen Ansteuerelements 13 eine konzentrische Scheibe aus drei Stufen. Andererseits bildet der obere Teil des elastischen Ansteuerelements 13 einen sphärischen Bereich 13F, der die gesamten Teile der oberen Fläche des elastischen Druckbereichs 13B bedeckt. Der sphärische Bereich ist mit einem kreisförmigen Loch 11A durch das obere Gehäuse 11, das als eine obere Abdeckung dient, im Eingriff. In der Mitte des sphärischen Bereichs ist ein säulenartiger ansteuernder Knopfbereich 19 vorgesehen. Das Abstandselement 14B eines steifen Körpers ist innerhalb der oberen Widerstandsschicht 16 auf dem flexiblen isolierten Substrat 15 und innerhalb der unteren Widerstandsschicht 17 auf der Verdrahtungsplatine 12 vorgesehen. Dieser Teil eines multidirektionalen Eingabeelements dieser Erfindung in einem elektronischen Gerät, in dem das multidirektionale Eingabeelement verwendet wird, ist in der obigen Weise aufgebaut.

Im Folgenden werden Funktionsweisen des multidirektionalen Eingabeelements, das in der oben beschriebenen Weise aufgebaut ist, beschrieben, wenn ein Eingabevorgang vorgenommen wird.

Die Spitze des ansteuernden Knopfbereichs 19 des elastischen Ansteuerelements 13 wird im normalen, in 1 gezeigten Zustand, in schräger Weise nach unten gerichtet niedergedrückt, wie dies durch den Pfeil in 4 gezeigt ist, die eine Querschnittsansicht eines wesentlichen Teils darstellt und eine Betriebszustand zeigt. Anschließend dreht sich der sphärische Bereich 13F des elastischen Ansteuerelements 13 entlang des Randes des kreisförmigen Loches 11A durch das obere Gehäuse 11 um einen Drehpunkt an der mittleren Erhebung 13E, und das elastische Ansteuerelement 13 neigt sich in einer gewünschten Richtung und mit einem gewünschten Winkel, während der elastische dünne Zylinderbereich 13A sich elastisch deformiert. Als Folge davon bewegt sich der elastische Druckbereich 13B in der Neigungsrichtung nach unten und die rechtwinklige Stufe 13C geht entlang des äußeren peripheren Randes nach unten und deformiert teilweise nach unten das flexible isolierte Substrat 15. Dieser Vorgang bringt einen Teil der oberen Widerstandsschicht 16 auf der unteren Seite des isolierten Substrats, d.h. einen Kontaktpunkt 20, mit einem Teil der Widerstandsschicht 17 in Kontakt. In diesem Zustand macht der äußere Rand der ringförmigen Stufe 13D ebenfalls einen Kontakt mit dem flexiblen isolierten Substrat 15 auf dem Abstandselement 14B. Die Andruckskraft, die dem ansteuernden Knopfbereich 19 zugeführt wird, um das elastische Ansteuerelement 13 zu neigen, wird in dieser Position maximal. 5 zeigt eine schematische Ansicht zur Darstellung eines Verfahrens zur Erkennung dieses Zustands. Gemäß dieser Zeichnung wird zunächst der Anschluss 17A der unteren Widerstandsschicht 17 geerdet (0 V), eine DC-Spannung (z.B. 5 V) an den Anschluss 17B angelegt und der Anschluss 17D als eine erste Erkennungsbedingung von dem Mikrocomputer 18 geöffnet. In diesem Zustand wird eine Ausgangsspannung an dem Anschluss 16A (oder 16B) der oberen Widerstandsschicht 16 von dem Mikrocomputer 18 eingelesen und mit zuvor gespeicherten Daten verglichen. Diese Vorgänge führen zu ersten Daten: die Position des Kontaktpunkts 20 entspricht einem zwischen den Anschlüssen 17A und 17B und entgegengesetzt zu dem Anschluss 17C angeordneten Punkt 21A, oder einem Punkt 21B an der Seite des Anschlusses 17C. Als nächstes wird der Anschluss 17B geerdet (0 V), eine vorbestimmte Gleichspannung (z.B. 5 V) an den Anschluss 17C angelegt und der Anschluss 17A als eine zweite Erkennungsbedingung geöffnet. In diesem Zustand wird eine Ausgangsspannung am Anschluss 16A (oder 166) durch den Mikrocomputer 18 ausgelesen und mit vorgespeicherten Daten verglichen. Dies führt zu zweiten Daten: die Position des Kontaktpunkts 20 entspricht dem zwischen den Anschlüssen 17B und 17C und gegenüberliegend zu dem Anschluss 17A angeordneten Punkt 21C, oder den 21A an der Seite des Anschlusses 17A. Anschließend vergleicht der Mikrocomputer 18 die ersten Daten mit den zweiten Daten, erkennt den Punkt 21A, der in beiden Daten gemeinsam ist, als die Neigungsrichtung und erzeugt ein Signal, das die Neigungsrichtung anzeigt.

Als nächstes wird in einem Zustand, wie er in den 4 und 5 gezeigt ist, eine Spannung an den Anschlüssen 16A und 16B der inneren und äußeren Umfänge der oberen Widerstandsschicht 16 als Erkennungsbedingung von dem Mikrocomputer 18 angelegt, die sich von der oben beschriebenen unterscheidet. Wenn der Anschluss 16B des äußeren Umfangs geerdet (0 V) ist, wird eine Gleichspannung an den Anschluss 16A des inneren Umfangs angelegt, eine Ausgangsspannung an einem der Anschlüsse der unteren Widerstandsschicht 17 (z.B. dem Anschluss 17B, der am nächsten an dem Kontaktpunkt 20 ist) von dem Mikrocomputer 18 ausgelesen und mit vorgespeicherten Daten verglichen. Diese Vorgänge führen zu Daten, die einen Druck anzeigen, mit dem der elastische Druckbereich 13B das flexible isolierte Substrat 15 niederdrückt, d.h. einen Winkel, unter dem das elastische Ansteuerelement 13 geneigt ist. Das Niederdrücken der Spitze des ansteuernden Knopfbereichs 19 in dem in 4 gezeigten Zustand in noch stärkerer Weise, neigt das elastische Ansteuerelement 13 noch starker, verformt dessen untere Seite elastisch, wodurch der Bereich vergrößert wird, indem der elastische Druckbereich 13B das flexible isolierte Substrat 15 niederdrückt. Dieser Zustand ist in 6 gezeigt, die eine Schnittansicht eines wesentlichen Teils des Eingabeelements ist. Wie in der Zeichnung gezeigt ist, nimmt die Fläche, in der der elastische Druckbereich 13B des elastischen Ansteuerelements 13 das flexible isolierte Substrat 15 niederdrückt, in der Richtung von der rechtwinkligen Stufe 13C entlang dem äußeren peripheren Rand des elastischen Druckbereichs 13B zu der Mitte hin zu. Folglich breitet sich der Bereich, in dem die obere Widerstandsschicht 16 mit der unteren Widerstandsschicht 17 in Kontakt ist, in der Richtung von dem Kontaktpunkt 20, an dem die beiden Schichten zuerst in Kontakt gebracht werden, zu der Mitte hin aus.

In diesem Zustand wird von dem Mikrocomputer 18 eine Spannung an die Anschlüsse 16A und 16B der äußeren und inneren Umfänge der oberen Widerstandsschicht 16 in einer ähnlichen Weise wie oben beschrieben angelegt. Wenn der Anschluss 16B des äußeren Umfangs geerdet wird (0 V) und eine Gleichspannung an den Anschluss 16A des inneren Umfangs angelegt wird, wird von dem Mikrocomputer 18 eine Ausgangsspannung an einem der Anschlüsse der unteren Widerstandsschicht 17 (17B) ausgelesen und mit vorgespeicherten Daten verglichen. Diese Vorgänge führen zu Daten, die einen Druck anzeigen, mit dem der elastische Druckbereich 13B das flexible isolierte Substrat 15 stark nach unten drückt, d.h. einen Winkel, unter dem das elastische Ansteuerelement 13 stark geneigt ist. Die Fläche des Kontaktbereichs einschließlich des Kontaktpunkts 20 ist größer als in dem oben erwähnten Falle. Anders ausgedrückt, der Bereich, in dem die obere Widerstandsschicht 16 mit einem größeren spezifischen Widerstand einen Kontakt mit der unteren Widerstandsschicht 17 mit einem kleineren spezifischen Widerstand macht, ist vergrößert. Somit ist die Ausgangsspannung an einem der Anschlüsse (17B) entsprechend diesem vergrößerten Gebiet erhöht. Der erhaltene Datenwert entspricht einem Winkel, unter dem das elastische Ansteuerelement 13 stark geneigt ist.

Wenn die Spitze dieses ansteuernden Knopfbereichs 19 stark gedrückt wird, um das elastische Ansteuerelement 13 stark zu neigen, ist der sphärische Bereich 13F an der oberen Seite mit dem kreisförmigen Loch 11A durch das obere Gehäuse 11 im Eingriff. Dieser Aufbau verhindert, dass das elastische Ansteuerelement 13 seitlich abgelenkt wird. Der Bereich, in dem die obere Widerstandsschicht 16 mit der unteren Widerstandsschicht 17 in Kontakt ist, breitet sich ebenso in einer bogenförmigen Richtung aus. Da jedoch die obere Widerstandsschicht 16 einen größeren spezifischen Widerstand als die untere Widerstandsschicht 17 aufweist, ergibt sich lediglich ein geringer Einfluss des Kontaktgebiets, der sich in der bogenförmigen Richtung ausbreitet, auf die Ausgangsspannung an einem der Anschlüsse (z.B. 17B) der unteren Widerstandsschicht 17, wenn der Kontaktpunkt 20 im Wesentlichen in der Mitte des sich ausbreitenden Bogens ist.

Ferner ist in der oben beschriebenen Methode zum Erkennen eines Neigungswinkels des elastischen Ansteuerelements 13 der Anschluss 16b des äußeren Umfangs der oberen Widerstandsschicht 16 geerdet (0 V) und eine Gleichspannung ist an den Anschluss 16A des inneren Umfangs angelegt. Dies geschieht darum, weil ein größerer Neigungswinkel des elastischen Ansteuerelements 13 den Bereich, in dem die obere Widerstandsschicht 16 mit der unteren Widerstandsschicht 17 in Kontakt ist, in der Richtung von der äußeren Umfangsseite zu der inneren Umfangsseite der oberen Widerstandsschicht 16 vergrößert. Somit kann das Anlegen einer Gleichspannung in der oben beschriebenen Weise die Ausgangsspannung verringern, wenn der Neigungswinkel klein ist und der Kontakt zwischen beiden Schichten unstabil ist. Folglich werden unstabile Bereiche vermieden und große Ausgangsspannungen kann an stabilen Punkten gemessen und berechnet werden, um einen Neigungswinkel des elastischen Ansteuerelements 13 zu erkennen.

Da ferner diese Datensammlung und -verarbeitung ausgeführt wird, wenn die Ausgangsspannung eine vorbestimmte Spannung erreicht, und eine Wiederholung mit hoher Geschwindigkeit stattfindet, kann eine genaue Erkennung durchgeführt werden. Nach den Eingabeaktionen, die in der zuvor beschriebenen Weise ausgeführt werden, wird die Andruckkraft, die auf die Spitze des ansteuernden Knopfbereichs 19 ausgeübt wird, unterbrochen. Anschließend wird der elastische dünne Zylinderbereich 13A in seine ursprüngliche Form mittels einer eigenen elastischen rücktreibenden Kraft zurückversetzt und somit wird das elastische Ansteuerelement 13 in seinen ursprünglichen Zustand, wie er in 1 gezeigt ist, zurückversetzt. Das flexible isolierte Substrat 15 kehrt in ihren ursprünglichen ebenen Zustand zurück und somit liegen sich die obere Widerstandsschicht 16 und die untere Widerstandsschicht 17 wieder gegenüber.

In der oberen Beschreibung besitzt die untere Widerstandsschicht 17, die auf die Verdrahtungsplatine 12 aufgedruckt ist, drei Anschlüsse 17A, 17B und 17C, die unter einem im Wesentlichen gleichen Winkel beabstandet sind. Anschließend wird ein Eingabevorgang für den Fall beschrieben, wenn eine untere Widerstandsschicht 22 vier Anschlüsse 22A, 22B, 22C und 22D aufweist, die im Wesentlichen unter gleichem Winkel beabstandet sind, wie dies schematisch in 7 gezeigt ist. Die Spitze des ansteuernden Knopfbereichs 19 des elastischen Ansteuerelements 13 wird in einer schräg nach unten gerichteten Weise gedrückt, um einen Teil der oberen Widerstandsschicht 16, d.h. den Kontaktpunkt 23, mit einem Teil der unteren Widerstandsschicht 22 in Kontakt zu bringen. Dieser Vorgang ist identisch zu dem zuvor beschriebenen Fall.

Gemäß 7 werden die Anschlüsse 22A und 22C der unteren Widerstandsschicht 22 durch einen Mikrocomputer 24 geöffnet, der Anschluss 22B geerdet (0 V) und eine Gleichspannung an den Anschluss 22D als eine erste Erkennungsbedingung angelegt. In diesem Zustand wird eine Ausgangsspannung am Anschluss 16A (oder 16B) der oberen Widerstandsschicht durch den Mikrocomputer 24 ausgelesen und berechnet. Diese Vorgänge liefern die X-Koordinate des Kontaktpunkts 22 als erste Daten.

Anschließend werden die Anschlüsse 22B und 22D geöffnet, der Anschluss 22C geerdet und eine Gleichspannung an den Anschluss 22A als eine zweite Erkennungsbedingung angelegt. In diesem Zustand wird eine Ausgangsspannung am Anschluss 16A (oder 16B) der oberen Widerstandsschicht 16 ausgelesen und berechnet. Diese Vorgänge führen zu der Y-Koordinate des Kontaktpunkts 23 als zweite Daten. Anschließend erkennt der Mikrocomputer 24 die X- und Y-Koordinaten, die aus der Kombination der ersten und zweiten Daten erhalten werden, als die Neigungsrichtung und erzeugt ein entsprechendes Signal. Mit einem multidirektionalen Eingabeelement mit derartigem Aufbau ermöglicht eine relativ einfache Verarbeitung das Erkennen mit hoher Auflösung und die Eingabe für eine große Anzahl von Richtungen.

Wie zuvor erwähnt ist, erkennt das multidirektionale Eingabeelement dieser Ausführungsform die Neigungsrichtungen und Winkel des elastischen Ansteuerelements 13, indem Ausgangsspannungen an entsprechenden Anschlüssen verwendet werden. Die Ausgangsspannungen sind eine Vielzahl von Daten, die unter mehreren Erkennungsbedingungen erhalten worden sind, wenn das elastische Ansteuerelement 13 der elektronischen Komponente für die multidirektionale Eingabe sich neigt. Daher werden zu Richtungen, in denen Eingabeaktionen gemäß Neigungswinkeln ausgeführt werden, zu Neigungsrichtungen hinzugefügt, in denen eine große Anzahl von Eingabeaktionen mit hoher Auflösung ausführbar sind. Als Folge davon können Eingabeaktionen insgesamt für eine äußerst hohe Anzahl an Richtungen durchgeführt werden. Anders ausgedrückt, ein multidirektionales Eingabeelement mit äußerst hoher Auflösung für Eingaberichtungen und ein elektronisches Gerät unter Verwendung dieses Elements kann verwirklicht werden.

In der vorhergehenden Beschreibung ist die obere Widerstandsschicht 16 auf der unteren Seite des flexiblen isolierten Substrats 15 gegenüberliegend zu der unteren Widerstandsschicht 17 auf der Verdrahtungsplatine 12 angeordnet, derart, dass das Abstandselement 14A miteingeschlossen wird und im normalen Zustand ein vorbestimmter Abstand dazwischen eingehalten wird. Das multidirektionale Eingabeelement kann so aufgebaut sein, dass eine leitende Platte 25 dazwischen angeordnet ist, wie dies in einer Schnittansicht eines wesentlichen Teils eines multidirektionalen Eingabeelements aus 8 gezeigt ist. Diese leitende Platte 25 ist eben und aus einem druckempfindlichen elektrischen Leiter hergestellt. In diesem druckempfindlichen elektrischen Leiter führt ein Niederdrücken der Dickenrichtung zu einer elektrischen Änderung zwischen den oberen und unteren Schichten in der gedrückten Position. Die leitende Platte ist zwischen der oberen Widerstandsschicht 16 und der unteren Widerstandsschicht 17 einschließlich der Ränder eingeschlossen. Der Aufbau der anderen Teile, beispielsweise des Abstandselements 14B eines steifen Körpers, der in der oberen Widerstandsschicht 16 und der unteren Widerstandsschicht 17 dieses multidirektionalen Eingabeelements angeordnet ist, ist identisch zu dem oben erwähnten Falle.

Wie durch den Pfeil in 9 gezeigt ist, die eine Schnittansicht eines wesentlichen Teils des multidirektionalen Eingabeelements ist, wird die Spitze des ansteuernden Knopfbereichs 19 des elastischen Ansteuerelements 13 in einer schräg nach unten weisenden Richtung niedergedrückt. Danach neigt sich das elastische Ansteuerelement 13 und die Neigungsrichtung und der Neigungswinkel des elastischen Ansteuerelements 13 können aus den Ausgangsspannungen an entsprechenden Anschlüssen der oberen Widerstandsschicht 16 und der unteren Widerstandsschicht 17, die unter einer Vielzahl von Detektionsbedingungen gewonnen werden, erkannt werden. Diese Betriebs- und Erkennungsweise ist die gleiche als in dem oben beschriebenen Fall. Ein derartiger Aufbau unter Verwendung der leitenden Platte 25 stellt einen vorbestimmten Isolierspalt zwischen der oberen Widerstandsschicht 16 und der unteren Widerstandsschicht 17 sicher und ermöglicht eine elektrische Verbindung zwischen der oberen und der unteren Schicht in einem gedrückten Zustand, unabhängig von der an der Rückseite der oberen Widerstandsschicht 16 gedrückten Stelle. Daher können der Durchmesser und die Breite der oberen Widerstandsschicht 16 und der unteren Widerstandsschicht 17, die die leitende Platte einschließen, und der elastische Druckbereich 13B des elastischen Ansteuerelements 13 verringert werden, und das multidirektionale Eingabeelement kann entsprechend verkleinert werden.

In der vorhergehenden Beschreibung ist das elastische Ansteuerelement 13 in integraler Weise mit dem ansteuernden Knopfbereich 19 ausgebildet. Diese Elemente können jedoch separat hergestellt werden und der Betätigungsknopf 27 kann an der Oberseite des elastischen Ansteuerelements 26 angebracht sein. 10 ist eine Schnittansicht eines wesentlichen Teils eines multidirektionalen Eingabeelements mit einem derartigen Aufbau. Das elastische Ansteuerelement 26 hat an dessen unterer Fläche einen scheibenförmigen elastischen Druckbereich 26B, der durch einen elastischen dünnen peripheren Teil 26A entlang des äußeren Randes des elastischen Ansteuerelements und der mittleren Erhebung 26E gehalten wird, so dass dieser gegenüberliegend zu dem flexiblen isolierten Substrat 15 an der Rückseite der oberen Widerstandsschicht 16 mit einem vorbestimmten Abstand angeordnet ist. Dieser Aufbau ist der gleiche wie in dem oben beschriebenen Fall. Jedoch besitzt das elastische Ansteuerelement ferner einen Stegbereich 26D in der Mitte der ebenen Oberfläche 26C. Der Betätigungsknopf 27 ist an dem Stegbereich 26D angebracht und wird von diesem gehalten. Der Betätigungsknopf 26 ist aus steifem Material hergestellt. Ein Mittelloch 27A ist über dem Stegbereich 26D des elastischen Ansteuerelements 26 angeordnet, wie dies zuvor beschrieben ist. Die untere Fläche der Umgebung des Mittelloches bildet einen scheibenförmigen Bereich mit einem Durchmesser, der im Wesentlichen identisch zu dem des elastischen Druckbereichs 26B des elastischen Ansteuerelements 26 ist. Der zentrale ebene Bereich 27B des Betätigungsknopfs ist mit der ebenen oberen Fläche 26C des elastischen Ansteuerelements 26 in Kontakt. Die untere Fläche des Ansteuerknopfes erstreckt sich allerdings graduell von dem angewinkelten Bereich 27C, der in einer Position mit einem vorbestimmten Durchmesser angeordnet ist, zu dem äußeren peripheren Rand des Betätigungsknopfs. Der sphärische Bereich 27D in dem oberen Teil des Betätigungsknopfs 27 ist mit dem Rand des Durchgangslochs 11A durch das Gehäuse 11 in Kontakt. In der Mitte und an der Oberseite des Betätigungsknopfes ist ein säulenförmiger ansteuernder Knopfbereich 28 vorgesehen.

Es werden nun Funktionsweisen des multidirektionalen Eingabeelements beschrieben, das in der obigen Weise aufgebaut ist, wenn ein Eingabevorgang durchgeführt wird. Wie durch den Pfeil in einer Schnittansicht eines wesentlichen Teiles des multidirektionalen Eingabeelements aus 11 gezeigt ist, wird die Spitze des ansteuernden Knopfbereichs 28 des Betätigungsknopfs 27 in einer schräg nach unten gerichteten Weise niedergedrückt. Anschließend neigt sich der sphärische Bereich 27D durch Drehung entlang des Randes des kreisförmigen Lochs 11A durch das obere Gehäuse 11. Der Betätigungsknopf 27 neigt das elastische Ansteuerelement 26 in einer gewünschten Richtung unter einem gewünschten Winkel um einen Drehpunkt an der mittleren Erhebung 26E, während dabei der elastische dünne Zylinderbereich 26A des elastischen Ansteuerelements 26 mittels des Stegbereichs 26D elastisch deformiert wird. Als Folge davon drückt die rechtwinklige Stufe 26F entlang dem äußeren peripheren Rand der unteren Fläche des elastischen Druckbereichs 26B in der Neigungsrichtung und verformt teilweise und nach unten gerichtet das flexible isolierte Substrat 15. Ein Teil der oberen Widerstandsschicht 16 an der unteren Fläche des Substrats, d.h. der Kontaktpunkt 20, wird mit der unteren Widerstandsschicht 17 in Kontakt gebracht. Die Neigungsrichtung und der Neigungswinkel des Betätigungsknopfs 27 können entsprechend der Ausgangsspannung jedes der Anschlüsse der oberen Widerstandsschicht 16 und der unteren Widerstandsschicht 17, die unter einer Vielzahl von Bedingungen gewonnen werden, erkannt werden. Diese Funktionsweisen und Verfahren des Erkennens sind die gleichen, die zuvor beschrieben sind.

Der angewinkelte Bereiche 27C an der unteren Seite des Betätigungsknopfs 27, der in einer Stelle mit einem vorbestimmten Durchmesser angeordnet ist, schiebt die ebene obere Fläche 26C des elastischen Ansteuerelements 26 nach unten und drückt die rechtwinklige Stufe 26F entlang des äußeren peripheren Randes des elastischen Druckbereichs 26B auf das flexible isolierte Substrat 15, wenn sich dieses elastische Ansteuerelement neigt. Der Teil außerhalb des angewinkelten Bereichs schwebt und drückt nicht auf die ebene obere Fläche 26C des elastischen Ansteuerelements 26.

Ein weiteres starkes Drücken der Spitze des ansteuernden Knopfbereichs 28 in der in 11 gezeigten Lage neigt den Betätigungsknopf 27 und das elastische Ansteuerelement 26 noch stärker, wodurch die ebene obere Fläche 26C und die untere Fläche des elastischen Ansteuerelements 26 elastisch verformt werden. Somit wird unter dem angewinkelten Bereich 27C, der in einer Position mit einem vorbestimmten Durchmesser auf der unteren Fläche des Betätigungsknopfs 27 angeordnet ist, der elastische Druckbereich 26B in der Richtung von dem äußeren peripheren Bereich zu der Mitte des elastischen Druckbereichs 26B gedrückt. Der Bereich, in dem der elastische Druckbereich 26B das flexible isolierte Substrat 15 niederdrückt, wird größer. Dieser Zustand ist in 12 dargestellt, die eine Schnittansicht eines wesentlichen Teils des Eingabeelements ist.

Wie in der Zeichnung dargestellt ist, wird der Bereich, in dem der elastische Druckbereich 26B des elastischen Ansteuerelements 26 das flexible isolierte Substrat 15 niederdrückt, in der Richtung von dem äußeren peripheren Rand zu der Mitte des elastischen Druckbereichs 26B größer. Der Bereich, in dem die obere Widerstandsschicht 16 mit der unteren Widerstandsschicht 17 in Kontakt ist, weitet sich in der Richtung von dem ersten Kontaktpunkt 20 zu der Mitte hin aus. Diese Vorgänge sind die gleichen, die zuvor beschrieben sind. Ein Aufbau unter Verwendung eines derartigen Betätigungsknopfes 27, der aus einem steifen Material hergestellt ist, kann zuverlässig den Bereich vergrößern, in dem das elastische Ansteuerelement 26 das flexible isolierte Substrat 15 andrückt, um die Widerstandsschicht 16 teilweise in Kontakt mit der unteren Widerstandsschicht 17 in Richtung des äußeren peripheren Randes zu der Mitte des elastischen Bereichs 26 hin zu bringen, wenn die Spitze des Betätigungsknopfs 27 in einer schräg nach unten gerichteten Weise gedrückt wird. Ferner ist es einfach, die Farbe des Betätigungsknopfes 27 zu ändern und anzuzeigen, welcher Vorgang unter Verwendung des Betätigungsknopfes auszuführen ist.

In der vorhergehenden Beschreibung ist die untere Widerstandsschicht 17 der elektronischen Komponente für das multidirektionale Eingabeelement auf die Verdrahtungsplatine 12 des elektronischen Gerätes gedruckt, und die obere Widerstandsschicht 16, die der unteren Widerstandsschicht gegenüberliegt, ist auf der unteren Seite des flexiblen isolierten Substrats 15 der elektronischen Komponente für die multidirektionale Eingabe gedruckt. Die obere Widerstandsschicht 16 kann jedoch an der unteren Seite einer flexiblen Verdrahtungsplatine 29 gebildet sein, die über der Verdrahtungsplatine 12 des elektronischen Gerätes angeordnet ist. 13 zeigt eine perspektivische Aufrissansicht des Teils des in der oben beschriebenen Weise aufgebauten multidirektionalen Eingabeelements in dem elektronischen Gerät. Ein derartiger Aufbau kann die Anzahl der Komponenten in dem gesamten elektronischen Gerät, in dem das multidirektionale Eingabeelement verwendet ist, und damit die Mannstunden für das Zusammenbauen verringern und das Verdrahten der Anschlüsse der oberen Widerstandsschicht 16 vereinfachen. Somit kann ein elektronisches Gerät unter Verwendung eines preisgünstigen multidirektionalen Eingabeelements bereitgestellt werden.

(Zweite beispielhafte Ausführungsform)

14 ist eine perspektivische Aufrissansicht des Teils eines multidirektionalen Eingabeelements in einem elektronischen Gerät, in dem das multidirektionale Eingabeelement verwendet ist, gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 15 ist eine schematische Ansicht davon, wobei ein Erkennungsverfahren im Betrieb gezeigt ist.

Wie in den Figuren dargestellt ist, ist das multidirektionale Eingabeelement dieser Ausführungsform ähnlich zu jenem der ersten beispielhaften Ausführungsform. Jedoch weist eine untere Leiterschicht, die auf einer Verdrahtungsplatine 30 des elektronischen Geräts aufgedruckt ist, eine erste Widerstandsschicht 31 und eine zweite Widerstandsschicht 32 auf. Diese beiden Schichten sind aus einer ringförmigen Widerstandsschicht hergestellt, die in zwei Teile mit vorbestimmtem Abstand unterteilt sind, und Anschlüsse 31A und 31B sowie 32A und 32B jeweils am Ende davon unterteilt. Der Aufbau anderer Teile ist identisch zu dem der ersten beispielhaften Ausführungsform, die in 2 gezeigt ist.

Es werden nunmehr Funktionsweisen des multidirektionalen Eingabeelements beschrieben, wenn ein Eingabevorgang ausgeführt wird. Gemäß den 14 und 15 drückt die untere Seite des äußeren peripheren Randes des elastischen Druckbereichs 13B in der Neigungsrichtung und verformt teilweise und nach unten gerichtet das flexible isolierte Substrat 15, wenn die Spitze des ansteuernden Knopfbereichs 19 gedrückt wird, um das elastische Ansteuerelement 13 in einer gewünschten Richtung unter einem gewünschten Winkel zu neigen. Dann wird ein Teil der oberen Widerstandsschicht 16 auf der unteren Seite des Substrats, d.h. der Kontaktpunkt 33, mit einem Teil der unteren Schicht, z.B. der ersten Widerstandsschicht 31, in Kontakt gebracht. Das Erkennungsverfahren wird mit Bezug zu 15 beschrieben. Zunächst wird eine Spannung an den Anschlüssen 31A und 31B an den Enden der ersten Widerstandsschicht 31 als eine erste Erkennungsbedingung angelegt, während der Anschluss 31A geerdet wird (0 V) und eine vorbestimmte Gleichspannung (z.B. 5 V) an den Anschluss 31B angelegt wird. In diesem Zustand wird entsprechend dem Widerstandswert zwischen dem Anschluss 31A und dem Kontaktpunkt 33 eine Spannung entsprechend dem Kontaktpunkt am Anschluss 16A (oder 16B) der oben beschriebenen Widerstandsschicht 16 ausgegeben und an eine Rechnereinheit 34, etwa einen Mikrocomputer (der im Weiteren als Mikrocomputer 34 bezeichnet wird) übertragen.

Anschließend wird in einem kurzen Schaltzyklus eine vorbestimmte Gleichspannung an den Anschlüssen 32A und 32B an den Enden der zweiten Widerstandsschicht 32 als eine zweite Erkennungsbedingung angelegt. Da jedoch die obere Widerstandsschicht 16 nicht mit der zweiten Widerstandsschicht 32 in Kontakt ist, wird am Anschluss 16A der oberen Widerstandsschicht 16 keine Spannung ausgegeben. Wenn das elastische Ansteuerelement 13 in einer Richtung entgegengesetzt zur obigen Richtung in ähnlicher Weise geneigt wird, macht die obere Widerstandsschicht 16 teilweise einen Kontakt zu der zweiten Widerstandsschicht 32. Wenn dann eine vorbestimmte Gleichspannung an den Anschlüssen 32A und 32B der zweiten Widerstandsschicht angelegt wird, wird eine Spannung an dem Anschluss 16A (oder 16B) der oberen Widerstandsschicht 16 ausgegeben. Auf diese Weise kann nur dann, wenn eine Gleichspannung an die untere Leiterschicht entsprechend zu der Richtung, in der elastische Ansteuerelement 13 durch Drücken des ansteuernden Knopfbereichs 19, d.h. die erste Widerstandsschicht 31 oder die zweite Widerstandsschicht 32, geneigt wird, angelegt wird, eine Ausgangsspannung an der oberen Widerstandsschicht 16 abgegriffen werden. Somit kann die Neigungsrichtung erkannt werden, indem die Position des Anschlusses, an den die Gleichspannung angelegt ist, und die Ausgangsspannung durch den Mikrocomputer 34 verarbeitet werden. Das Verfahren zum Erkennen eines Neigungswinkels mittels des Mikrocomputers 34 ist das gleiche wie im Falle der ersten beispielhaften Ausführungsform und die Beschreibung davon wird weggelassen.

Wie zuvor erwähnt ist, ermöglicht das multidirektionale Eingabeelement dieser Ausführungsform ein multidirektionales Eingabeelement und ein elektronisches Gerät, das das Element verwendet, wobei Neigungsrichtungen des elastischen Ansteuerelements 13 mit einfacher Verarbeitung bei hoher Auflösung erkennbar sind.

(Dritte beispielhafte Ausführungsform)

16 ist eine perspektivische Aufrissansicht des Teil eines multidirektionalen Eingabeelements in einem elektronischen Gerät, in dem das multidirektionale Eingabeelement verwendet ist, gemäß der dritten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Wie in der Zeichnung dargestellt ist, ist das multidirektionale Eingabeelement dieser Ausführungsform ähnlich zu dem der ersten beispielhaften Ausführungsform. Jedoch ist die ringförmige untere Leiterschicht 36, die auf die Verdrahtungsplatine 35 des elektronischen Geräts aufgedruckt ist, in Teile in einer vorbestimmten Winkelrichtung unterteilt und einzelne Leiterschichten 36A, 36B, ... besitzen jeweils Anschlüsse 37A, 37B, .... Jeder der Anschlüsse 37A, 37B, ... ist mit einer Rechnereinheit, etwa einem Mikrocomputer (in 16 nicht gezeigt), verbunden. Der Aufbau der anderen Teile ist identisch zu jenem in 2 gezeigten ersten beispielhaften Ausführungsform.

Es werden nun die Funktionen des multidirektionalen Eingabeelements beschrieben, wenn ein Eingabevorgang stattfindet. Wenn die Spitze des ansteuernden Knopfbereichs 19 zur Neigung des elastischen Ansteuerelements 13 gedrückt wird, drückt die Unterseite des äußeren peripheren Randes des elastischen Druckbereichs 13B (in 16 nicht gezeigt) in der Neigungsrichtung und verformt teilweise und nach unten gerichtet das flexible isolierte Substrat 15. Damit wird ein Teil der oberen Widerstandsschicht 16 an der unteren Seite des Substrats mit einem Teil der unteren Leiterschicht 36, beispielsweise der Leiterschicht 36A, in Kontakt gebracht. Die Richtung der Leiterschicht 36A ist bereits in dem Mikrocomputer gespeichert und somit kann die Richtung, in der das elastische Ansteuerelement 13 geneigt wird, in einfacher Weise ohne eine spezielle Verarbeitung in dem Mikrocomputer erkannt werden. Das Verfahren zum Erkennen der Neigungswinkel des elastischen Ansteuerelements 13 ist das gleiche wie im Falle der ersten beispielhaften Ausführungsform und die Beschreibung davon wird weggelassen.

Wie zuvor erwähnt ist, erfordert das multidirektionale Eingabeelement dieser Ausführungsform eine vorbestimmte Anzahl von Verbindungen zu dem Mikrocomputer. Dennoch wird ein multidirektionales Eingabeelement verwirklicht, das in genauer Weise Richtungen, in denen das elastische Ansteuerelement 13 geneigt wird, mit einer vorbestimmten Auflösung ohne eine spezielle Verarbeitung erkennen kann.

(Vierte beispielhafte Ausführungsform)

17 ist eine Schnittansicht eines wesentlichen Teils eines elektronischen Geräts, in dem ein multidirektionales Eingabeelement gemäß der vierten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird. 18 ist eine perspektivische Aufrissansicht des Teils des multidirektionalen Eingabeelements.

Wie in den Zeichnungen dargestellt ist, ist das multidirektionale Eingabeelement dieser Ausführungsform ähnlich zu jenem der ersten beispielhaften Ausführungsform. Jedoch besitzt es einen selbstzurücksetzenden Druckschalter 38, der betätigt wird, indem der ansteuernde Knopfbereich 19 des elastischen Ansteuerelements 13 nach unten gehalten wird. Der Aufbau des Druckschalters 38 wird im Folgenden beschrieben. An der oberen Seite eines flexiblen isolierten Substrats 39 unter dem ansteuernden Knopfbereich 19 des elastischen Ansteuerelements 13 ist ein fixierter Kontakt 40 des Schalters mit einem äußeren Kontakt 40A und einem zentralen Kontakt 40B durch Aufdrucken oder ein anderes Verfahren gebildet. Ein beweglicher Kontakt 41, der aus einer nachgebenden metallischen dünnen Platte hergestellt und als kreisförmige Kuppel geformt ist, ist auf diesen Kontakten montiert, so dass der äußere periphere Unterseitenrand des beweglichen Kontakts auf dem äußeren Kontakt 40A und die untere Fläche der zentralen Kuppel 41A gegenüberliegend zu dem zentralen Kontakt 40B mit einem vorbestimmten Abstand angeordnet ist. Der bewegliche Kontakt ist an den fixierten Kontakten durch ein flexibles Band mit Haftmittel 42 befestigt. Die obere Fläche der Kuppel 41A des beweglichen Kontakts 41 liegt der zentralen Erhebung 13E in der Mitte der unteren Seite des elastischen Ansteuerelements 13 gegenüber. Der Aufbau der anderen Teile ist der gleiche wie in der in den 1 und 2 gezeigten ersten beispielhaften Ausführungsform. Beispielsweise ist die kreisförmige obere Widerstandsschicht 16 auf der unteren Seite des flexiblen isolierten Substrats 39 aufgedruckt. Die der oberen Widerstandsschicht gegenüberliegende untere Widerstandsschicht 17 ist auf der Verdrahtungsplatine 12 aufgedruckt. Innerhalb dieser oberen und unteren Widerstandsschichten, d.h. unter dem fixierten Kontakt 40 des Schalters auf dem flexiblen isolierten Substrat 39 ist das Abstandselement 14B mit einem steifen Körper angeordnet.

Ein Eingabevorgang wird an diesem multidirektionalen Eingabeelement mit dem obigen Aufbau durch Neigen des elastischen Ansteuerelements 13 vorgenommen. Eine Funktionsweise dabei ist in einer Schnittansicht eines wesentlichen Teils des Eingabeelements in 19 gezeigt. Wie durch den Pfeil in dieser Zeichnung angezeigt ist, wird der ansteuernde Knopfbereich 19 in einer schräg nach unten gerichteten Weise gedrückt, um das elastische Ansteuerelement 13 zu neigen, wodurch die untere Seite des flexiblen isolierten Substrats 39 in der Neigungsrichtung gedrückt und teilweise und nach unten gerichtet verformt wird. Somit wird ein Teil der oberen Widerstandsschicht 16 teilweise mit der unteren Widerstandsschicht 17 in Kontakt gebracht. Die Funktionsweisen und das Verfahren zum Erkennen der Neigungsrichtung und des Winkels des elastischen Ansteuerelements 13 in diesem Falle sind die gleichen als in der ersten beispielhaften Ausführungsform und deren Beschreibung wird weggelassen. Die elastische rücktreibende Kraft des kreisförmigen kuppelartigen beweglichen Kontakts 41 wird so festgelegt, dass der Druckschalter 38 bei diesem Vorgang nicht betätigt wird.

Als nächstes wird das elastische Ansteuerelement 13 nach unten gehalten, um den Druckschalter 38 zu betätigen. Dieser Zustand ist in der Schnittansicht in 20 dargestellt. Wie durch den Pfeil in dieser Zeichnung dargestellt ist, wird der ansteuernde Knopfbereich 19 in dem in 17 gezeigten Zustand nach unten gehalten. Damit verformt sich in dem elastischen Ansteuerelement 13 der elastische dünne Zylinderbereich 13A in elastischer Weise entlang des gesamten Randes, der sphärische Bereich 13F verlässt das obere Gehäuse 11 und der gesamte mittlere Bereich bewegt sich nach unten. Die mittlere Erhebung 13E der Mitte der unteren Fläche drückt die obere Fläche der Kuppel 41A des beweglichen Kontakts 41 mittels des Klebebandes 42. Die gedrückte Kuppel 41A des beweglichen Kontakts 41 dreht sich in nachgebender Weise um, wobei eine gut fühlbare Reaktion entsteht. Die untere Fläche der Kuppel 41A macht einen Kontakt mit dem zentralen Kontakt 40B, wodurch der äußere Kontakt 40A und der zentrale Kontakt 40B, d.h. der fixierte Kontakt 40 des Schalters, kurzgeschlossen werden. Wenn die an den ansteuernden Knopfbereich 19 angelegte drückende Kraft unterbrochen wird, geht der elastische dünne Zylinderbereich 13A mittels der eigenen elastischen rücktreibenden Kraft in seine ursprüngliche Form zurück und somit kehrt das elastische Ansteuerelement 13 in den in 17 gezeigten Zustand zurück. Die Kuppel 41A des beweglichen Kontakts 41 des Druckschalters 38 wird in ihre ursprüngliche ringförmige Kuppelform aus dem invertierten Zustand mittels der inhärenten rücktreibenden Elastizitätskraft zurückgeführt. Der äußere Kontakt 40A und der zentrale Kontakt 40B in dem fixierten Kontakt 40 des Schalters gehen zurück in den geöffneten Zustand. Der elastische Druckbereich 13B und die mittlere Erhebung 13E an der unteren Seite des elastischen Ansteuerelements 13 sind so dimensioniert, um zu verhindern, dass der elastische Druckbereich 13B an der unteren Seite des elastischen Ansteuerelements 13 das flexible isolierte Substrat 39 drückt, und um zu verhindern, dass die obere Widerstandsschicht 16 einen Kontakt zu der unteren Widerstandsschicht 17 macht, wenn dieser Druckschalter 38 betätigt wird.

Wie zuvor erläutert ist, verwirklicht das multidirektionale Eingabeelement dieser Ausführungsform ein multidirektionales Eingabeelement, das ein weiteres Signal zum Bestimmen einer Richtung erzeugen kann, in der der ansteuernde Knopfbereich 19, d.h. das elastische Ansteuerelement 13, durch Drücken des ansteuernden Knopfbereichs 19 mit positiv fühlbarer Reaktion geneigt wird. In der obigen Beschreibung ist der Druckschalter 38 an der oberen Fläche des flexiblen isolierten Substrats 39 angeordnet. Der Schalter kann jedoch an anderen Stellen angeordnet sein, etwa in der Mitte des Abstandselements 14B zwischen dem flexiblen isolierten Substrat 39 und der Verdrahtungsplatine 12.

(Fünfte beispielhafte Ausführungsform)

In dieser Ausführungsform besitzen eine untere Leiterschicht, die auf der Verdrahtungsplatine 12 gebildet ist, und eine obere Widerstandsschicht, die auf dem flexiblen isolierten Substrat 15 gebildet ist, Funktionen, die umgekehrt zu jenen sind, wie sie in den zuvor erwähnten beispielhaften Ausführungsformen beschrieben sind. Selbstverständlich ist ein multidirektionales Eingabeelement mit Funktionen, die invers zu jenen der oben erwähnten beispielhaften Ausführungsformen sind, im Schutzbereich der vorliegenden Erfindung miteingeschlossen. 21 ist eine Schnittansicht eines wesentlichen Teils eines elektronischen Geräts, in dem ein multidirektionales Eingabeelement gemäß der fünften beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet ist. 22 ist eine perspektivische Aufrissansicht des Teils des multidirektionalen Eingabeelements. 23 ist eine schematische Ansicht, die einen Aufbau eines multidirektionalen Eingabeelements zeigt.

In den Zeichnungen stellt Bezugszeichen 11 ein oberes Gehäuse des elektronischen Gerätes dar. Bezugszeichen 12 zeigt eine ebene Verdrahtungsplatine. Die obere Oberfläche des oberen Gehäuses 11 ist eine Bedieneroberfläche. In der Mitte des oberen Gehäuses ist ein kreisförmiges Loch 11A ausgebildet, in das der sphärische Bereich 13F des elastischen Ansteuerelements 13 einer elektronischen Komponente für die multidirektionale Eingabe eingepasst ist. Der ansteuernde Knopfbereich 19 des elastischen Ansteuerelements 13 ragt aus dem kreisförmigen Loch 11A hervor. Das flexible isolierte Substrat 15 ist über der Verdrahtungsplatine 12 so angeordnet, um einen vorbestimmten isolierenden Spalt bereitzustellen und um das Abstandselement 14A dazwischen einzuschließen. Auf der unteren Seite des flexiblen isolierten Substrat 15 ist eine ringförmige obere Widerstandsschicht 116 mit einer vorbestimmten Breite und einem gleichförmigen spezifischen Widerstand aufgedruckt. Anschlüsse 116A, 116B und 116C sind an drei Punkten vorgesehen, die im Wesentlichen unter gleichen Winkeln beabstandet sind. An einer Stelle auf der Verdrahtungsplatine 12 gegenüberliegend zu der oberen Widerstandsschicht ist als eine untere Leiterschicht eine ringförmige untere Widerstandsschicht 117 mit einem Durchmesser und einer Breite, die im Wesentlichen identisch zu jener der oberen Widerstandsschicht 116 ist, und einem gleichförmigen spezifischen Widerstand aufgedruckt. Die untere Widerstandsschicht besitzt zwei Anschlüsse 117A und 117B, die entsprechend mit dem gesamten inneren Umfang und dem gesamten äußeren Umfang in elektrischer Verbindung sind. Wenn der Anschluss 117A, der mit dem inneren Umfang dieser unteren Widerstandsschicht 117 in elektrischer Verbindung ist, auf die Rückseite oder die untere Schicht der Verdrahtungsplatine 12 unter Verwendung einer Durchgangsöffnung geführt ist, kann ein vereinfachter Aufbau realisiert werden. Ein derartiger Aufbau erlaubt eine weitere Miniaturisierung und ein genaueres Ausgangssignal.

Wie in 23 gezeigt ist, sind zwei Anschlüsse 117A und 117B der unteren Widerstandsschicht 117 und drei Anschlüsse 116A, 116B und 116C der oberen Widerstandsschicht 116 mit einer Rechnereinheit 18, z.B. einem Mikrocomputer (der im Weiteren als Mikrocomputer 18 bezeichnet wird), die in dem elektronischen Gerät integriert ist, mittels entsprechender Verdrahtungsteile verbunden.

Auf dem flexiblen isolierten Substrat 15 ist das zuvor genannte elastische Ansteuerelement 13 angebracht. Der scheibenförmige elastische Druckbereich 13B, der durch den umgebenden elastischen dünnen Zylinderbereich 13A und die Mitte der Erhebung 13E gehalten wird, ist gegenüberliegend zu der Rückseite der oberen Widerstandsschicht 116 mit einem vorbestimmten Abstand angeordnet. Dieser elastische Druckbereich 13B ist scheibenförmig mit einem äußeren peripheren Rand, der die rechtwinklige Stufe 13C bildet. Der Außendurchmesser des Druckbereiches ist größer als der in der Mitte der Breite der oberen Widerstandsschicht 116 gemessene Durchmesser und kleiner als deren Außendurchmesser. Das elastische Ansteuerelement besitzt eine ringförmige Stufe 13D, die aus der Oberfläche des elastischen Druckbereichs an einer Stelle nach unten hervorragt, die geringfügig innerhalb des inneren Durchmessers der oberen Widerstandsschicht 116 liegt. In der Mitte des elastischen Ansteuerelements ist die mittlere Erhebung 13E vorgesehen, die sich weiter nach unten erstreckt. Somit bildet die untere Seite des elastischen Ansteuerelements 13 eine konzentrische Scheibe aus drei Stufen.

Andererseits bildet der obere Teil des elastischen Ansteuerelements 13 den sphärischen Bereich 13F, der alle Teile der oberen Fläche des elastischen Druckbereichs 13D bedeckt. Der sphärische Bereich ist mit dem kreisförmigen Loch 11A durch das obere Gehäuse 11, das als eine obere Bedeckung dient, im Eingriff. In der Mitte des sphärischen Bereichs ist ein säulenartiger ansteuernder Knopfbereich 19 vorgesehen. Ein Abstandselement 14B aus einem harten Körper ist im Inneren der oberen Widerstandsschicht 116 auf dem flexiblen isolierten Substrat 15 und im Inneren der unteren Widerstandsschicht 117 auf der Verdrahtungsplatine 12 vorgesehen. Der Teil eines multidirektionalen Eingabeelements in dem elektronischen Gerät, das das multidirektionale Eingabeelement dieser Ausführungsform verwendet, ist in der obengenannten Weise aufgebaut.

Anschließend werden Funktionsweisen des multidirektionalen Eingabeelements, das in der oben beschriebenen Weise aufgebaut ist, beschrieben, wenn ein Eingabevorgang daran vorgenommen wird. Die Spitze des ansteuernden Knopfbereichs 19 des elastischen Ansteuerelements 13 wird im normalen Zustand in 21 in einer schräg nach unten gerichteten Weise gedrückt, wie dies durch den Pfeil in 24 gezeigt ist, die eine Schnittansicht eines wesentlichen Teils des Eingabeelements ist und einen Funktionszustand darstellt. Der sphärische Bereich 13F des elastischen Ansteuerelements 13 dreht sich entlang des Randes des kreisförmigen Loches 11A durch das obere Gehäuse 11 um einen Drehpunkt in der Mitte der Erhebung 13E. Das elastische Ansteuerelement neigt sich in einer gewünschten Richtung unter einem gewünschten Winkel, während sich der elastische dünne Zylinderbereich 13A elastisch deformiert. Als Folge davon bewegt sich die untere Seite des elastischen Druckbereichs 13B in der Neigungsrichtung nach unten und die rechtwinklige Stufe 13C drückt entlang der äußeren peripheren Rand das flexible isolierte Substrat 15 und verformt dieses teilweise nach unten. Dies bringt einen Teil der oberen Widerstandsschicht 116 an der unteren Seite des isolierten Substrats in Kontakt mit dem Kontaktpunkt 20 auf der unteren Widerstandsschicht 117. In diesem Zustand macht der äußere Rand der kreisförmigen Stufe 13D ebenfalls einen Kontakt zu dem flexiblen isolierten Substrat 15 an dem Abstandselement 14B. Die auf den ansteuernden Knopfbereich 19 ausgeübte Druckkraft zur Neigung des elastischen Ansteuerelements 13 wird in dieser Position maximal. 25 ist eine schematische Ansicht zur Darstellung eines Erkennungsverfahrens in diesem Zustand. Entsprechend dieser Zeichnung wird zunächst als eine erste Erkennungsbedingung der Anschluss 116A der oberen Widerstandsschicht 116 geerdet (0 V), eine Gleichspannung (z.B. 5 V) an den Anschluss 116B angelegt und der Anschluss 116C durch den Mikrocomputer 18 geöffnet. Unter dieser Bedingung wird eine Ausgangsspannung am Anschluss 117A (oder 117B) der unteren Widerstandsschicht 117 durch den Mikrocomputer 18 ausgelesen und mit vorgespeicherten Daten verglichen. Diese Vorgänge liefern die ersten Daten: die Position, an der die obere Widerstandsschicht teilweise mit der unteren Widerstandsschicht in Kontakt ist, entspricht dem Punkt 21A, der zwischen den Anschlüssen 116A und 116B und gegenüber zu dem Anschluss 116C angeordnet ist, oder den Punkt 21B an der Seite des Anschlusses 116C.

Anschließend wird der Anschluss 116B geerdet (0 V), eine vorbestimmte Gleichspannung (z.B. 5 V) an den Anschluss 116C angelegt und der Anschluss 116A als eine zweite Erkennungsbedingung geöffnet. In diesem Zustand wird eine Ausgangsspannung am Anschluss 117A (oder 117B) ausgelesen und mit vorgespeicherten Daten verglichen. Dies führt zu den zweiten Daten: die Position, an der die obere Widerstandsschicht teilweise mit der unteren Widerstandsschicht in Kontakt ist, entspricht dem zwischen den Anschlüssen 116B und 116C und dem Anschluss 116A gegenüberliegend angeordnetem Punkt 21C, oder dem Punkt 21A an der Seite des Anschlusses 116A. Dann vergleicht der Mikrocomputer die ersten Daten und die zweiten Daten, erkennt den Punkt 21A, der in beiden Daten gemeinsam vorhanden ist als die Neigungsrichtung und erzeugt ein Signal, das die Richtung kennzeichnet. Danach wird in einem in 24 und 25 gezeigten Zustand eine Spannung an die Anschlüsse 117A und 117B der inneren und äußeren Umfänge der unteren Widerstandsschicht 117 von dem Mikrocomputer 18 als eine Erkennungsbedingung, die sich von der oben beschriebenen unterscheidet, angelegt. Wenn der Anschluss 117B des äußeren Umfangs geerdet (0 V) und eine Gleichspannung an den Anschluss 117A des inneren Umfangs angelegt wird, wird von dem Mikrocomputer 18 eine Ausgangsspannung an einem der Anschlüsse der oberen Widerstandsschicht 116 (z.B. dem Anschluss 116B, der am nächsten zum Kontaktpunkt 20 liegt) eingelesen und mit vorgespeicherten Daten verglichen. Diese Vorgänge liefern Daten, die einen Druck kennzeichnen, mit dem der elastische Druckbereich 13B das flexible isolierte Substrat 15 drückt, d.h. einen Winkel, unter dem das elastische Ansteuerelement 13 geneigt ist.

Das Drücken der Spitze des ansteuernden Knopfbereichs 19 in noch stärkerem Maße in dem in 24 gezeigten Zustand, neigt das elastische Ansteuerelement 13 noch stärker und deformiert die untere Seite elastisch, wodurch der Bereich vergrößert wird, in dem der elastische Druckbereich 13B das flexible isolierte Substrat 15 drückt. Dieser Zustand ist in 26 gezeigt, die eine Schnittansicht eines wesentlichen Teils des Eingabeelements ist. Wie in dieser Zeichnung dargestellt ist, wird der Bereich, in dem der elastische Druckbereich 13B des elastischen Ansteuerelements 13 das flexible isolierte Substrat 15 drückt, in der Richtung von der rechtwinkligen Stufe 13C entlang dem äußeren peripheren Rand des elastischen Druckbereichs 13B zu dem Mittelpunkt hin größer. Somit breitet sich der Bereich, in dem die obere Widerstandsschicht 116 mit der unteren Widerstandsschicht 117 in Kontakt ist, in der Richtung von dem ersten Kontaktpunkt 20 zu dem Mittelpunkt hin aus.

Dabei wird eine Spannung von dem Mikrocomputer 18 an den Anschlüssen 117A und 117B der inneren und äußeren Umfänge der unteren Widerstandsschicht 117 ähnlich zu der oben beschriebenen Weise angelegt. Wenn der Anschluss 117B des äußeren Umfangs geerdet (0 V) und eine Gleichspannung an den Anschluss 117A des inneren Umfangs angelegt wird, wird von dem Mikrocomputer 18 eine Ausgangsspannung an einem der Anschlüsse (116B) der oberen Widerstandsschicht 116 ausgelesen und mit vorgespeicherten Daten verglichen. Diese Abläufe liefern Daten, die einen Druck kennzeichnen, mit dem der elastische Druckbereich 13B stark auf das flexible isolierte Substrat 15 drückt, d.h. einen Winkel, unter dem das elastische Ansteuerelement 13 stark geneigt ist. Die Fläche des Kontaktbereichs einschließlich des Kontaktpunkts 20 ist größer als jene in dem oben erwähnten Falle. Daher ist die Ausgangsspannung an einem der Anschlüsse (116B) der oberen Widerstandsschicht 116 durch diese größere Fläche erhöht. Der erhaltene Datenwert entspricht einem Winkel, unter dem elastische Ansteuerelement 13 starker geneigt ist.

Ferner ist in dem zuvor beschriebenen Verfahren zum Erkennen eines Neigungswinkels des elastischen Ansteuerelements 13 der Anschluss 117B des äußeren Umfangs der unteren Widerstandsschicht 117 geerdet (0 V) und eine Gleichspannung ist an dem Anschluss 117A des inneren Umfangs angelegt. Dies geschieht deswegen, weil ein größerer Neigungswinkel des elastischen Ansteuerelements 13 den Bereich vergrößert, in dem die obere Widerstandsschicht 116 mit der unteren Widerstandsschicht 117 in Kontakt ist, in der Richtung von der äußeren Umfangsseite zu der inneren Umfangsseite der oberen Widerstandsschicht 116. Somit kann das Anlegen der Gleichspannung in der oben beschriebenen Weise die Ausgangsspannung reduzieren, wenn der Neigungswinkel klein ist und der Kontakt zwischen beiden Schichten unstabil ist. Folglich werden unstabile Bereiche vermieden und große Ausgangsspannungen an stabilen Punkten können gemessen und berechnet werden, um einen Neigungswinkel des elastischen Ansteuerelements 13 zu erkennen. Da diese Datennahme und Verarbeitung ausgeführt wird, wenn die Ausgangsspannung eine vorbestimmte Spannung erreicht und mit hoher Geschwindigkeit wiederholt wird, kann eine genaue Erkennung durchgeführt werden.

Nach den Eingabevorgängen, die in der oben beschriebenen Weise ausgeführt werden, wird die Druckkraft, die auf die Spitze des ansteuernden Knopfbereichs 19 ausgeübt wird, unterbrochen. Daraufhin kehrt der elastische dünne Zylinderbereich 13A in seine ursprüngliche Form mittels der inhärenten elastischen rücktreibenden Kraft zurück und somit wird das elastische Ansteuerelement 13 in seinen Anfangszustand, der in 21 gezeigt ist, zurückgeführt. Das flexible isolierte Substrat 15 nimmt seinen ursprünglichen ebenen Zustand ein und damit kehren die obere Widerstandsschicht 116 und die untere Widerstandsschicht 117 in die einander gegenüberliegende Position zurück.

Wie zuvor erwähnt ist, erkennt das multidirektionale Eingabeelement dieser Ausführungsform die Neigungsrichtungen und Winkel des elastischen Ansteuerelements 13 unter Verwendung von Ausgangsspannungen an entsprechenden Anschlüssen. Die Ausgangsspannungen stellen eine Vielzahl von Daten dar, die unter mehreren Erkennungsbedingungen gewonnen werden, wenn das elastische Ansteuerelement 13 der elektronischen Komponente für die multidirektionale Eingabe sich neigt. Somit kommen einige Richtungen, in denen Eingabevorgänge gemäß Neigungswinkeln ausgeführt werden, zu den Neigungsrichtungen hinzu, in denen eine große Anzahl von Eingabevorgängen mit hoher Auflösung vorgenommen werden kann. Als Folge davon können Eingabevorgänge für eine insgesamt extrem große Anzahl von Richtungen durchgeführt werden. Daher kann ein multidirektionales Eingabeelement mit äußerst hoher Auflösung der Eingaberichtungen und ein elektronisches Gerät unter Verwendung des Elements verwirklicht werden.

Industrielle Anwendbarkeit

Eine elektronische Komponente für das Eingeben in ein multidirektionales Eingabeelement der vorliegenden Erfindung umfasst eine obere Widerstandsschicht, eine untere Widerstandsschicht und ein elastisches Ansteuerelement, um die obere Widerstandsschicht mit der unteren Widerstandsschicht in Kontakt zu bringen. Aufgrund des einfachen Aufbaus ist diese elektronische Eingabekomponente in einfacher Weise zu verkleinern. Die Neigungsrichtungen und Winkel des elastischen Ansteuerelements werden gemäß einer Ausgangsspannung an jeweils einem Anschluss erkannt, wenn ein ansteuernder Knopfbereich in einer schräg nach unten gerichteten Weise gedrückt wird, um die obere Widerstandsschicht und die untere Leiterschicht teilweise in Kontakt zu bringen. Das Erkennungsverfahren verbessert die Auflösung der Eingaberichtungen aufs Äußerste.


Anspruch[de]
Multidirektionales Eingabeelement mit:

einer elektronischen Komponente für die Eingabe mit:

einer oberen Widerstandsschicht (16) auf einer unteren Seite eines flexiblen isolierten Substrats (15), die ringförmig ausgebildet ist und eine vorbestimmte Breite aufweist und zwei Anschlüsse (16A, 16B) besitzt, wobei ein Anschluss in elektrischer Verbindung mit dem gesamten inneren Umfang und der andere Anschluss in elektrischer Verbindung mit dem gesamten äußeren Umfang des Ringes ist;

einer unteren Leiterschicht (17), die auf einer ebenen Platine (12) ringförmig so angeordnet ist, dass sie der oberen Widerstandsschicht (16) mit einem vorbestimmten Isolationsstand und mit einem vorbestimmten Anschluss (17A, 17B, 17C) gegenüberliegt;

einer Oberseitenabdeckung (11), die mit der ebenen Platine (12) gekoppelt ist und eine kreisförmige Öffnung (11A) aufweist; und

einem elastischen Ansteuerelement (13), das auf dem flexiblen isolierten Substrat (15) montiert ist, wobei das elastische Ansteuerelement (13) an einer Unterseite davon einen scheibenähnlichen elastischen Druckbereich (13B) aufweist, der der Rückseite der oberen Widerstandsschicht (16) mit einem vorbestimmten Abstand gegenüberliegt, und wobei das elastische Ansteuerelement (13) auf einer oberen Fläche davon einen sphärischen Bereich (13F), der drehbar in der runden Öffnung (11A) durch die Oberseitenabdeckung (11) eingreift, und einen ansteuernden Knopfbereich (19) in einem Zentrum des sphärischen Bereichs (13F) aufweist;

wobei, während sich das elastische Ansteuerelement (13) neigt, der elastische Druckbereich (13B) teilweise und nach unten gerichtet das flexible isolierte Substrat (15) verformt, wodurch die obere Widerstandsschicht (16) und die untere Leiterschicht (17) in einer Neigungsrichtung des elastischen Ansteuerelements (13) teilweise miteinander in Kontakt gebracht werden;

einer Rechnereinheit (18) zum Erkennen der Neigungsrichtung des elastischen Ansteuerelements (13) gemäß einer Information aus den Anschlüssen (16A, 16B, 17A, 17B) der oberen Widerstandsschicht (16) und der unteren Leiterschicht (17), wenn sich das elastische Ansteuerelement (13) neigt, wobei die obere Widerstandsschicht (16) teilweise mit der unteren Leiterschicht (17) in Kontakt ist, und ferner zum Messen und Verarbeiten einer an dem Anschluss (17A, 17B, 17C) der unteren Leiterschicht (17) anliegenden Ausgangsspannung, wenn eine vorbestimmte Gleichspannung an den beiden Anschlüssen (16A, 16B) der oberen Widerstandsschicht (16) angelegt ist, wodurch der Neigungswinkel des elastischen Ansteuerelements (13) erkannt wird; und

einem aus einem harten Material hergestellten Betätigungsknopf (27), wobei der Betätigungsknopf eine zentrale Öffnung (27A) und eine ebene untere Fläche (27B) aufweist mit einem Außendurchmesser, der im Wesentlichen identisch zu einem Außendurchmesser des elastischen Druckbereichs (26B) des elastischen Ansteuerelements (26) ist;

wobei das elastische Ansteuerelement (26) an seiner unteren Fläche den scheibenartigen elastischen Druckbereich (26A) gegenüberliegend zur Rückseite der oberen Widerstandsschicht (16) mit einem vorbestimmten Abstand aufweist, und das elastische Ansteuerelement (26) an dessen oberen Seite eine ebene Oberfläche (26C) und einen Stegbereich (26D) in einer Mitte der oberen Oberfläche (26C) aufweist; und

wobei der Betätigungsknopf (27) an dem Stegbereich (26D) angebracht ist, wobei die ebene untere Oberfläche (27B) des Betätigungsknopfes (27) mit der ebenen Oberfläche (26C) an der oberen Seite des elastischen Ansteuerelements an einer Stelle mit einem vorbestimmten Durchmesser in Kontakt ist, und wobei die ebene untere Fläche (27B) graduell von einer Stelle des vorbestimmten Durchmessers zu einem äußeren peripheren Rand ansteigt.
Das multidirektionale Eingabeelement nach Anspruch 1, wobei die untere Leiterschicht (17) zumindest drei Anschlüsse (17A, 17B, 17C) aufweist, die mit einem vorbestimmten Intervall beabstandet sind; und wobei die Rechnereinheit (18) der Reihe nach eine vorbestimmte Gleichspannung an den zumindest ersten vorbestimmten beiden Anschlüssen (17A, 17B) der unteren Leiterschicht (17) zuerst und an den zweiten vorbestimmten beiden Anschlüssen (17A, 17C) danach anlegt, während sich das elastische Ansteuerelement (13) neigt und die obere Widerstandsschicht (16) teilweise mit der unteren Leiterschicht (17) in Kontakt ist, und wobei die Rechnereinheit (18) eine Ausgangsspannung an einem der Anschlüsse (16A, 16B) der oberen Widerstandsschicht (16) während der beiden Schritte verarbeitet, um damit die Neigungsrichtung des elastischen Ansteuerelements (13) zu erkennen. Das multidirektionale Eingabeelement nach Anspruch 1,

wobei die untere Leiterschicht so aufgebaut ist, dass diese eine ringähnliche Widerstandsschicht aufweist, die in zwei Teile mit einem vorbestimmten Abstand unterteilt ist und Anschlüsse (31A, 31B, 32A, 32B) an beiden Enden jeweils der beiden Widerstandsschichtteile (31, 32) aufweist; und

wobei die Rechnereinheit (34) der Reihe nach eine vorbestimmte Gleichspannung an den Anschlüssen (31A, 31B, 32A, 32B) an beiden Enden jeweils der beiden unteren Widerstandsschichtsteile (31, 32) anlegt, während sich das elastische Ansteuerelement (13) neigt und die obere Widerstandsschicht (16) teilweise mit der unteren Leiterschicht in Kontakt ist, und wobei die Rechnereinheit (34) eine Ausgangsspannung an einem der Anschlüsse (16A, 16B) der oberen Widerstandsschicht (16) zu diesem Zeitpunkt ausliest, um damit die Neigungsrichtung des elastischen Ansteuerelements (13) zu erkennen.
Das multidirektionale Eingabeelement nach Anspruch 1, wobei die untere Leiterschicht so aufgebaut ist, dass diese eine ringförmige Leiterschicht aufweist, die in zwei Teile unter einem vorbestimmten Winkel geteilt ist, und so dass diese einen Anschluss (31A, 31B, 32A, 32B) in jedem Teil (31, 32) der Leiterschicht aufweist. Das multidirektionale Eingabeelement nach Anspruch 1, das ferner umfasst:

eine aus einem druckempfindlichen elektrischen Leiter hergestellte ebene leitende Platte (25), wobei ein Zusammendrücken in der Dickenrichtung für die Eingabe eine elektrische Verbindung zwischen den oberen und unteren Flächen in einer zusammengedrückten Lage herstellt;

wobei die leitende Platte (25) in einen isolierenden Spalt zwischen der ringförmigen oberen Widerstandsschicht (16) und der unteren Leiterschicht (17), die einander gegenüberliegen, eingefügt ist.
Das multidirektionale Eingabeelement nach Anspruch 1, wobei ein spezifischer Widerstand der unteren Leiterschicht (17) kleiner als ein spezifischer Widerstand der oberen Widerstandsschicht (16) ist. Das multidirektionale Eingabeelement nach Anspruch 1, wobei eine Leiterschicht (116) entsprechend der unteren Leiterschicht an der unteren Seite des flexiblen isolierten Substrats (15) anstelle der oberen Widerstandsschicht vorgesehen ist, und wobei eine Widerstandsschicht entsprechend zu der oberen Widerstandsschicht (117) auf der ebenen Platine (12) anstelle der unteren Leiterschicht vorgesehen ist. Das multidirektionale Eingabeelement nach Anspruch 1, wobei die Rechnereinheit (18) eine Ausgangsspannung an den Anschlüssen (16A, 16B, 17A, 17B, 17C) der oberen Widerstandsschicht (16) und der unteren Leiterschicht (17) verarbeitet, um die Neigungsrichtung oder den Neigungswinkel des Ansteuerelements (13) zu erkennen, wenn die Ausgangsspannung eine vorbestimmte Spannung erreicht. Das multidirektionale Eingabeelement nach Anspruch 1, wobei die Rechnereinheit (18) eine Gleichspannung an den beiden Anschlüssen (16A, 16B) der oberen Widerstandsschicht (16) anlegt, wobei der Anschluss (16B) an der äußeren Umfangsseite der oberen Widerstandsschicht (16) auf eine kleinere Spannung festgelegt wird, um den Neigungswinkel des elastischen Ansteuerelements (13) zu erkennen. Das multidirektionale Eingabeelement nach Anspruch 1, wobei die elektronische Komponente für die Eingabe ferner umfasst:

einen Rückstelldruckschalter (38), der durch Niederhalten des ansteuernden Knopfbereiches (19) des elastischern Ansteuerelements (13) betätigt wird, mit:

einer runden Kuppel (41) aus einer nachgebenden dünnen Metallplatte, die auf dem flexiblen isolierten Substrat (39) unter dem ansteuernden Knopfbereich (19) montiert ist; und

einem äußeren fixierten Kontakt (40A) und einem zentralen fixierten Kontakt (40B), der in einem Zentrum des flexiblen isolierten Substrat (39) oder der ebenen Platine (12) vorgesehen ist, die elektrisch von der ringförmigen oberen Widerstandsschicht (16) und der unteren Leiterschicht (17) getrennt sind, und durch das elastische Invertieren der runden Kuppel (41) kurzgeschlossen werden.
Das multidirektionale Eingabeelement nach Anspruch 1, wobei das flexible isolierte Substrat (15) mit der darauf ausgebildeten oberen Widerstandsschicht (16) über der unteren Leiterschicht (17), die auf der ebenen Verdrahtungsplatine (12) in einem Gehäuse eines Elektronikgerätes ausgebildet ist, angeordnet ist, und der sphärische Bereich (13F) des elastischen Ansteuerelements (13) mit einer runden Öffnung (11A) durch ein oberes Gehäuse (11) des Elektronikgeräts im Eingriff ist. Das multidirektionale Eingabeelement nach Anspruch 11, wobei die obere Widerstandsschicht (16) auf einer flexiblen Verdrahtungsplatine (15) ausgebildet ist, die über der ebenen Verdrahtungsplatine (12) in dem Gehäuse des Elektronikgeräts angeordnet ist.






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