用于電容檢測磁性鍵盤按鍵上的按鍵運(yùn)動和有無手指的方法和裝置的制造方法
【專利說明】用于電容檢測磁性鍵盤按鍵上的按鍵運(yùn)動和有無手指的方法和裝置
相關(guān)申請
[0001]本申請要求于2014年1月3日提交的序列號為14/146,811的美國專利申請的優(yōu)先權(quán)，其要求于2013年1月4日提交的序列號為61/748，923的美國臨時申請的優(yōu)先權(quán)并且其全部公開內(nèi)容在此以引用的方式并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明大體涉及電子器件。
【背景技術(shù)】
[0003]可按壓觸摸表面(可以被按壓的觸摸表面)廣泛應(yīng)用于各種輸入設(shè)備，包括小型鍵盤或鍵盤的按鍵或按鈕的表面以及觸摸板或觸摸屏的表面。期望提高這些輸入系統(tǒng)的可用性。
[0004]圖2顯示了與以金屬彈簧圓頂或橡膠圓頂啟用的許多按鍵中所發(fā)現(xiàn)的“彈鎖(snapover) ”觸覺響應(yīng)相關(guān)聯(lián)的示例性觸覺響應(yīng)曲線的曲線圖200。具體來說，曲線圖200涉及由按鍵的觸摸表面對用戶施加的力和按鍵位移(相對于未按下位置的移動)的量。對用戶施加的力可以是沿特定方向(諸如正或負(fù)按壓方向)的合力或合力的一部分。同樣，按鍵位移量可以是沿特定方向(諸如正或負(fù)按壓方向)的按鍵行程的總量或一部分。
[0005]力曲線210顯示了四個按鍵按壓狀態(tài)212、214、216、218，其用四個橡膠圓頂在不同的按鍵位移量的刻畫來描繪。當(dāng)對按鍵未施加按壓力并且按鍵處于未按壓的位置(即，“準(zhǔn)備”位置)時，按鍵處于“未按壓”狀態(tài)212。響應(yīng)于按壓輸入，按鍵初始對某些按鍵位移和對用戶施加的增加的反作用力做出響應(yīng)。該反作用力隨著按鍵位移量的增加而增大，直至達(dá)到“峰值”狀態(tài)214的局部最大“峰值力”匕為止。在峰值狀態(tài)214，金屬彈簧圓頂即將彈起或橡膠圓頂即將縮回。當(dāng)鍵帽、彈簧圓頂或橡膠圓頂、或與鍵帽一起移動的其他按鍵組件以局部最小“接觸力”F2與按鍵的基部(或附接于基部的組件)形成初始物理接觸時，按鍵處在“接觸”狀態(tài)216。當(dāng)按鍵經(jīng)過“接觸”狀態(tài)并且諸如通過壓縮橡膠圓頂啟用的按鍵中的橡膠圓頂而發(fā)生機(jī)械觸底反彈時，按鍵處在“底部”狀態(tài)218。
[0006]彈鎖響應(yīng)由反作用力曲線的形狀定義，反作用力曲線受諸如波峰和波谷的變化率和相關(guān)的幅值等變量的影響。峰值力匕和接觸力F22差可以稱之為“彈簧(snap)”。“彈簧比率”可以被確定為(或者如果需要百分比型的測量值，則可被確定為100 X (FrF2) /Fi) ο
[0007]使用鍵帽底下的發(fā)射器/接收器電極對來電容感測擊鍵位置的目前已知的鍵盤系統(tǒng)，受限于其能夠精確檢測初始擊鍵運(yùn)動的能力，這是因為電容響應(yīng)是鍵帽和電極對之間的距離的平方的反函數(shù)。因此需要克服此限制的系統(tǒng)和方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]提供了用于電容感測鍵帽的初始和后期階段的擊鍵位置的方法與裝置。在一個實施例中，按鍵組件包括靜止按鍵引導(dǎo)件磁體、可動鍵帽磁體以及發(fā)射器/接收器電極對，其中一個電極位于鍵帽的下方，另一個電極位于按鍵引導(dǎo)件的下方。這樣，響應(yīng)于向下?lián)翩I的發(fā)射器與接收器電極之間所測量的電容變化包括鍵帽與電極對之間的電容變化以及鍵帽與按鍵引導(dǎo)件之間的電容變化。因此，由于鍵帽與按鍵引導(dǎo)件之間的電容變化可在擊鍵早期部分精確檢測鍵帽位置，并且由于鍵帽與電極對之間的電容變化可在擊鍵后期部分精確檢測鍵帽位置。
[0009]在按鍵組件的選擇性實施例中，發(fā)射器/接收器電極對被布置在鍵帽的底下，并且按鍵引導(dǎo)件的導(dǎo)電元件(例如，磁體)接地或維持在恒定電壓電位。將按鍵引導(dǎo)件接地反轉(zhuǎn)了鍵帽與按鍵引導(dǎo)件之間響應(yīng)于向下?lián)翩I的電容響應(yīng)，進(jìn)一步提高發(fā)射器/接收器電極對精確檢測初始擊鍵運(yùn)動的能力。
【附圖說明】
[0010]下面將結(jié)合附圖描述本發(fā)明的示例性實施例，除非另有說明，否則附圖未按比例繪制，在圖中相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件，并且:
[0011]圖1示出了并入根據(jù)文中所述技術(shù)構(gòu)造的基于按鍵的觸摸表面的一個或多個實施方式的示例性鍵盤；
[0012]圖2是根據(jù)文中所述技術(shù)的作為以金屬彈簧圓頂或橡膠圓頂啟用的許多按鍵的特性的示例性觸覺響應(yīng)的曲線圖；
[0013]圖3A-3B是根據(jù)文中所述技術(shù)構(gòu)造的第一示例性觸摸表面組件的簡化側(cè)視圖；
[0014]圖4示出了根據(jù)文中所述技術(shù)的示例性鍵盤的分解圖；
[0015]圖5是根據(jù)文中所述技術(shù)的包括靜止按鍵引導(dǎo)件磁體、可動鍵帽磁體以及位于鍵帽下方的發(fā)射器/接收器電極對的示例性按鍵組件的示意性布局圖；
[0016]圖6是表示根據(jù)文中所述技術(shù)的圖5的可動鍵帽磁體與位于下方的電極對之間的電容耦合相對于向下?lián)翩I的變化的曲線圖；
[0017]圖7是根據(jù)文中所述技術(shù)的包括靜止按鍵引導(dǎo)件磁體、可動鍵帽磁體以及發(fā)射器/接收器電極對的示例性按鍵組件的示意性布局圖，其中一個電極位于鍵帽的下方且另一個電極位于按鍵引導(dǎo)件的下方；
[0018]圖8是表示根據(jù)文中所述技術(shù)的圖7的可動鍵帽磁體與位于下方的電極對之間的電容耦合相對于向下?lián)翩I的變化的第一信號疊加于表示圖7的靜止按鍵引導(dǎo)件磁體與可動鍵帽磁體之間的電容耦合相對于向下?lián)翩I的變化的第二信號之上的曲線圖；
[0019]圖9是示出根據(jù)文中所述技術(shù)的設(shè)置在鍵帽下方的電極對和接地的按鍵引導(dǎo)件磁體的圖5的按鍵組件的選擇性實施例；
[0020]圖10是表示根據(jù)文中所述技術(shù)的圖9的電極對之間的電容相對于向下?lián)翩I的變化的復(fù)合信號的曲線圖；以及
[0021]圖11是根據(jù)文中所述技術(shù)的包括設(shè)置在發(fā)射器電極上方的具有鐵磁夾形式的靜止按鍵引導(dǎo)件磁體和設(shè)置在接收器電極上方的可動鍵帽磁體的按鍵組件的其他選擇性實施例的不意性布局圖。
【具體實施方式】
[0022]以下具體描述實際上僅僅是示例性的，并且無意于限制本發(fā)明或本申請以及本發(fā)明的用途。
[0023]本發(fā)明的各種實施例提供了一種輸入設(shè)備和方法，其便于實現(xiàn)改進(jìn)的可用性、更薄的設(shè)備、更容易組裝、更低成本、更靈活的工業(yè)設(shè)計或其組合。這些輸入設(shè)備和方法包括可按壓的觸摸表面，其可被結(jié)合在任何數(shù)量的設(shè)備中。作為某些實例，可按壓的觸摸表面可以被實施為觸摸板、觸摸屏、按鍵、按鈕的表面以及任何其他適當(dāng)?shù)妮斎朐O(shè)備的表面。這樣，可結(jié)合可按壓的觸摸表面的設(shè)備的一些非限制性實例包括所有尺寸和形狀的個人計算機(jī)，諸如臺式電腦、筆記本電腦、上網(wǎng)本、超級本、平板電腦、電子閱讀器、個人數(shù)字助理(PDA)以及包括智能手機(jī)的移動電話。附加示例性設(shè)備包括數(shù)據(jù)輸入設(shè)備(包括遠(yuǎn)程控制、集成鍵盤或諸如在便攜式計算機(jī)內(nèi)的鍵盤、或外設(shè)鍵盤或諸如在平板電腦蓋中配置的鍵盤、或獨(dú)立的鍵盤、控制面板以及計算機(jī)鼠標(biāo))以及數(shù)據(jù)輸出設(shè)備(包括顯示屏和打印機(jī))。其他實例包括遠(yuǎn)程終端、自助服務(wù)終端、零售點(diǎn)設(shè)備、視頻游戲機(jī)(例如，視頻游戲控制臺、便攜式游戲設(shè)備等)和媒體設(shè)備(包括錄音機(jī)、編輯器和播放器，諸如電視機(jī)、機(jī)頂盒、音樂播放器、數(shù)碼相框、數(shù)碼相機(jī))。
[0024]本文的論述主要集中在矩形觸摸表面。然而，許多實施例中的觸摸表面可以包括其他形狀。示例性形狀包括三角形、四邊形、五邊形、具有其他邊數(shù)的多邊形、類似于具有圓角或非線性邊的多邊形的形狀、具有曲線的形狀、細(xì)長的圓形或橢圓圈、具有上述任何形狀的一部分的組合現(xiàn)狀、具有凹或凸特征的非平面形狀以及任何其他適當(dāng)?shù)男螤睢?br>[0025]此外，雖然此處的討論主要集中在觸摸表面位于進(jìn)行剛體運(yùn)動的剛體的頂上，一些實施例可包括位于變形的柔性體頂上的觸摸表面。“剛體運(yùn)動”在文中用來表示以整個主體的平移或旋轉(zhuǎn)為主的運(yùn)動，其中主體的變形可以忽略不計。因此，觸摸表面的任意兩個給定點(diǎn)之間的距離的變化比主體的平移或旋轉(zhuǎn)的關(guān)聯(lián)量要小得多。
[0026]此外，在各種實施方式中，可按壓的觸摸表面可包括阻擋光通過的不透明部分和允許光通過的半透明或透明部分，或這兩者。
[0027]圖1示出了并入根據(jù)文中所述技術(shù)構(gòu)造的多個(兩個或更多個)基于可按壓按鍵的觸摸表面的示例性鍵盤100。示例性鍵盤100包括不同大小的被鍵盤面板130包圍的數(shù)行按鍵120。鍵盤100具有QWERTY布局，即使按鍵120不按圖1中這樣標(biāo)記。其他鍵盤實施例可包括不同的物理按鍵形狀、按鍵大小、按鍵位置或定向或者不同的按鍵布局，諸如DVORAK布局或用于特殊應(yīng)用程序或非英語語言而設(shè)計的布局。在一些實施例中，按鍵120包括作為剛體的鍵帽，諸如具有比深度(如下文所解釋的沿Z方向的深度)更大的寬度和廣度的剛性矩形體。此外，其他鍵盤實施例可包括根據(jù)文中所述技術(shù)構(gòu)造的單個基于可按壓按鍵的觸摸表面，使得這些其他鍵盤實施例的其他按鍵用其他技術(shù)構(gòu)造。
[0028]在這里結(jié)合圖1介紹定向術(shù)語，但除非另有說明，否則也一般適用于文中的其他討論以及其他附圖。此術(shù)語介紹還包括與任意笛卡爾坐標(biāo)系相關(guān)聯(lián)的方向。箭頭110指示笛卡爾坐標(biāo)系的正方向，但未指示坐標(biāo)系的原點(diǎn)