專利名稱：電鍵開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及小鍵盤，還涉及用于小鍵盤和鍵盤的鍵開關(guān)。
背景技術(shù)：
電子產(chǎn)品的小型化是科技進(jìn)步的一項基本原則。生產(chǎn)線的競爭優(yōu)勢和成功取決于一個公司是否能夠提供功能增加而且便攜性能也增加的產(chǎn)品。隨著科技的發(fā)展，越來越可能把電子電路小型化到人類尺度之下，而這樣的結(jié)果則是界面(如顯示屏、小鍵盤、光標(biāo)控制裝置)獨自決定了便攜產(chǎn)品的尺寸。因此，輸入裝置(如小鍵盤)的人機(jī)工程學(xué)質(zhì)量和尺寸對產(chǎn)品能否得到認(rèn)同和成功起到越來越重要的作用。
一類提供特別節(jié)省空間的輸入裝置的小鍵盤或鍵盤是獨立與組合鍵(IACK)小鍵盤，它具有散布于一列有效升起的凸形獨立鍵區(qū)域中的多列有效較低的凹形組合鍵區(qū)域。IACK小鍵盤具有獨立和組合鍵區(qū)域，通常布置在交替的行和列。本人以前的IACK小鍵盤的獨立鍵區(qū)域是這樣一些小鍵盤元件，當(dāng)獨立于相鄰鍵按下它時，產(chǎn)生一個與之相關(guān)的輸出。反之，本人以前的IACK小鍵盤的組合鍵區(qū)域是這樣一些小鍵盤元件，它們具有相鄰的獨立鍵(例如在組合鍵區(qū)域沿對角取向的角部)，并且在鍵墊下面沒有與它們對應(yīng)的鍵開關(guān)。通過按下兩個或更多個組合在一起的相鄰升起鍵區(qū)域來產(chǎn)生與組合鍵區(qū)域?qū)?yīng)的輸出。
即使在小鍵盤中不需要通過觸發(fā)與其它鍵區(qū)域?qū)?yīng)的開關(guān)組合來產(chǎn)生一些鍵區(qū)域的輸出，也需要其它導(dǎo)致對越來越小型化的小鍵盤進(jìn)行可靠操作的改進(jìn)。例如，尋求對鍵開關(guān)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，使得能夠用單獨一個明確的觸覺反饋事件來可靠地并且?guī)缀跬瑫r地閉合多個電連接。有一類包括IACK小鍵盤在內(nèi)的鍵盤或小鍵盤，需要同時實現(xiàn)多個鍵開關(guān)觸點。在扣緊模式下操作的按鈕圓頂(用金屬和塑料等制造)提供了高質(zhì)量的觸覺反饋。但是很難一次使多于一個的鍵開關(guān)觸點進(jìn)行可靠的瞬時連接。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，給具有鍵區(qū)域陣列的小鍵盤提供一種改進(jìn)，鍵區(qū)域陣列包括一列升起鍵區(qū)域和散布在升起鍵區(qū)域之間的鍵區(qū)域，在觸發(fā)時每個升起鍵區(qū)域都提供一個相應(yīng)的字符輸出，而散布在升起鍵區(qū)域之間的鍵區(qū)域則至少部分根據(jù)操作算法提供字符輸出，操作算法包括觸發(fā)至少一個相鄰升起鍵區(qū)域。改進(jìn)的特征在于相應(yīng)的、可獨立觸發(fā)的鍵開關(guān)放置在散布的鍵區(qū)域下面，操作算法還包括觸發(fā)散布的鍵區(qū)域下面的相關(guān)開關(guān)。
優(yōu)選相鄰升起鍵區(qū)域所具有的中心到中心距離約小于成人手指寬度的一半。
在一些情況中，相應(yīng)的觸覺反饋元件位于每個升起鍵區(qū)域和每個散布鍵區(qū)域下面。
在一些實施例中，操作算法響應(yīng)檢測到組合在一起的開關(guān)觸發(fā)產(chǎn)生與散布鍵區(qū)域?qū)?yīng)的輸出，而組合在一起的開關(guān)觸發(fā)包括任何一個升起鍵區(qū)域下面的開關(guān)和一個散布鍵區(qū)域下面的開關(guān)。
在一些情況下，操作算法響應(yīng)檢測到組合在一起的開關(guān)觸發(fā)產(chǎn)生與散布鍵區(qū)域?qū)?yīng)的輸出，而該組合在一起的開關(guān)觸發(fā)包括一個散布鍵區(qū)域下面的開關(guān)和任何一個與該散布鍵區(qū)域直接相鄰的升起鍵區(qū)域下面的開關(guān)。
在一些情況下，每個放置在散布鍵區(qū)域下面的開關(guān)在它一側(cè)直接連接到放置在另一個散布鍵區(qū)域下面的開關(guān)上，在它另一側(cè)連接到放置在一個升起鍵區(qū)域下面的開關(guān)上。
至少在一些實施例中，散布鍵區(qū)域具有凸起的暴露表面。在其它一些情況下，它們基本是平坦的。
在一些情況下，每個升起鍵區(qū)域都包括一個限定了頂表面的升起脊，每個散布鍵區(qū)域都與多個升起鍵區(qū)域直接緊鄰。
在一些實施例中，小鍵盤包括一個具有跡線的印刷電路板，跡線電連接一些升起鍵區(qū)域下面的至少一些開關(guān)中的每個開關(guān)和相應(yīng)一個散布鍵區(qū)域下面的一個開關(guān)。
在一些情況中，小鍵盤有一個具有四條電跡線延伸部分的印刷電路板，這些電跡線延伸部分延伸到每個散布鍵區(qū)域下面，以形成開關(guān)觸點。例如，在每個散布鍵區(qū)域下面的兩條跡線延伸部分可以連接到一個觸覺圓頂上，而另外兩個跡線延伸部分則連接到暴露的跡線上，當(dāng)觸發(fā)該散布鍵區(qū)域時，所述暴露的跡線瞬時進(jìn)入電接觸狀態(tài)。
在一些優(yōu)選的結(jié)構(gòu)中，利用印刷電路板與金屬按鈕圓頂內(nèi)表面中的間斷接觸的電跡線來觸發(fā)每個放置在散布鍵區(qū)域下面的開關(guān)。優(yōu)選與按鈕圓頂表面間斷接觸的跡線形成三個分開的觸點，它們在按鈕圓頂下面的圓形接觸區(qū)上彼此分開。例如跡線可以為按鈕圓頂下面的餅形。
在一些情況中，每個放置在散布鍵區(qū)域下面的開關(guān)都包括一個觸覺反饋元件和一個碳電極環(huán)。在這些情況中，觸覺反饋元件可以是電無源的。放置在散布鍵區(qū)域下面的每個開關(guān)可以連接三個信號跡線，形成一條從陣列一側(cè)到該開關(guān)的單通道，和來自陣列另一側(cè)的兩個通道點。
在一些小鍵盤中，升起或散布的鍵區(qū)域分別是模制塑料鍵墊的各個區(qū)域，在鍵觸發(fā)過程中鍵墊撓曲。在一些情況中，那些不是模制塑料鍵墊各個區(qū)域的鍵區(qū)域通過鍵墊中各個分開的孔暴露出來。在一些情況下，模制按鈕圓頂致動器使得它們從鍵墊的下表面伸出。鍵墊也可以和產(chǎn)品外殼整體模制出來。
在其它一些情況中，鍵區(qū)域是固定到薄片上的鍵的上表面，而薄片則在一列鍵開關(guān)上保持伸展的狀態(tài)。伸展的薄片可以包括例如彈性樹脂薄片。優(yōu)選至少在一個方向上彈性薄片保持至少20％的伸展?fàn)顟B(tài)。在一些情況中，伸展薄片包括塑料薄片，模制塑料薄片使其具有可彈性伸展的區(qū)域，如從薄片的主表面伸出的褶皺。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，給小鍵盤提供一種改進(jìn)，小鍵盤包括一個鍵墊和位于鍵墊下面的開關(guān)底層，鍵墊具有暴露的上表面，該暴露的上表面形成了分開的升起鍵區(qū)域，當(dāng)獨立于相鄰鍵區(qū)域按下升起鍵區(qū)域時，產(chǎn)生與之相關(guān)的輸出，鍵墊還限定了散布于相鄰升起鍵區(qū)域之間的其它鍵區(qū)域并且對其作出標(biāo)記以指示其它相關(guān)輸出。改進(jìn)的特征在于鍵墊在其周邊越過開關(guān)底層剛性地保持在伸展?fàn)顟B(tài)。
在一些實施例中，升起鍵區(qū)域是固定在彈性薄片上的剛性鍵的上表面。
優(yōu)選彈性薄片在給定方向保持至少20％的伸展?fàn)顟B(tài)，或者在兩個正交方向上都保持伸展。
一些例子的特征在于鍵墊具有塑料薄片，模制塑料薄片使其具有可彈性伸展區(qū)域，如從薄片的主表面伸出的褶皺。
在一些實施例中，鍵墊限定了周邊孔，當(dāng)鍵墊伸展時，周邊孔容納剛性小鍵盤外殼的銷。
根據(jù)本發(fā)明的第三個方面，電鍵開關(guān)包括一個具有至少兩個開關(guān)觸點的印刷電路板，所述至少兩個開關(guān)觸點通常彼此電絕緣，還包括一個放置在印刷電路板上面的金屬按鈕圓頂。圓頂具有形成了面向下的腔室的升起的中間區(qū)域，腔室在其邊沿由放置在開關(guān)觸點上面的脊限定，使得當(dāng)觸發(fā)該按鈕圓頂時中心區(qū)域周圍的脊在越過開關(guān)觸點的環(huán)形接觸區(qū)與印刷電路板配合，使得按鈕圓頂和開關(guān)觸點之間電接觸。
在一些實施例中，按鈕圓頂具有外沿，放置該外沿使其靠在印刷電路板上的參考跡線上并且與之電接觸。
優(yōu)選環(huán)形接觸區(qū)大約為金屬圓頂公稱直徑的三分之一。
在一個示出的實施例中，開關(guān)觸點為楔形。優(yōu)選每個開關(guān)觸點在接觸區(qū)的周向延伸越過大約20度。
優(yōu)選開關(guān)觸點在接觸區(qū)周圍彼此大約等間距放置。
在一些情況中，脊形成了連續(xù)的環(huán)。在其它一些情況中，脊包括一圈分開的脊或脊段。
在一些應(yīng)用中，按鈕圓頂放在三個分開的開關(guān)觸點上面。
在一些情況中，開關(guān)觸點足夠厚使得撓曲的按鈕圓頂在接觸PCB的任何其它表面之前接觸所有下面的開關(guān)觸點，優(yōu)選按鈕圓頂足夠薄并且開關(guān)觸點分開足夠的間距，從而在該撓曲的圓頂接觸所有下面的開關(guān)觸點時，圓頂能夠向相鄰開關(guān)觸點之間的PCB進(jìn)一步撓曲。
在本發(fā)明的另一個改進(jìn)中，小鍵盤包括一個鍵墊和位于鍵墊下面的開關(guān)底層，鍵墊具有暴露的上表面，該暴露的上表面形成了分開的升起鍵區(qū)域，當(dāng)獨立于相鄰鍵區(qū)域按下升起鍵區(qū)域時，產(chǎn)生與之相關(guān)的輸出，鍵墊還限定了散布于相鄰升起鍵區(qū)域之間的其它鍵區(qū)域，開關(guān)底層包括位于相關(guān)和升起鍵區(qū)域下面的開關(guān)和直接位于相應(yīng)散布區(qū)域下面的開關(guān)。
根據(jù)本發(fā)明的另一個改進(jìn)，小鍵盤具有一種鍵區(qū)域的陣列，包括一列升起鍵區(qū)域和散布在升起鍵區(qū)域之間的鍵區(qū)域，在觸發(fā)時每個升起鍵區(qū)域都提供一個相應(yīng)的字符輸出，而散布在升起鍵區(qū)域之間的鍵區(qū)域則至少部分根據(jù)操作算法提供字符輸出，操作算法包括觸發(fā)至少一個相鄰升起鍵區(qū)域，散布鍵區(qū)域具有一個明顯的凸起上表面。
在一個手指下面放置多個開關(guān)與合理的人機(jī)工程學(xué)設(shè)計基本原則相抵觸即給每個接收到的輸入提供一個明確的觸覺反饋。在本人的一些早期嘗試中所提供的高水平(金屬圓頂)觸覺反饋產(chǎn)生了不滿意的組合鍵可靠性，并且每個輸入具有多個“嘀嗒聲”。這里披露的一些實施例所給出的最終解答需要多個同時的變化，包括將會產(chǎn)生一些不利影響的變化，這些變化包括加入額外的觸覺反饋(作為解決已經(jīng)有太多反饋這個問題的方法)、在PCB陣列中加入一個子陣列(沒有對它進(jìn)行這里所披露的一些改進(jìn))，這些變化會增加到中央處理器的線數(shù)，在某些方面還包括為了采用非升起和升起鍵之間的分級方法而放棄了早期的IACK概念(即具有相對對角的升起鍵產(chǎn)生與中心組合鍵區(qū)域相關(guān)的輸出)，其中非升起鍵占支配地位。另外，改進(jìn)的鍵墊結(jié)構(gòu)提高了普通手指可靠地觸發(fā)獨立和組合鍵的能力。
提供一種小鍵盤結(jié)構(gòu)，它應(yīng)用單獨一個圓頂結(jié)構(gòu)的相對高度和相對強度，這里的高度和強度是相對于圍繞它的四個而言的，還應(yīng)用了鍵墊自身內(nèi)的相對較弱的偏轉(zhuǎn)力。這種結(jié)構(gòu)與凸形、非升起鍵一起使用特別有利。
通過使得與間斷接觸的跡線變窄并且加厚跡線的金屬，來增加多個開關(guān)與單獨一個金屬圓頂接觸的可靠性，使得當(dāng)間斷與三個分開的觸點接觸時，位于三個分開觸點之間的那部分間斷在材質(zhì)上可以向印刷電路板偏轉(zhuǎn)。特別能夠增強一次實現(xiàn)多個接觸的可靠性，尤其是如果按鈕圓頂和跡線只在“三點”或在把直徑大約分成三段的位置處彼此接觸時。
在極大的溫度變化下，保持在塑料外殼中的彈性小鍵盤網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)之中的材料性質(zhì)差異可能導(dǎo)致與按鈕圓頂接觸的失效。為了不使用粘結(jié)劑(這會增加服務(wù)和制造麻煩)而保持鍵墊致動器和圓頂?shù)慕佑|，理想的是在預(yù)壓或伸展?fàn)顟B(tài)下裝配鍵墊。
本發(fā)明的一些方面使得小型小鍵盤成為可能，同時不論是升起還是非升起鍵，對每個鍵輸入仍具有明確的、主觀上很好的觸覺反饋。這里所披露和要求的其它特征能夠提高小鍵盤的耐用性，如提供硬塑料小鍵盤從而使得小鍵盤與外殼能夠整體形成，最小化在小鍵盤貼瓦面上暴露的邊沿數(shù)目。另外的改進(jìn)增加了柔性鍵墊的可使用壽命和可操作性。這里披露的改進(jìn)圓頂開關(guān)結(jié)構(gòu)能夠利用給用戶單獨一個觸覺反饋產(chǎn)生跨過兩個或更多個接觸途徑的可靠并且?guī)缀跬瑫r的連接。
在附圖和下面的描述中詳細(xì)闡述了本發(fā)明的一個或多個實施例。其中的一些實施例參考對IACK小鍵盤的改進(jìn)進(jìn)行描述，或者參考那些具有鍵區(qū)域的小鍵盤進(jìn)行描述，鍵區(qū)域的輸出只由與相鄰、升起鍵區(qū)域相關(guān)的開關(guān)組合狀態(tài)來確定。但是，應(yīng)該理解本發(fā)明的幾個方面不限于這些類型的小鍵盤，而且其它的方面還具有不同于此的操作算法。通過下面的描述、附圖以及所附權(quán)利要求本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將變得明顯。


圖1示出了小鍵盤的第一個印刷電路板(PCB)，其中一些開關(guān)包括暴露的碳電極和金屬圓頂開關(guān)板。
圖2示出了具有升起和散布鍵區(qū)域的小鍵盤的橫截面。
圖3和4示出了分別觸發(fā)加熱成形IACK鍵墊的組合鍵區(qū)域和獨立鍵區(qū)域。
圖5示出了模制在反填充彈性體中的狹窄致動器柱。
圖6和7示出了對小鍵盤的操作算法。
圖8和9示出了和圖6和7一起使用的電路板布局圖。
圖10示出了按在升起鍵區(qū)域上的手指。
圖11示出了按在凸起的非升起鍵區(qū)域上的手指。
圖12示出了按在平坦的非升起鍵區(qū)域上的手指。
圖13示出了按在具有升起邊沿的升起鍵區(qū)域上的手指。
圖14示出了從外殼上拆下的彈性鍵墊。
圖15示出了裝配好的圖14的小鍵盤。
圖16示出了具有鍵墊的小鍵盤，鍵墊模制有褶皺點。
圖17示出了具有獨立鍵區(qū)域的鍵墊，獨立鍵區(qū)域限定在剛性結(jié)構(gòu)上。
圖18是沿圖17中線18-18的剖視圖。
圖19示出了具有組合鍵區(qū)域的鍵墊，組合鍵區(qū)域限定在剛性結(jié)構(gòu)上。
圖20是沿圖19中線20-20的剖視圖。
圖21是穿過金屬圓頂?shù)钠室晥D，把金屬圓頂設(shè)計成一次接觸多個開關(guān)元件。
圖22示出了圖21的圓頂下面的PCB跡線。
圖23示出了金屬圓頂?shù)南聜?cè)上的間斷環(huán)元件。
在各個附圖中用類似的參考標(biāo)號表示類似的元件。
具體實施例方式
圖1示出了開關(guān)21，它在IACK小鍵盤的獨立鍵11下面容納了由金屬或塑料制造的傳統(tǒng)按鈕圓頂12(圖3)，從而在位于驅(qū)動線24(垂直地示出)和讀出線26(水平地示出)的一個交叉點處的兩條線之間提供瞬時連接，IACK小鍵盤具有分布在組合鍵區(qū)域22之間的一列獨立鍵區(qū)域11(還可參考圖3、10)。按鈕圓頂12的基底(優(yōu)選用金屬形成)靠在印刷導(dǎo)電基底29上面，而印刷導(dǎo)電基底29與它上面的驅(qū)動線24電接觸，并且開關(guān)21的中心與它右側(cè)的讀出線26電連通。這樣觸發(fā)相關(guān)的按鈕圓頂12電等價于觸發(fā)預(yù)期組合鍵22右上側(cè)、獨立鍵11下面的開關(guān)。還示出了一個輔助觸點20，它與它下面的驅(qū)動線24電連通，并且輔助觸點20與它左側(cè)的讀出線26電連通。帶層覆蓋住按鈕圓頂12，避免與輔助導(dǎo)體18接觸(圖3)，并且還具有與輔助觸點20對應(yīng)的切口，從而允許輔助導(dǎo)體和PCB的接觸。這樣觸發(fā)相關(guān)的按鈕圓頂12電等價于觸發(fā)位于預(yù)期組合鍵22左下側(cè)、獨立鍵1 1下面的開關(guān)。同時觸發(fā)這兩個獨立鍵11(彼此相對地位于跨過一個組合鍵22的對角線上)就給控制器一個指令，即想要觸發(fā)中心組合鍵。
圖2示出了與讀出線26電絕緣的驅(qū)動線24，但是在與獨立鍵區(qū)域11的位置對應(yīng)的每個獨立交叉點14處，讀出線26和驅(qū)動線24可以電連接。類似于以前的IACK小鍵盤，系統(tǒng)的軟件把組合鍵的輸入記錄為觸發(fā)至少兩個對角相鄰(即相對相鄰)獨立鍵區(qū)域11的結(jié)果。例如，系統(tǒng)把觸發(fā)“E”和“L”、或“F”和“K”記錄為意圖輸入數(shù)字“3”。但是，在這個陣列中，跡線延伸部分50從限定每個組合鍵區(qū)域22的四個跡線段的每個跡線段延伸到它們幾乎彼此接觸的每個組合交叉點15處。在每個組合鍵區(qū)域22內(nèi)跡線延伸部分50延伸到接觸區(qū)域141內(nèi)。可以用導(dǎo)電墨制造跡線延伸部分50，可以給導(dǎo)電墨有選擇地?fù)诫s質(zhì)或用其它辦法改變它們，從而在接觸時在每個交叉點處能夠提供唯一的電阻，使得通過檢測跡線電阻能夠辨別出處于接觸的交叉點。
觸發(fā)組合交叉點15正上方的組合鍵22閉合在組合交叉點15處的四個跡線延伸部分50的相鄰端部之間的接觸，因此接通了相鄰的一對驅(qū)動線24和一對讀出線26，這電等價于觸發(fā)所有4個環(huán)繞的獨立交叉點14。連接一個給定組合交叉點15的所有4個跡線延伸部分50的開關(guān)結(jié)構(gòu)的例子在圖1和圖21-23中給出。
圖3-4示出了對具有一個薄片70的IACK鍵墊30a的操作，薄片70形成為起伏表面形狀，暴露出鍵區(qū)域，并且鍵墊30a包括用于獨立鍵11和組合鍵22的元件。薄片70可以用相對較硬的材料形成，如聚碳酸酯或聚酯等，并且通過例如加熱等過程成形。例如，優(yōu)選薄片厚度為0.0508到0.1270毫米。在每個獨立鍵區(qū)域11下面具有一個由其它材料形成的致動器36，利用注模等方法形成在適當(dāng)?shù)奈恢?。致動?6放置在各個高反饋位置n(如金屬或聚酯圓頂)的正上方。類似地，在每個組合鍵區(qū)域22下面，有一個致動器36和高反饋按鈕圓頂12。
如圖所示，致動器36的下表面和與之相關(guān)的按鈕圓頂12之間的間隙存在差別。薄片70和獨立鍵11的致動器36之間的接觸區(qū)域限于在使用中獨立鍵11不會變形的那部分，主要是在觸發(fā)獨立鍵11的過程中手指55接觸的頂部平坦區(qū)域。目的是在最小化獨立鍵11傾斜側(cè)剛度的同時把力傳遞到觸覺反饋元件12上。在薄片70和觸覺反饋元件(按鈕圓頂)12之間傳遞力的一種或多種結(jié)構(gòu)不需要連接到薄片70上。在靜止時位于獨立鍵區(qū)域11下面的致動器36與和它們相關(guān)的觸覺元件分開距離“d”，這個距離“d”至少比觸覺元件的行程長度略大。在該示出的實施例中，所有按鈕圓頂12的高度和行程長度都是一樣的。觸覺反饋(特別是給一個被檢測到的輸入一個很明確的可感覺的反饋)是任何小鍵盤非常重要的一個方面，并且與那種在用戶手指正下方放置多個觸覺元件的技術(shù)(如IACK)本質(zhì)不同。當(dāng)按下組合鍵22或獨立鍵11時，這個結(jié)構(gòu)在IACK小鍵盤中提供了一個單獨的、明確的觸覺反饋。
如圖所示，獨立鍵致動器36只是位于獨立鍵區(qū)域11最高的坪區(qū)域下面，手指觸發(fā)力的主要部分施加到這個區(qū)域。這樣在觸發(fā)鍵的過程中，升起的獨立鍵區(qū)域11的傾斜側(cè)邊不會彎曲，這是由于它們不受到致動器36的限制。
當(dāng)用戶手指55按下并且輸入印刷在組合鍵22上的字符時(圖3)，在薄片70`中發(fā)生了一些變形，但是主要的結(jié)果是當(dāng)預(yù)期的組合鍵區(qū)域22向下?lián)锨鷷r，相鄰的獨立鍵區(qū)域11也向下?lián)锨?。但是很明顯，如圖3所示，與那些相鄰的獨立鍵區(qū)域11的按鈕圓頂12相比，在組合鍵區(qū)域22正下方的按鈕圓頂12在更低的撓曲距離被解扣。這就對觸發(fā)組合鍵22作出了響應(yīng)，提供了一個單獨的并且很明顯的觸覺反饋(如來自金屬或聚酯纖維圓頂)。
反之，當(dāng)用戶手指55按下并觸發(fā)獨立鍵區(qū)域11(圖4)時，在解扣任何一個周圍的觸覺元件之前，首先解扣獨立鍵正下方的按鈕圓頂12。只要撓曲所觸發(fā)的獨立鍵區(qū)域11周圍的薄片70所需的力小于位于相鄰組合鍵區(qū)域22下面的按鈕圓頂12的組合在一起的解扣力，所選擇的獨立鍵11就會繼續(xù)一直優(yōu)先只解扣與它相關(guān)的按鈕圓頂12。
圖5示出了鍵墊30b，它是圖3實施例的一個變體，其中致動器36用堅硬的、能透光的材料形成，和/或具有圓錐形以在最小化材料壓縮的同時具有改善了的透光性能。這可以通過兩步造型形成，其中首先形成由彈性材料構(gòu)成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)97，第二步用較高硬度的材料形成致動器36。另外可供選擇的方法是可以在軟一些的彈性材料中用插入模壓方法制造出集中器36。集中器36的上表面可以形成能夠辨別鍵區(qū)域的字母或其它符號。
圖6示出了簡化所述軟件的解碼方法，它減少了操作IACK小鍵盤所需要的處理步驟并且能夠保證IACK小鍵盤中的高質(zhì)量觸覺反饋。在步驟100中，在軟件中創(chuàng)建出兩類鍵。它們可以很簡單地只是兩類鍵的列表(11和22)，或者是一類鍵的列表并且把剩下的鍵認(rèn)為是(缺省地)第二類鍵。把獨立鍵11指定為輔助類，把組合鍵22指定為支配類。值得注意的是具體獨立鍵11和組合鍵22的相對位置不是解碼算法的一部分，而是使用絕對位置和類來定義預(yù)期輸出。與此相反，在一些早期的IACK小鍵盤中，知道每個鍵的相對位置對操作而言是必不可少的。在步驟102，系統(tǒng)檢測到用戶按下輔助鍵，如獨立鍵11。系統(tǒng)可以顯示這個鍵，或者等待一個給定的延遲周期。在步驟104，在放開輔助鍵前，用戶按下(并且系統(tǒng)檢測到)另一個鍵觸發(fā)。軟件不需要分析涉及了哪個對角并執(zhí)行所選擇的對角和對角之間的組合鍵之間的相關(guān)性，這是因為任何支配類的鍵都可以代替任何輔助類的鍵。簡單參看圖9，在一些以前的IACK小鍵盤中，觸發(fā)‘A’鍵需要觸發(fā)升起的鍵區(qū)域1和6，或2和5。但是，在這個算法中，1到12中任何一個數(shù)字鍵與‘A’組合都和鍵‘A’自己一樣產(chǎn)生‘A’輸出。獨立鍵的位置無關(guān)緊要。在步驟106中，系統(tǒng)舍棄輔助鍵而選擇支配鍵。這種算法可能不能用在一些現(xiàn)有技術(shù)的IACK小鍵盤結(jié)構(gòu)中，這些小鍵盤結(jié)構(gòu)具有高質(zhì)量的觸覺反饋并且根據(jù)下述的原理來操作，即相對的鄰近獨立鍵11指示想要觸發(fā)組合鍵22。在這些情況下，為了減小整體尺寸，獨立鍵彼此分開的距離小于成人手指的半個寬度，那么操作組合鍵就需要觸發(fā)至少兩個按鈕圓頂12(在具有按鈕圓頂?shù)男℃I盤中)。這個算法(或者圖7的算法)結(jié)合圖11的凸起組合鍵結(jié)構(gòu)一起使用能夠允許IACK小鍵盤中個體的高質(zhì)量觸覺反饋。
圖7示出了另一種簡化所述軟件的解碼方法，它減少了操作IACK小鍵盤所需要的處理步驟并且能夠保證IACK小鍵盤中的高質(zhì)量觸覺反饋。該方法(類似于圖6的方法)適合與圖8和圖9中示出的印刷電路板布局圖一起使用。在步驟110中，類似于圖29的步驟100，辨別出兩類鍵。但是，在步驟112，創(chuàng)建另外一個列表，其中每個支配鍵與相鄰的輔助鍵聯(lián)系在一起。參考圖9，‘A’與1、2、5和6聯(lián)系在一起；‘B’與2、3、6和7聯(lián)系在一起；‘C’與3、4、7和8聯(lián)系在一起；‘D’與5、6、9和10聯(lián)系在一起；‘E’與6、7、10和11聯(lián)系在一起；‘F’與7、8、11和12聯(lián)系在一起。注意通過創(chuàng)建單獨一組列表使得其中的一個預(yù)定元素屬于一個特殊的類也可以實現(xiàn)同樣的結(jié)果，如‘A，1，2，5，6’；‘B，2，3，6，7’；‘C，3，4，7，8’；‘D，5，6，9，10’；‘E，6，7，10，11’；‘F，7，8，11，12’，其中每個列表中的一個特殊字符(在這個例子中是第一個字符)是支配鍵。而其它那些標(biāo)記物理相鄰鍵的字符可以隨機(jī)排列，這是因為相對于支配鍵(組合鍵22)的位置是不重要的。在步驟115中，用戶按下多個鍵并且系統(tǒng)檢測到這些鍵。在步驟117中，系統(tǒng)參考在步驟110和112中所作的分類和優(yōu)先次序。如果在最初的輸入敲擊中檢測到一個或多個輔助鍵，并且系統(tǒng)隨后檢測到一個支配鍵(在所有的輔助鍵無效之前)，則如步驟106，系統(tǒng)舍棄輔助鍵而選擇支配鍵。類似于圖6的方法，與許多現(xiàn)有IACK小鍵盤不同，輸出不完全根據(jù)相對相鄰鍵的組合。這種方法和圖8的PCB布局圖結(jié)合在一起也能夠通過同時驅(qū)動相鄰的驅(qū)動線在單獨一個周期內(nèi)成功地區(qū)分出獨立、組合和模糊鍵編組。具體地說，在一些現(xiàn)有技術(shù)的IACK小鍵盤中，能夠同時驅(qū)動相鄰線并且由此在單獨一個步驟中確定一個組合鍵，如果按下兩個相鄰水平鍵或兩個相鄰垂直鍵，這種方式就會產(chǎn)生模糊的結(jié)果。這種模糊需要第二個周期來確定開關(guān)陣列的真實狀態(tài)?，F(xiàn)在就解決了這個問題，因為可以同時脈動相鄰的驅(qū)動線，以提供不模糊的陣列信息并且在單獨一個周期內(nèi)精確確定獨立鍵和有效組合鍵的組和。這種方法也可以用于其中鍵是能夠獨立尋址的小鍵盤，如其中每個開關(guān)都是一個與之相關(guān)的二極管的小鍵盤。
圖8示出了實現(xiàn)圖6和7的方法的硬件結(jié)構(gòu)。已經(jīng)加入讀出線26以測量組合鍵22的輸出。通過獨立鍵11的驅(qū)動線24來驅(qū)動那些組合鍵22輸入專用的開關(guān)21。利用分接來自獨立鍵11的驅(qū)動線24信號的電橋31把輸入提供給組合鍵22。讀出線26通向處理器151。能夠在讀出線26上讀出驅(qū)動線24上的電信息從而辨別出任何組合鍵22或獨立鍵11的開關(guān)。優(yōu)選結(jié)合圖6和7的方法使用這個信息。
圖9示出了另一種PCB的設(shè)計，適用于實施圖6和7的方法。在這種例子中，標(biāo)以DR2、DR4和DR6的驅(qū)動線24直接給組合鍵22的開關(guān)饋電。
下面參考圖10，手指55施加的力集中在它的中心區(qū)域34，這個力位于彎曲的峰頂并且集中在骨頭下面。力經(jīng)過中心區(qū)域34傳遞，并且手指55的外部順從在升起鍵區(qū)域11周圍。在獨立鍵11的一側(cè)和組合鍵區(qū)域22的凸表面38之間形成了局部凹陷136。局部凹陷136提供了獨立鍵11和組合鍵22之間在觸覺上的區(qū)別。
圖11示出了按著組合鍵22的手指55。凸起形狀38架在組合鍵22的頂上，給出了一個與中心區(qū)域34相遇的升起表面，但是這個升起沒有獨立鍵區(qū)域11升起得那樣高，獨立鍵區(qū)域11至少要升起得比組合鍵區(qū)域22高，這是因為如果象圖11那樣放置手指55來觸發(fā)組合鍵區(qū)域22時，肉質(zhì)的手指55深入小鍵盤的程度要比象圖10那樣放置同樣的手指來觸發(fā)相鄰的獨立鍵區(qū)域11所深入小鍵盤的程度更深一些。遠(yuǎn)離組合鍵22中心區(qū)域34具有凹陷區(qū)域136，該凹陷區(qū)域136分離手指的力，從而更進(jìn)一步集中中心區(qū)域34中的力，并且有助于避免把力分散到更大的區(qū)域和相鄰獨立鍵11上。這樣就增加了經(jīng)過凸起形狀38的力傳遞，從而允許手指55在觸發(fā)組合鍵22(它包括下面一個單獨的可獨立操作開關(guān)以提供一個非常明確的觸覺響應(yīng))的同時減少觸發(fā)相鄰獨立鍵11的可能性。獨立鍵11的直徑和組合鍵22的直徑之間的最佳關(guān)系大約是1∶2。但是，圖8或9的電子設(shè)備和圖6或7的算法能夠允許不經(jīng)意地觸發(fā)一個或多個相鄰獨立鍵11，例如由于手指放置不準(zhǔn)確或手指過大等原因。觸覺反饋(優(yōu)選給一個被檢測到的輸入一個很明確的感官反饋)是任何小鍵盤的一個重要方面。當(dāng)按下組合鍵22或獨立鍵11時，這些結(jié)構(gòu)能夠在IACK小鍵盤中提供一個單獨的、很明確的觸覺反饋。
圖12示出了按下組合鍵區(qū)域22的手指，組合鍵區(qū)域22具有一個有效的平坦形狀140。另外，組合鍵區(qū)域下面一個單獨的可獨立操作開關(guān)提供一個非常明確的觸覺響應(yīng)。
圖13示出了按下小鍵盤的升起鍵區(qū)域11的手指，小鍵盤中的小鍵盤表面基本是平坦的，獨立鍵11利用例如環(huán)或邊沿等清晰輪廓的觸覺元件142來辨別，而組合鍵22是凹的。
圖14示出了從相關(guān)電子裝置的外殼90上拆下來的小鍵盤。分開的組合鍵22和獨立鍵11粘結(jié)在彈性薄片41上。為了增加致動器36和按鈕圓頂12之間的穩(wěn)定機(jī)械接觸的可靠性，如圖15所示，所制造的彈性薄片41的尺寸相對于限制元件143在尺寸上要小一些，從而在裝配時彈性薄片41處于拉緊狀態(tài)。換言之，彈性薄片41是伸展以后(即處于拉緊狀態(tài))裝配到限制元件上的。這就是說跨過外殼在限制元件143之間的距離大于薄片41中相應(yīng)位置特征49之間的距離。但是在一個實施例中，在中心處的鍵(就像這里中間的那個鍵)所處的位置是它們裝配后的應(yīng)該所處的位置；越接近邊緣的鍵在越靠近它們安裝后位置的位置處粘結(jié)在薄片41上，所以一旦安裝后(并且薄片41伸展)，這些鍵就正確定位了。尺寸“X”表示安裝前相鄰鍵之間的間隙。與之類似，在一個實施例中，致動器36或金屬圓頂12和圓頂?shù)拈_關(guān)48所處的位置相對于未裝配的薄片41錯開(錯位)，從而只有在安裝后，印刷在PCB 23上的致動器36、金屬圓頂12和圓頂?shù)拈_關(guān)48才對齊(如圖15所示)。
參考圖15，當(dāng)安裝小鍵盤時用“y”表示相鄰鍵之間的間隙。在典型小鍵盤的邊沿，(受影響最大的鍵)“x”和“y”之間的差別超過20％，通常在20％到80％。安裝后，鍵和致動器36才與開關(guān)48對齊。小鍵盤的尺寸設(shè)計得比外殼90中的開口小。另一種可供選擇的方法是可以在薄片處于伸展?fàn)顟B(tài)下把鍵結(jié)構(gòu)固定到彈性薄片上，從而控制鍵相互之間的間隙距離。在模制圖16的小鍵盤的彈性薄片41a時，使之具有褶皺47或其它彈性結(jié)構(gòu)，對于給定的張力，它們起到在較寬廣的溫度范圍內(nèi)在彈性薄片中保持張力的作用。限制元件之間的距離大于薄片41中對應(yīng)位置特征49之間的距離，從而在安裝后的小鍵盤中，褶皺47從其模制狀態(tài)膨脹一定程度。
圖17示出了一個IACK小鍵盤10，包括一個塑料(非常堅硬)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，大約0.5到1.0毫米厚，在整個小鍵盤區(qū)域上形成連續(xù)表面，其上有孔，組合鍵22穿過這些孔暴露出來。虛線區(qū)域代表網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)40的范圍。由于網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)40是塑料材料，它可以用與產(chǎn)品自身的外殼90相同的材料制造，并且能夠和產(chǎn)品外殼90連在一起。這樣能夠在設(shè)計靈活性、美觀(由于使用同樣的材料制造，就消除了不同材料顏色匹配、需要用不同工具制造等問題)、耐用性和成本上提供很重要的優(yōu)點。不使用貼瓦結(jié)構(gòu)，這樣就消除了邊沿，從而不會掛住毛線衫等纖維材料。獨立鍵11用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)40材料上的局部升起給出，并且利用硬塑料的撓曲來觸發(fā)。組合鍵22是位于網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)40中的孔中的分開的塑料(非常堅硬)鍵。這樣具有足夠撓曲并且非常硬的小鍵盤使得用戶能夠感受到觸覺反饋。還可以在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的背側(cè)提供附加的槽以增加其柔性，優(yōu)選在制造過程中使得流體塑料沿著一個公共方向流動?？梢允沟猛鈿ず玩I墊之間的過渡區(qū)域盡量變薄，或者用硬度較低的材料制成，如聚亞安酯，從而能夠在鍵墊的邊沿具有額外的柔順性。那些相對不動部分(在這個例子中是獨立鍵11和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)40)可以一起稱為小鍵盤的面板。
再參考圖18，組合鍵22包括一個小(凸起)突出，或小丘，但是它的高度比獨立鍵11的高度低得多。獨立鍵11比組合鍵22高約0.25到0.75mm。鍵從致動器36的最下的表面到它上面最高的表面的整體高度使得用戶手指曲率所提供的大部分力的分布(中心區(qū)域34)(在中心較高，向著邊沿逐漸減少)適合組合鍵22的區(qū)域，包括已經(jīng)觸發(fā)按鈕圓頂12后的狀態(tài)。在另一個實施例中，獨立鍵11和組合鍵22具有幾乎一樣的高度。不連續(xù)的鍵用彈性薄片41保持在小鍵盤10上。盡管網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)40是剛性的，但是整體結(jié)構(gòu)相對于PCB23能夠移動并且網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)40相對于組合鍵22能夠移動。這種撓曲/移動使得能夠用剛性塑料表面操作IACK小鍵盤。
圖19示出了一個例子，其中組合鍵22與網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)40整體模制在一起，并且獨立鍵11是不連續(xù)的。可以把相對不動的部分(在這個例子中是組合鍵22和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)40)一起稱為小鍵盤10的面板。在按下組合鍵22時，面板撓曲。
再參考圖20，把組合鍵22的橢圓形延伸區(qū)域沿著它的主軸標(biāo)記為“W”。在這個實施例中，與圖17和18的實施例相比，與網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)40鄰接的額外寬度(W范圍外)有效地增加了組合鍵22的尺寸，從而幫助設(shè)計者使用戶手指所施加的力的分布不會觸發(fā)凸起鍵。還應(yīng)該注意意外觸發(fā)凸起鍵11是可以接受的，因為唯一的害處是額外的觸覺反饋。提供給系統(tǒng)額外的信號不會引起問題。盡管網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)40是剛性的，整體結(jié)構(gòu)相對于PCB23能夠移動，并且網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)40相對于獨立鍵11能夠移動。這種撓曲/移動使得能夠用剛性塑料面板操作IACK小鍵盤。不連續(xù)的鍵利用彈性薄片41保持在小鍵盤10上。通過在獨立鍵11和組合鍵22中都提供獨立運動，只要允許網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)40至少與鍵觸發(fā)行程一樣長的較低的力撓曲，也能夠在同樣的產(chǎn)品中實施圖18和20的實施例。
參考圖21和22，金屬按鈕圓頂12具有升起的中心區(qū)域212，它形成了在其邊沿處由例如示出的脊等幾何間斷214限定的面向下的腔室13。間斷214放置在至少兩個開關(guān)觸點16上面，通常這至少兩個開關(guān)觸點16彼此電絕緣地放置在印刷電路板23上。金屬按鈕圓頂12包括邊沿118，邊沿118靠在另一個電學(xué)上不同的開關(guān)元件上，這個開關(guān)元件是信號參考224。放置致動器36以向升起的中心區(qū)域212施加力并且由此移動它。應(yīng)該注意致動器36施加的力沒有向下傳遞到PCB 23(致動器20中心的下面)，而是通過偏離中心的材料傳遞，在這個例子中是指位于致動器中心17徑向外部的間斷214的下側(cè)。這樣致動器36所施加的力的大小不是作用在一個點上，而是分布在一條線上，在這個例子中是一條形成了圓形接觸區(qū)230的曲線。接觸區(qū)230大約是金屬圓頂12公稱直徑的1/3，創(chuàng)建了“第三”點或接觸點(在接觸區(qū)230內(nèi))，它們在邊沿118和之間等距并且彼此間隔近似相等。因此當(dāng)間斷214的一側(cè)接觸第一個開關(guān)元件16時，力矩會施加到接觸點上，該力矩作用以迫使間斷214的另一側(cè)與第二個開關(guān)元件16接觸。目的是使得兩個或更多個分開的電線可靠地連接到公共信號參考224上。間斷214可以是向下的環(huán)形凹陷形式，使得升起的中心區(qū)域212相對于間斷214的下沿升起，但是不與按鈕圓頂12的其余部分分開。
如圖22所示，圓頂沿著接觸區(qū)230接觸三個開關(guān)元件16。信號參考224充當(dāng)?shù)谒膫€元件。通路32把開關(guān)元件16連接到PCB下層上的跡線上。每個開關(guān)元件16在角度α范圍內(nèi)伸展，在這個例子中α大約是20度，加起來約等于由開關(guān)元件16組成的接觸區(qū)230圓周的1/6。通過把與一個或兩個開關(guān)元件16的接觸做成一個不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，減少α的值有助于圖21解釋的操作原理的目的。因此即使已經(jīng)建立起兩個接觸，施加到中心軸線17上的力會施加增加的力矩以幫助建立金屬圓頂10和每個開關(guān)元件16之間的接觸。接觸按鈕圓頂12所提供的不穩(wěn)定性，通過接觸解扣點附近所提供的力矩以及跡線的狹窄，增加了局部壓力，它們都是這個方法可預(yù)見的潛在優(yōu)勢。注意示出了三個開關(guān)元件16，兩個(以及較小范圍的四個)開關(guān)元件16也能夠從這種設(shè)計中受益。如圖23所示，間斷214可以形成為具有分開脊部分的環(huán)，選擇脊的長度和間隙使之便于與每個開關(guān)元件16可靠接觸。
可以在下述美國專利申請中找到小鍵盤結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步特征2002年5月23日提交的序列號為60/382,906；2002年10月21日提交的序列號為60/419,843；2002年12月9日提交的序列號為60/431,796；2003年2月3日提交的序列號為60/444,227，在這里把它們的內(nèi)容引入作為參考。
已經(jīng)描述了本發(fā)明的一些實施例。但是，應(yīng)該理解無需偏離本發(fā)明的精神和范圍就可以作出各種改進(jìn)。因此，其它的實施例在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種電鍵開關(guān)，包括一個具有多個開關(guān)觸點(16)和一個參考跡線(224)的印刷電路板(23)，所述多個開關(guān)觸點(16)和所述參考跡線(224)通常彼此電絕緣；和一個放置在印刷電路板(23)上面的金屬按鈕圓頂(12)，圓頂(12)具有與參考跡線(224)電接觸的外沿(118)，圓頂(12)具有形成了面向下的腔室(13)的升起中心區(qū)域(212)，腔室(13)在其邊沿由放置在開關(guān)觸點(16)上面的脊(214)限定，使得當(dāng)觸發(fā)該按鈕圓頂時中心區(qū)域(212)周圍的脊(214)在越過開關(guān)觸點的環(huán)形接觸區(qū)(230)中與印刷電路板配合，實現(xiàn)按鈕圓頂(12)和開關(guān)觸點(16)之間的電接觸，從而電連接開關(guān)元件(224)和多個開關(guān)觸點(16)。
2.如權(quán)利要求1所述的鍵開關(guān)，其中環(huán)形接觸區(qū)(230)大約為金屬圓頂(12)公稱直徑的三分之一。
3.如權(quán)利要求1或2所述的鍵開關(guān)，其中開關(guān)觸點(16)為楔形。
4.如權(quán)利要求3所述的鍵開關(guān)，其中每個開關(guān)觸點(16)在接觸區(qū)(230)的周向延伸越過大約20度(α)。
5.如權(quán)利要求1到4中任何一項權(quán)利要求所述的鍵開關(guān)，其中開關(guān)觸點(16)在接觸區(qū)(230)周圍彼此大約等間距放置。
6.如權(quán)利要求1到5中任何一項權(quán)利要求所述的鍵開關(guān)，其中脊(214)形成了連續(xù)的環(huán)。
7.如權(quán)利要求1到5中任何一項權(quán)利要求所述的鍵開關(guān)，其中脊(214)包括一圈分開的脊段。
8.如權(quán)利要求1到7中任何一項權(quán)利要求所述的鍵開關(guān)，其中按鈕圓頂(12)放在三個分開的開關(guān)觸點(16)上面。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電鍵開關(guān)，它包括一個具有多個開關(guān)觸點和一個參考跡線的印刷電路板，所述多個開關(guān)觸點和所述參考跡線通常彼此電絕緣；和一個放置在印刷電路板上面的金屬按鈕圓頂，圓頂具有與參考跡線電接觸的外沿，圓頂具有形成了面向下的腔室的升起中心區(qū)域，腔室在其邊沿由放置在開關(guān)觸點上面的脊限定，使得當(dāng)觸發(fā)該按鈕圓頂時中心區(qū)域周圍的脊在越過開關(guān)觸點的環(huán)形接觸區(qū)中與印刷電路板配合，實現(xiàn)按鈕圓頂和開關(guān)觸點之間的電接觸，從而電連接開關(guān)元件和多個開關(guān)觸點。
文檔編號H01H13/10GK101042963SQ20071000779
公開日2007年9月26日 申請日期2003年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月23日
發(fā)明者戴維·H·雷伊 申請人:數(shù)字無線有限責(zé)任公司