專利名稱：觸摸感應(yīng)鍵盤及其控制方法
觸摸感應(yīng)鍵盤及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鍵盤，尤其涉及一種觸摸感應(yīng)鍵盤及其控制方法。
背景技術(shù)：
電容式觸摸感應(yīng)技術(shù)是一種通過檢測人體的對觸摸傳感器電容值的變化，從而確定靠近于傳感器的人體(如手指)位置的一種技術(shù)，廣泛應(yīng)用于手持式設(shè)備。對于臺式設(shè)備，則廣泛地被簡單組裝在鍵盤的一側(cè)，完成文字輸入及主機(jī)控制功能。一方面，由于受制于手指的大小，為達(dá)成靈活快捷的輸入，鍵盤上的按鍵的面積不能無限縮小。另一方面，為達(dá)到良好的操作體驗(yàn)，集成于鍵盤一側(cè)的觸摸板需要更大的面積。符合以上兩點(diǎn)用戶需求設(shè)計制作而成的帶觸摸板的鍵盤，勢必具備很大的面積。為輸入設(shè)備的小型化帶來障礙。同時，觸摸板須實(shí)現(xiàn)點(diǎn)選功能。傳統(tǒng)的做法是，通戶軟件算法控制，對手指的短時觸碰進(jìn)行判斷，并產(chǎn)生對應(yīng)的點(diǎn)選信號通知主機(jī)。業(yè)界一直未有辦法同時滿足用戶觸控面積大、占用空間少及點(diǎn)選動作清晰的需求。公知的鍵盤上的按鍵，由鍵升降結(jié)構(gòu)支撐在鍵盤基板上，內(nèi)置有受所述鍵升降結(jié)構(gòu)作用的觸點(diǎn)開關(guān)，借助該觸點(diǎn)開關(guān)的導(dǎo)通向主機(jī)發(fā)送點(diǎn)選信號，鍵升降結(jié)構(gòu)的選用非常多樣化，包括傳統(tǒng)的剪刀式、導(dǎo)柱式以及雙開式等，多見于各國專利文獻(xiàn)。公知的觸摸板，采 用軸坐標(biāo)矩陣式電容傳感器實(shí)現(xiàn)，借助檢測X走向和Y走向的電容傳感器所形成的電容值變化而實(shí)現(xiàn)位置傳感。也多見于現(xiàn)有技術(shù)?，F(xiàn)有技術(shù)中，鍵盤與觸摸板幾無關(guān)聯(lián)。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于完善上述不足，提供一種觸摸感應(yīng)鍵盤，滿足鍵盤輸入和觸摸輸入的需求，并確保該鍵盤占用空間最小化和觸控面積最大化。本發(fā)明的另一目的在于提供一適用于前述觸摸感應(yīng)鍵盤的控制方法。為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案本發(fā)明的觸摸感應(yīng)鍵盤，包括底座、布置在底座上按照鍵盤布局設(shè)置的由若干開 關(guān)元素構(gòu)成的矩陣開關(guān)薄膜，以及位于矩陣開關(guān)薄膜上方用于受力升、降以對應(yīng)控制各開關(guān)元素的通、斷的若干按鍵裝置，所述按鍵裝置包括提供給用戶實(shí)施按壓操作的按壓部，其中所述按鍵裝置的按壓部與所述矩陣開關(guān)薄膜之間，設(shè)有用于在所述鍵盤布局范圍內(nèi)感應(yīng)外部人體介質(zhì)的電容感應(yīng)膜層；該鍵盤設(shè)有控制單元，用于識別任意開關(guān)元素的通斷狀態(tài)；用于通過檢測所述電容感應(yīng)膜層的電流信號的變化而檢測所述外部人體介質(zhì)所處鍵盤布局位置。借助互電容方式實(shí)現(xiàn)觸摸感應(yīng)，所述電容感應(yīng)膜層具有兩層結(jié)構(gòu)，每層結(jié)構(gòu)均包括多個相平行設(shè)置的導(dǎo)體，兩層結(jié)構(gòu)以彼此導(dǎo)體的縱長方向的軸線正交排布設(shè)置以分別形成鍵盤布局的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，不同層的位置相對應(yīng)的導(dǎo)體之間形成用于感應(yīng)外部人體介質(zhì)的電容式感應(yīng)器，外部人體介質(zhì)靠近該電容式感應(yīng)器時，引起該電容式感應(yīng)器所在的導(dǎo)體的電流變化，所述控制單元通過檢測不同層的導(dǎo)體電流變化而獲知外部人體介質(zhì)所處鍵盤布局中的位置。本發(fā)明的一實(shí)施方式中，所述每個導(dǎo)體為一體延伸的線狀金屬件，對應(yīng)于每個按鍵裝置的按壓部正下方，該兩層結(jié)構(gòu)中的每一層均有兩條金屬件經(jīng)過該正下方處。另一實(shí)施方式中，所述每個導(dǎo)體由若干菱形導(dǎo)電片沿對角線方向串接而成，同一層結(jié)構(gòu)中的多個導(dǎo)體之間以所述對角線相平行設(shè)置，兩層結(jié)構(gòu)以彼此導(dǎo)體的所述對角線正交排布設(shè)置。對應(yīng)于每個按鍵裝置的按壓部正下方，該兩層結(jié)構(gòu)中的每一層均有兩個導(dǎo)電片至少部分地位于該正下方處。 借助自電容方式實(shí)現(xiàn)觸摸感應(yīng)，所述電容感應(yīng)膜層具有兩層結(jié)構(gòu)，每層結(jié)構(gòu)均包括多個相平行設(shè)置的導(dǎo)體，兩層結(jié)構(gòu)以彼此導(dǎo)體的縱長方向的軸線正交排布設(shè)置以分別形成鍵盤布局的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，同一層的相鄰導(dǎo)體之間形成用于感應(yīng)外部人體介質(zhì)的電容式感應(yīng)器，外部人體介質(zhì)靠近該電容式感應(yīng)器時，引起該電容式感應(yīng)器所在的導(dǎo)體的電流變化，所述控制單元通過檢測不同層的導(dǎo)體電流變化而獲知外部人體介質(zhì)所處鍵盤布局中的位置。具體的，所述每個導(dǎo)體由若干菱形導(dǎo)電片沿對角線方向串接而成，同一層結(jié)構(gòu)中的多個導(dǎo)體之間以所述對角線相平行設(shè)置，兩層結(jié)構(gòu)以彼此導(dǎo)體的所述對角線正交排布設(shè)置。對應(yīng)于每個按鍵裝置的按壓部正下方，該兩層結(jié)構(gòu)中的每一層均有兩個導(dǎo)電片至少部分地位于該正下方處。進(jìn)一步，所述控制單元與一模式切換單元相連接，該模式切換單元限定所述控制單元用于識別所述外部人體介質(zhì)所處鍵盤布局的位置和/或用于識別用戶通過按壓所述按鍵裝置中任意之一所導(dǎo)通的開關(guān)元素的唯一性特征信息。所述按鍵裝置包括帶觸點(diǎn)的彈性件、升降結(jié)構(gòu)以及所述按壓部，所述彈性件對應(yīng)于一個開關(guān)元素而定位在所述矩陣開關(guān)薄膜上，所述升降結(jié)構(gòu)用于導(dǎo)引所述按壓部相對于所述底座的升降，所述按壓部提供給用戶進(jìn)行按壓操作，當(dāng)用戶按壓時，按壓部抵觸所述彈性件并帶動彈性件下沉以導(dǎo)通所述開關(guān)元素，當(dāng)用戶按壓撤銷時，彈性件復(fù)位并斷開所述開關(guān)元素。所述矩陣開關(guān)薄膜與所述按鍵裝置的按壓部之間，由下至上依層次設(shè)置如下部件起固定支承作用的上蓋、所述電容感應(yīng)膜層、保護(hù)膜。本發(fā)明的觸摸感應(yīng)鍵盤控制方法，其包括如下步驟(I)提供按照鍵盤布局設(shè)置的各按鍵裝置的上方空間供外部人體介質(zhì)進(jìn)行移動操作；(2)利用預(yù)設(shè)在鍵盤布局范圍內(nèi)的電容感應(yīng)膜層檢測所述外部人體介質(zhì)在鍵盤布局中所處的位置；(3)由一控制單元識別所述位置信息，生成相應(yīng)的信號輸出。本發(fā)明一實(shí)施例中，該方法還包括如下步驟(4)控制單元通過檢測預(yù)設(shè)在鍵盤布局范圍內(nèi)的矩陣開關(guān)薄膜上的各個開關(guān)元素的導(dǎo)通與否識別所述外部人體介質(zhì)對某個按鍵裝置所實(shí)施的按壓操作；
(5)由所述控制單元識別所述開關(guān)元素的導(dǎo)通狀態(tài)并在開關(guān)元素之一被導(dǎo)通時產(chǎn)生表征外部人體介質(zhì)進(jìn)行觸控操作的觸控指令輸出。本發(fā)明另一實(shí)施例中，該方法還包括如下步驟控制單元通過檢測兩層結(jié)構(gòu)中各導(dǎo)體的電流變化后的持續(xù)時長，在該時長達(dá)到預(yù)設(shè)閥值時，或控制單元通過檢測兩層結(jié)構(gòu)中各導(dǎo)體的產(chǎn)生二次變化時，產(chǎn)生表征外部人體介質(zhì)進(jìn)行觸控操作的觸控指令輸出。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)首先，本發(fā)明將電容感應(yīng)膜層有機(jī)整合在傳統(tǒng)的鍵盤布局中，以鍵盤布局作為最大的觸摸感應(yīng)面積范圍，并且必要時能夠?qū)㈡I盤按鍵操作或手指的懸停操作轉(zhuǎn)化為與觸摸 位置相對應(yīng)的點(diǎn)選指令，使得鍵盤不僅能實(shí)現(xiàn)按鍵輸入，還能實(shí)現(xiàn)大面積觸摸感應(yīng)輸入，不必再為鍵盤單獨(dú)設(shè)置觸摸板。其次，適應(yīng)鍵盤布局中按鍵排布的特殊性，在電容感應(yīng)膜層中對其兩層結(jié)構(gòu)采用以對角線方向?yàn)檩S進(jìn)行正交耦合的形式實(shí)現(xiàn)電容式感應(yīng)器，結(jié)構(gòu)合理，易于更好地與各個字鍵相對應(yīng)，且可以簡化連接復(fù)雜度。再者，本發(fā)明通過進(jìn)一步配置模式切換單元，可以依據(jù)實(shí)際需要控制觸摸感應(yīng)鍵盤處于純鍵盤輸入狀態(tài)、純觸摸感應(yīng)輸入狀態(tài)，以及兩者混用狀態(tài)。

圖I為本發(fā)明觸摸感應(yīng)鍵盤的組裝結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明觸摸感應(yīng)鍵盤被局部去除后的縱中剖視圖；圖3為本發(fā)明觸摸感應(yīng)鍵盤第一實(shí)施例所采用的電容感應(yīng)膜層中導(dǎo)體布局示意圖，其中電容式感應(yīng)器以互電容的方式構(gòu)成；圖4為本發(fā)明觸摸感應(yīng)鍵盤第二實(shí)施例所采用的電容感應(yīng)膜層中導(dǎo)體布局示意圖，其中電容式感應(yīng)器以互電容的方式構(gòu)成。
具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明本發(fā)明的觸摸感應(yīng)鍵盤，用于接受用戶操作，將用戶操作轉(zhuǎn)換為輸入信號之后，傳輸給諸如個人計算機(jī)、筆記本電腦、超極本之類的終端設(shè)備。請參閱圖I和圖2，本發(fā)明的觸摸感應(yīng)鍵盤，物理上由多層結(jié)構(gòu)組成，自下而上，依次包括底座I、矩陣開關(guān)薄膜2、上蓋3、電容感應(yīng)膜層4、保護(hù)膜5以及按照預(yù)設(shè)的鍵盤布局排列布置的多個按鍵裝置(未標(biāo)號)，此外，觸摸感應(yīng)鍵盤也應(yīng)具備公知的鍵盤所必備的控制電路部分，例如控制單元8 (參閱圖5)、可選配置的無線信號收發(fā)電路、聲光警示電路等。所述的底座1，形成一收容空間10用于裝配前述其余部件，該收容空間10占據(jù)了幾乎整個底座1，并且，僅以實(shí)現(xiàn)觸摸感應(yīng)功能論，該收容空間10可不必再添加任何獨(dú)立構(gòu)造的觸摸板。所述的矩陣開關(guān)薄膜2，其構(gòu)造及技術(shù)實(shí)現(xiàn)多見于現(xiàn)有技術(shù)，恕不行贅述。該矩陣開關(guān)薄膜2同理按照預(yù)設(shè)的鍵盤布局，以矩陣排列的方式設(shè)置了多個開關(guān)元素(未標(biāo)號圖示)，每一個開關(guān)元素的導(dǎo)通均導(dǎo)致產(chǎn)生一個唯一性特征信息，例如，其中一個開關(guān)元素被導(dǎo)通時，該開關(guān)元素的導(dǎo)通能被鍵盤的控制單元8所識別，將產(chǎn)生最終用于表征字符“a”的信號，并由該控制單元8轉(zhuǎn)換為輸入信號輸出。而其中，該開關(guān)元素的導(dǎo)通被控制單元8識另O，控制單元8賴以識別其為表征字符“a”的信號特征，即為所述唯一性特征信息。依據(jù)該唯一性特征信息，不僅可以確定用戶的輸入表達(dá)，還可以將鍵盤布局視為坐標(biāo)系，確定用戶手指按壓時所處的位置。所述的按鍵裝置，按照鍵盤布局設(shè)計所需個數(shù)設(shè)置，其個數(shù)自然也與所述矩陣開關(guān)薄膜2的開關(guān)元素個數(shù)基本相對應(yīng)(一般一一對應(yīng)，但也可以是一個按鍵裝置對應(yīng)兩個開關(guān)元素，如空格鍵)。自鍵盤誕生之后演進(jìn)幾十年來，其結(jié)構(gòu)也已多種多樣，典型的有如剪刀式支架、雙開式支架以及伸縮柱式結(jié)構(gòu)等，多見于專利文獻(xiàn)，可以將這些用于導(dǎo)引按鍵裝置升降的結(jié)構(gòu)概括為升降結(jié)構(gòu)，以方便后續(xù)的說明。具體的，所述按鍵裝置包括提供給用戶實(shí)施按壓操作的按壓部77、用于抵觸所述矩陣開關(guān)薄膜2中的開關(guān)元素的帶觸點(diǎn)710的彈性件71、以及如前所述，用于導(dǎo)引所述按壓部77的升或降以作用于所述彈性件71，最終導(dǎo)致彈性件71所對應(yīng)的開關(guān)元素被觸點(diǎn)710按壓導(dǎo)通或關(guān)斷的升降結(jié)構(gòu)。本實(shí)施例中，采用伸縮柱式結(jié)構(gòu)用于實(shí)現(xiàn)按鍵裝置的升降結(jié)構(gòu)。概而言之，各按鍵裝置位于矩陣開關(guān)薄膜2上方，用于受力升、降以對應(yīng)控制矩陣開關(guān)薄膜2中各相應(yīng)開關(guān)元素的通、斷。由按鍵裝置 的結(jié)構(gòu)可知，按鍵裝置自下至上，依次包括彈性件71、升降結(jié)構(gòu)和按壓部77，所有按鍵裝置的彈性件71均布置在矩陣開關(guān)薄膜2上，嚴(yán)格對應(yīng)于各個開關(guān)元素的位置進(jìn)行定位，因而，可以理解為彈性件71在物理結(jié)構(gòu)上自成一層，這僅僅是為理解的方便而加以說明，不應(yīng)視為對本發(fā)明的限制。在所述矩陣開關(guān)薄膜2上方是彈性件71，彈性件71上方則裝設(shè)所述上蓋3。所述上蓋3用于與所述底座I在彼此的邊緣上實(shí)現(xiàn)扣合連接，當(dāng)然也可采取包括螺鎖在內(nèi)的其它安裝方式，并且，上蓋3底部設(shè)置一些用于抵觸底座I的肋板31以便維持上蓋3與底座I之間的穩(wěn)固安裝。顯然，上蓋3與底座I之間的收容空間10的深度(高度)是可以靈活設(shè)置的，只要設(shè)置好兩者在高度方向上的固定位置即可。然而，對本實(shí)施例而言，所述上蓋3不僅僅用做固定件，同時還與按鍵裝置相配合，充當(dāng)該按鍵裝置的升降結(jié)構(gòu)的一部分的作用。具體而言，為了確保按鍵裝置的安裝，需要在上蓋3對應(yīng)于各個所述開關(guān)元素的位置處設(shè)置通孔(被導(dǎo)引柱73充滿而未標(biāo)號)，而在所述按鍵裝置的按壓部77底面，則設(shè)置導(dǎo)引柱73。將按鍵裝置的按壓部77置于所述上蓋3頂方位置，按壓部77底面的導(dǎo)引柱73經(jīng)過相應(yīng)的所述通孔以穿過上蓋3，最終抵觸所述彈性件71。由此，借助所述導(dǎo)引柱73與通孔的配合導(dǎo)引，按壓部77便可以實(shí)現(xiàn)相對于底座I的升降動作，在其受用戶所施加的外力而下沉?xí)r迫使彈性件71下降以抵觸并導(dǎo)通相應(yīng)的開關(guān)元素，在用戶外力撤除時，彈性件71自身回釋力作用于所述導(dǎo)引柱73，按壓部77便被回彈至原位置。顯然，即使是實(shí)現(xiàn)導(dǎo)引柱73與通孔的配合本身，也并不一定要依賴于在上蓋3中設(shè)置該通孔來實(shí)現(xiàn)，而可以在該通孔的范圍內(nèi)再設(shè)置獨(dú)立的柱形孔來容許所述導(dǎo)引柱73升降而實(shí)現(xiàn)。所述的上蓋3的上方，對應(yīng)各個所述的開關(guān)元素的位置所設(shè)置的通孔的上方，設(shè)有用于沿軸向加長該通孔的墻體33，這一墻體33的設(shè)置，便于后續(xù)在上蓋3上定位設(shè)置所述電容感應(yīng)膜層4和保護(hù)膜5。所述的電容感應(yīng)膜層4，采用在一薄膜兩面設(shè)置兩層結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，并且，在電容感應(yīng)膜層4上對應(yīng)所述上蓋3上方的各個墻體33設(shè)置允許墻體33通過的通孔40，以便將電容感應(yīng)膜層4套設(shè)到上蓋3上方處。用于實(shí)現(xiàn)觸摸板的電容感應(yīng)膜層4有自電容和互電容兩種實(shí)現(xiàn)方式，實(shí)現(xiàn)觸控功能的關(guān)鍵 在于獲知外部人體介質(zhì)在觸摸界面所處的位置及其變化軌跡以及在某一位置所實(shí)施的觸控操作(指令)。本發(fā)明中，優(yōu)選互電容方式。詳見圖3所示的所述電容感應(yīng)膜層4的電路原理示意圖。所述電容感應(yīng)膜層4的兩層結(jié)構(gòu)中的每一層，均設(shè)有與鍵盤縱長方向成45或-45度傾斜關(guān)系的導(dǎo)體41或42，這些導(dǎo)體41、42均由菱形導(dǎo)電片44在對角線方向上串接而成，但構(gòu)成同一導(dǎo)體41、42的各個導(dǎo)電片44本身的對角線并不必成一直線，主要是為了適應(yīng)鍵盤布局中上下列的相鄰字鍵與字鍵彼此的按壓部77之間并非成對角線重合的特點(diǎn)，這樣可以確保每一字鍵的按壓部77的正下方以同樣的方式對應(yīng)一組導(dǎo)電片44。由此形成的兩層結(jié)構(gòu)中的每一層，其所包含的多個導(dǎo)體41或42，均呈平行關(guān)系，可以視為以各導(dǎo)體41、42中的導(dǎo)電片44的對角線相平行設(shè)置。而兩層結(jié)構(gòu)分別設(shè)置在薄膜的正反面，因彼此角度差為90度，因此，兩層結(jié)構(gòu)(參照41、42)中的一個的各導(dǎo)體41與另一個的各導(dǎo)體42便成正交排布關(guān)系，這樣，其中一層結(jié)構(gòu)中的導(dǎo)體可以形成橫坐標(biāo)，而另一層結(jié)構(gòu)中的導(dǎo)體則形成橫坐標(biāo)，兩層結(jié)構(gòu)剛好構(gòu)建一坐標(biāo)系。兩層結(jié)構(gòu)的設(shè)置，剛好使按鍵裝置的按壓部77的正下方設(shè)置有四個導(dǎo)電片44，各有兩個導(dǎo)電片44分別屬于兩層結(jié)構(gòu)，四個導(dǎo)電片44均有一部分與按壓部77的正下方投影相交叉，而與其它導(dǎo)電片44則成無交叉無重疊的無干涉設(shè)置。導(dǎo)電片44的形狀可以采用廣義上的菱形設(shè)計，所謂廣義上的菱形，指其包含了正方形。周圍若干個按鍵裝置所圍成幾個相鄰的按壓部77正下方所對應(yīng)的分別屬于兩層結(jié)構(gòu)的兩組導(dǎo)電片44，由于它們各有大致位于其幾何中心的連接部(未示出)，因而，兩組導(dǎo)電片44所共同構(gòu)成的方形的幾何中心處會出現(xiàn)交叉重疊，但并不接觸，因而形成平行電容，可以單獨(dú)形成電容式傳感器。而分別屬于兩層結(jié)構(gòu)的每兩個相鄰導(dǎo)電片44在彼此的邊緣處也能形成邊緣電容，也可以構(gòu)成電容式感應(yīng)器。通過將處于底側(cè)的導(dǎo)體層接地，在頂面的導(dǎo)體層處加高頻電壓，借助所述控制單元掃描縱橫兩個坐標(biāo)所對應(yīng)的導(dǎo)體的電流變化，即當(dāng)外部人體介質(zhì)如手指靠近到某些導(dǎo)電片44上方時，該些導(dǎo)電片44與外部人體介質(zhì)以及相應(yīng)的電容式感應(yīng)器之間構(gòu)成并聯(lián)電容，從而導(dǎo)致相應(yīng)的導(dǎo)體的電流發(fā)生變化，確定兩層結(jié)構(gòu)中發(fā)生電流變化的導(dǎo)體便可確定外部人體介質(zhì)所處的電容感應(yīng)膜層構(gòu)建的坐標(biāo)系的位置，從而確定外部人體介質(zhì)所處鍵盤布局中的位置。更具體的檢測原理可參閱一些公知的觸摸感應(yīng)控制技術(shù)，恕不贅述。可見，鍵盤布局中的每個按鍵裝置，均至少可以設(shè)置一個所述的電容式傳感器，通過檢測所有電容式傳感器的電容變化以及由此引起的導(dǎo)體上的電流變化，便可感知外部人體介質(zhì)所處的大致位置。這樣的設(shè)計顯然符合互電容感應(yīng)觸摸技術(shù)的精神，應(yīng)為本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解，然而也基于鍵盤布局的特殊性做了適應(yīng)性的結(jié)構(gòu)改進(jìn)，因而，其結(jié)構(gòu)更為合理，可以避免使用過多的引腳。將電容感應(yīng)膜層4的通孔40與所述上蓋3的墻體33套設(shè)之后，電容感應(yīng)膜層4的安裝即告完成。同理，可以在電容感應(yīng)膜層4下方以類似的物理開孔的方式墊設(shè)一電路基板(未圖示)，而在電容感應(yīng)膜層4上方以類似的物理開孔的方式設(shè)置一保護(hù)膜5。所述各按鍵裝置的按壓部77，在生產(chǎn)工藝中可以用夾具或其它方式，先按照鍵盤布局將各按壓部 連成一獨(dú)立層6,以便完成統(tǒng)一組裝。
組裝本發(fā)明的觸摸感應(yīng)鍵盤是非常容易的，只需按照前述的結(jié)構(gòu)關(guān)系，一層一層相繼組裝即可。所涉為公知原理，恕不行贅述。至于鍵盤所公知的其它電路結(jié)構(gòu)，主要是其控制單元8，則可收藏在鍵盤的任意空間處?？刂茊卧?在電氣上需與矩陣開關(guān)薄膜2和電容感應(yīng)膜層4相連接，以便一方面通過識別矩陣開關(guān)薄膜2中某個開關(guān)元素被導(dǎo)通，以與該開關(guān)元素被導(dǎo)通而產(chǎn)生的唯一性特征信息為依據(jù)生成一輸入信號對外輸出，該開關(guān)元素被導(dǎo)通也可以視為用戶在該處的觸控操作，從而由控制單元產(chǎn)生觸控指令；另一方面，通過檢測電容感應(yīng)膜層4中因電容式傳感器被并聯(lián)而引起的導(dǎo)體電流變化來識別外部人體介質(zhì)位于鍵盤布局中的位置信息，并將這些位置信息轉(zhuǎn)換為指令信息輸出。控制單元8的這兩方面的功能也可分解為其不同的工作模式，但是，控制單元8實(shí)現(xiàn)該兩種不同工作模式的方法不局限于前述的揭示。如前所述，電容感應(yīng)膜層4本身構(gòu)建了一個坐標(biāo)系，因而，參照索尼公司最近推出的“floating touch”技術(shù)，可以利用外部人體介質(zhì)在鍵盤布局上方的懸停時長(相應(yīng)導(dǎo)體得到持續(xù)一定時長的相對恒定的電流)或者突 然伸縮(使相應(yīng)導(dǎo)體的電流突然發(fā)生二次變化)這兩種方式來確定外部人體介質(zhì)在該位置處的觸控操作，不一定要按壓所述按鍵裝置的按壓部才視為產(chǎn)生觸控操作，從而可以替代前述的開關(guān)元素的導(dǎo)通操作而使控制單元8產(chǎn)生觸控指令。而實(shí)現(xiàn)此一判斷的過程，同理可以由所述控制單元8實(shí)現(xiàn)。可見，本發(fā)明中，控制單元8實(shí)現(xiàn)不同工作模式的方式是靈活的。通過控制單元8內(nèi)部的實(shí)現(xiàn)，或者通過設(shè)置一與控制單元8相連接的模式切換單元(未圖示)，可以進(jìn)一步豐富本發(fā)明觸摸感應(yīng)鍵盤的功能。具體而言，借助所述模式切換單元，可以向用戶提供一機(jī)械或電容式開關(guān)，由用戶設(shè)置所述控制單元8的工作模式，例如，當(dāng)機(jī)械或電容式開關(guān)處于第一狀態(tài)時，模式切換單元便提供參數(shù)設(shè)置，使控制單元8據(jù)此而工作在僅用于接收按鍵裝置輸入的狀態(tài)，此時，控制單元8只負(fù)責(zé)將用戶敲擊按鍵時產(chǎn)生的唯一性特征信息轉(zhuǎn)換為字符信息(如ASCII碼)輸入信號向外輸出，這一狀態(tài)下，鍵盤具有最傳統(tǒng)的按鍵操作輸入功能；當(dāng)機(jī)械或電容式開關(guān)處于第二狀態(tài)時，模式切換單元便提供參數(shù)設(shè)置，使控制單元8據(jù)此而工作在既接收用戶敲擊按鍵時產(chǎn)生的唯一性特征信息的輸入，又接收外部人體介質(zhì)(如用戶手指)的位置信息輸入，換言之，這種狀態(tài)下，控制單元8不斷將外部人體介質(zhì)的位置信息作為輸入信號輸出，當(dāng)用戶敲擊按鍵時，還將該按鍵所表征的鍵盤布局中的位置的信息、觸控指令，甚至連同該按鍵所表征的字符信息一并轉(zhuǎn)換為輸入信號輸出，這種狀態(tài)顯然屬于混輸?shù)臓顟B(tài)；當(dāng)然，還可設(shè)置第三狀態(tài)，令控制單元8只接收位置信息和敲擊鍵盤時產(chǎn)生的唯一性特征信息所對應(yīng)的位置信息以及觸控指令(或控制單元8啟動識別外部人體介質(zhì)是否懸?；蛲蝗簧炜s以產(chǎn)生的觸控指令)，并將之轉(zhuǎn)換為輸入信號輸出，這種狀態(tài)下，鍵盤所起作用便完全等同于傳統(tǒng)的觸摸板。如前所述，模式切換單元既可獨(dú)立成一功能模塊，也可由控制單元8 一并實(shí)現(xiàn)。除了采用機(jī)械或電容開關(guān)輔以實(shí)現(xiàn)控制單元8的工作狀態(tài)切換之外，也可智能自行判別。具體而言，控制單元8可以自行檢測各層結(jié)構(gòu)的導(dǎo)體的電流變化，當(dāng)其檢測到有多個導(dǎo)體(例如3個或3個以上，但不受此限)的電流發(fā)生顯著變化(如低于某一預(yù)設(shè)閾值)時，便可自動視為前述的第一工作狀態(tài)，并使控制單元8工作于該工作狀態(tài)；當(dāng)控制單元8檢測到每層結(jié)構(gòu)中只有兩個導(dǎo)體的電流發(fā)生變化時，便可視為前述的第二或第三工作狀態(tài)，并使控制單元8工作于該工作狀態(tài)。可見，模式切換單元的設(shè)置，豐富了觸摸感應(yīng)鍵盤的功能，為用戶提供了人性化定制手段。以上闡述的本發(fā)明的第一實(shí)施例，充分揭示了本發(fā)明的觸摸感應(yīng)鍵盤的物理和電氣結(jié)構(gòu)，以及其工作原理和控制方法，足證本發(fā)明的觸摸感應(yīng)鍵盤依賴于觸摸感應(yīng)與字鍵輸入的一體化設(shè)計，可以廣泛替代傳統(tǒng)的鍵盤設(shè)計，其在將既定面積提供于鍵盤布局的同時，還以該鍵盤布局所占的既定面積提供了觸摸感應(yīng)功能。本發(fā)明觸摸感應(yīng)鍵盤的第二實(shí)施例請參閱圖4，其采用線狀金屬件代替第二實(shí)施例中由導(dǎo)電片44串接形成的導(dǎo)體，確保每個按鍵裝置正下方有兩層結(jié)構(gòu)各兩條金屬件經(jīng) 過，相互交叉的上下兩層結(jié)構(gòu)的導(dǎo)體便可形成平行電容以作為電容式感應(yīng)器使用，由此便可實(shí)現(xiàn)與第一實(shí)施例同等的效果，由控制單元8實(shí)現(xiàn)導(dǎo)體上電流變化的檢測，以便感知外部人體介質(zhì)的位置信息。本發(fā)明觸摸感應(yīng)鍵盤的未圖示的第三實(shí)施例中，所述觸摸感應(yīng)鍵盤采用自電容的方式實(shí)現(xiàn)所述的電容感應(yīng)膜層4，其與第一實(shí)施例的區(qū)別主要在于電氣方面的實(shí)現(xiàn)不同。主要體現(xiàn)在其兩層結(jié)構(gòu)中，每層結(jié)構(gòu)均利用相鄰導(dǎo)體的位置相應(yīng)的導(dǎo)電片44形成的邊緣電容，從而構(gòu)造電容式感應(yīng)器。為電容感應(yīng)膜層4施加高頻交變電流后，在每層結(jié)構(gòu)中檢測相鄰兩個導(dǎo)體的電流是否發(fā)生變化，即可感知該兩個導(dǎo)體之間的某個位置是否有外部人體介質(zhì)靠近，由于兩層結(jié)構(gòu)分別形成縱橫坐標(biāo)，檢測兩層結(jié)構(gòu)的導(dǎo)體的電流變化便可確定由電容感應(yīng)膜層4構(gòu)建的坐標(biāo)系中的某個點(diǎn)是否存在影響導(dǎo)體電流變化的外部人體介質(zhì)，從而確定外部人體介質(zhì)所處的鍵盤布局的位置。顯然，用自電容這種方式完全可以替代自電容的方式，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的。綜上所述，本發(fā)明借鑒現(xiàn)有技術(shù)中成熟的觸摸感應(yīng)技術(shù)，將其應(yīng)用到傳統(tǒng)鍵盤中，由此實(shí)現(xiàn)觸摸感應(yīng)鍵盤，觸摸感應(yīng)鍵盤占用面積小，在同一鍵盤布局上同時實(shí)現(xiàn)鍵盤輸入和觸摸感應(yīng)輸入兩種功能。概而言之，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明而并非限制本發(fā)明所描述的技術(shù)方案；因此，盡管本說明書參照上述的各個實(shí)施例對本發(fā)明已進(jìn)行了詳細(xì)的說明，但是，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，仍然可以對本發(fā)明進(jìn)行修改或者等同替換；而一切不脫離本發(fā)明的精神和范圍的技術(shù)方案及其改進(jìn)，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種觸摸感應(yīng)鍵盤，包括底座、布置在底座上按照鍵盤布局設(shè)置的由若干開關(guān)元素構(gòu)成的矩陣開關(guān)薄膜，以及位于矩陣開關(guān)薄膜上方用于受力升、降以對應(yīng)控制各開關(guān)元素的通、斷的若干按鍵裝置，所述按鍵裝置包括提供給用戶實(shí)施按壓操作的按壓部，其特征在于: 所述按鍵裝置的按壓部與所述矩陣開關(guān)薄膜之間，設(shè)有用于在所述鍵盤布局范圍內(nèi)感應(yīng)外部人體介質(zhì)的電容感應(yīng)膜層； 該鍵盤設(shè)有控制單元，用于識別任意開關(guān)元素的通斷狀態(tài)；用于通過檢測所述電容感應(yīng)膜層的電流信號的變化而檢測所述外部人體介質(zhì)所處鍵盤布局位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的觸摸感應(yīng)鍵盤，其特征在于，所述電容感應(yīng)膜層具有兩層結(jié)構(gòu)，每層結(jié)構(gòu)均包括多個相平行設(shè)置的導(dǎo)體，兩層結(jié)構(gòu)以彼此導(dǎo)體的縱長方向的軸線正交排布設(shè)置以分別形成鍵盤布局的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，不同層的位置相對應(yīng)的導(dǎo)體之間形成用于感應(yīng)外部人體介質(zhì)的電容式感應(yīng)器，外部人體介質(zhì)靠近該電容式感應(yīng)器時，引起該電容式感應(yīng)器所在的導(dǎo)體的電流變化，所述控制單元通過檢測不同層的導(dǎo)體電流變化而獲知外部人體介質(zhì)所處鍵盤布局中的位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的觸摸感應(yīng)鍵盤，其特征在于，所述每個導(dǎo)體為一體延伸的線狀金屬件。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的觸摸感應(yīng)鍵盤，其特征在于，對應(yīng)于每個按鍵裝置的按壓部正下方，該兩層結(jié)構(gòu)中的每一層均有兩條金屬件經(jīng)過該正下方處。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的觸摸感應(yīng)鍵盤，其特征在于，所述每個導(dǎo)體由若干菱形導(dǎo)電片沿對角線方向串接而成，同一層結(jié)構(gòu)中的多個導(dǎo)體之間以所述對角線相平行設(shè)置，兩層結(jié)構(gòu)以彼此導(dǎo)體的所述對角線正交排布設(shè)置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的觸摸感應(yīng)鍵盤，其特征在于，對應(yīng)于每個按鍵裝置的按壓部正下方，該兩層結(jié)構(gòu)中的每一層均有兩個導(dǎo)電片至少部分地位于該正下方處。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的觸摸感應(yīng)鍵盤，其特征在于，所述電容感應(yīng)膜層具有兩層結(jié)構(gòu)，每層結(jié)構(gòu)均包括多個相平行設(shè)置的導(dǎo)體，兩層結(jié)構(gòu)以彼此導(dǎo)體的縱長方向的軸線正交排布設(shè)置以分別形成鍵盤布局的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，同一層的相鄰導(dǎo)體之間形成用于感應(yīng)外部人體介質(zhì)的電容式感應(yīng)器，外部人體介質(zhì)靠近該電容式感應(yīng)器時，引起該電容式感應(yīng)器所在的導(dǎo)體的電流變化，所述控制單元通過檢測不同層的導(dǎo)體電流變化而獲知外部人體介質(zhì)所處鍵盤布局中的位置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的觸摸感應(yīng)鍵盤，其特征在于，所述每個導(dǎo)體由若干菱形導(dǎo)電片沿對角線方向串接而成，同一層結(jié)構(gòu)中的多個導(dǎo)體之間以所述對角線相平行設(shè)置，兩層結(jié)構(gòu)以彼此導(dǎo)體的所述對角線正交排布設(shè)置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的觸摸感應(yīng)鍵盤，其特征在于，對應(yīng)于每個按鍵裝置的按壓部正下方，該兩層結(jié)構(gòu)中的每一層均有兩個導(dǎo)電片至少部分地位于該正下方處。
10.根據(jù)權(quán)利要求I至9中任意一項(xiàng)所述的觸摸感應(yīng)鍵盤，其特征在于，所述控制單元與一模式切換單元相連接，該模式切換單元限定所述控制單元用于識別所述外部人體介質(zhì)所處鍵盤布局的位置和/或用于識別用戶通過按壓所述按鍵裝置中任意之一所導(dǎo)通的開關(guān)元素的唯一性特征信息。
11.根據(jù)權(quán)利要求I至9中任意一項(xiàng)所述的觸摸感應(yīng)鍵盤，其特征在于，所述按鍵裝置包括帶觸點(diǎn)的彈性件、升降結(jié)構(gòu)以及所述按壓部，所述彈性件對應(yīng)于一個開關(guān)元素而定位在所述矩陣開關(guān)薄膜上，所述升降結(jié)構(gòu)用于導(dǎo)引所述按壓部相對于所述底座的升降，所述按壓部提供給用戶進(jìn)行按壓操作，當(dāng)用戶按壓時，按壓部抵觸所述彈性件并帶動彈性件下沉以導(dǎo)通所述開關(guān)元素，當(dāng)用戶按壓撤銷時，彈性件復(fù)位并斷開所述開關(guān)元素。
12.根據(jù)權(quán)利要求I至9中任意一項(xiàng)所述的觸摸感應(yīng)鍵盤，其特征在于，所述矩陣開關(guān)薄膜與所述按鍵裝置的按壓部之間，由下至上依層次設(shè)置如下部件起固定支承作用的上蓋、所述電容感應(yīng)膜層、保護(hù)膜。
13.一種觸摸感應(yīng)鍵盤控制方法，其特征在于，其包括如下步驟 (1)提供按照鍵盤布局設(shè)置的各按鍵裝置的上方空間供外部人體介質(zhì)進(jìn)行移動操作； (2)利用預(yù)設(shè)在鍵盤布局范圍內(nèi)的電容感應(yīng)膜層檢測所述外部人體介質(zhì)在鍵盤布局中所處的位置； (3)由一控制單元識別所述位置信息，生成相應(yīng)的信號輸出。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的觸摸感應(yīng)鍵盤控制方法，其特征在于，該方法還包括如下步驟 (4)控制單元通過檢測預(yù)設(shè)在鍵盤布局范圍內(nèi)的矩陣開關(guān)薄膜上的各個開關(guān)元素的導(dǎo)通與否識別所述外部人體介質(zhì)對某個按鍵裝置所實(shí)施的按壓操作； (5)由所述控制單元識別所述開關(guān)元素的導(dǎo)通狀態(tài)并在開關(guān)元素之一被導(dǎo)通時產(chǎn)生表征外部人體介質(zhì)進(jìn)行觸控操作的觸控指令輸出。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的觸摸感應(yīng)鍵盤控制方法，其特征在于，該方法還包括如下步驟 控制單元通過檢測兩層結(jié)構(gòu)中各導(dǎo)體的電流變化后的持續(xù)時長，在該時長達(dá)到預(yù)設(shè)閥值時，或控制單元通過檢測兩層結(jié)構(gòu)中各導(dǎo)體的產(chǎn)生二次變化時，產(chǎn)生表征外部人體介質(zhì)進(jìn)行觸控操作的觸控指令輸出。
全文摘要
本發(fā)明的觸摸感應(yīng)鍵盤，包括底座、布置在底座上按照鍵盤布局設(shè)置的由若干開關(guān)元素構(gòu)成的矩陣開關(guān)薄膜，以及位于矩陣開關(guān)薄膜上方用于受力升、降以對應(yīng)控制各開關(guān)元素的通、斷的若干按鍵裝置，所述按鍵裝置包括提供給用戶實(shí)施按壓操作的按壓部，所述按鍵裝置的按壓部與所述矩陣開關(guān)薄膜之間，設(shè)有用于在所述鍵盤布局范圍內(nèi)感應(yīng)外部人體介質(zhì)的電容感應(yīng)膜層；該鍵盤設(shè)有控制單元，用于識別任意開關(guān)元素的通斷狀態(tài)；用于通過檢測所述電容感應(yīng)膜層的電流信號的變化而檢測所述外部人體介質(zhì)所處鍵盤布局位置。本發(fā)明還提供了該觸摸感應(yīng)鍵盤的控制方法。本發(fā)明的觸摸感應(yīng)鍵盤占用面積小，在同一鍵盤布局上同時實(shí)現(xiàn)鍵盤輸入和觸摸感應(yīng)輸入兩種功能。
文檔編號H03K17/96GK102778958SQ20121025361
公開日2012年11月14日 申請日期2012年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月20日
發(fā)明者黎柏松 申請人:珠海市智迪科技有限公司