TWI327285B - Steplessly operable keys of a keyboard with integrated signal-capture-element and method for signal processing - Google Patents

Description

1327285 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明涉及一種鍵盤，其具有可壓-且可傾斜而配置之 鍵，各鍵設有一可記錄該鍵操作所用之信號測定元件，且 本發明亦涉及一種方法，藉此使由於該鍵之操作所觸發之 電脈衝藉由測定該鍵操作時之力和位置而轉換成可表示該 位置和該操作所用之信號。 【先前技術】 依據先前技術，鍵盤和游標控制用之輸入裝置通常視爲 各別之單元，其組合因此需要雙重之評詁電路和軟體。 在筆記型電腦中通常在空格鍵附近安裝一種小的搖桿 (Joystick)以控制滑鼠顯示器。該搖桿以變形條（Strain Gauge) 爲主來形成。此外，在筆記型電腦中通常使用一種以滑鼠 控制用之電容爲主之平面式感測器》在上述二種情況中評 估各複雜之信號所需之技術上之費用很高。 在具有一種組構者（Organizer)功能之行動電話（所謂 Smart-phone)中已知一種技術上之解法，其是在一種接觸感 應式螢幕（即，觸控螢幕）上施加一種可折疊之鍵盤。若該裝 置是用來輸入資料，則各鍵可定位在該觸控螢幕上且每一 鍵操作時都可驅動該觸控螢幕之一特定之位置。這樣可省 略各鍵評估時所需之各別之電路。當然利用該折疊機構時 只能使用該鍵盤或該觸控螢幕。 此外，例如，US Patent No. 597362 1 (David Levy 1 999)和 US Patent No. 5 52823 5 (Edward Lin 1991)中已有許多使鍵 1327285 盤擴充用之建議。此種以電開關爲主之擴充在機械上很昂 貴且易受干擾，因此目前尙未實施。 一種習知技術是：藉助於分壓器以多個類比値來對各鍵 進行編碼（第19圖）。一種特定之電壓分別施加至各電阻R1, R2, R3和R4。一種鍵SI, S2, S3或S4操作時使該電壓接通 至一種類比/數位-轉換器（AD)。若未操作任何鍵且因此無任 何接觸發生，則在該AD上藉由一拉升電阻Rp而施加一種 正電壓。 因此，整個鍵盤只能以二條或三條導線來詢問。但此種 φ 小的導線費用對以類比/數位-轉換器（AD)來進行之解碼而 言是一種較高的費用。使用此種技術因此限於以下之情 況：小數目之導線可達成一種很明顯之優點時。 - 另一習知之技術是箔電位計（第17圖，其是一種切面圖）， · 其最簡單之形式由以下之元件所構成：可彎曲之箔51之條 片，該箔之一部份以高電阻（每10cm大約100歐姆至500 仟歐姆）之材料（例如，石墨）53來塗佈；第二箔71，其一部 份是以導電良好之材料（例如，銀）72來塗佈（每10cm大約 β 10歐姆）；第三間隔支件61，其使二端之塗層在靜止狀態 中保持在大約0.02 mm至1.0 mm之距離中）。該間隔支件 61支配一種開口 211，其在機械壓力下可使導電之塗層53 和72相接觸。在箔51和71之邊緣上該塗層是與電極202 和203相連（第20圖，由上方觀看時）。另一電極222位於 該箔71之塗層上（第22圖，由上方觀看時）》各電極可與一 種評估電路相接觸。在操作時（第18圖），可撓性之箔51稍 1327285 微向已接觸之位置彎曲，使該間隔支件61被跨接且因此在 53和72之間形成一種電性接觸。已塗佈電阻之箔51之電 極202/203(—方面）和該箔71上之電極222(另一方面）之間 之電阻現在是與該接觸點和其末端之間之距離成比例。 若該箔電位計連接成分壓器（第23圖），則類比-數位-轉換 器AD上之電壓是與該測定點之位置成比例。 另一方式是可測定該觸發點和該承載區段之長度。於是 在電極222上施加一種電壓且測量至該二個電極202和203 之歐姆電阻。該二個測量値對應於至該二個末端之距離， · 而該二個測量値之和（sum)減去202和203之間之總電阻可 得該已驅動之區段之長度。一個區段上之驅動或二個點上 之驅動（不是各別點之驅動）可在二個點之間產生一種短 _ 路，其會使202和203之間之電阻比例於該二點之間之距離 而減小。這在箔電位計中亦屬於先前技術。 箔電位計能以簡單之方式達成無段式之調整，其藉由平 坦之構造形式而未提供一可感覺之回報，其因此未提供一 種像傳統鍵盤般之舒適之資料輸入且目前爲止只經歷很少 0 之應用。 【發明內容】 本發明之目的是藉由體積和重量之下降使緊密式行動電 子裝置（其設有由操作元件所構成之鍵）之製造費用下降，且 亦使零件費用，能量消耗和操作費用下降，其中該鍵盤相 對於粗糙之輸送條件和製造容許度必須很堅強（robust)。 本發明發展一種適合用在緊密式行動電子裝置中之鍵 1327285 盤，其具有積體式信號測定元件，其允許一種舒適性未受 限制之資料輸入且同時允許以多個鍵來進行一種無段式之 各種可能之控制；一種用於鍵之操作之詢問電路；一種評 估各鍵之瞬間位置所用之方法，其係用在各鍵以無段式操 作時。 上述目的藉由申請專利範圍各項中之特徵來達成。 【實施方式】 本發明以下將依據實施例來詳述。 本發明之解決方式是：一種測定元件（例如，箔電位計）φ 安裝在一組可移動之鍵之下方，使已壓下之鍵可分別傳送 一種具特徵之電阻至該箔電位計之電極。一種鍵之傾斜狀 態或該鍵上之一可變之接觸位置會造成各種不同之接觸點 _ 且因此會使電阻改變。反之，當未觸發任何鍵時，則相面 對之電極之間不會形成電性上之接觸。 又，每鍵之壓力不一定須藉由該箔電位計之總電阻之下 降來測定。此乃因一鍵上之已提高之壓力是隨著該鍵之軟 的下側之變形，較大之承載面和相對應之較小之總電阻而 Φ 來。因此可由電阻差而推知該壓力値。 以上述方式，則能以一種足夠之測量準確度爲前提，藉 由唯一之箔電位計來詢問多個鍵及其觸發位置。因此只需 少數之導線（至少二條不需進行力之測量，三條需進行力之 測量）。 第1圖顯示本發明之鍵盤之接線圖。Pl-Sl，P2-S2等等分 別形成一個單位：一種鍵壓使接點S1接點閉合且由該操作 1327285 位置造成該電位計P1之電阻》Rp是一種拉升電阻，其在無 接觸之靜止狀態時使該類比-數位-轉換器AD之輸入端拉升 至一確定之値。由P1至P4所形成之箔電位計對應於一種 分壓器，使一種對應於該鍵和位置之特定之電壓可施加至 AD-轉換器上。本例子是針對4個鍵而設計，但同樣亦適用 於其它任何數目之鍵時之情況中。 由第2圖可知：同樣之鍵盤如何藉由另一測量配置來評 估。藉由另一 AD-轉換器，則亦可決定該作用在一鍵上之壓 力。較大之壓力會使鍵之軟的下側變形且因此在箔電位計 · 上造成較大之承載面（即，一種短路區段）。現在藉助於AD-轉換器AD1和AD2來測定該已觸發之鍵S1至S4和AD1或 AD2之間之電阻且在靜止狀態中設定成比例於P1至P4之 . 總電阻。該電阻之向下設定係準確地對應於該短路區段。 因此亦對應於該鍵之軟的下側之承載面和該操作力》 第1，2圖描述多個配置，其中任意鍵之無段式操作是在 各別之軸上進行評估。這對應於一鍵之傾斜操作-或觸發位 置之側面移動。 第3圖顯示：對已選取之各鍵如何在二個軸中進行評估， 當可使用其它之AD-轉換器時。Pla和Plb形成二個電位 計，其由唯一之鍵所控制（第12圖，元件121)。一個圓形之 邊緣上之三個測量點已足夠決定一種接觸區之重心；即， 該圓面上之點，其至該三個測量點分別具有該已算出之距 離。 爲了提高可靠性和準確性，則可在鍵盤之一個·或多個位 -9- 1327285 置上設置多個參考點。第4圖中CALI和CAL2作爲以AD-轉換器來進行之測量用之校準値；CALI値直接位於P1和 P2之間，而CAL2値直接位於P2和P3之間。此種校準是 當任何鍵未被操作時來進行。各參考點準確地顯示一種各 鍵-觸發之相對之比例關係，當總電阻亦會由於溫度或類似 因素而變動時。 箔電位計可用作本發明之鍵盤之信號測定元件。第5至7 圖中顯示一種箔電位計之例子，其由三個箔所構成：上方 之箔（第5圖），中央之箔（第6圖）和下方之箔（第7圖）。該 0 三種箔以平坦方式互相疊置且互相固定地連接（例如，藉由 黏合方式）。中央之箔亦可由壓緊之隔離層（介電質）來取 代，該隔離層可施加在上方之箔上或下方之箔上。 _ 上方之箔（第5圖，51)壓印著由良好導電性之材料52所 構成之導電軌道和由電阻層53所構成之導電軌道。在一末 端上存在著一種接觸條54，以形成一至測量電路之電性連 接。

中央之箔（第6圖，61)含有凹口（開口）62，其可在上方-和下方之箔之間形成一種機械-和電性接觸。該下方之箔（第 7圖，71)是以一種電阻72較小之導電軌道來壓印》 第8圖中可看出一種鍵配置之例子，其與第5至7圖之箔 戆位計一起作用。各鍵在機械上較突出且以可移動方式而 設有一種點選（click)。 第9至12圖對應於第6至9圖，其不同處是：一可在二 維空間中移動之鍵需要另一導線和另一個AD-轉換器。該鍵 -10- 1327285 121可在水平-和垂直方向中傾斜且可測得該傾斜度。 第13圖是一鍵之切面圖，其是在非驅動狀態。該驅動器 133與該信號測定元件（箔電位計）Π4在機械上未接觸。 第14圖所顯示之鍵是與第13圖者相同，但其是在已壓下 之狀態中。該驅動器133位於該鍵141之中央且形成一種相 對應之電性接觸。若壓力增高’如第15圖所示’則該驅動 器（151)之承載面增大。整個系統之電阻由於此種小的短路 而下降。 第16圖中該鍵在側面傾斜地被觸發，這樣會在該鍵盤中 φ 造成一種可靠之接觸。該接觸之位置可藉由相對應之測量 來決定。 以下提供各個能以無段式來操作之鍵之各種應用：在第8 、 圖中之數字式電話-鍵盤上例如可輸入字母，此時各字母直 接輕敲在該鍵上，即，壓在該鍵”2”之左側上以輸入”A”等 等。此外，游標-控制十字鍵（第12圖）能以無段方式來控制。 本發明之物件之優點是：各鍵之詢問和無段式之控制功 能可與統一之技術相組合。每一鍵之移動會由於測量該操 ® 作之力和位置而造成該輸出信號之特定之電阻’這可用來 表示該操作之位置。當測定第二輸出信號時’則另外可決 定該操作所發出之力》上述建議之解法所需之技術上之費 用因此較傳統上具有無段式控制單元之鍵盤者小很多。 【圖式簡單說明】 第1圖 本發明中以AD-轉換器來測量電壓所用之鍵盤之 接線圖。 -11- 1327285 第2圖本發明中以二個AD-轉換器來測量電阻所用之鍵 盤之接線圖。 第3圖 本發明中以三個AD-轉換器來測量電阻所用之鍵 盤之接線圖》 第4圖 本發明中以二個校準-電極來測量電壓所用之鍵盤 之接線圖。 第5圖 信號測定元件之上方之箔，其具有壓製而成之導 電軌道。 第6圖 信號測定元件之位於中央之箔，其具有沖製而成 之開口" 第7圖 信號測定元件之下方之箔，其具有壓製而成之導 電軌道。 第8圖 具有文數字之鍵蓋之一種例子》 第9圖 信號測定元件之上方之箔，其具有壓製而成之導 電軌道。 第10圖信號測定元件之位於中央之箔，其具有沖製而成 之開口 ^ 第11圖信號測定元件之下方之箔，其具有壓製而成之導 電軌道。 第12圖具有文數字之鍵蓋之一種例子。 第13圖具有致動器之鍵（切面圖）。 第1 4圖輕壓狀態中之鍵（切面圖）。 第15圖強壓狀態中之鍵（切面圖）。 第16圖斜壓狀態中之鍵（切面圖）。 1327285 第17圖箔電位計之構造（切面圖）。 第1 8圖操作狀態中之箔電位計（切面圖）。 第19圖藉由電阻-串聯來編碼之鍵盤。 第20圖箔電位計，上方之箔。 第21圖箔電位計，中央之箔。 第22圖箔電位計，下方之箔。 主要元件之符號表： AD0 P1 和 S1 P2 和 S2 P3 和 S3 P4 和 S4 RP 5 1 52 53 54 61 62 7 1 72 73 81 82

類比-數位-轉換器 信號測定元件 信號測定元件 信號測定元件 信號測定元件 拉升-電阻 上方之箔 具有小電阻之導電軌道（例如，銀）

具有高電阻之導電軌道（例如，石墨） 總共三個終端之接觸條 間隔支件 間隔支件之開口 下方之箔 具有小電阻之導電軌道-面（例如，銀） 接觸條 外殼蓋 可移動之鍵 -13- 1327285

91 總共四個終端之接觸條 101 可在任意方向中操作之鍵用之圓形開口 121 可在任意方向中操作之鍵 13 1 鍵之上側 132 彈性區 133 驅動器 134 信號測定元件 135 載體板 141 鍵中央之小的承載面 151 鍵中央之大的承載面 161 鍵側上之小的承載面 202 ， 203 電極 211 開口 222 電極

-14-

Claims (1)

1327285 守1年》λ； :爹正本 第93 1 06305號「具備能以無段式來操作之鍵和積體式信號測 定元件之鍵盤以及信號處理方法」專利案 (2010年3月18日修正） 拾、申請專利範圍： 1. 一種具備能以無段式來操作之鍵和積體式信號測定元件 之鍵盤，其特別是用於行動式電子裝置中，以用來輸入 資料且以無段式來控制游標和選取功能，其特徵爲：以 移動方式安裝而成之設有一種彈性區（13 2)之各鍵（82)在 其下側上以機械方式與一種經由一鍵或多個鍵而延伸之 具有高電阻之連續第一導電軌道（5 3)相耦合，使得在各鍵 操作時該第一導電軌道（5 3)可接觸另一經由全部之鍵而 延伸之具有小電阻之第二導電軌道（72)，且一種'類比-數 位·轉換器AD0測定該第二導電軌道（72)和該第一導電軌 道（53)之末端之間之電阻或電壓降，其中該已測定之値明 確地配屬於一特定之鍵和該鍵上之操作位置。 2. 如申請專利範圍第1項之鍵盤，其中設有二個類比-數位-轉換器AD1和AD 2,其決定該第二導電軌道（7 2)和該第一 導電軌道（5 3)之二個末端之間之電阻或電壓降，其中各測 量値配屬於一特定之鍵，該操作位置在一線上和複數個 承載面（141)，（151)，（161)上以點之形式存在著。 3. 如申請專利範圍第1項之鍵盤，其中該第一導電軌道（5 3) 是與一個或多個校準-電極CAL1相連，其可準確地測量 該第一導電軌道（5 3)之多個位置上之電阻，其中各測量値 作爲相對之參考點以解釋該第一導電軌道（53)之末端上 1327285 之測量値，使得在全部之導電軌道之電阻之與生產技術 有關-或與溫度有關之變動中仍可達成一種準確之測量。 4. 如申請專利範圍第1項之鍵盤，其中一箔電位計之第一 導電軌道（53)是鍵盤之一種組件且劃分成多個互相並聯 之列，其中各列之一個末端分別經由一個小電阻（52)之導 電軌道而與下一列之相面對之末端相連接，使每一鍵中 在該箔電位計上之各鍵（82)之安裝位置之與生產有關之 微小之變動會造成各測量値之相同之偏移。 5. 如申請專利範圍第1項之鍵盤，其中一箔電位計是該鍵 φ 盤之組件且由上方之箔（51)，間隔支件（61)和下方之箔（71) 所構成，其互相固定地相連接，其中該上方之箔（51)壓印 著由高的電阻層所構成之第一導電軌道（53)且非必要地 _ 壓印著由小的電阻層（5 2)所構成之導電軌道，該下方之箔 (7 1)是以一種具有小的電阻層之第二導電軌道（72)來壓 印，其中該第一導電軌道（5 3)和該第二導電軌道（7 2)在靜 止位置時互相之間保持著小於2 mm之小的距離且在各 鍵（82)操作時互相接觸。 I 6. 如申請專利範圍第1項之鍵盤，其中設有三個類比-數位-轉換器厶01，人02，八03，其測定該第一導電軌道（5 3)之三 個末端和該第二導電軌道（7 2)之間之電阻或電壓降’其中 所測定之値明確地對應於—特定之鍵’其對應於—圓形 面·和各承載面（141)，（151)，（161)上之點。 7. 如申請專利範圍第1項之鍵盤，其中各鍵（82)就像一種數 位式電話鍵盤一樣每鍵分別設有數字或符號及多個字 1327285 母，其中依據操作方式而輸入數字或字母且可在鍵之左 邊緣或右邊緣或在鍵中央依據該鍵之操作而選取不同之 字母。 8. 如申請專利範圍第6項之鍵盤，其中設有一種可在其邊 緣之每一位置上操作之鍵（121)，其中該操作之方向和偏 向成一圓形面上之點時之強度是藉由各類比-數位轉換器 ADI, AD2和 AD3之輸出信號之相互比例來測得（第3 圖），游標移動之速率和方向可由該鍵（121)之方向和偏向 來控制。 _ 9. 如申請專利圍第1項之鍵盤，其中各（82)可支配一種鍵之 上側（13 1)，一種可變形之凸出之鍵之下側（133)和一種可 撓性之懸掛區（13 2)，使一機械壓力可由上方驅動一種在 _ 與該操作位置有關之位置上之位於一載體板（135)上之信 號測定元件（134)且利用一與已發出之壓力有關之承載面 (141)，（15 1)，（161)來驅動。 10. —種評估如申請專利圍第1項所述鍵盤之信號所用之方 法，其特徵爲：各鍵在輕輕接觸時可在一顯示器上顯示 ® 多個輸入選擇性，其中一種輸入選擇性是由游標來突顯 且該游標之位置是比例於手指之位置而保持在該鍵上》 11. 如申請專利範圍第10項之方法，其中已顯示之輸入選擇 性在該鍵鬆開時被選取。 12. 如申請專利範圍第10項之方法，其中已顯示之輸入選擇 性由於鍵上已增大之壓力而被選取。