CN100508532C - 一种用于便携式终端的感应式键盘及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于便携式终端的感应式键盘及其控制方法，将至少一个感应单元设置在所述便携式终端的键盘区域形成感应面；采用一感应物在所述的感应面上滑动，从而使所述感应物的运动轨迹通过感应单元产生多维坐标数据；便携式终端的微处理器对所述运动轨迹产生的多维坐标数据进行处理，并转化为光标在便携式终端的显示装置上的移动，从而控制菜单条目的滚动；按压按键选择所需菜单条目。本发明的用于便携式终端的感应式键盘及其控制方法在提供菜单条目滚动查看选择功能的同时，保持手机原有的外形结构，也不失掉手机数字键盘原有的功能。

Description

一种用于便携式终端的感应式键盘及其控制方法
技术领域
本发明涉及电子技术领域，特别涉及用户界面装置，具体的讲是一种用于便携式终端的感应式键盘及其控制方法。
背景技术
随着通信技术的发展，手机作为便携式终端的一种，已经成为深受大众欢迎的通信工具。手机随着用户的需要正向着小型化，人性化，多样化，智能化和信息化发展。传统的手机主要以通话为主，这对用户界面装置的要求相对简单，基于机电开关原理的手机按键键盘已能很好的满足要求。这种键盘通常包括“0-9”十个数字/字母按键，及若干个功能键。按键下方设置有弹性帽，当按键被按下后，弹性帽的导电层接触并接通电开关。按键按压动作收起来后弹性帽自动弹回原位，形成触觉反馈，提示使用者按键动作已完成。键盘使用的机电开关技术已臻完善，易于实现，性能可靠。然而随着手机智能化和信息化的发展，手机文字输入以及存储的信息越来越多，这对用户界面装置提出了新的要求。而在传统手机按键键盘上输入文字尤其是输入像中文这样的非字母的文字是件非常困难的事。随着手机电话本条目的迅速增加，例如具有500，甚至1000个电话本条目容量的新型手机变得普遍，通过按压基于机电开关原理的传统四方向导航键查看所需的条目变得很不方便。
各种新型的用户界面装置被应用到手机上，例如具有手写识别功能的触摸屏也被应用在手机上来输入文字。目前比较流行的两种触摸屏分别为电阻式触摸屏和电容式触摸屏，电阻式触摸屏是由一层可变形的电阻薄膜和一层固定的电阻薄膜构成，中间由空气相隔离。其工作原理是：当用笔或手指接触触摸屏时，上层电阻受压变形并与下层电阻接触，下层电阻薄膜就能感应出笔或手指的位置。第二种是电容式触摸屏技术，电容式触摸屏的工作原理与电阻式触摸屏基本一样，它主要是通过手写笔向基板施加压力时，电容值的改变来定位手写笔的位置。触摸屏这种新型的用户界面装置很好的解决了文字输入的问题，用户界面也是触摸式的，查看所需的条目只需用手写笔点一下触摸屏上显示的这一条目。不过当条目很多，无法在一屏显示时，翻屏还是通过按压基于机电开关原理的传统四方向导航键方便一些。然而，为了保持手机外形的小巧，大多数这类手机设计中只有一个触摸屏而省略了按键键盘。触摸屏上也可以用来显示一个虚拟键盘，这样的设计，用户就需要点击在触摸屏上显示的虚拟按键来拨号。虚拟键盘没有提供触觉反馈，用户通常会觉得使用起来不方便，并容易产生错误操作。也有一些手机既有触摸屏又有按键键盘，这样的手机难免体积大，携带不方便。总之，触摸屏难以同时很好的满足拨号通话，文字输入，信息查看，及小型化的要求。
US2003025679，EP1197835公开了类似的用户界面装置，对同时具有触摸板及按键键盘的设计加以改进。触摸板被直接装在按键键盘下面。按键键盘的功能保留，拨号通话很方便，同时非接触式触摸板可提供手写识别功能在手机上来输入文字，而且非接触式触摸板可提供类似鼠标的功能。当手指在非接触式触摸板上滑动时，可控制光标在显示屏上移动。因为手机小型化的要求，触摸板面积不能很大，这样在触摸板上移动光标进行菜单条目的滚动查看选择并不方便。非接触式触摸板很薄，并不增加手机外形体积，不过将触摸板与键盘机械的结合在一起在工程实现上却不容易。为了按键键盘的机电开关得以工作，针对每一个按键，在触摸板上都要相应的打一个孔，这样按压按键时，按键的机械拄才可以顺利穿过触摸板从而压动弹性帽。但是每一款手机的按键键盘设计并不相同，造成有孔的触摸板需要针对每一款手机都不一样，从而造成加工复杂度及生产成本的增加。非接触式触摸板是由数条X方向导线及Y方向导线组成，X方向导线及Y方向导线在每一孔附近要弯曲，非接触式触摸板的性能受非线性影响很大，每一款手机的键盘设计的不同造成非接触式触摸板的X方向导线及Y方向导线的弯曲度，及线间距都不同。为了通过补偿(OFFSET)解决上述问题，非接触式触摸板IC变得复杂，甚至需要针对每一款手机都不一样，从而造成加工复杂度及生产成本的增加。为了解决按键键盘背光的问题，非接触式触摸板需要使用透明材料，从而造成加工复杂度及生产成本的进一步增加。
US2003095096，WO03088176公开了类似的用户界面装置，手指通过在一种封闭的圆形位置感应装置上的滚动，实现菜单条目的线性滚动，从而方便大量条目的快速查看。不过这种用户界面装置不具有按键功能，并与按键的操作无关，在手机上应用会增大体积和成本，并不现实。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种用于便携式终端的感应式键盘及其控制方法，并且在提供菜单条目滚动查看选择功能的同时，保持手机原有的外形结构，也不失掉手机数字键盘原有的功能。
本发明的技术方案为：
一种用于便携式终端的感应式键盘，将至少一个感应单元设置在所述便携式终端的键盘区域形成感应面；
采用一感应物在所述的感应面上滑动，从而使所述感应物的运动轨迹通过感应单元产生多维坐标数据；
便携式终端的微处理器对所述运动轨迹产生的多维坐标数据进行处理，并转化为光标在便携式终端的显示装置上的移动，从而控制菜单条目的滚动，按压按键选择所需菜单条目。
所述的感应单元包括电容，即所述的感应单元是通过测量电容的变化产生多维坐标数据。
所述的感应单元包括电阻，即所述的感应单元是通过测量电阻的变化产生多维坐标数据。
所述的感应单元包括电感，即所述的感应单元是通过测量电感的变化产生多维坐标数据。
所述的感应单元包括阻抗，即所述的感应单元是通过测量阻抗的变化产生多维坐标数据。
所述的感应单元与便携式终端键盘的至少一个按键相耦合。
所述的感应单元与便携式终端键盘的至少一个按键相耦合指的是：将所述的感应单元电路与便携式终端键盘电路相耦合。
所述的感应单元与便携式终端键盘的至少一个按键相耦合指的是：将所述的感应单元机械构件与便携式终端键盘的复数个按键机械构件相耦合。
所述的感应单元分布在同一平面。
所述的感应单元分布在不同平面。
所述的感应单元为导电材质构成。
在所述感应面上设置机械槽引导所述感应物的运动轨迹。
所述机械槽为近似封闭圆形，引导所述感应物的运动轨迹为连续近似封闭圆形。
所述机械槽具有触觉反馈功能。
将所述的感应单元设置在便携式终端键盘按键的表面和键盘上按键与按键之间的表面以下，从而形成感应面。
所述的感应单元被印制成适合印制在键盘区域内成为一感应块的形状。
所述的感应单元被印制成矩形、圆形、椭圆形、三角形、多边形、或适合印制在键盘区域内成为一感应块的形状。
选取相同或不同形状的感应单元在所述的键盘区域内印刷成感应单元的点阵网。
每个感应单元是所述点阵网中的节点。
所述的感应面的灵敏度取决于所述点阵网的密度。
所述的键盘区域具有背光。
当光标在便携式终端的显示装置上移动，从而导致菜单条目的滚动时，便携式终端产生声音反馈。
所述的便携式终端为手机。
本发明还提供了一种控制便携式终端感应式键盘的方法，将至少一个感应单元设置在便携式终端键盘区域形成感应面；
采用一感应物在所述的感应面上滑动，从而使所述感应物的运动轨迹通过感应单元产生多维坐标数据；
便携式终端的微处理器对所述运动轨迹产生的多维坐标数据进行处理，并转化为光标在便携式终端的显示装置上的移动，从而控制菜单条目的滚动；按压按键选择所需菜单条目。
所述的菜单条目的滚动条数取决于运动轨迹的变化。
所述的运动轨迹近似线性。
所述的运动轨迹是非线性的。
所述的运动轨迹近似连续封闭圆形。
所述的运动轨迹近似连续螺旋形。
所述的菜单条目的滚动是线性的。
所述的菜单条目的滚动是非线性的。
所述的菜单条目的滚动速度是运动轨迹速度的函数。
所述的菜单条目的滚动速度是运动轨迹加速度的函数。
至少部分菜单条目同时出现在显示屏上。
所述同时出现在显示屏上的菜单条目中的一个菜单条目在显示屏上被标示与众不同。
在所述感应面上设置近似封闭圆形的机械槽，从而引导所述感应物的运动轨迹为连续近似封闭圆形。
本发明的有益效果在于，提供一种用于便携式终端的感应式键盘及其控制方法，并且在提供菜单条目滚动查看选择功能的同时，保持手机原有的外形结构，也不失掉手机数字键盘原有的功能。
附图说明
图1为本发明的便携式终端结构的块图；
图2为本发明通过电容式感应单元矩阵形成感应键盘的平面示意图；
图3a为本发明应用于手机的电容式感应单元印刷图案示意图之一；
图3b为本发明应用于手机的电容式感应单元印刷图案示意图之二；
图3c为本发明应用于手机的电容式感应单元印刷图案示意图之三；
图4为本发明通过电容式感应单元形成感应键盘的解剖面示意图；
图5为本发明一种包含感应导航功能键的手机感应键盘设计示意图；
图6为本发明一种包含封闭圆形机械槽的手机感应键盘设计示意图；
图7为本发明电容式感应单元矩阵与完全电耦合电路及微处理器电路连接示意图。
具体实施方式
下面结合附图说明本发明的具体实施方式：
本发明提供了一种用于便携式终端的感应键盘及其控制方法，图1为本发明所述例如便携式终端结构的块图。便携式终端包含一个微处理器(MPU)100，一个存储器120，一个感应键盘140，一个完全电耦合电路150，一个显示器130及一个通信接口110。显示装置130用来显示字符，菜单条目及各种信息。通信接口110可以是任何包括有收发器结构的装置，用户可以通过该通信接口110和其他便携式终端或是网络进行通信，例如具有收发器的通信接口110可以与无线通信网络进行通信。图7中示出了电容式感应单元矩阵与完全电耦合电路及微处理器电路连接示意图。
图2为本发明通过电容式感应单元矩阵形成感应键盘的平面示意图；每个电容式感应单元210是用能够导电的材料印制在印刷电路板上。例如每个电容式感应单元可由一对互不接触的金属铜线按照特定图案构成。这一对互不接触的导线之间形成耦合电容，每一个电容式感应单元各连接两条相互垂直的导线，X和Y方向的导线。图2中表示了一例9×7的点阵，当然，所述的电容式感应单元点阵也可以有其他规格，在这里就不再详细描述了。X和Y方向的导线在点阵的节点处是不接通的，这可以通过在节点处，X和Y方向的导线之间印上绝缘层，从而使X和Y方向的导线在点阵的节点处不接通，也可以在印刷电路板上打洞连线的方式实现，这种方式是成熟的印刷电路板制造现有技术，在此就不详述了。图3a，图3b，图3c分别为本发明应用于手机的三种电容式感应单元印刷图案的示意图；这三种图案的结构可以有多种形式的应用。该三种印刷图案会有比较好的导通特性及耦合电容。当然，所述的电容式感应单元也可以有其他形式图案，在这里就不再详细描述了。本发明中的每一个电容式感应单元都印刷成本图所显示的图案，这样就形成了本发明所述的电容式感应单元的点阵网。在正常情况下，两条由导电材料构成的电线是不接通的。
在电容式感应单元形成的点阵网上加上机械构件形成感应键盘，只需部分电容式感应单元被加以弹性帽为特点的机械构件。这些机械构件的上表面印有数字和字母符号从而形成感应键。具体方案如图4所示，图4为本发明通过电容式感应单元210形成感应键盘的解剖面示意图。当手指向下按压按键机械表面430上的按键时，按键的机械柱420相下挤压弹性帽440，对手指形成阻力。弹性帽440内表面印有导电层，导电层与印刷电路板(PCB)400上每一个接触到的电容式感应单元形成电连接并导通该电容式感应单元的X和Y方向的导线。通过扫描，完全电耦合电路150及微处理器100判定此按键被按，并执行相应功能。当手指松开时，弹性帽440的弹性带动机械柱420将按键弹回原位，使之具有触觉反馈。
当手指在感应键盘上滑动时，通过扫描，完全电耦合电路可以报告微处理器(MCU)每一个感应单元的电容值大小。通过计算每一个感应单元的电容值变化，再计算出变化的重心，即可定出在每一时刻的手指位置，从而使手指的运动轨迹通过感应单元产生多维坐标数据。
图5为本发明一种包含感应导航功能键的手机感应键盘设计示意图；其中，该手机包括：光标上下移动轨迹501，手指转动轨迹502，删除/取消键503，选择/确认键504，数字/字母键505，手指上下平移轨迹506，手指左右平移轨迹507，触摸感应键盘508，转动槽509，电源开关键510，当前光标提示511。通过手指在感应键盘各种滑动动作实现导航功能键的功能。直线滑动动作的运动轨迹可以用直线方程表示：
X＝X0+Vxt，
Y＝Y0+Vyt。
其中(X0，Y0)为手指起始点坐标，(X0，Y0)可任意取值，即划线可以从任意点开始。VX，VY，为直线滑动的速度分量。
右平移：
X＝X0+Vxt   Vx>0
Y＝Y0       Vy＝0
划线速度可根据线的轨迹计算出。轨迹实际上由一系列点坐标构成：在选定时刻t0，t1，t2，...tn，记录触点的坐标(X0，Y0)，(X1，Y1)，(X2，Y2)，...(Xn，Yn)。理论上，平移要求Yn＝Yn-1＝...Y2＝Y1＝Y0，实际轨迹在Y方向会有小的偏离，但当|Yi-Yi-1|<<|Xi-Xi-1|时，可认为划线只有X方向速度分量Vix，即按下式计算：Vi＝Vix＝(Xi-Xi-1)/(ti-ti-1)，i＝1，2，...n。允许的偏离度可根据实验确定。
左平移：
X＝X0+Vxt   Vx<0
Y＝Y0       Vy＝0
左平移划线速度可根据线的轨迹计算出，方法同右平移情况一样，但Vi<0
上平移：
X＝X0       Vx＝0
Y＝Y0+Vyt   Vy>0
下平移：
X＝X0   Vx＝0
Y＝Y0+Vyt      Vy<0
上下平移的速度计算方法与左右平移相同。当X方向的偏离度在允许范围内，可认为划线垂直方向速度V按下式计算：Vi＝ViY＝(Yi-Yi-1)/(ti-ti-1)，i＝1，2，...n。
以导航功能键下平移功能为例，图5中手机的显示屏显示手机电话本的各个条目，当前的光标提示条目3，即姓名3。当手指在感应键盘向下滑动时，运动轨迹通过微处理器100根据上述方程式计算，判定下平移，并转换为光标的线性移动，光标依次向下移动，光标移动速度是划线下平移速度的函数：Vm＝f(ViY)。最后光标停在欲查看的条目上，此时任意按压一按键，即可选择这一条目，进入姓名条目的细节，例如，姓名，电话，等等，如所有条目无法在一屏显示，下平移功能自动翻页，下平移光标继续向下移动至下页的条目，导航功能键的上平移，左右平移功能工作方式类似，在此就不详述。
连续转动功能感应键可通过在感应键盘上设置圆形机械槽实现。图5的封闭圆形机械槽中心有一按键，整体是与其他感应键分开分布的，图6为本发明一种包含封闭圆形机械槽的手机感应键盘设计示意图；其中，该手机包括：光标上下移动轨迹601，删除/取消键602，数字/字母键603，触摸感应键盘604，转动槽605，手指转动轨迹606，电源开关键607，当前光标提示608。封闭圆形机械槽被设置在数字/字母感应键之间，从而更加节省感应键盘的面积，节省手机的体积。
当手指在感应键盘的封闭圆形机械槽内连续转动时，划线轨迹为圆周。这里转用角坐标系更方便，如在时刻ti触点坐标为(Xi，Yi)，则：
半径Ri＝(Xi 2+Yi 2)1/2，
COSΨi＝Xi/Ri，由此反演算出夹角Ψi＝arcos(Xi/Ri)，Ψi-1＝arcos(Xi-1/Ri-1)，
角速度Φi＝(Ψi-Ψi-1)/(ti-ti-1)，
当手指在感应键盘的封闭圆形机械槽内连续转动时，运动轨迹通过微处理器100根据上述方程式计算，判定圆周转动，并转换为光标的线性移动。如顺时针转动，则光标依次向下移动，如反时针转动，则光标依次向上移动，光标移动速度是转动角速度的函数：Vm＝f(Φi)。最后光标停在欲查看的条目上，此时任意按压一按键，即可选择这一条目，进入姓名条目的细节，例如，姓名，电话，等等。在图5的设计上，可按压封闭圆形机械槽中心的按键实现选择/确认的功能，如所有条目无法在一屏显示，转动功能自动翻页，如顺时针转动，则光标依次向下一页的条目移动，如反时针转动，则光标依次向上一页的条目移动。因为手指转动可连续进行，与多次按压传统四方向导航键的方式相比，通过本发明移动光标进行大量条目的查看变得方便。同时基于手指转动的速度或加速度，光标可快速移动，使大量条目的快速查看变得更加方便。
本发明的有益效果在于，在提供菜单条目滚动查看选择功能的同时，保持手机原有的外形结构，也不失掉手机数字键盘原有的功能，并且降低手机的原材料成本。
以上具体实施方式仅用于说明本发明而非用于限定本发明。

Claims (28)

1.一种用于便携式终端的感应式键盘，其特征在于，将至少一个感应单元设置在所述便携式终端键盘区域形成感应面；
所述的感应单元是通过测量包括电容、电阻、电感、或阻抗的变化，产生在所述的感应面上滑动的感应物运动轨迹的多维坐标数据；
便携式终端的微处理器对所述运动轨迹产生的多维坐标数据进行处理，并转化为光标在便携式终端的显示装置上的移动，从而控制菜单条目的滚动；按压按键选择所需菜单条目。
2.根据权利要求1所述的用于便携式终端的感应式键盘，所述的感应单元通过与便携式终端键盘电路相耦合，从而与便携式终端键盘的至少一个按键相耦合。
3.根据权利要求1所述的用于便携式终端的感应式键盘，所述的感应单元机械构件与便携式终端键盘的复数个按键机械构件相耦合。
4.根据权利要求1所述的用于便携式终端的感应式键盘，其特征在于，所述的感应单元分布在同一平面。
5.根据权利要求1所述的用于便携式终端的感应式键盘，其特征在于，所述的感应单元分布在不同平面。
6.根据权利要求1所述的用于便携式终端的感应式键盘，其特征在于，所述的感应单元为导电材质构成。
7.根据权利要求1所述的用于便携式终端的感应式键盘，在所述感应面上设置机械槽引导所述感应物的运动轨迹。
8.根据权利要求7所述的用于便携式终端的感应式键盘，所述机械槽为圆形或椭圆形，引导所述感应物的运动轨迹为连续圆形或椭圆形。
9.根据权利要求7所述的用于便携式终端的感应式键盘，所述机械槽具有触觉反馈功能。
10.根据权利要求1所述的用于便携式终端的感应式键盘，其特征在于，将所述的感应单元设置在便携式终端键盘按键的表面和键盘上按键与按键之间的表面以下，从而形成感应面。
11.根据权利要求10所述的用于便携式终端的感应式键盘，其特征在于，所述的感应单元被印制成矩形、圆形、椭圆形、三角形、多边形、或适合印制在键盘区域内成为一感应块的形状。
12.根据权利要求11所述的用于便携式终端的感应式键盘，其特征在于，选取相同或不同形状的感应单元在所述的键盘区域内印刷成感应单元的点阵网。
13.根据权利要求12所述的用于便携式终端的感应式键盘，其特征在于，每个感应单元是所述点阵网中的节点。
14.根据权利要求12所述的用于便携式终端的感应式键盘，其特征在于，所述的感应面的灵敏度取决于所述点阵网的密度。
15.根据权利要求1所述的用于便携式终端的感应式键盘，其特征在于，所述的键盘区域具有背光。
16.根据权利要求1所述的用于便携式终端的感应式键盘，其特征在于，当光标在便携式终端的显示装置上移动，从而导致菜单条目的滚动时，便携式终端产生声音反馈。
17.根据权利要求1所述的用于便携式终端的感应式键盘，其特征在于，所述的便携式终端为手机。
18.一种控制便携式终端感应式键盘的方法，其特征在于，将至少一个感应单元设置在便携式终端键盘区域形成感应面；
采用一感应物在所述的感应面上滑动，从而使所述感应物的运动轨迹通过感应单元产生多维坐标数据；
便携式终端的微处理器对所述运动轨迹产生的多维坐标数据进行处理，并转化为光标在便携式终端的显示装置上的移动，从而控制菜单条目的滚动；按压按键选择所需菜单条目。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述的菜单条目的滚动条数取决于运动轨迹的变化。
20.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述的运动轨迹为线性。
21.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述的运动轨迹包括连续圆形、连续椭圆形、或连续螺旋形。
22.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述的菜单条目的滚动是线性的。
23.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述的菜单条目的滚动是曲线性的。
24.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述的菜单条目的滚动速度是运动轨迹速度的函数。
25.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述的菜单条目的滚动速度是运动轨迹加速度的函数。
26.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，至少部分菜单条目同时出现在显示屏上。
27.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，所述同时出现在显示屏上的菜单条目中的一个菜单条目在显示屏上被标示与众不同。
28.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，在所述感应面上设置圆形或椭圆形的机械槽，从而引导所述感应物的运动轨迹为连续圆形或椭圆形。
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