CN101409164A - 按键及使用该按键的键盘 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种按键，该按键包括：键帽；底板，内部设置有底板电路；浮动固定结构，用于向键帽施加作用力以沿垂直方向浮动固定键帽；一组触杆，设置于底板内并位于键帽的下方；弹簧体，位于键帽的正下方，该弹簧体的自然状态高度高于触杆。其中，当键帽被垂直或斜向按下时将推动一组触杆中的不同触杆，从而触发底板电路生成不同的信号。采用上述按键的键盘能减少按键数量，从而减小键盘的总面积、降低厚度。

Description

按键及使用该按键的键盘

技术领域：

本发明涉及一种计算机系统的键盘输入设备，尤其是既能用于笔记本又能用于台式机的键盘的按键，以及此按键工作过程中的信号识别方法。

背景技术

键盘一直是用于计算机系统的重要的输入设备，键盘的按键个数和布局也经历了从早期的83键键盘到后来的101键盘，104键盘，104键盘一度成为业界标准，后来在104键盘的基础上又增加了三个电源控制键：“电源”、“睡眠”、“唤醒”键，成为107键盘，随着软件应用的发展，键盘按键仍有增加的趋势，特别是多媒体应用的发展，各厂家都推出了带多媒体控制，如音量控制、视频控制等按键的键盘，但却没有统一的标准，不仅给用户使用带来了不便，还增加了生产的成本。

近年来，随着笔记本电脑的推广，迫切需要一种适于笔记本的键盘，此种键盘应具有总体面积较小，厚度较薄的特点，而每个按键的占用位置大小应保持不变，因为过小的键距将难于使用，这样，按键数量的增长和总体面积的缩小便成为了极需解决的矛盾。

现在用于笔记本的键盘为了缩小总体面积，均舍弃了数字键盘，再通过键位复用来模拟一个数字键盘，所谓键位复用就是指一个键在不同输入状态下可以输入不同的信息，再设置一个状态转换键，图1示出了笔记本键盘部分键盘复用的键，如“U”键，在字母模式下用来输入“U”，在数字模式下用来输入“4”。

这样，在大量文字和少量数字混合时可以使用第一排字母键上方的数字键输入数字，在只输入数字时可以打开数字状态开关，用模拟数字键盘输入数字，但在实际应用中，往往会碰到文字和数字混合，且混合的数字还不少，此时就必须频繁使用状态切换键，且由于需要和台式机键盘保持使用习惯一致，此切换键只能位于不方便使用的边缘位置，因为台式机键盘方便使用的地方都已经安排满了，而且，在数字模式和字母模式下的基准键也不相同，在字母模式下中指的基准键是“K”，而在数字模式下为“5”，即“I”键。

另外，对于会计等经常使用数字键盘的用户，通过键位复用模拟的数字键盘更是不便，用户不得不使用专门的外接数字小键盘，但这无疑增加携带和使用上的麻烦。

还有，即使使用了键位复用，笔记本键盘由于空间的限制，还有许多和台式机键盘不同的地方，给既使用台式机又使用笔记本电脑的用户带来了使用上的不便，图2示出了台式机键盘和笔记本键盘的编辑键区附近的按键布局，可见是大不相同的。

现有台式机键盘的键位布局也已经过饱和，有些常用键都使用困难，比如“退格”键，由于离手指基准位置较远，许多盲打不是很熟练的用户在使用“退格”键时往往要用眼睛看一下键盘才能打，降低了工作效率；还有些常用的符号，特别是中文符号在键盘上没有，也只能通过键位复有或软件键盘输入，另外要增加新的按键比较困难，比如欧元符号。

除了按键数量和键盘总体面积的矛盾，键程和键盘厚度也是个不小的矛盾，所谓键程是指用户按下按键过程中，按键顶部移动的距离，键程太短则影响手感，不但不舒服且容易疲劳，键程太长又阻碍了笔记本电脑向超薄化发展。

键盘的厚度除了和键程相关外，还和按键的结构悉悉相关，图3示出了现在通用的两种结构，左边为直滑式，右边为X架构式，其中001为键帽，即手指击键的部位，002为隔板，003为橡胶塞，004为底板，005为火山口结构，006为X架构式独有的剪刀脚，在直滑式键盘中，隔板和底板保证了橡胶塞不至于到处乱跑，同时隔板上的火山口结构保证了键帽不至于摇晃，击键时，橡胶塞产生变形，其底部中心具有一个突出，此突出接触底板上的电路开关后接通电路，产生按键信息，松开手指后，橡胶塞在弹力作用下恢复原状并弹起键帽；在X架构键盘中，橡胶塞的形态和作用相同，而保证键帽平衡的任务交给了剪刀脚。

不管哪种结构中，橡胶塞还都是保证手感良好的部件，手感除了和前面说的键程相关外，还和力度变化悉悉相关，在最初状态，橡胶塞为倒扣的碗形，其弹性较强(图4)，用户按下时感觉阻力逐渐增大(图7的“按下1”阶段)，手指继续按下，橡胶塞慢慢变形，当达到某个临界点时，橡胶塞中心会迅速塌陷，其弹力迅速变小(图7的“按下2”阶段)，而此时，底板电路并未接通(图5)，这一大一小的变化，用户会以为按键已经按下并停止击键，停止击键后手指在惯性作用下将橡胶塞变形到底(图6)并接通底板电路产生信号，然后抬起，橡胶塞在弹力作用下将键帽一起弹起，整个弹力变化过程见图7，可见，橡胶塞的生产至关重要，特别是变形后，即“按下2”阶段的弹力大小，若太大，则手指在惯性作用下无法接通底板电路开关；若太小，则在底板电路开关接通后，手指仍会在惯性作用下冲击键帽，久而久之，产生手指疼痛，且会导致弹起速度慢，因为弹起时的力度变化和按下时对称(图7的“松开”阶段)。

同时，橡胶塞也决定了键程，在键程相同的情况下，X架构的键盘厚度明显小于直滑式，所以，在现今的笔记本电脑中，绝大多数都使用了X架构的键盘，但可以肯定的是，X架构的键盘的厚度始终是大于键程的。

为了解决按键数量和键盘总体面积的矛盾，专利号为95107224.2的专利提出了一种既可以向正下方按，又在其前后左右侧面设置开关的按键，也就是说一个键可以产生多个信号，如果采用此种按键，产生同样多信号的键盘可以大大缩小，但此种设计是不能用于笔记本电脑的，因为，此种设计需要增加新的电路板(图8中004)，还要增加相应的橡胶塞，使按键的高度过高，无法应用于笔记本电脑，另外，此种键盘如果用于台式机时也有结构复杂、成本较高的缺点，因为新增加的电路板不能和原有电路板合在一起，不便于生产，且按键要前后左右扳动，则必须去掉“火山口”结构，去掉此结构后，在本来想“下按”操作时若用力不在按键正中，会产生“扳动”操作的结果，引起误操作。

在手机等小型化的设备中，同样存在按键数量和可用面积的矛盾，目前通常的解决方法为采用多向按键或多用按键，使一个按键能产生多个信号，图9示出了一种实施例，但这类按键只是使按键的不同部分对应不同的底板信号开关，用户使用时需用眼睛看清按键，再按压按键的不同部位以产生不同信号，所以，此类按键不适用于需要快速输入信息的场合，只适用于手机等手持设备。

发明内容

为了克服传统键盘按键的多少和需要输入的信号多少之间的矛盾，以及适应键盘微型化发展的需要，包括减小总体面积，降低厚度。本发明提供了一种按键，该按键包括：键帽；底板，内部设置有底板电路；浮动固定结构，用于向键帽施加作用力以沿垂直方向浮动固定键帽；一组触杆，设置于底板内并位于键帽的下方；弹簧体，位于键帽的正下方，该弹簧体的自然状态高度高于触杆。其中，当键帽被垂直或斜向按下时将推动一组触杆中的不同触杆，从而触发底板电路生成不同的信号。

根据一个实施例，在上述按键中，键帽中安装有在通电时产生磁场的键帽线圈或可以产生磁场的永磁体，且浮动固定结构包括：一磁场发生装置，设置于底板内，用以形成作用于所述键帽的作用力，以及一导电弹力元件，用于连接键帽与底板。此外，该按键中。还包括一手感控制电路，设置于底板中；一键盘控制器；以及一键盘存储器，用于存储一个二阶段值和一个弹起值，该手感控制电路与该键盘控制器及该键盘存储器相连接。其中，当键帽被按下并与弹簧体相接触时，手感控制电路被接通，键盘控制器根据存储在键盘存储器中的二阶段值控制磁场发生装置所生成的磁场大小；当键帽被松开并与弹簧体相分离时，手感控制电路被断开，键盘控制器根据存储在键盘存储器中的弹起值控制磁场发生装置所生成的磁场大小。

根据另一实施例，在上述按键中，键帽中安装有在通电时产生磁场的键帽线圈或可以产生磁场的永磁体或可以被磁场吸引的材料；浮动固定结构包括：一气压浮动元件，用于通过内部气体的气压浮动固定所述键帽；一磁场发生装置，设置于底板内，用以形成作用于键帽的作用力。此外，在该按键中，还包括一手感控制电路，设置于底板中；一键盘控制器；以及一键盘存储器，用于存储一个二阶段值和一个弹起值；手感控制电路与键盘控制器及键盘存储器相连接。其中，当键帽被按下并与弹簧体相接触时，手感控制电路被接通，键盘控制器根据存储在键盘存储器中的二阶段值控制磁场发生装置所生成的磁场大小；当键帽被松开并与弹簧体相分离时，手感控制电路被断开，键盘控制器根据存储在键盘存储器中的弹起值控制磁场发生装置所生成的磁场大小。在以上根据二阶段值控制磁场大小的步骤中，键盘控制器使磁场变弱，而在根据弹起值控制磁场大小的步骤中，键盘控制器使磁场变为最大。在以上根据二阶段值控制磁场大小的步骤中，键盘控制器使磁场变强，而弹起值为零。

此外，在上述按键中，上述一组触杆可由居中的一个中心触杆和位于中心触杆周围的多个外触杆组成。在这种按键中，键帽的底部中央具有一突起，该突起的大小与中心触杆相接近，其中当键帽被垂直按下时，突起垂直推动中心触杆，而当键帽被斜向按下时，键帽只推动外触杆之一。

此外，在上述按键中，上述一组触杆可仅包括设置于与键帽中心相对应的位置四周的多个外触杆。

本发明同样适用于某些光电键盘，比如有的光电键盘和普通键盘的工作原理基本相同，只是将底板电路改成光路，接通电路的过程变成遮挡光路光线的过程。

本发明的有益效果是：解决了键盘按键的多少和需要输入的信号多少之间的矛盾，增大了键盘的信号输入量，减小了键盘总体面积，降低了键盘厚度，使传统键盘的主键区和数字键区完美的相结合，使多媒体控制更容易，使键盘操作更容易和高效，使键盘的手感更好，且不同用户可以根据需要对手感作适当调整。

附图说明

包括附图是为提供对本发明进一步的理解，它们被收录并构成本申请的一部分，附图示出了本发明的实施例，并与本说明书一起起到解释本发明原理的作用。附图中：

图1和图2示出了现有技术的键盘排布。

图3、4、5、6分别示出了现有技术的按键的结构示意图。

图7示出了现有技术的按键的弹力与时间的曲线图。

图8和9示出了现有技术的按键的示意图。

图10示出了根据本发明的按键的弹力与时间的曲线图。

图11示出了根据本发明一个实施例的按键的结构示意图。

图12示出了图11所示按键的另一状态。

图13和14示出了两种信号线路分布方式。

图15示出了一种矩阵扫描电路的结构示意图。

图16示出图15的电路的不同状态。

图17和18示出了本发明的按键的不同使用状态。

图19示出了图18状态下的按键受力分析图。

图20分别示出了另一使用状态及其受力分析图。

图21～23示出了根据本发明一个实施例的按键结构。

图24详细示出了触杆结构。

图25示出了球形触杆的实施例。

图26、27、28、29分别示出了按键的其它变型。

图30是示出按键内部结构的俯视图。

图31和32示出了弹力膜。

图33是按键内部的气压浮动结构的示意图。

图34示出了一种可伸缩结构的网格。

图35示出了按键的受力方式。

图36、37和38示出了根据本发明的不同键盘排列方式。

图39～45示出了根据本发明的不同按键信号识别方法。

具体实施方式：

图11示出了根据本发明的按键的一个实施例。如图11所示，该按键包括键帽1、弹力绳2、网格3、底板4、底板电路5、外触杆6、中心触杆7、底板线圈8、底板铁芯9、弹簧体10、键帽线圈11、键帽铁芯12、键帽导体13、网格内导线14。

在该实施例中，键帽1内设置有在通电时产生磁场的键帽线圈或可产生磁场的永磁体。底板4内设置有一磁场发生装置。弹力绳2连接上述键帽1和底板4。通电时，底板4内的磁场发生装置形成磁场，从而形成对键帽1的斥力。

在另一实施例中，键帽1内设置有一通电时产生磁场的键帽线圈或产生磁场的永磁体或可以被磁场吸引的其它材料。底板4内同样设置一磁场发生装置。但在该实施例中，键帽1是通过一气压浮动元件支撑的，且在该实施例中所述磁场发生装置产生的磁场对键帽1形成的是吸引力。图33详细示出了气压浮动元件的结构。其中，图33示出了并排设置的三个按键的剖视图。每个按键下方都设置不透气的弹力膜EF。且键盘上所有按键键帽下方的弹力膜EF与键盘底板构成一密封体。而对于每个按键来说，其弹力膜EF所包含的空气可经其网格GR流入周围的其它按键的弹力膜所容纳的空间中。由于整体上键盘下方的弹力膜是密封的，因此上述弹力膜能通过内部气压对每个按键给予支撑。

此外，在上述按键的底板中还包括手感控制电路、一键盘控制器以及用于存储一个二阶段值和一个弹起值的一键盘存储器。其中，当键帽1被按下并与弹簧体10相接触时，手感控制电路被接通，键盘控制器根据存储在键盘存储器中的二阶段值控制磁场发生装置所生成的磁场大小。当键帽1被松开并与弹簧体10相分离时，手感控制电路被断开，键盘控制器根据存储在键盘存储器中的弹起值控制磁场发生装置所生成的磁场大小。

此外，在图11所示的实施例中，包含一中心触杆7和若干外触杆6，但不设置中心触杆7也是可以的。

如图11所示，在弹起状态，底板线圈8直接通过底板电路5供电产生磁场，键帽线圈11通过导电弹力绳2、网格内导线和底板电路相联，产生磁场，并和底板线圈产生的磁场作用，产生斥力，使键帽抬升。

在使用时，当用户在键帽正中向下按到一定程度时，键帽导体13和弹簧体10接触(图12)，接通底板手感控制电路，然后键盘控制器通过调整磁力电路的电力来改变底板线圈磁场强度，减弱用户按下的阻力，然后用户停止用力，但在惯性作用下，键帽继续向下按压中心触杆7，然后中心触杆7接通底板信号电路，产生按键信号。

在说明接通的具体过程前，需要先了解信号电路的分类，分为：直接式和矩阵扫描式。以16键键盘为例，图13采用了直接式，每个键有自己专门的线路，当接通某个开关时，控制器可以直接得出按键信息，也就是说，有N个按键，控制器就需要N个接口线。图14采用了矩阵扫描式，将开关按矩阵排列，同一排(列)的开关的一端联到一个接口线上，在只有N个接口的情况下，采用矩阵扫描式可以产生N×N个按键信息，在扫描按键信息时，又有两种方法，一种是行(列)扫描法，一种是线反转法。

行(列)扫描法在硬件上要求联接行线(列线)和列线(行线)的端口一个为输出端口(如图14中的端口1)，另一个为输入端口(如图14中的端口2)，若都是双向端口也行，其方法是：先向所有行线(列)输出全0，从列线输入检测是否有某列为0状态，若有则说明有键按下，开始行扫描。扫描时先向第一行输出0，其它行输出1，从列线输入检测是否有某列为0状态，若无则扫描下一行。扫描至某行时从列线输入检测有某列为0状态，则该键的行、列位置便可确定。

线反转法在硬件上要求所有端口均为输入输出双向端口，其方法是：先向所有行线输出全0，从列线输入检测是否有某列为0状态，若有则说明有键按下，记录此列状态；然后向所有列线输出全0，从行钱输入必有某行为0状态，记录此列状态。根据行状态和列状态，按键的行、列位置便可确定。

确定行列位置后，再根据一张行列信息和输出信息的对照表输出信息，此对照表可以存在于键盘内部的存储器中，若要使键盘输出不同的信息，只需要修改此对照表即可，然后还要和上次接通状态进行比较，若不相同则输出按键信息，此时的输出信息为“通码”，即按键接通产生的，产生通码后应将通码或其行列号保存于键盘内存储器中，在以后的扫描中若检测到相同位置行列线断开，应产生相对应的“断码”。

由于节省端口和通用性强，所以，在按键较多的计算机键盘中，基本都是使用矩阵扫描电路。在实施上，矩阵扫描电路通常是将行(列)扫描线和列(行)扫描线分别做在两张薄膜的内表面上，再在两张薄膜中间垫上一张带孔的绝缘膜，孔和需要接通的电路触点对应，如图15所示，其中1为薄膜，2为印刷电路，3为小孔，在没有外力作用下，上层电路和下层电路不联通(图16)，当用户按下按键时，触杆装置使上面薄膜变形，接通电路(图16)，本发明采用同样的三层膜结构，所不同的是，在顶层膜上，不仅内表面印刷有信号电路，外表面(即上表面)同样印刷有电路，即手感控制电路和磁力电路，且同样采用矩阵电路；

矩阵扫描式程序在实施上还有细节处理过程，本发明也采用传统方法，主要有两个方面，一是去噪，在某些触点电路中，行列电路的联通由于触点不可能做得绝对光滑，有一个很快的时断时通的过程，然后才会处于稳定状态，若在时断时通时不采取措施，按一个键会输出多个信号，常用的方法有硬件法和软件法，硬件法是在行列线上联上去噪电路，软件法则是通过延时一个很短的时间，在延时期内断开电路不算松开按键，此时间通常为10ms左右；二是处理按键冲突，采用矩阵电路的键盘虽然有节省端口的优点，但其靠行列位置来确定按键的方法在同时按下多个键的时候会产生一个问题，即按下的三个或四个键若呈矩形分布，则无法区别，如按下键A(行1列1)，键B(行1列2)，键C(行2列1)，或键A，键B，键D(行2列2)，或ABCD同时按，其检测结果都为行1、2和列1、2联通，此时的处理方法有屏蔽法，即出现此种情况不产生任何信号，或默认法，即设置一个默认值，如ABC键，当按下ABD键或ABCD键都输出ABC键值。

除了细节处理，键盘通常还提供一种“机打”功能，即持续按下某个键超过一定的时间，键盘以一定的频率重复地产生此键的“通码”直到用户松开按键，本发明同样可以使用机打功能，其方法和传统键盘相同。

在使用时，在很多情况下，用户都可能不是从正中位置向下按(图17)，键帽导体仍然可以和弹簧体接触，但接触时键帽处于倾斜状态，键帽两侧的弹力绳产生程度不同的形变，当磁力变化后，键帽向上翘起部分的弹力绳由于变形程度大，于是产生更大的拉力，使键帽在向下的过程中重新趋于水平。

除了“按键”操作外，还可以进行“拨动”操作，即向一个斜下方位置(如左下)按下后，还需要向其相对的方向(如右下)操作时，不需要抬起手指再按，只需直接在键帽按下的状态再水平移动键帽即可，其力度变化仍分两个阶段，第一阶段，如图18所示，上下线圈没有正对齐，其斥力应该是斜向上方，忽略一些较小的力如弹簧体的弹力，其受力分析如图19所示，不管在垂直还是水平方向上，由磁场产生的斥力都为手指的阻力；第二阶段，如图20所示，在水平方向上，磁场斥力已经变为动力，此时，用户便可以知道“拨动”操作已完成。

图21示出了本发明的斥力弹起、复按独用式键盘的实施例的立体结构图，图中底板线圈和底板铁芯为圆环形，但在实际应用中可以为一切环形；其中中心触杆7被铁芯不完全固定，使其在基准位置可以轻微向下按(触杆按下示意图见图22)，不可以向上移动，其顶部可以是平的，也可以是中间高、四周低的结构，比如圆锥或球形。

其中，6为外触杆，连接装置15将其全部相连，并被线圈不完全固定，使其在基准位置可以被轻微向下按，不可以向上移动，也可以不使用连接装置，而使用和线圈相连的触杆圈(图23中16)固定；另外，不管是外触杆还是中心触杆，都可以使用图24所示的固定结构，在线圈和触杆圈顶端粘贴一片不易磨损的有一定弹性的薄膜，其弹力应小于底板电路顶层薄膜的弹力，在触杆对应的位置及稍大一点的范围不使用粘合胶，这样，触杆可以简化为标准的柱形，而不是下端有部分膨胀的柱形，图24中，17为触杆顶薄膜，18为粘合剂层；

因为键帽不仅可以从上往下按，还可以“拨动”操作，为保证“拨动”操作时也能平滑地按下触杆，所以外触杆顶端可以是中间高、四周低的结构，也可以是向线圈外部的方向高，向线圈中心的方向低的结构，同样的理由，键帽的底部四边也应制作较小的圆角(图11中13)，更好的，键帽底部可使用摩擦系数较小的材料，或使用球形触杆(图25)；

图21中10为弹簧体，其弹力较小，构成弹簧体的金属丝较小，由于“拨动”操作的存在，其金属丝应为不易磨损的材料或在其顶部连接一圈较粗的金属丝；

弹簧体位于底板线圈和底板铁芯的空隙之间，由于按键可以斜下方按，弹簧体可能产生变形(图26)，此变形和键帽底面和弹簧体间磨擦力大小有关，所以键帽底板应为磨擦系数较小的材料，另外，底板线圈和底板铁芯间的空隙应为底小上大的结构。

复按式键盘内底板线圈和底板铁芯高度相同，其键帽的宽度W应小于2倍中心触杆和外触杆的距离L，并大于中心触杆和外触杆的距离L(图27)，外触杆和中心触杆之间的距离也可以做适当调整，若是共用式，则内外触杆间距为二分之键距S，即外触杆可以位于网格内。

单按式键盘若底板线圈和底板铁芯高度相同，则其W应略小于L，这样会引起键帽较小，“斜击键”操作角度过大，所以，单按式键盘可采用如图28所示结构，在键帽底导体中心做一个略粗于触杆的突起并使用圆角以方便“拨键”操作，底板铁芯高度略低于底板线圈，其高度差为键帽突起的高度；外触杆和中心触杆之间的距离也可以做适当调整，若是共用式，则触杆间距为二分之键距S，即外触杆可以位于网格内。

复按式键盘除了可以使用前面所说的结构外，还可以使用一种无中心结构，这种结构和普通结构的不同之处在于省略了中心触杆，底板铁芯可以做成实心，所有外触杆做为一个整体旋转45度，如将图23所示结构旋转45度再去掉中心触杆，或者可以将底板线圈做成矩形，底板铁芯保持圆形，再在它们之间空出来的位置上布置外触杆和触杆圈(图30)。

本发明的斥力弹起、复按独用式键盘的实施例还可采用弹力膜结构，除网格、键帽稍有不同外，其余结构和弹力绳结构的实施例相同，在图29中，19为横弹力膜，20为纵弹力膜，均可导电，并分成纵横多条，由于主键区字母键有错位，纵弹力膜为多个矩形和平行四边形交错组成的形状(图31)；其宽度略小于键帽，避免短路。21为绝缘弹力膜，网格内导体14只有在网格边缘才有，这样，弹力膜在生产时可以整体成型(图29)，弹力膜从网格到键帽的位置是拉伸的主要位置，为使拉伸过程较缓和，可以做成波浪形(图32)。

本发明的压力弹起键盘的实施例和弹力膜结构的斥力弹起键盘结构基本相同，只是网格中间部分应可以通气，且其高度应比斥力弹起键盘稍高(图33)，太低会导致气流不畅，弹起速度缓慢；若键帽内使用电磁线圈，弹力膜仍为三层结构，若使用永磁体或铁片，则可简化为单层绝缘膜，另外，网格可做成可伸缩的结构，在充气后变高，增加气流速度，见图34，其中22为网格弹簧体。

“斜击键”和“拨动”操作增加了键盘的信号产生量，同时也要求键帽和手指间有更大的磨擦力，所以键帽顶应采用磨擦系数较大的材料或增加方便“拨动”的结构，如四周突起中间凹陷，另外小指所辖的键由于小指力度较小不方便“拨动”，但小指所辖键有不少为高频键，比字母键大，可使用如图34所示结构，将键帽线圈分两边放，这样可形成较大的凹陷结构，方便“拨动”。

为了更好的使主键盘和数字键盘结合，本发明的第三排字母键和第二排字母键错开的位置由传统键盘的1/2倍键距改为0-1/4倍键距，并将数字键盘和主键的基准键位统一(图36)，回车键的位置和形状也可以做如图所示调整，使在使用数字键盘时同样方便(图36)，还有，由于按键具有多向操作，可以将数字锁定键和面积较大的高频键合并，如上档键(图37)。

本发明的键盘布局方法为：每个键的正向下按设为字母键，斜向下按设置为编辑键，比如光标移动键，“HOME”，“END”，“PAGE UP”，“PAGE DOWN”，键等，和部分不常用的符号，这样既可以保证打字时的流畅，又可以使键盘总体面积大大缩小，且由于“斜向击键”操作具有对称性，这些键也往往是成对的，刚好可以将其对称分布。

另外，为进一步保证打字时的流畅，本发明还提供容错功能，具体工作过程见信号识别方法；为了提供更方便的多媒体控制功能，本发明提供一个多媒体开关键，此键和传统高频键，如“Caps Lock”键结合，更好地，可以配合此功能设置一多媒体信号灯，打开此功能后，位于键盘四周的键将成为多媒控制键，图37示出了其中一种实施例多媒体关闭时的状态，图38为多媒体打开时；为了进一步增大“斜向击键”产生的符号信号量，本发明还提供一种成对符号信号识别方法，具体过程见信号识别方法。

综上所述，本发明的特点在于：对键帽的固定采用中空的浮动固定结构，让键帽下方中空，键帽不仅可以向下按，还可以有一定的偏移，比如向左下方按，右下方按等，这样，一个按键可以产生多个信号，且不需要增加新的电路板，只需要在原有电路板上增加布线，解决了按键的多少和需要输入的信号多少之间的矛盾。

浮动固定结构可以是多条弹力绳结构，也可以是弹力膜结构。

键帽的弹起结构可以是斥力结构，也可以是气压结构，采用斥力弹起结构时既可以采用弹力绳固定结构也可以采用弹力膜固定结构；采用气压结构时则只能采用弹力膜固定结构。

采用斥力弹起结构的键帽中安装有永磁体或电磁线圈，若是电磁线圈，可以通过导电弹力绳或导电弹力膜供电，线圈中可安装铁芯等可增大磁场强度的材料；采用气压弹起结构的键帽中安装有永磁体、或电磁线圈、或可以被磁场暂时磁化的材料，如铁片，所有结构的键帽底部应有一导体，并和弹力绳或弹力膜相联。

不管何种结构的键帽下方对应的底板电路上安装有电磁线圈，并靠底板磁力电路供电，线圈中心有和线圈同高度的环形铁芯，并和线圈保持一定空隙，环形铁芯中心安装有一个可向下轻微活动的柱状或球状中心触杆，线圈外部安装有多个可向下轻微活动的柱状或球状外触杆，外触杆可以互相独立，也可以使用一环形结构相联，若是相互独立，则需要相应的固定结构来固定外触杆，中心触杆和外触杆高度均略高于电磁线圈。

线圈和铁芯的空隙中安装有一个弹力极小的弹簧体，此弹簧体自然状态高度略高于触杆，但在键帽浮动状态时不至于接触到键帽底，此弹簧体和底板的手感控制电路相联。

在底板上有一网状网格，用来划分各个键的区域，若键盘使用弹力绳，则弹力绳一端固定于键帽上，一端联结到网格上；若键盘使用弹力膜，则弹力膜覆盖整个网格，网格的每个小格对应的弹力膜中间再固定键帽；若键盘使用气压弹起结构，则底板、网格和弹力膜能组成一个密闭气室，但网格中的各个小格之间气体可以互相流动，且网格既可以采用固定厚度结构，也可以采用可变厚度结构；网格同时具有接通弹力绳(或弹力膜)和底板磁力电路的功能。

按照中心触杆和边触杆是否可以被同时按下，本键盘分为单按式和复按式两种；按照边触杆是被一个按键独用还是被多个按键使用，本键盘又分为独用式和共用式两种，若是触杆复用式，触杆可以固定于网格中。单按和复按，或者独用和共用，都可以混合使用，比如，在左右方向上为共用式，在前后方向上为独用式。

本发明的工作过程为：

斥力弹起结构键盘：在未通电时，键帽在自身重力作用下压缩弹簧体，由于弹簧体弹力极小，键帽和底板电磁线圈可以互相接触，此时，键盘的厚度也比较薄。

当通电时，键帽线圈(也可以是永磁体)和对应的底板线圈产生相斥的磁力，使键帽抬升，其抬升高度应使弹簧体接触不到为宜，当用户按下键帽时，由于磁场斥力的作用，用户感觉阻力比较大，当按到一定程度，键帽接触到弹簧体，接通手感控制电路后，键盘控制器改变相应的磁力电路使磁力减弱，减弱的程度可以靠存储于键盘存储器内的“二阶段值”控制，用户可以更改此值以调整手感，但其最小值必须可以使键帽弹起极小的距离，并触杆在此距离下可以断开底板相应信号电路，用户感觉阻力减小，认为键已经按下，然后在惯性作用下继续下按，直到按下触杆，触杆向下运动又联通底板信号电路，产生按键信号，用户向正下方按时会按下中心触杆，向边缘方向(如左下或右下)则按下外触杆。

若用户松开手指则按键信号消失，然后控制器检测到信号消失，则产生强斥力，另外，第二阶段的斥力还有产生“拨键”手感的作用，即键帽从一个非中心位置到另一个非中心位置的操作，如从左下到右下，在“拨动”的前段时间，斥力和手指用力相反，为阻力，在越过中心位置后则为动力，于是用户可以感觉“拨动”操作完成，且此斥力还可以减小“拨动”过程中的磨擦力。

气压弹起结构键盘：分为两种，一种为恒压式，一种为变压式，变压式键盘启动时有一个充气的过程，关闭时有一个放气的过程，其中间过程和恒压式相同，下面具体说明：

键帽在气压的作用下弹起，且弹簧体不接触键帽，当用户按下键帽到一定程度，键帽和弹簧体接触，联通手感控制电路，然后键盘控制器使底板线圈产生吸引键帽的磁力，吸引力平衡掉部分气体压力，用户感觉到按键已被按下，于是停止用力，键帽在惯性作继续向下，按下触杆，产生按键信号。

若用户松开手指则按键信号消失，然后弹起过程分两种情况，一是靠气压弹起，此过程不需要控制器干预，键帽内可以用永磁体或电磁线圈，也可以使用铁片；二是斥力加速弹起，控制器检测到信号消失，控制相应的磁力电路，使线圈产生强斥力，加速弹起过程，当键帽和弹簧体分开后，控制器检测到手感控制电路信号消失后去掉斥力，仍靠气压起弹起作用。

不管是斥力弹起结构的键盘，还是气压弹起结构的键盘，其力度变化基本相同，见图10，和传统键盘相比，其力度变化明显，手感干脆，且其手感可以调节，其弹起过程和按下过程力度变化不对称，具有更快的弹起速度；且除恒压式气压结构的键盘外，其它结构的键盘厚度均可以调整，其静止厚度为：键帽厚度+底板线圈厚度+底板厚度，且其键程不受静止厚度影响，这种特性极好的适应了笔记本电脑超薄化的发展趋势，并且同时可用于台式机，保持使用习惯一致。

以下对照附图详细描述本发明的工作流程和信号识别方法。

对于斥力弹起键盘，在以下流程前应有一个为所有线圈加电使所有按键弹起的初始化过程；在没有键按下时可以有一个节能程序，当超过一定时间仍然没有键按下，则使键盘进入休眠状态，在需要时再唤醒，处于休眠状态，所有线圈为关闭或最小功率状态，若为关闭状态，唤醒键盘需要在键盘外设置一个唤醒键，若为最小功率状态，则随便敲击键盘某个键可以唤醒键盘，只是由于处于最小功率状态，键程非常短。

适用于单按式键盘(除斥力加速压力弹起键盘)的信号识别方法见图39；先是轮询是否有新手感控制电路联通，是否有信号电路联通或断开，然后若有相应的动作，再进行相应的处理。其中的“是否有新手感控制电路联通”的检验方法和传统键盘产生通码的方法相同；对斥力弹起键盘，其中的“二阶段值”应为较小的斥力，其中的弹起值应为最强斥力；对压力弹起键盘，其中的二阶段值应为较强的引力，其中的“弹起值”应为零值，即关闭。

对于斥力加速压力弹起单按式键盘的信号识别方法和以上方法基本相同，只是在“产生通码”一步后面加上一步“使相应线圈磁力为加速值”，在“检测有无新手感控制电路联通”一步后面无论为“是”还是“否”的结果后面分别加上一步“检测有无新手感控制电路断开”，再在这两步后面的“肯定”结果后面加上一步“使相应线圈磁力归零”。

适用于复按式键盘的信号识别方法和单按式键盘略有不同，可将图39中虚线框中步骤替换为图40或41中内容，且适用于复按式键盘的行列位置和输出信号对照表中应包含分组信息，比如一个按键有“按下”“左下按”“右下按”三种操作，则此三个操作对应的行列号或输出信号应具有相同的组信息，然后在检测到联通信号变化时不马上产生通码，而是延迟一段时间看有没有同组的联通信息，然后根据联通情况组合产生通码，如对普通复按式键盘，若中心触杆和左触杆联通应产生“左下按”信息，对无中心结构的复按式键盘，若左上触杆和左下触杆同时按下为“左下按”信息，所有触杆同时按下，则为“按下”信息，对于断码，则不需延时，图40所示为直接延时法，图41为标志延时法。

打字容错功能的流程见图42，此功能首先需要一个打字状态标志位，当此状态值为“真”时，将产生的非中心通码和断码改为同组的中心通码或断码，若为“假”则不做更改。

大容量成对符号的输出流程见图43，此功能首先需要设置一个符号完成键和一个符号缓存，最好为堆栈形式，成对符号的单输入可采用输入完整的成对符号，再删除其中一个。

拨键操作处理流程：拨键信号处理指在拨键操作时会经过按下中心触杆，但通常情况是不需要此信息的，对于复按式键盘，其信号识别方法已经具备了此功能，对于单按式键盘，其信号处理流程见图44，为计时法，图55为检测法。

本领域技术人员可显见，可对本发明的上述示例性实施例进行各种修改和变型而不偏离本发明的精神和范围。因此，旨在使本发明覆盖落在所附权利要求书及其等效技术方案范围内的对本发明的修改和变型。

Claims (10)

1.一种按键，包括：

键帽；

底板，内部设置有底板电路；

浮动固定结构，用于向所述键帽施加作用力以沿垂直方向浮动固定所述键帽；

一组触杆，设置于所述底板内并位于所述键帽的下方；

弹簧体，位于所述键帽的正下方，所述弹簧体的自然状态高度高于所述触杆，其中

当所述键帽被垂直或斜向按下时将推动所述一组触杆中的不同触杆，从而触发所述底板电路生成不同的信号。

2.如权利要求1所述的按键，其特征在于，

所述键帽中安装有在通电时产生磁场的键帽线圈或可以产生磁场的永磁体；

所述浮动固定结构包括：

一磁场发生装置，设置于所述底板内，用以形成作用于所述键帽的作用力，以及

一导电弹力元件，用于连接所述键帽与底板。

3.如权利要求1所述的按键，其特征在于，

所述键帽中安装有在通电时产生磁场的键帽线圈或可以产生磁场的永磁体或可以被磁场吸引的材料；

所述浮动固定结构包括：

一气压浮动元件，用于通过内部气体的气压浮动固定所述键帽。

一磁场发生装置，设置于所述底板内，用以形成作用于所述键帽的作用力。

4.如权利要求2所述的按键，其特征在于，还包括

一手感控制电路，设置于所述底板中；

一键盘控制器；以及

一键盘存储器，用于存储一个二阶段值和一个弹起值；

所述手感控制电路与所述键盘控制器及所述键盘存储器相连接，其中

当所述键帽被按下并与所述弹簧体相接触时，所述手感控制电路被接通，所述键盘控制器根据存储在所述键盘存储器中的二阶段值控制所述磁场发生装置所生成的磁场大小；

当所述键帽被松开并与所述弹簧体相分离时，所述手感控制电路被断开，所述键盘控制器根据存储在所述键盘存储器中的弹起值控制所述磁场发生装置所生成的磁场大小。

5.如权利要求3所述的按键，其特征在于，还包括

一手感控制电路，设置于所述底板中；

一键盘控制器；以及

一键盘存储器，用于存储一个二阶段值和一个弹起值；

所述手感控制电路与所述键盘控制器及所述键盘存储器相连接，其中

当所述键帽被按下并与所述弹簧体相接触时，所述手感控制电路被接通，所述键盘控制器根据存储在所述键盘存储器中的二阶段值控制所述磁场发生装置所生成的磁场大小；

当所述键帽被松开并与所述弹簧体相分离时，所述手感控制电路被断开，所述键盘控制器根据存储在所述键盘存储器中的弹起值控制所述磁场发生装置所生成的磁场大小。

6.如权利要求4所述的按键，其特征在于，

在所述根据二阶段值控制所述磁场大小的步骤中，所述键盘控制器使所述磁场变弱，而在所述根据弹起值控制所述磁场大小的步骤中，所述键盘控制器使所述磁场变为最大。

7.如权利要求5所述的按键，其特征在于，

在所述根据二阶段值控制所述磁场大小的步骤中，所述键盘控制器使所述磁场变强，而所述弹起值为零。

8.如权利要求1所述的按键，其特征在于，

所述一组触杆由居中的一个中心触杆和位于所述中心触杆周围的多个外触杆组成。

9.如权利要求1所述的按键，其特征在于，

所述一组触杆仅包括设置于与所述键帽中心相对应的位置四周的多个外触杆。

10.如权利要求8所述的按键，所述键帽的底部中央具有一突起，该突起的大小与所述中心触杆相接近，其中，

当所述键帽被垂直按下时，所述突起垂直推动所述中心触杆，而当所述键帽被斜向按下时，所述键帽只推动所述外触杆之一。

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