CN101641665B - 键区 - Google Patents

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Abstract

一种薄键区，包括顶表面层、光导层、容性传感层和压电层，所述键区用于提供触摸输入、压力输入和触觉反馈。

Description

键区
技术领域
本发明涉及薄键区，尤其涉及包括电容传感器并提供触觉反馈的薄键区。
背景技术
移动装置变得更小并且同时更加复杂。
移动电话用户接口设计中的一个挑战是对于键区(keypad)的空间需求，以便与其他机械部件一起缩小。这在部件的厚度上尤其明显，因为设备被促使设计得更加细长。
移动电话用户接口设计中的另一个挑战是提供这样的用户接口，该用户接口直观、易学、以一致且可预测的方式表现、并且充分利用有限的操作面表面区域。用户接口需要提供足够数目的控制以便管理移动电话固有的复杂性，同时确保在任一时刻不会有过多的控制是对于用户的可用选项而由此造成混乱。
因此，本发明的一些方面旨在提供更适于满足这些相矛盾的需求的用户接口。
以上也适用于各种类型的移动装置，例如移动电话、PDA、音乐或多媒体播放器、照相机、导航装置，等等。
发明内容
在此背景下，本发明的目标是提供至少部分地达到上述需求的移动装置。
本发明的目标通过提供这样的移动装置来实现，该移动装置包括键区和处理器，所述键区包括顶表面层、在所述顶表面层之下的光导层、由所述处理器控制并耦合到光导的一个或多个光源、耦合到所述处理器的电容传感器，以及耦合到所述处理器的压电元件，所述电容传感器被配置为感知在所述顶表面层上的触摸接触和位置，并且所述压电元件被配置为感知施加到所述顶表面的压力。
电容传感器和光导的结合允许非常薄的键区构造，同时压电元件通过压力感知允许改进的对键击的判定。
优选地，压电元件被配置为使键盘振动。
处理器可以被配置为经由来自压电元件的信号来检测键击。
处理器可以被配置为通过基于检测到键击而激活压电元件来发送振动信号。
因此，可以对用户提供触觉反馈以指示键击已经被接受，由此增进用户信心，而无需像机械“点按”系统中那样的很大厚度，并且无需使用令人不适的嘟嘟声来确定键击。
顶表面层可以是单片的(monolithic)。因此，键区也可以用作触垫。
顶表面层可以包括多个分立的键。顶表面层可以是键罩。
可以由半导体层和绝缘顶表面层形成电容传感器的一部分。
本发明的另一目标是提供至少部分地达到上述需求的容性键区构造。该目标通过提供这样的容性键区构造来实现，所述容性键区构造包括至少局部对于光透明的电绝缘顶表面层，在所述顶表面层之下的电容传感器层，压电层，以及置于所述电容传感器层与所述压电层之间的电绝缘光导层。
所述电容传感器层对于高电压敏感。所述压电层使用高电压。通过将电绝缘光导层置于电容传感器层和压电层之间，光导层呈现第二功能，即将容性层与压电层电绝缘。通过将一个层用于两个功能，可以从键区省略一个物理层，并且所得到的键区的厚度被减小。
压电层可以包括压电传感器。压电层可以包括压电传动器(actuator)。
光导可以设置有浮凸光栅或微棱镜，以用于将光通过顶表面层耦合出来。
本发明的另一目标是提供至少部分达到上述需求的薄键区。该目标通过提供这样的薄键区来实现，所述薄键区包括至少局部透明的顶表面层、在所述顶表面层之下的光导层、耦合到光导的一个或多个光源，所述光导层被配置为以带有不同图形布局的至少两个模式通过所述顶表面层发射接收自所述光源的光，并且所述光导和所述一个或多个光源被配置为以上述至少两个模式中的一个选择性地发射光。
模式可以代表不同键区图标组。
所述光导可以被设置有浮凸光栅或微棱镜，以用于将光通过所述顶表面层耦合出来。
光导可以包括在两侧上带有绝缘膜的衍射光导片。
衍射光导可以包括用于提供多于两个的分立模式的多个层。
顶层可以包括多个分离的键。顶层可以是键罩。
键区可以包括置于所述光导层之下的带有多个活动圆顶的层。
键区可以进一步包括置于光导层和带有活动圆顶的层之间的、带有向下凸出的圆顶销的层。
顶表面层可以是单片的。
键区可以包括电容传感器，优选地，所述电容传感器的一部分由半导体层和绝缘顶表面层形成。
绝缘层可以由液体层形成。
绝缘层可以由折射系数基本上不同于光导的折射系数的层形成。
绝缘层可以由薄空气间隙形成。
本发明的另一目标是提供不具有或至少减少上述缺点的用于用户输入的方法。该目标通过提供与键区或触垫的用户输入和反馈的方法来实现，其中所述键区或触垫包括容性接触式传感器、压力传感器和传动器，所述方法包括利用来自所述容性接触式传感器的信号来确定对象在所述键区或触垫上触摸的位置，利用所述压力传感器来确定所述键区或触垫被触摸的压力，根据检测的位置和压力来接受用户输入，以及根据检测的用户输入通过激活所述传动器来向用户提供反馈。
与所述键区或触垫接触的低压力至中间压力的移动被解释为导航输入。
与所述键区或触垫接触的中间压力至高压力的基本上的非移动被解释为键击。
可基于检测到键击来激活所述传动器，用于向用户提供关于接受所述键击的触觉反馈。
可在检测导航输入期间激活所述传动器。
所述传动器的激活类型可取决于输入类型，和/或取决于其中使用输入的应用的类型，和/或取决于使用所述键区的装置的其他操作条件。
由详细描述，根据本发明的键区和移动装置的其他目标、特征、优点和属性将变得显而易见。
附图说明
在本说明书的以下详细部分中，将参考附图中示出的示例性实施例来更详细地解释本发明，其中：
图1是根据本发明实施例的移动装置的正视图；
图2是根据本发明实施例的键区的立视图；
图3是图2中示出的键区的分解图；
图5是图2至4中所示键区的变型的立视图；
图6a至6d示例性说明了图2至5中所示键区的各种图形布局；
图7至9通过截面侧视图和分解图示例性示出用于使用在根据本发明的键区中的光泄漏绝缘层的例子；以及
图10是示例性示出根据本发明实施例的方法的流程图。
具体实施方式
在以下详细描述中，将通过优选实施例来描述根据本发明的键区和移动装置。
图1以移动电话1的形式示例性示出根据本发明实施例的移动装置。移动电话1包括外壳2、显示器3、扬声器5、麦克风6(在图1中仅可以看见麦克风和扬声器的在外壳中的开口)和键区7。键区包括在此被示为数字键的适配部分9，以及带有导航键、软键和呼叫处理键的部分10。
显示器3、扬声器5、麦克风6和键区7以熟知的方式连接到移动电话1中的处理器(未示出)。
在图2中通过立视图并且在图4中通过分解图来示例性示出根据本发明的键区或触垫7的第一实施例。该板包括形成顶表面层的顶罩10。电容传感片11被置于顶罩10下方。上光导绝缘体层12被置于电容传感层11下方。光导层14被置于上光导绝缘体层12之下。光导层14可以形成一摞光导。下光导绝缘体层16被置于光导层14下方。
柔韧传动器层18被置于下光导绝缘体层16下方。
柔韧传动器层18由包括压电传动器和压电传感器的压电元件来形成。压电元件可以是一个压电条或环。压电传感器基于受到的应变来检测触摸力。柔韧传动器层18由传动支架层19来支撑。
键区或触垫7被置于设置有侧射LED 26的印刷线路板23上。印刷线路板可以是与将使用该键区的装置相集成的组件，例如移动电话1的印刷线路板。
柔韧传动器层18和传动器支架19提供触觉反馈并且改善键击判定准确性。柔韧传动器层被耦合到其中将使用键区或触垫的装置的处理器(未示出)。柔韧传动器层18的压电传感器部分记录用户施加的压力。在预定阈值之上的压力被认为是键击。在键罩或触垫上进行的键击的位置是通过来自接触式传感器的信号确定的，其中接触式传感器也被耦合到其中将使用该键区或触垫的装置的处理器。
基于检测到键击，处理器立刻激活柔韧传动器层15的传动器部分以向用户提供触觉反馈。该动作可以是被用户感觉为振动的重复模式。这样，当键击被记录时用户接收触觉反馈，该触觉反馈类似于对带有活动圆顶的键区的点按。
触摸感知(容性)和压力感知(压电)的结合以及使用力作为输入被用于提供可设计的反馈。电容传感器检测位置，而压电传感器提供“点按”并且提供振动反馈。这使得键区明显地更加自适应并且是可定制的触摸接口。
与键区或触垫相接触的低压力至中间压力的移动被解释为导航输入。与键区或触垫相接触的中间压力至高压力的基本上的非移动被解释为键击。对于低压力、中间压力和高压力的各种适合的阈值可以被预编程进装置的处理器中。
基于检测到键击传动器被激活，以向用户提供关于接受该键击的触觉反馈。传动器也可以在导航输入的检测期间被激活。
触觉反馈可以是振动信号或单次“点按”的形式。振动信号和点按的强度可以根据情况变化，并且例如可以通过其中使用用户输入的活动应用来确定，而非通过例如在被设置为室内或室外使用的装置的简档中的移动装置的状态来确定，以及通过移动装置的所有其他运行条件来确定。
在该组合的触摸和压力接口中，可以将接近用作激活功能，例如以便照亮或隐藏用户接口元件。位置传感器也可以被用于手写识别以及导航。用于传感的模拟脉冲可以用于放大地图或图像，以及用于滚动活动中的加速。
图形变化键区/触垫可以用于改变接口的输入模式，并且可以在键区被用作触垫时——例如在绘图或导航时——被隐藏。压电反馈可以根据用户偏好、使用环境(室内或室外)应用(绘图提供不同于键按压或键击的振动模式和质量)来设计。
由耦合出的光形成的键区布局是第二实施例，其经由在不同方向上的侧射LED 26的激活来举例说明第一实施例。光导层16被堆叠用于多于两个的不同模式。
如在第一实施例中那样，键区或触垫10充当系统的外表面，并且附加地抑制周围的光造成的干扰。通过色彩过滤器和扩散层来最小化周围光的影响，其中色彩过滤器通过吸收周围的光来增强图标的可见度，而扩散层将输出的光导向最佳角度。因而，光不是被任意发射的，而是以电话操作者的视角发射。额外地，扩散层吸收周围的光。此外，系统合并有周围光传感器(未示出)，其根据主要的周围照明来控制键区光发射强度。
顶表面层可以是透明塑料或玻璃窗口。可在顶表面层的底部应用氧化铟锡层。顶表面层10与容性层11结合形成他们下方的接触式传感器，接触式传感器通过电容性测量来确定顶表面层的触摸位置。容性层对用于压电元件的高电压敏感。光导层14使容性层11与压电元件电绝缘。因此，光导层承担两个功能，并且因而根据本实施例的键区可以具有薄结构。
从LED 26发射的光被耦合到光导14。光导的边缘被斜切以便为光进入光导14提供最佳的输入角度。顶表面层10至少局部地透明，并且包括扩散层。顶表面层10还合并有用于减少周围的光的干扰影响的一个或多个层。
光导14设置有浮凸光栅或微棱镜(未示出)，用于将光从光导耦合出来。耦合出的光被浮凸光栅或微棱镜向上引导，并穿过键罩10(或触垫)，并遇到顶表面层10中的扩散层。扩散层以最佳角度将发射的光重定向到电话操作者的视野中。
浮凸光栅或微棱镜被安排为使得光以预定的图形布局——例如对应于键印记的图形布局，包括图标、字母、数字、或用于标识键的任何其他符号——离开光导。为每一列提供一个LED 26，为每一行提供一个LED 26。浮凸光栅或微棱镜被安排为使得根据被激活的LED 26的方向，通过顶表面层可以看到至少两个不同的图形布局。
在本实施例中，此时仅一个图形布局可见，但是允许若干图形布局同时可见也是可行的。
在图6a至6d中示例性示出这样的不同图形布局的例子。在图6a中，LED 26被激活以致显示数字键区。在图6b中，LED 26被激活以致显示带有字母的键区，在图6c中LED 26被激活以致显示音乐播放器键区，并且在图6d中LED 26被激活以致显示导航图标。
光导14层包括具有高质量光特性的衍射塑料片，例如PMMA箔。该片具有浮凸在其表面上的光栅，用于将光从光导耦合出来。衍射光导14层可以包括多个层，以便提供多于两个的单独键区布局。每一层专用于不同应用键。工作准则基于光栅密度与能够通过该光栅的光波长(色彩)的相互关联。光栅模式可以用微棱镜来代替，微棱镜可以通过与光栅相同的制造方法来生产。微棱镜允许发射白光的LED的使用。
绝缘膜被置于光导14的两侧。上绝缘膜或层12和下绝缘膜或层16使灵敏的衍射光导避开灰尘和湿气。绝缘膜可以由具有低折射指数的材料制成，例如AF聚合体。
键罩或触垫10充当系统的外表面，并且附加地抑制由周围的光造成的干扰。通过色彩过滤器和扩散层来最小化周围的光的影响，其中色彩过滤器通过吸收周围的光来增强图标的可见度，而扩散层将输出的光导向最佳角度。因此，光不是被任意发射的，而是以电话操作者的视角发射。另外，扩散层吸收周围的光。
此外，在实施例中，系统合并有周围光传感器(未示出)，其根据主要的周围的照明来控制键区光发射强度。
由耦合出的光形成的键区布局是第一实施例的替换方案，其经由各种侧射LED 26的激活来举例说明第一实施例。
可以以若干方式来最小化光泄露。下面的例子适用于以上实施例中的每一个。
根据图7中示出的一个例子，通过与光导层16相接触的膜12、16来最小化光泄露。光导层16的两侧都设置有这样的膜12、16，即该膜具有基本上不同于光导的折射指数的折射指数，因而来自光导的光泄露被最小化。
根据图8示出的另一例子，通过具有这样的表面模式的膜来最小化光泄露，该表面模式在光导层14与其上和下绝缘层12、16之间提供小间隙。在光导和绝缘层之间的间隙中的空气具有的折射指数基本上不同于光导的折射指数，因而来自光导的光泄露被最小化。
根据图9中示出的又一例子，由光导层14上部和下部上的液体层12’和16’来最小化光泄露。液体是陷入光导层14之上和之下的狭窄空间中的凝胶体。凝胶体的折射指数基本上不同于光导的折射指数，因而来自光导的光泄露被最小化。
图10示例性示出根据本发明实施例的通过键区或触垫来接受输入的方法。该方法开始于步骤10.1。在步骤10.2，利用容性接触式传感器来确定对象触摸键区或触垫的位置。来自容性接触式传感器的信号例如被传送给使用键区或触垫的设备中的处理器。在步骤10.3，利用压电压力传感器来确定垫被触摸的压力。来自压电压力传感器的信号也被传送给使用键区或触垫的设备和处理器。两个信号可以被基本上同时传送给处理器，从而使得可以基本上同时确定触摸的位置和压力。当位置和压力匹配由活动的应用确定的某些标准和可以预先编程的其他标准(例如最小压力)时，在步骤10.4中，设备中的处理器将接受用户输入。基于对用户输入的接受，处理器在步骤10.5激活传动器以向用户提供触觉反馈。该激活可以取决于记录的输入的类型、活动的应用的类型以及可以预先编程或预先确定的其他因素。步骤10.5之后，过程返回10.1，并且重新开始。
本发明具有诸多优点。不同实施例或实施方式可以产生以下优点中的一个或多个。应注意，这不是穷举列表，可以有在此未描述的其他优点。本发明的一个优点是允许非常薄的键区结构。本发明的另一优点是提供了可以具有不同布局的自适应键区。本发明的又一优点是提供了提供有触觉反馈的键区。本发明进一步的优点是提供了最小化来自键区中的光导的光泄露的安装。
在权利要求中使用的术语“包括”并不排除其他元素或步骤。权利要求中使用的术语“一”或“一个”并不排除多个。
虽然在前述说明书中尽力引起对被认为是特别重要的本发明的特征的注意，但应理解申请人要求以上提到和/或在图中示出的任何可授权特征或特征的结合有关的保护，不论是否对其进行了特别强调。此外，应理解，本领域的技术人员基于对本公开的考虑，可以在下述权利要求阐述的范围和精神内对装置进行修改和/或改进。

Claims (37)

1.一种移动装置，包括键区或触垫，以及处理器，所述键区或触垫包括顶表面层，在顶表面层下方的电绝缘光导层，由所述处理器控制并且耦合到光导的一个或多个光源，耦合到所述处理器的电容传感器，以及耦合到所述处理器的压电元件，其中，所述电绝缘光导层置于电容传感器和所述压电元件之间，所述电容传感器被配置为感知在所述顶表面层上的触摸接触和位置，并且所述压电元件被配置为感知施加到所述顶表面的压力。
2.根据权利要求1的移动装置，其中，所述处理器被配置为经由来自所述压电元件的信号检测键击。
3.根据权利要求2的移动装置，其中，所述处理器被配置为基于检测到键击而激活所述压电元件。
4.根据权利要求3的移动装置，其中，所述压电元件被配置为使所述键区振动。
5.根据权利要求1的移动装置，其中，所述顶表面层是单片的。
6.根据权利要求1的移动装置，其中，所述顶表面层包括多个分立的键。
7.根据权利要求6的移动装置，其中，所述顶表面层是键罩。
8.根据权利要求1的移动装置，其中，所述电容传感器的一部分由半导体层和绝缘顶表面层形成。
9.根据权利要求2或3的移动装置，其中，所述压电元件包括压电传感器和压电传动器。
10.根据权利要求1的移动装置，其中，所述电绝缘光导层被配置为以带有不同图形布局的至少两个模式穿过所述顶表面层发射从所述光源接收的光，并且所述光导和所述一个或多个光源被配置为选择性地以所述至少两个模式中的一个发射光。
11.根据权利要求10的移动装置，其中，所述模式代表不同键区图标组。
12.根据权利要求10的移动装置，其中，所述光导设置有浮凸光栅或微棱镜，用于穿过所述顶表面层将光耦合出来。
13.根据权利要求12的移动装置，其中，顶层包括减少周围的光的折射的层。
14.根据权利要求10的移动装置，进一步包括在光离开所述电绝缘光导层的路径中的扩散层。
15.根据权利要求11的移动装置，其中，所述键区图标被安排为带有行和列的网格。
16.根据权利要求15的移动装置，其中，光源被耦合到所述行中的每一个，并且被耦合到所述列中的每一个。
17.根据权利要求1的移动装置，其中，所述处理器被配置为使用来自所述电容传感器层的信号来检测接近所述键区或触垫的对象。
18.根据权利要求17的移动装置，其中，所述处理器被配置为当检测到对象在所述键区或触垫附近时照亮用户接口元件，否则使其隐形。
19.根据权利要求1的移动装置，其中，所述处理器被配置为将来自所述电容传感器层的信号用于手写输入、绘图输入或导航输入。
20.根据权利要求9的移动装置，其中，所述压电传动器被配置为提供振动反馈。
21.根据权利要求20的移动装置，其中，所述处理器被配置为根据所述移动装置的状态来调整振动反馈。
22.一种容性键区，包括：
电绝缘顶表面层，其至少局部对于光透明，
在所述顶表面层之下的电容传感器层，
压电层，以及
电绝缘光导层，其置于所述电容传感器层与所述压电层之间。
23.根据权利要求22的容性键区，其中，所述压电层包括压电传感器。
24.根据权利要求22的容性键区，其中，所述压电层包括压电传动器。
25.根据权利要求23的容性键区，其中，所述压电层包括压电传动器。
26.根据权利要求22的容性键区，其中，所述光导设置有浮凸光栅或微棱镜，用于穿过顶表面层将光耦合出来。
27.根据权利要求22至26中的任意一个的容性键区，所述电绝缘光导层进一步包括在光导层之上的上光导绝缘体层和在所述光导层之下的下光导绝缘体层。
28.根据权利要求27的容性键区，其中，一部分所述绝缘体层的折射指数不同于所述光导的折射指数。
29.根据权利要求27的容性键区，其中，分别在上光导绝缘体与光导之间和下光导绝缘体与光导之间形成窄间隙。
30.根据权利要求27的容性键区，其中，在上光导绝缘体层与光导之间和下光导绝缘体层与光导之间放置有液体凝胶层。
31.一种用于通过键区或触垫的用户输入和反馈的方法，所述键区或触垫包括容性接触式传感器、压力传感器、电绝缘光导层和传动器，其中，所述电绝缘光导层置于容性接触式传感器和所述压力传感器之间，所述方法包括：
利用来自所述容性接触式传感器的信号来确定对象在所述键区或触垫上触摸的位置，
利用所述压力传感器来确定所述键区或触垫被触摸的压力，根据所检测的位置和压力来接受用户输入，以及
根据所检测的用户输入通过激活所述传动器来向用户提供反馈。
32.根据权利要求31的方法，其中，与所述键区或触垫接触的低压力至中间压力的移动被解释为导航输入。
33.根据权利要求31的方法，其中，与所述键区或触垫接触的中间压力至高压力的基本上的非移动被解释为键击。
34.根据权利要求33的方法，其中，基于检测到键击而激活所述传动器，以用于向用户提供关于对所述键击的接受的触觉反馈。
35.根据权利要求31至34中的任意一个的方法，其中，在导航输入的检测期间激活所述传动器。
36.根据权利要求34的方法，其中，所述传动器的激活类型取决于输入类型，和/或取决于使用输入的应用的类型，和/或取决于使用所述键区的装置的其他操作条件。
37.根据权利要求35的方法，其中，所述传动器的激活类型取决于输入类型，和/或取决于使用输入的应用的类型，和/或取决于使用所述键区的装置的其他操作条件。
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