CN101908874A - 具有机械触感的电容式数据输入装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有机械触感的电容式数据输入装置，例如键盘，包括机械部分和电容感应部分，其中机械部分位于电容感应部分之上，所述机械部分中的各个键分别与所述电容感应部分中的各个键一一对应，使得通过机械操作机械部分的键能够触发电容感应部分的相应键。本发明不仅能够提供给用户以传统的机械触感，从而帮助用户快速且精确地定位，提高操作效率，避免误操作；同时由于所述机械部分只执行机械反馈功能而无需执行电功能且可拆卸，使得本发明的数据输入装置易于清洁和杀菌，而且可以制作得薄且可靠。

Description

具有机械触感的电容式数据输入装置

技术领域

本发明通常涉及数据输入装置，尤其涉及电容式键盘。

背景技术

目前，电容式触摸感应技术被广泛应用于各类电子产品中，例如笔记本型计算机、手机、电磁炉之类的家电产品、以及医疗设备等的输入设备(例如键盘)。如图1所示，其示意性地示出了电容式触摸感应按键的原理，由于人体可以视为一个人体电容，所以当手指接触面板时使得电路电容发生变化，最后由所产生的电压电平变化来指示相应键被接触。采用电容式触摸感应技术的输入设备不需要具有移动部件，从而是可靠的、耐用的、低功率损耗的。另外，由于这样的输入设备采用没有空隙的一体化的面板设计，从而使其不易受外界不利的操作环境条件(例如液体渗漏到设备内部而影响其中的电路板的工作)的影响，而且容易清洁。此外，这种类型的输入设备小型、重量轻、成本低。

然而，电容式触摸感应技术相对于传统机械技术虽然具有许多优点，但同时也存在着一些缺点。例如，当其应用于键盘输入装置时，由于其键盘是平坦的、刚性平板结构，所以其与传统机械式键盘相比较，缺乏按压按键的手指触感，从而不能给出明显的、实时的反馈。通常，在使用传统按键的情况下，打手机时，无需看着数字键即可确定数字键的位置；计算机上的键盘操作也是如此，可以实现盲打的快速便捷输入。但在使用触摸感应按键的情况下，则往往在关注其它信息时为了防止按错键而不得不将视线转移到键盘上，这妨碍了电容式触摸感应技术在许多领域中的应用。为了克服此缺陷，一些电容式感应输入装置采用光反馈，即，使用LED光接通和断开以指示键状态，或者采用声音的实时反馈。这两种反馈由应用软件模拟并配合硬件实现。但是有时由于运行应用软件要占用CPU资源，使得键反馈将被延迟，一方面，用户会以为刚刚按过的键没有被触发，从而会重复触摸动作，另一方面，所述应用软件在CPU空闲之后才给出所有每个动作的反馈，这会造成误操作及故障。还有，有时候用户没有正确地触发键，但却不能获得瞬时反馈以更正。另外，一些电容式感应输入装置还使用振动方法而给予反馈，这种方法不仅消耗功率而且不能帮助用户“盲操作”。

在医学领域，尤其用于急诊室或救护车中的医疗设备，要求易于清洁溅血和便于杀菌，这使得电容式感应技术得以应用。然而电容式感应键盘的上述缺点又使得其在紧急救护时的低效率操作或误操作甚至可能威胁病人的生命。

发明内容

本发明提供一种具有机械触感的数据输入装置，其不仅能够很好地防水、易于清洁，而且能够给用户以传统机械操作的触觉，便于用户使用和提高操作效率。

本发明的具有机械触感的数据输入装置具有机械部分和电容感应部分，其中机械部分位于电容感应部分之上。所述电容感应部分包括电容感应电路板和分布于其上的多个键区以及由电介质材料制成的覆盖该电路板和键区的外壳。所述机械部分包括多个键以及承载所述多个键的支架。所述机械部分中的键与电容感应部分中的相应键区一一对应，使得通过机械操作机械部分的键能够触发电容感应部分的相应键区。

根据本发明的上述数据输入装置，其中所述机械部分的键由具有导电性能的材料制作，例如导体、采用电镀等工艺实现导电性能的绝缘体等等。

根据本发明的上述数据输入装置，其中所述机械部分可以从电容感应部分拆卸下来，因此机械部分与电容感测部分可以单独清洗或杀菌。

根据本发明的上述数据输入装置，其中所述电容感应部分可以单独用作数据输入装置，使得本发明可以在更为广泛的情形下便于操作使用。

根据本发明的上述数据输入装置，其中所述电容感应部分包含按键区，所述机械部分包含与电容感应部分的按键区对应的按键，所述机械部分的按键通过弹性装置设置在支架上且与电容感应部分的外壳保持一定距离，使得用户按下按键时，该按键能够触发电容感应部分相应的按键区。

根据本发明的上述数据输入装置，其中所述电容感应部分包含滑动键区，所述机械部分包含与电容感应部分的滑动键区对应的滑动键

根据本发明的上述数据输入装置，其中所述电容感应部分包含旋转键区，所述机械部分包含与电容感应部分的旋转键区对应旋转键，该旋转键的键顶由可旋转的圆形凹陷壳体构成，且在所述圆形凹陷壳体内设置有一径向条，使得手指旋转该旋转键时，通过径向条触发电容感应部分的旋转键区。

根据本发明的上述数据输入装置，用作笔记本计算机、移动电话、日常电子设备、医疗设备的键盘，所述机械部分是不执行电功能的机械键盘结构，所述电容感应部分是电容感应触摸键盘结构。

本发明不仅可以给用户以机械触感，从而更好地帮助用户快速且精确地操作，避免误操作，而且还可以满足防水的要求，从而适于在一些不利的操作环境条件下使用。另外由于本发明的数据输入装置中的机械部分是纯粹的机械结构，所以它可以被单独地清洁及杀菌。

另外，由于本发明的数据输入装置中的机械部分可以从电容感应部分拆解下来，且没有它电容感测部分也可以作为独立的数据输入装置来工作，所以本发明的数据输入装置可以给用户提供两种使用方式：一种是小型且简单的电容式数据输入装置，另一种是具有传统的机械触感的电容式数据输入装置，从而使本发明可以在多种情形下使用。

另外，本发明的数据输入装置还具有结构薄、功率损耗低等优点。

附图说明

图1是表明现有技术的电容式键盘的工作原理的示意图；

图2是本发明的具有机械触感的电容式键盘的按键部分的截面示意图；

图3是根据本发明的具有机械触感的电容式键盘的滑动键部分截面示意图；

图4是根据本发明的具有机械触感的电容式键盘的旋转键部分的结构示意图。

具体实施方式

下面通过实施例进一步详细描述本发明，但本发明并不仅仅限于此。

为了使描述更为清楚，在本申请的具有机械触感的电容式数据输入装置中，电容感应部分的不同感应区域被称为“键区”，而机械部分的对应电容感应触摸键盘上各个键区的部件被称为“键”。

根据本发明的数据输入装置，例如键盘，包含两个主要组成部分，一个是具有可以独立使用的、完整的电容感应部分；以及安装在电容感应部分上的可拆卸的机械部分；该机械部分具有能够给用户提供机械触感及反馈的机械键结构，其包括与电容感应部分中的各个键区对应的机械键以及承载所述机械键的支架，通过操作机械键触发电容感应部分中的键区来执行电功能。使用该方案，可以向用户提供满足其要求的具有机械触觉反馈的小型、可靠及可清洁的数据输入装置。在根据本发明的上述数据输入装置中，所述电容感应部分如现有技术中的电容感应触摸键盘一样，包括具有多个键区的电容感应电路板以及分布于其上的由绝缘材料制成的覆盖该电路板和键区的外壳。所述机械部分中的键可以包括不同种类的键，例如按键(包括数字字母按键和功能键等)、旋转键、滑动键等。

根据本发明的上述数据输入装置，所述机械部分中的键由导体材料制作，用作手指与电容感应部分之间的介质，用以传递人体电容，同时提供机械反馈。另外，机械部分中的键也可以由导电性能一般的材料制作，例如，半导体、电的不良导体、或者漏电绝缘介质等。另外，也可以采用绝缘体制造键，但这时要采用电镀等工艺实现导电性能。所述机械键盘部分中的键盘支架由绝缘材料制作。所述电容感应触摸键盘中的外壳由绝缘材料制作。

根据本发明的上述数据输入装置，在电容感应部分中的各个键区上以及机械部分中的各个键上可以采用公知技术(例如通过丝网印刷或IMD(膜内装饰)工艺)印制数字、字母或者文字、图案等标识，以方便查找和操作或用于键盘背光照亮相应键，同时可以在机械部分的各个键上印制这些图案文字。

下面结合附图描述采用了本发明的数据输入装置的具有机械触感的电容式键盘，其中该机械触感的电容式键盘包括通用的键类型，例如，用作字母、数字键和功能键的按键、滑动键、以及转动键。

图2示出了根据本发明的具有机械触感的电容式键盘的按键部分的截面示意图。如图2所示，所述具有机械触感的电容式键盘包括电容感应触摸键盘20与设置在该电容感应触摸键盘20之上的机械键盘30。所述电容感应触摸键盘20包括电容感应触摸键盘的电路板22以及分布于其上的按键键区23、和覆盖所述电路板22和其上键区23的壳体21。所述机械键盘30包括多个按键33以及承载所述按键33的键盘支架31。为了清晰起见，图2中只示出了两个按键，左侧按键33示出未被按压时的状态，右侧按键33示出被按压时的状态。从图2中可知，按键33通过弹性装置设置于键盘支架中，其形状可以同于现有常规的机械按键的形状或者根据需要而采用其它便于操作的形状。当按键33未被按压时，其底部与电容感应触摸键盘20的壳体21保持距离t。该距离t与电容感应触摸键盘20的感应灵敏度等因素有关，其可以根据需要进行调节和设定。当手指按压按键33时，按键33向下运动，将人体的电荷通过按键33向下传递，以便感应与该按键33对应的电容感应触摸键盘20的电路板22上的键区23，其中所述按键33可以不必接触壳体21，只需向下运动至使电容感应触摸键盘20的相应键区被感应的位置即可。

图2所示的按键可以用来制作具有机械触感的电容式键盘中的数字、字母按键以及功能键。

对于图2中所示的按键33，由于其触发机制是电容变化，所以设置电容键感应的作用距离为适当的距离t。当用户的手指触摸按键33时，按键33给电容“充电”，但是因为存在距离t，该电容不能触发电容键区23；仅仅当按下按键33时，身体电容才被转换成有效的感应场并触发电容键区23。当用户的手指离开按键33时，按键33由于内部的弹簧部件32(例如弹簧、橡胶、或弹性支架等)而回复原位。

图3示出了根据本发明的具有机械触感的电容式键盘的滑动键部分的截面示意图。在图3中与图2中相同的部件没有标注。如图3所示，所述滑动键34位于根据本发明的具有机械触感的电容式键盘的机械键盘设备30的键盘支架中，其可以在滑动空间341中滑动。滑动键34的末端可以与电容感应触摸键盘20的壳体21接触，也可以位于能够感应电容感应触摸键盘20中的滑动键区24的感应距离内而不接触壳体。所述滑动键的形状可以同于现有常规的机械滑动键的形状或者根据需要而采用其它便于操作的形状。

对于滑动键34，由于其触发机制是电容滑动变化，所以不需要距离t。当用户的手指触摸滑动键34时，滑动键对电容“充电”，但因为没有滑动变化，电容感应滑动键区24不会被触发。只有用户移动滑动键34，电容感应滑动键区24才被触发而起作用。

图4示出了根据本发明的具有机械触感的电容式键盘的旋转键的结构示意图。如图4所示，该机械键盘设备中的旋转键包括由导体材料制作的、可旋转的圆形凹陷的键顶35，在所述键顶的圆形凹陷中设置有径向条36。

对于旋转键，其工作原理与滑动键34的工作原理类似。当用户旋转旋转键时，电容将聚集到所述径向条36，将人体电容传导到电容感应键盘的相应感应区域，使电容感应旋转键区可以判断精确的位置变化、从而被触发并起作用。

另外，在本发明的数据输入装置中，可以使用电容感应触摸面板来实现轨迹球的功能。

由于本发明的上述键盘中的机械键只需要执行机械反馈功能而无需执行电功能，所以整个键盘可以被设计成纯粹的机械键盘，不仅薄而且可靠。该机械键盘部分可以从医学设备上拆解下来，因此可以单独地用液体进行清洁和杀菌。还有，由于机械键盘部分可以被拆解下来，所以该医学设备在一些特殊使用条件下(例如军用、手术室等)可以仅仅使用电容感应触摸医学键盘。

另外，本发明中所有这些机械键的设计可以参照当前机械键顶设计技术和背光照明技术等等，使得其具有最好的手指触摸感觉、且更薄、更可靠。

还有，本发明由于能够帮助用户快速且精确地操作，不仅可以应用于便携超声成像诊断装置等医学设备上，而且可以应用于其它领域，例如消费者电子设备、笔记本电脑、移动电话等等。

以上所述仅是本发明的实施例，应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明精神的前提下，可以做出若干改进、修改、和变形，这些改进、修改、和变形都应视为落在本申请的保护范围内。

Claims (8)

1.一种数据输入装置，具有机械部分和电容感应部分，其中机械部分位于电容感应部分之上，所述电容感应部分包括电容感应电路板和分布于其上的多个键区以及由电介质材料制成的覆盖该电路板和键区的外壳，所述机械部分包括多个键以及承载所述多个键的支架，所述机械部分中的键与电容感应部分的相应键区一一对应，使得通过机械操作机械部分的键能够触发电容感应部分的相应键区。

2.根据权利要求1的数据输入装置，所述机械部分的键由具有导电性能的材料制作。

3.根据权利要求1的数据输入装置，所述机械部分能够从电容感应部分拆卸下来。

4.根据权利要求1的数据输入装置，所述电容感应部分能够单独用作数据输入装置。

5.根据权利要求1的数据输入装置，其中所述电容感应部分包含按键区，所述机械部分包含与电容感应部分的按键区对应的按键，所述机械部分的按键通过弹性装置设置在支架上且与电容感应部分的外壳保持一定距离，使得用户按下按键时，该按键能够触发电容感应部分相应的按键区。

6.根据权利要求1的数据输入装置，其中所述电容感应部分包含滑动键区，所述机械部分包含与电容感应部分的滑动键区对应的滑动键。

7.根据权利要求1的数据输入装置，其中所述电容感应部分包含旋转键区，所述机械部分包含与电容感应部分的旋转键区对应旋转键，该旋转键的键顶由可旋转的圆形凹陷壳体构成，且在所述圆形凹陷壳体内设置有一径向条，使得手指旋转该旋转键时，通过径向条触发电容感应部分的旋转键区。

8.根据权利要求1-7中之一的数据输入装置，用作笔记本计算机、移动电话、日常电子设备、医疗设备的键盘。

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