CN102203697B - 小键盘装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及在小键盘或键盘上实现不同的键类型。所述实现可以例如由如下装置来实现，该装置包括：衬底(28)，该衬底(28)包含电容式传感器元件(29)，所述电容式传感器元件具有第一电极(24)，所述第一电极与接触或接近该第一电极的物体形成第一电容器，其中该电容式传感器元件被配置用于响应于物体接触或接近该电容式传感器元件而生成第一信号；第一电容器电路，耦合至至少第一电极；以及穹顶(26)，配置用于响应于该穹顶被按下而完成至少包括第一电容器和第一电容器电路的电气电路以形成第二电容器电路，其中第二电容器电路被配置用于生成第二信号。

Description

小键盘装置

技术领域

本发明总体上涉及电子设备的小键盘或键盘，并且具体地但并不排他地涉及在小键盘或键盘上实现不同的键类型。

背景技术

当前，在诸如移动电话、个人数字助理、手持式计算机等电子设备的设计和制造中的趋势是使电子设备的尺寸越来越小。另一方面，当今的电子设备通常会提供丰富的功能，而这对设备的用户界面施加了要求。

在传统上，电子设备提供有通过按下而被激活的键。如今，除了按键之外或者作为对按键的替代，电子设备可能还配备有触摸键。此外，触摸键和具有施力激活的不同按键可以与虚拟键和键盘、滑块、触摸板等相结合来使用。

发明内容

如果电子设备同时提供有按键和触摸键，则当今的小键盘组装件包括用于每一种键类型的专用柔性印刷电路板和控制器，从而造成在包括两种键类型的组装件中的两个柔性印刷电路板和两个控制器。这些类型的设计可能会增加电子设备中的小键盘组装件的尺寸，特别是增加其厚度与成本。

本发明的具体实施方式的目的在于解决至少一些以上所讨论的问题。根据本发明的第一方面，提供一种装置，该装置包括：包含有电容式传感器元件的衬底，所述电容式传感器元件具有第一电极从而在物体接触或接近该第一电极时形成第一电容器，其中电容式传感器元件被配置用于响应于物体接触或接近该电容式传感器元件而生成第一信号；与至少第一电极耦合的第一电容器电路；以及穹顶(dome)，其被配置用于响应于该穹顶被按下而完成包括至少第一电容器和第一电容器电路的电气电路，以形成第二电容器电路，其中所述第二电容器电路被配置用于生成第二信号。

根据第二方面，提供一种方法，该方法包括：在电容式传感器元件处接收驱动信号；响应于物体接触或接近电容式传感器元件而生成第一信号，其中该第一信号由该电容式传感器元件生成；以及响应于穹顶被按下而生成第二信号，其中该第二信号由包含电容式传感器元件的电容器电路生成。

根据第三方面，提供一种移动设备，该移动设备包括根据第一方面的装置。

在上述装置、方法和移动设备中，响应于物体接触或接近电容式传感器元件而生成第一信号，并且响应于充当开关的穹顶被按下而生成第二信号。该第一信号和第二信号可以用于确定用户是否已激活触摸键或者按键。

在以下的本发明详细描述中以及在本文所附的从属权利要求中示例说明了本发明的各种示例性实施方式。通过参考本发明的选定的方面来示例说明各实施方式。本领域中技术人员明白，本发明任何实施方式同样可以单独地或与其他实施方式相结合地应用于其他方面。

附图说明

将参考附图，仅通过示例的方式来对本发明进行描述，在附图中：

图1A示出了在本发明的至少一个实施方式中所采用的电容式传感器元件布置的简化示意图；

图1B示出了电容式传感器元件布置的另一简化示意图；

图1C示出了电容式传感器元件布置的又一简化示意图；

图1D示出了单电极电容式传感器元件的简化示意图；

图2A描绘了根据一种示例性实施方式的装置的简化示意图；

图2B示出了根据另一示例性实施方式的装置的简化示意图；

图3A示出了根据又一示例性实施方式的装置的简化示意图；

图3B示出了根据另一示例性实施方式的装置的简化示意图；以及

图4描绘了根据一种示例性实施方式的方法。

具体实施方式

在以下描述中，相似的数字表示相似的元件。

图1A示出了在至少一种实施方式中所采用的电容式传感器元件布置的简化示意图。图1A描绘了信号发生器10、由信号发生器10驱动的第一电极12以及第二电极13。第一电极12亦可称为驱动电极(driven electrode)，而第二电极13亦可称为接收电极。图1A还描绘了向第一电极12传送输入信号的输入引线11，以及从第二电极13向信号测量电路等(未示出)传送输出信号的输出引线15。图1A还示出在第一电极12与第二电极13之间提供电耦合的耦合电容器14。

信号发生器10可以被配置用于生成例如多个周期性电压脉冲，这些周期性电压脉冲可由诸如矩形、三角形、正弦曲线等合适的波形来表示。

图1B示出了与图1A的电容式传感器元件布置相对应的电容式传感器元件布置的另一简化示意图。图1B示出了信号发生器10、输入引线11、第一电极12、第二电极13以及输出引线15。图1B还示出了响应于输入信号而在第一电极12与第二电极13之间生成的电场17，该输入信号比如是信号发生器10所生成的周期性电压脉冲。本领域技术人员可以理解，周期性电压脉冲产生变化的电场。图1B还示出支持第一电极12和第二电极13的电介质材料层或衬底层16。第二电极13经由图1A中所示的耦合电容14接收电介质层16中产生的电场17。

图1C示出了与图1A和图1B的电容式传感器元件布置相对应的电容式传感器元件布置的又一简化示意图。图1C描绘了在其中诸如用户的手指之类的物体18正接触或接近第一电极12和/或第二电极13的情况下的电容式传感器元件。物体18可以例如触及电介质层16。

如图1C中所示，物体18吸收电场的一部分19，且与不存在物体18的情况相比，原始电场17具有较低的能量。也就是说，电场17的一部分经由另一耦合电容(未示出)耦合至物体18，且能量对应于被吸收部分19的信号例如经由物体18的杂散电容与地电位耦合。这造成这种情况，其中经输出引线15传送至信号测量电路的输出信号的能量低于其中不存在物体18的情况。因此，信号测量电路可以基于降低的输出信号能量而生成对物体18存在的指示。

图1D示出了单电极电容式传感器元件的简化示意图。图1D示出了信号发生器10、输入引线11、电极12以及电介质层16。图1D的布置还包括多路器110、电容数字转换器(CDC)112、CDC输入引线111以及CDC输出引线113。

如图1D中所示，由信号发生器10生成并由输入引线11输送的输入信号和由CDC输入引线111输送的CDC输入信号被多路器110复用至单电极12。

在空闲模式中，即，当没有物体接触或接近电极12时，输入信号11可向电极12输送电压，但是由于在电极12与开放空间之间存在很小的杂散电容，可能没有电流会流经杂散电容，并且因此在空闲模式中杂散电容可能不被输入信号充电。

一旦物体18(比如用户的手指)触及或靠近电极12，电场19就从电极12耦合至物体18，并且电流经由电极12与物体18之间的耦合电容以及物体的杂散电容而被输送。也就是说，物体18充当第二电极，从而与电极12形成电容器。物体18增大了电路的电容。

积累在由耦合电容和杂散电容形成的电容器中的电荷可以通过电流或者经由多路器110和CDC输入引线11传送至CDC 112的电容信号被放电。CDC可以通过使用电容信号来测量电路的电容，或者检测该电容的变化。CDC 112可以经由CDC输出引线113以数字形式输出关于电容的数据。

图2A描绘了根据一种示例性实施方式的装置的简化示意图。图2A中所示装置20包括衬底27、实现于衬底27上的多个电容式传感器元件21以及多个穹顶22。

衬底例如可以是由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酯、聚四氟乙烯(PTFE)和玻璃制成的盘或者板。衬底例如可以形成柔性印刷电路板的一部分。

每个电容式传感器元件21可以是上文参考图1A至图1D描述的类型。穹顶22例如可以是实现于置于衬底27之下的穹顶片上的金属穹顶，或者实现为衬底27上的层。衬底27和穹顶22可以形成例如要在电子设备中使用的键盘或者小键盘组装件的一部分，该电子设备诸如是移动电话、遥控设备、音乐播放器、个人数字助理、手持式计算机、游戏机等。

电容式传感器元件21可以表示触摸键位置，而穹顶22可以表示小键盘的按键位置。换言之，图2A中所示实施方式支持使用共同的衬底27来实现触摸键和按键二者。

电容式传感器元件21以及穹顶22的数目可以例如根据设计选择和电子设备的规格而改变。举例而言，可将图2A的实施方式配置用于使得穹顶22(即按键)表示移动电话的数字键，而电容式传感器元件21表示QWERTY小键盘的字符键。在这样的示例性配置中，电容式传感器元件21的数目大于穹顶22的数目。

图2B示出了根据另一示例性实施方式的装置的简化示意图。图2B的装置23包括衬底28、多个驱动电极线24、多个接收电极线25以及多个穹顶26。

在图2B中所示的实施方式中，在实现于衬底28上的驱动电极线24与接收电极线25的交点29处可以形成电容式传感器元件。从而，如果驱动电极线受到电压脉冲的驱动，则在接收电极线24与接收电极线25的交点29处会产生变化的电场。还可以通过上文参考图1D描述的方式，由电极线和接触该电极线的物体来形成电容式传感器元件。以与上文结合图1A至图1D描述的相类似的方式，驱动电极线24与接收电极线25的各交点处的变化的电场经由相应的耦合电容(未示出)，由接收电极线25(例如接收电极线的与驱动电极线24重叠的部分)所接收。变化的电场亦可存在于电极线与接触该电极线的物体之间。仍然以与上文所描述的相类似的方式，输出信号在接收电极25或者被物体接触的电极上生成并被传送至一个或多个信号测量电路，用以确定是否有物体接近了形成于驱动电极线24和接收电极线25的交点处或其他位置处的任何电容式传感器元件。

形成于驱动电极线24与接收电极线25的交点处的电容式传感器元件，或者由电极线和接触该电极线的物体形成的传感器元件可以表示触摸键位置，而穹顶26可以表示小键盘的按键位置。换言之，图2B中所示实施方式也支持使用共同的衬底28来实现触摸键和按键二者。

形成在例如驱动电极线24与接收电极线25的交点处的电容式传感器元件的数目(即驱动电极线和接收电极线的数目)，以及穹顶26的数目，可以例如根据设计选择和电子设备的规格而改变。举例而言，可以将图2B的实施方式配置为使得穹顶26(即，按键)表示移动电话的数字键，而电容式传感器元件表示QWERTY小键盘的字符键。在这样的示例性配置中，电容式传感器元件的数目大于穹顶26的数目。

以类似于图2A的实施方式中的方式，穹顶26例如可以是实现在置于衬底28之下的穹顶片上的金属穹顶或者实现为衬底28上的层。衬底28和穹顶26可以形成要在电子设备中使用的键盘或小键盘组装件的一部分，该电子设备诸如是移动电话、遥控设备、音乐播放器、个人数字助理、手持式计算机、游戏机等。

图3A示出了根据又一示例性实施方式的装置30的简化示意图。图3A示出与前文参考图2B所讨论的驱动电极线和接收电极线相对应的多个驱动电极线33和接收电极线34。图3A还示出耦合至驱动电极线33和接收电极线34的电容式电路的一个示例。在图3A的示例性实施方式中示出了三个电容式电路，但技术人员可以理解，针对每个驱动电极线-接收电极线对提供一个对应的电容式电路。

图3A中描绘的示例性电容式电路包括电容器31和穹顶32，其中穹顶32作为电路中的开关来操作。通过按下穹顶32闭合开关会完成包括电容器31的电路，这导致电容器31以并联布置耦合至驱动电极线33与接收电极线34之间的耦合电容。备选地，在单电极电容式传感器的情况中，可以规定电容器31的大小，使得对开关的闭合产生比由电极线与接触或靠近该电极线的物体之间的耦合电容所产生的电容信号水平更高的电容信号水平。换言之，相比于对电容式传感器元件的接触，电容器31的大小被定为使得对开关的闭合改变电路的电容。

图3B示出了根据另一示例性实施方式的装置30的简化示意图。图3B还示出与上文参考图2B所讨论的驱动电极线和接收电极线相对应的多个驱动电极线33和接收电极线34。图3B还示出耦合至驱动电极线33和接收电极线34的电容式电路的另一示例。在图3B的示例性实施方式中示出了三个电容式电路，但技术人员可以理解，针对每个驱动电极线-接收电极线对提供一个对应的电容式电路。

图3B中描述的示例性电容式电路包括两个相对于彼此以并联布置耦合的电容器35、36。如图3B中所示，电容器35的一个极板/电极耦合至接收电极线34，而电容器36的一个极板/电极耦合至驱动电极线34。电容器35、36的另一极板/电极耦合在一起，从而形成耦合点。提供作为开关来操作的穹顶32，用于响应于穹顶被按下而将耦合点耦合至信号接地。以类似于参考图3A所述的布置的方式，可规定电容器35、36的大小，使得相比于当物体接触或接近电容式触摸传感器时形成的电容式电路，对开关的闭合改变电路的电容。

图3A和图3B示出了一种示例性实施方式，其中电容式传感器元件形成在电极线的交点上，但在所述附图中示出的电容式电路布置同样适用于其中电容式传感器元件是例如图2A中所示出的类型的实施方式。

在图3A和图3B中所描绘的示例性实施方式中，电容式传感器元件还可以形成于任何电极线上有物体接触或接近该电极线的位置处。在这种情况下，电容式传感器元件的功能对应于上文参考图1D所述的电容式传感器元件的功能。举例而言，如果接触物体被定位为使得其接触电极线33和电极线34二者，则该物体以上文参考图1D所述的方式，经由相应的耦合电容耦合至所述两个电极线，并且物体的位置可被确定。对这种类型的布置中物体位置的确定例如在美国专利6970126中讨论。

图3A和图3B中所示装置30还可以包括控制器，该控制器被配置用于接收由电容式传感器元件和/或电容式电路生成的信号，并且用于基于该信号来确定是否有物体靠近任何电容式传感器元件，或者是否有表示按键的穹顶已被按下。控制器例如可以是可编程的、商用的现成控制器，比如AD7147或者Atmel AtMega控制器。

图3A和图3B中描绘的电容器例如可以是独立的电容器组件，或者它们例如可以实现在形成柔性印刷电路板的一部分的衬底上。

图4示出了根据一种示例性实施方式的方法。在步骤40中，在电容式传感器元件中接收驱动信号。该电容式传感器元件例如可以是已于上文参考图1至图3讨论的电容式传感器元件，并且以对应的方式接收驱动信号。

在步骤41中，可以响应于物体接触或者接近电容式传感器元件而生成第一信号，其中该第一信号由电容式传感器元件生成。第一信号例如可以按上文参考图1C所述的方式生成。

在步骤42中，可以响应于穹顶被按下而生成第二信号，其中该第二信号由包含电容式传感器元件的电容器电路生成。第二信号例如可以按上文参考图3A和图3B所述的方式生成。

图4中所示的方法还可以包括步骤：在控制器处接收第一信号；以及基于该第一信号来确定执行了键触摸动作。该确定可以由控制器以上文所述的方式进行。

图4的方法还可以包括步骤：在控制器处接收第二信号；以及基于该第二信号来确定执行了键按压动作。该确定可以由控制器以上文所述的方式进行。

本文所述的实施方式可以通过支持将触摸键和按键二者实现在由公共控制器所控制的公共柔性印刷电路板上而消除对具有用于触摸键和按键的专用柔性印刷电路板和控制器的需要。两种键类型在由一个控制器控制的公共柔性印刷电路板上的实现可产生较小的小键盘组装件尺寸，特别是较薄的小键盘组装件，以及成本降低。这样的小键盘组装件例如可以在移动设备中使用。

前文描述已通过本发明的特定实现和实施方式的非限制性示例的方式提供了对本发明人目前所设想到的用于实施本发明的最佳模式的完整而详细的描述。但是，本领域中技术人员应当清楚，本发明并不限于上面介绍的实施方式的细节，相反其可以使用等效方式实现于其他实施方式中而不脱离本发明的特性。

此外，可以利用以上公开的本发明实施方式的一些特征，而不对应地使用其他特征。照此而论，前文描述应当被理解为仅仅是对本发明原理的示例说明，而不是对其的限制。因此，本发明的范围仅由所附专利权利要求书所限定。

Claims (14)

1.一种电子装置，包括：

衬底；

穹顶；以及

电容器电路，由所述衬底支持并且包括：

电容式传感器元件，所述电容式传感器元件具有耦合到所述电容器电路的第一电极和第二电极，所述电容式传感器元件被配置用于与接触或接近所述第一电极的物体形成第一电容器；

输出引线，用于向控制器产生指示所述物体接触或接近所述第一电极的输出信号；

其中所述电容性传感器元件被配置用于响应于所述物体接触或接近所述电容式传感器元件而生成所述输出信号；以及

另一电容器，具有第三电极和第四电极，其中所述第三电极耦合到所述第二电极，并且所述第四电极耦合到响应于所述穹顶被按下而闭合的开关；

其中所述穹顶被配置用于响应于所述穹顶被按下通过闭合所述开关而改变所述电容器电路的电容，以便于改变指示所述穹顶被按下的所述输出信号。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述穹顶被配置用于响应于所述穹顶被按下而通过形成所述第四电极通过所述开关至所述第一电极或至接地的耦合来改变所述电容器电路的电容，以便改变所述输出信号。

3.根据权利要求1所述的装置，其中：

所述电容器电路包括两个电容器，所述两个电容器中的一个电容器包括所述第三电极和所述第四电极；

所述两个电容器中的另一电容器包括耦合到所述第四电极的第五电极和耦合到所述第一电极的第六电极。

4.根据权利要求3所述的装置，其中所述开关被配置用于响应于所述穹顶被按下而将所述第四电极和所述第五电极接地。

5.根据权利要求1所述的装置，包括第一线和第二线；

其中所述电容式传感器元件形成于所述第一线与所述第二线的交点处；

其中所述第一电极包括所述第一线的一部分而所述第二电极包括所述第二线的一部分；并且

其中所述第一线的所述部分基本上与所述第二线的所述部分重叠。

6.根据权利要求1所述的装置，其中所述电容器电路被配置用于在所述物体接触或接近所述第一电极的位置处形成所述电容式传感器元件。

7.根据权利要求1所述的装置，还包括：

所述控制器；

其中所述控制器被配置用于对所述输出信号进行接收和处理，以及基于所述输出信号来确定是否执行了键触摸动作或者键按压动作。

8.根据权利要求1所述的装置，其中所述电容器电路包括至少一个电容器组件。

9.根据权利要求1所述的装置，其中所述电容器电路实现于所述衬底上。

10.根据权利要求1所述的装置，其中所述衬底由选自以下的材料制成：聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酯、聚四氟乙烯和玻璃。

11.一种信号处理方法，包括在电容器电路中：

在电容式传感器元件处接收驱动信号；

响应于物体接触或接近所述电容式传感器元件而由所述电容式传感器元件生成输出信号；以及

响应于穹顶被按下，通过闭合开关而将耦合到所述电容式传感器元件的另一电容与所述电容式传感器元件并联耦合或者将所述另一电容耦合至接地以改变所述另一电容，来改变所述电容器电路的电容，以便于改变指示所述穹顶被按下的所述输出信号。

12.根据权利要求11所述的方法，还包括：

在控制器处接收所述输出信号；以及

基于所述输出信号，确定执行了键触摸动作。

13.根据权利要求11所述的方法，还包括：

在控制器处接收所述输出信号；以及

基于所述输出信号，根据所述电容器电路的电容的改变来确定执行了键按压动作。

14.一种移动设备，包括根据权利要求1至10中任一项所述的装置。