CN104252237A - 支持触摸的键盘以及关联的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例涉及支持触摸的键盘以及关联的装置和方法。根据本发明的实施例，诸如金属按键等由导电材料制成的物理按键彼此电绝缘。每个物理按键与至少一个电容传感器电连接，其中连接至不同物理按键的电容传感器彼此电绝缘。控制器经由相应的电容传感器连接至每个按键，监测每个按键上的电容或电压以检测对按键的任何触摸。以此方式，金属键盘可以通过提供触摸和滚动功能而充当触摸板。

Description

支持触摸的键盘以及关联的装置和方法

技术领域

本发明的实施例总体上涉及输入技术，更具体地，涉及支持触摸的键盘以及关联的装置和方法。

背景技术

诸如移动电话或个人数字助理(PDA)的许多电子设备在键盘之外还配备触摸功能，以便向用户提供更多的操作灵活性。传统上，触摸功能借助于触摸板实现。然而如已知的，与个人计算机(PC)、台式计算机或膝上式计算机相比，便携式设备的尺寸通常较小。因此，将触摸板布置在此类便携式设备的专用区域中将限制用于物理键盘和/或显示屏幕的空间。已经提出了通过使用键盘本身来支持触摸功能。例如，电容触摸板可以被布置在由塑料按键构成的键盘之下。当用户在键盘上触摸和/或滚动时，下层的电容触摸板将感测到所触摸位置的电压或者电容的改变，使得设备的相应功能可被激活。

目前，诸如移动电话的很多设备配备有包括由导电材料制成的按键(诸如，金属按键)的物理键盘。目前，此类导电的键盘不具有电容触摸功能。更具体地，按键的导电材料在用户的手指与电容传感器之间充当屏蔽层。因此，电容传感器无法在用户以其手指触摸按键时检测到电容或电压的改变。实际上，如果设备具有金属罩或金属帽，那么将难以提供触摸解决方案。这是因为，为了提供电容改变，金属罩必须至少部分地被轻压以便产生外罩和金属罩之下的电容层之间的电容改变。因此，传统的由塑料按键以及下层电容触摸板所组成的键盘构件不适用于金属键盘或由导电材料制成的任何其他键盘。

有鉴于此，本技术领域中需要一种能够在导电材料制成的键盘上支持触摸功能的解决方案。

发明内容

为了克服现有技术中的上述缺陷，本发明提供一种支持触摸的键盘以及关联的装置和方法。

在本发明的一个方面，提供一种支持触摸的键盘。该键盘包括：由导电材料制成并且彼此电绝缘的按键；以及被布置在按键之下并且彼此电绝缘的电容传感器，每个电容传感器将按键中的一个对应按键电连接至控制器，该控制器被配置为检测用户对按键的触摸。此方面中的其他实施例包括用于制造这种键盘的方法和包括这种键盘的设备。

在本发明的另一方面，提供一种用于支持触摸的键盘的控制器。该控制器包括触摸检测单元，其被配置为经由彼此电绝缘的电容传感器来检测用户对按键的触摸，按键由导电材料制成并且彼此电绝缘，每个电容传感器将按键中的一个对应按键电连接至控制器。

在本发明的又一方面，提供一种用于通过控制器进行触摸检测的方法。该方法包括经由彼此电绝缘的电容传感器来检测用户对按键的触摸，按键由导电材料制成并且彼此电绝缘，每个电容传感器将按键中的一个对应按键电连接至控制器。

通过下文描述将会理解，根据本发明的实施例，诸如金属按键等由导电材料制成的物理按键彼此电绝缘。每个物理按键与至少一个电容传感器电连接。连接至不同的物理按键的电容传感器彼此电绝缘。一个控制器经由相应的电容传感器连接至每个按键，其监测每个按键上的电容或电压以检测对按键的任何触摸。以此方式，金属键盘可以提供触摸和滚动功能而无需专门的触摸板。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明的实施例的上述以及其他目的、特征和优势将变得更易于理解。附图中以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干实施例，其中：

图1A和图1B分别示出了根据本发明示例性实施例的一个键盘的示意图和侧视图；

图2示出了根据本发明示例性实施例的按键和对应的电容传感器通过SMD垫片耦合的一个键盘的示意图；

图3示出了根据本发明示例性实施例的多按键触摸的示意图；

图4示出了根据本发明示例性实施例的一个键盘的侧视图；

图5示出了根据本发明示例性实施例的一个键盘的示意图；

图6示出了根据本发明示例性实施例的键盘控制器的框图；

图7示出了根据本发明示例性实施例的用于通过控制器进行触摸检测的方法的流程图；以及

图8示出了本发明的实施例可实现于其中的设备的框图。

贯穿附图，相同或相应的参考数字指的是相同或相应的元素。

具体实施方式

将参考附图中图示的各种示例性实施例对本发明的原理和精神进行描述。应当理解，这些实施例仅仅被提供以使得本领域的技术人员能够更好地理解以及实现本发明，无意以任何方式限制本法明的范围。

根据本发明的实施例，诸如金属按键等由导电材料制成的物理按键彼此电绝缘。每个按键与电容传感器电连接。连接至不同的物理按键的电容传感器彼此电绝缘。控制器经由相应的电容传感器连接至每个按键，并且监测每个按键上的电容或电压。当用户以其手指接近或者触摸按键时，该按键上的电学属性(例如，电压)相对于其他按键将相应地改变。控制器继而将通过感测此类电学属性的改变来检测触摸位置。以此方式，金属键盘可以充当触摸板并且允许用户在键盘的面上移动其手指以提供滚动功能。

首先参考图1A和图1B，其分别示出了根据本发明实施例的支持触摸的键盘的示意图和侧视图。如图1A所示，键盘100包括多个按键101，其中的每一个按键由导电材料制成。例如，在某些实施例中，按键101可以由金属材料制成，诸如不锈钢或其他任何适当的金属。根据本发明的实施例，按键101彼此电绝缘。为此，按键可以物理地彼此分离，例如以0.2mm至0.4mm的间隙。

键盘100还包括一层电容传感器102。电容传感器102可以由多种不同的介质构造，例如铜、铟锡氧化物(ITO)和印刷墨，其仅在绝缘体一侧涂覆有导电材料。该层被施加以较小的电压以产生静电场。根据本发明的实施例，任何适当的电容感测技术均可用于电容传感器102，并且本发明的范围在此方面不受限制。根据本发明的实施例，电容传感器102可以形成为按键101下面的层，这可以从图1B中看到。应当注意，图中所示的按键101和/或电容传感器102的尺寸、形状、大小和位置仅仅是说明性的，并且不应被理解为是对发明范围的限制。

根据本发明的实施例，每个电容传感器102电连接至单个按键101。换言之，每个电容传感器102都是特定于按键101的。例如，在某些实施例中，每个按键101可以具有与其电连接的一个电容传感器102，从而得到一一对应关系，如图1A和图1B所示。然而，本发明的范围在此方面不受限制。在某些备选实施例中，一个按键101可以电连接至不止一个电容传感器102。如上所述，根据本发明的实施例，按键101彼此绝缘。相应地，连接至不同按键101的电容传感器102同样彼此电绝缘。

根据本发明的实施例，按键101与电容传感器102之间的电连接可以通过各种方式来实现。例如，在某些实施例中，一个或多个按键101可以通过导电胶连接至其相应的电容传感器102。如已知的，导电胶可以是一种胶体，主要用于将两个组件在物理上和电学上均耦合在一起。例如，如图2所示，按键101可以具有表面贴装设备(Surface Mounted Device，SMD)垫片201，并且配对的电容传感器102具有对应的SMD垫片202。以此方式，按键101可以通过SMD垫片201和202与电容传感器102物理地连接并且良好地导通。

备选地或附加地，一个或多个按键101及其相应的电容传感器102例如可以通过焊接而彼此直接耦合。由于按键101和电容传感器102均由导电材料制成，因此它们在被焊接到一起之后将彼此导通。可以看到，在借助于导电胶和/或焊接实现电连接的这些实施例中，按键101和电容传感器102在物理上彼此固定。然而，应当注意，本发明的范围在此方面不受限制。例如，在某些备选的实施例中，按键101和电容传感器102可以经由导电组件彼此电连接，而通过任何其他适当的机制物理地耦合。

继续参考图1A和图1B，如图所示，每个电容传感器102连接至控制器103。换言之，电容传感器102分别将对应的物理按键101电连接至控制器103。由于按键101彼此电绝缘，所以按键101被并联连接至控制器103。图1A和图1B中，为了简明起见只有几个按键101被视为经由电容传感器102而连接至控制器103。然而应当注意，根据本发明的实施例，所有按键101都分别经由电容传感器102连接至控制器103。

根据本发明的实施例，控制器103例如可以通过任何适当的通用或专用集成电路(IC)、现场可编程门阵列(FPGA)、片上系统(SoC)等来实现。在操作中，控制器103充当触摸驱动。更具体地，控制器103例如可以被配置为检测用户的手指对一个或多个按键101的触摸。为此，在某些实施例中，每个按键101可以被提供以相对较小的电压，例如1V。按键101上的电压可以由控制器103提供和/或任何适当电源(未示出)提供。控制器103可以被配置为监测每个按键101的电学属性的改变。当用户将其手指置于物理按键上或者靠近物理按键时，可被视作地电势的人体将引起所触摸按键的电压或电容发生改变。例如，该按键上的电压将大约降低为0。控制器103可以检测到该按键上的电压或电容相对于其他按键的这种改变。将会理解，由于按键101并联连接至控制器103，因此控制器103能够利用电学属性的这种改变来确定哪个(哪些)按键正在被用户的手指触摸，由此确定触摸位置。以此方式，键盘100本身可以充当触摸板。

此外，根据本发明的实施例，键盘100允许多按键触摸。也即，控制器130一次可以检测对不止一个按键的触摸。例如，如图3所示，如果用户在点31处触摸或靠近键盘100，则只有按键101-1上的电压或电容将会发生改变。由此，控制器103可以确定只有按键101-1被用户的手指触摸。如果用户将其手指置于点32，则按键101-1和101-2上的电压都会改变。相应地，控制器103可以检测到这两个按键在被用户的手指触摸。类似地，当用户在点33触摸键盘100时，控制器103可以检测到按键101-1、101-2、101-3和101-4上的电压发生改变，并且确定这四个按键被同时触摸。

根据本发明的实施例，基于由按键101和对应的电容传感器102形成的矩阵式布局，可以检测用户手指在键盘100上的滚动操作。特别地，控制器103可以被配置为通过跟踪对按键101的触摸，来检测用户的手指在键盘100上的移动。用户的手指在键盘上的移动轨迹可以被视作滚动图案(pattern)。这样，用户可以在键盘100的面上移动其手指以提供滚动输入，并且用户设备可以相应地做出响应。以此方式，金属键盘可以充当支持触摸和滚动功能的触摸板。由此，不需要在用户设备中布置专门的触摸板。

现在参考图4，其示出了根据本发明的另一示例性实施例的键盘100。在图4中示出的实施例中，除了由导电材料制成的按键101和电容传感器102层之外，键盘100还包括导光部件401。在操作中，导光部件被用来将光导向按键101以照亮按键上的图标。图4示出了与单个按键101相关的层叠配置。如图所示，导光部件401可以被布置在电容传感器102之下。在这样的实施例中，至少一个电容传感器102可以被切割以便在其上具有开口402，从而使得来自导光部件401的光可以通过开口402而到达按键101。备选地或附加地，键盘100可以包括键盘橡胶403和按键凸点(dome)404，用于在用户按压按键101时提供触觉反馈。在某些实施例中，与每个按键101关联的按键凸点404可以是形成于印刷电路板(PCB)上的球形冠状凸点。按键凸点404可以具有适当的弹性，以方便手指按压以及在释放按压之后恢复到原始状态。键盘橡胶403和按键凸点404的原理是已知的，因此将不会在此详细描述。

根据某些实施例，键盘100可以支持功能扩展。例如，如图5所示，至少一个按键101除了连接至控制器103之外，还可以连接至功能电路501。在图5中示出的实施例中，按键101-5和101-6连接至功能电路501。利用此类配置，当用户触摸按键101-5和/或101-6时，可以经由按键101-5和/或101-6向功能电路501提供与用户有关的信号。在某些实施例中，这些信号继而可被用于导出指示用户的生理指标的参数。例如，功能电路501可以将信号转发至一个或多个传感器，例如心脏传感器或其他健康护理传感器，以获取人类用户的生理指标。应当注意，尽管控制器103和功能电路501在图5中被示出为分离的组件，但是本发明的范围在此方面不受限制。在某些备选实施例中，控制器103和功能电路501可以共同位于单个模块中。例如，控制器103可以实现功能电路501的功能。

现在将参考图6到图7来描述控制器103的结构和操作。如图6所示，根据本发明的实施例，用于支持触摸的键盘的控制器103包括：触摸检测单元601，被配置为经由彼此电绝缘的电容传感器来检测用户对按键的触摸，这些按键由导电材料制成并且彼此电绝缘。如上所述，每个电容传感器将按键中的一个对应按键电连接至控制器。根据某些实施例，至少一个按键可以被提供以电压。在这些实施例中，触摸检测单元601可以包括电压监测单元(未示出)，其被配置为监测电压的改变以检测对该至少一个按键的触摸。根据某些实施例，控制器103还可以包括跟踪单元602，其被配置为跟踪对按键的触摸以检测用户的手指在按键上的移动。备选地或附加地，控制器103可以包括信号获取单元603，其被配置为经由至少一个按键来获取与用户有关的信号。获取的信号例如可被用于导出用户的生理指标。如上所述，在此描述的控制器103可以通过任何适当的方式来实现，包括但不限于集成电路(IC)、专用集成电路(ASIC)、片上系统(SOC)、现场可编程门阵列(FPGA)，等等。

参考图7，其示出了用于通过控制器进行触摸检测的方法700的流程图。将会理解，该方法可以通过控制器103执行。在方法700开始之后，在步骤S701，经由彼此电绝缘的电容传感器来检测用户对按键的触摸，这些按键由导电材料制成并且彼此电绝缘。每个电容传感器将按键中的一个对应按键电连接至控制器。在至少一个按键被提供以电压的实施例中，步骤S701处的检测可以包括通过监测电压的改变来检测对该至少一个按键的触摸。继而在步骤S702，可以跟踪对按键的触摸，以检测用户的手指在按键上的移动。根据某些实施例，可以在步骤S703处经由至少一个按键来获取与用户有关的信号，并且获取的信号可被用于导出用户的生理指标。

本发明还可被实现为一种用于制造上述键盘的方法。此外，本发明还可被实现为包括上文描述的键盘100的设备。例如，图8示出了本发明的示例性实施例可以在其中实现的设备800的框图。设备800可以是具有无限通信能力的移动设备。然而，应当理解，这仅仅是示例性和非限制性的。其他的用户设备类型也可以容易地采取本发明的实施例，诸如便携式数字助手(PDA)、寻呼机、移动计算机、移动TV、游戏装置、膝上式计算机、照相机、视频照相机、GPS设备和其他类型的语音和文本通信系统。固定类型的用户设备可以同样简单地使用本发明的实施例。

设备800包括一个或多个可操作与发射器814和接收器816通信的天线812。设备800还包括至少一个处理器控制器820。应当理解，控制器820包括实现移动终端800的功能所需要的电路。例如，控制器820可以包括数字信号处理器设备、微处理器设备、A/D转换器、D/A转换器以及其他支持电路。设备800的控制和信号处理功能根据这些设备各自的能力分配。设备800还可以包括用户接口，例如可以包括振铃器822、扬声器824、扩音器826、显示器828以及输入接口，并且所有以上设备都耦合至控制820。特别地，输入接口可以包括上文详述的根据本发明实施例的键盘830，等等。

设备800还可以包括用于捕捉静态的和/或动态的图像的照相机模块836。设备800还包括电池834，诸如振动电池组，用于向操作移动终端800所需要的各种电路供电，并且备选地提供机械振动作为可检测的输出。设备800还包括用户识别模块(UIM)838。UIM838通常是具有内置的处理器的存储器设备。UIM838可以例如包括订户识别模块(SIM)、通用集成电路卡(UICC)、通用用户识别模块(USIM)或可移动用户识别模块(R-UIM)等等。UIM838可以包括根据本发明的实施例的卡连接检测装置。

装置800还包括存储器。例如，移动终端800可以包括易失性存储器840，例如，包括高速缓存区域中的用于临时存储数据的易失性随机存取存储器(RAM)。设备800还可以包括其他的可以是嵌入的或可移动的非易失性存储器842。非易失性存储器842可以附加地或备选地例如包括EEPROM和闪存等。存储器可以存储多个信息片段中的任意项和设备800使用的数据，以便实现设备800的功能。应当理解，图8中的结构框图仅仅示出用于说明目的，并非旨在限制本发明的范围。在某些情况下，某些设备可以按需要被添加或减少。

如上描述的本发明的若干示例性实施例仅仅用于说明目的。本发明的实施例可以利用软件、硬件或其组合实现。硬件部分可以通过专用逻辑实现；软件部分可以被存储在存储器中并且通过适当的指令执行系统执行，适当的指令执行系统诸如微处理器或专门设计的硬件。本领域的正常的技术人员可以理解，以上方法和系统可以利用计算机可执行的指令实现并且/或者以处理器控制的代码实现，例如，此类代码被提供在诸如磁盘、CD或DVD-ROM的承载介质，或者诸如只读存储器(固件)的可编程存储器，或者诸如光或电信号承载器的数据承载器上。本发明的系统可以通过可编程的硬件设备的硬件电路实现，硬件电路诸如，大规模的集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片或晶体管的半导体、或现场可编程门阵列、或可编程逻辑设备，或者通过由各种类型的处理器执行的软件实现，或者通过以上硬件电路和软件的组合实现。

应当注意，尽管在以上详细的描绘中提到了系统的多个模块或子模块，但是此类分割仅仅是非强制性的。在现实中，根据本发明的实施例，以上描述的两个或更多的模块的特征和功能可以体现在一个装置中。反过来，以上描述的一个装置的特征和功能也可以体现在多个模块中。此外，尽管本方法的操作在附图中以特定顺序进行描述，但并不要求或暗示这些操作必须根据该特定顺序执行，或者只有通过执行所有示出的操作才能获得所期望的结果。相反地，流程图中描绘的步骤的执行顺序可以变化。附加地或备选地，为了执行，某些步骤可以省略，多个步骤可以合并成一个步骤，或者一个步骤可以被划分成多个步骤。

尽管参考多个实施例对本发明进行了描绘，但是应当理解，本发明并不限于公开的实施例。相反，本发明旨在覆盖包括在所附的权利要求的精神和范围中的各种修改和同等布置。所附权利要求的范围满足最宽泛的解释并且覆盖所有的此类修改、同等结构和功能。

Claims (23)

1.一种支持触摸的键盘，包括：

由导电材料制成并且彼此电绝缘的按键；以及

被布置在所述按键之下并且彼此电绝缘的电容传感器，每个所述电容传感器将所述按键中的一个对应按键电连接至控制器，所述控制器被配置为检测用户对所述按键的触摸。

2.根据权利要求1所述的键盘，其中所述电容传感器中的至少一个电容传感器通过导电胶与所述按键中的所述对应按键电连接。

3.根据权利要求2所述的键盘，其中所述电容传感器中的所述至少一个电容传感器通过表面贴装设备SMD垫片与所述按键中的所述对应按键耦合。

4.根据权利要求1所述的键盘，其中所述电容传感器中的至少一个传感器被焊接至所述按键中的所述对应按键。

5.根据权利要求1至4任一项所述的键盘，其中所述电容传感器形成于布置在所述按键之下的柔性印刷电路FPC上。

6.根据权利要求1至4任一项所述的键盘，还包括导光部件，被配置为将光导向所述按键。

7.根据权利要求6所述的键盘，其中所述导光部件被布置在所述电容传感器之下，并且其中所述电容传感器中的至少一个电容传感器具有开口以允许来自所述导光部件的所述光通过。

8.根据权利要求1至4任一项所述的键盘，其中所述按键中的至少一个按键被提供以电压，并且其中对所述按键中的所述至少一个按键的所述触摸通过监测所述电压的改变而被检测。

9.根据权利要求1至4任一项所述的键盘，其中所述按键中的至少一个按键连接至功能电路，以向所述功能电路提供与所述用户有关的信号。

10.根据权利要求1至4任一项所述的键盘，还包括键盘橡胶和按键凸点。

11.根据权利要求1至4任一项所述的键盘，其中所述按键由金属材料制成。

12.一种用于支持触摸的键盘的控制器，包括：

触摸检测单元，被配置为经由彼此电绝缘的电容传感器来检测用户对按键的触摸，所述按键由导电材料制成并且彼此电绝缘，

每个所述电容传感器将所述按键中的一个对应按键电连接至所述控制器。

13.根据权利要求12所述的控制器，其中所述按键中的至少一个按键被提供以电压，并且其中所述触摸检测单元包括：

电压监测单元，被配置为监测所述电压的改变以检测对所述按键中的所述至少一个按键的所述触摸。

14.根据权利要求12或者13所述的控制器，还包括：

跟踪单元，被配置为跟踪对所述按键的所述触摸以检测所述用户的手指在所述按键上的移动。

15.根据权利要求12或者13所述的控制器，还包括：

信号获取单元，被配置为经由所述按键中的至少一个按键获取与所述用户有关的信号。

16.根据权利要求15所述的控制器，其中获取的所述信号被用于导出所述用户的生理指标。

17.一种用于通过控制器进行触摸检测的方法，包括：

经由彼此电绝缘的电容传感器检测用户对按键的触摸，所述按键由导电材料制成并且彼此电绝缘，

每个所述电容传感器将所述按键中的一个对应按键电连接至所述控制器。

18.根据权利要求17所述的方法，其中所述按键中的至少一个按键被提供以电压，并且其中检测对所述按键的所述触摸包括：

通过监测所述电压的改变来检测对所述按键中的所述至少一个按键的所述触摸。

19.根据权利要求17或者18所述的方法，还包括：

跟踪对所述按键的所述触摸，以检测所述用户的手指在所述按键上的移动。

20.根据权利要求17或18所述的方法，还包括：

经由所述按键中的至少一个按键获取与所述用户有关的信号。

21.根据权利要求20所述的方法，其中获取的所述信号被用于导出所述用户的生理指标。

22.一种用于制造根据权利要求1至11任一项所述的键盘的方法。

23.一种包括根据权利要求1至11任一项所述的键盘的设备。