CN105431796B - 可伸缩键盘按键 - Google Patents

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Abstract

一种键盘，包括面板，其具有多个按键开口和多个按键保持特征，多个按键保持特征构造为在面板的底侧与多个按键开口相邻。多个键帽定位在多个按键开口内。包括了底架，其具有多个平移作用机构，每个平移作用机构支撑多个键帽的相应一个键帽以便随着键帽从未按压位置朝向按压位置移动时沿按压方向和第二方向引导相应的键帽。小型键盘或键盘包括按键伸缩机构，其构造为使底架相对于面板移动，其中面板的按键保持特征在底架相对于面板移动过程中限制键帽沿第二方向移动，而平移作用机构使多个键帽朝向缩回位置移动。

Description

可伸缩键盘按键
相关申请
本申请要求于2014年2月3日提交的序列号为14/171,080的美国非临时专利申请的优先权，而后者要求于2013年6月25日提交的序列号为61/839,048的美国临时专利申请和于2013年4月19日提交的序列号为61/814,013的美国临时专利申请的优先权。
技术领域
本发明大体涉及一种电子器件。
背景技术
可按压触摸表面(可以被按压的触摸表面)广泛应用于各种输入设备，包括作为小型键盘或键盘的按键或按钮的表面以及作为触摸板或触摸屏的表面。期望提高这些输入系统的可用性。
图2显示了与以金属弹簧圆顶或橡胶圆顶启用的许多按键中所发现的“弹锁(snapover)”触觉响应相关联的示例性触觉响应曲线的曲线图200。具体来说，曲线图200描述了由按键的触摸表面对用户施加的力和按键位移(相对于未按下位置的移动)的量。对用户施加的力可以是沿特定方向(诸如正或负按压方向)的合力或合力的一部分。同样，按键位移量可以是沿特定方向(诸如正或负按压方向)的按键行程的总量或一部分。
力曲线210显示了四个按键按压状态212、214、216、218，其用四个橡胶圆顶在不同的按键位移量的刻画来描绘。当对按键未施加按压力并且按键处于未按压的位置(即，“准备”位置)时，按键处于“未按压”状态212。响应于按压输入，按键初始对某些按键位移和对用户施加的增加的反作用力做出响应。该反作用力随着按键位移量的增加而增大，直至达到“峰值”状态214的局部最大“峰值力”F1为止。在峰值状态214，金属弹簧圆顶即将弹起或橡胶圆顶即将缩回。当键帽、弹簧圆顶或橡胶圆顶、或随着键帽一起移动的其他按键组件以局部最小“接触力”F2与按键的基部(或附接于基部的组件)形成初始物理接触时，按键处在“接触”状态216。当按键经过“接触”状态并且诸如通过压缩橡胶圆顶启用的按键中的橡胶圆顶而发生机械触底反弹时，按键处在“底部”状态218。
弹锁响应由反作用力曲线的形状定义，反作用力曲线受诸如波峰和波谷的变化率和相关的幅值等变量的影响。峰值力F1和接触力F2之差可以称之为“弹簧(snap)”。“弹簧比率”可以被确定为(F1-F2)/F1(或者如果需要百分比型的测量值，则可被确定为100×(F1-F2)/F1)。
发明内容
披露了一种用于小型键盘和键盘的可伸缩按键组件。小型键盘或键盘包括面板，其具有多个按键开口和多个按键保持特征，多个按键保持特征构造为在面板的底侧与多个按键开口相邻。多个键帽定位在多个按键开口内。每个键帽具有触摸表面，触摸表面接收按压力，按压力使键帽从未按压位置朝向按压位置移动，未按压位置和按压位置在按压方向和正交于按压方向的第二方向上分离。包括了底架，其具有多个平移作用机构，每个平移作用机构支撑多个键帽的相应一个键帽以便随着键帽从未按压位置朝向按压位置移动时沿按压方向和第二方向引导相应的键帽。小型键盘或键盘包括按键伸缩机构，其构造为使底架相对于面板移动，其中面板的按键保持特征在底架相对于面板移动过程中限制键帽沿第二方向移动，而平移作用机构使多个键帽朝向缩回位置移动。
附图说明
下面将结合附图描述本发明的示例性实施例，除非另有说明，否则附图未按比例绘制，在图中相同的附图标记表示相同的元件，并且：
图1示出了并入根据文中所述技术构造的基于按键的触摸表面的一个或多个实施方式的示例性键盘；
图2是作为以金属弹簧圆顶或橡胶圆顶启用的许多按键的特性的示例性触觉响应的曲线图；
图3A-B是根据文中所述技术构造的第一示例性触摸表面组件的简化侧视图；
图4示出了根据文中所述技术的示例性键盘的分解图；
图5A-B是根据一个实施例的按键组件的横截面侧视图；
图6A-C是根据一个实施例的示例性笔记本电脑的侧视图；
图7A-D是根据一个实施例的示例性按键伸缩机构的透视图；
图8A-B是根据一个实施例的示例性四杆按键伸缩机构的侧视图；以及
图9A-B是根据一个实施例的示例性四杆按键伸缩机构的侧视图。
具体实施方式
以下具体描述实际上仅仅是示例性的，并且无意于限制本发明或本发明的应用或使用。
本发明的各种实施例提供了一种输入设备和方法，其便于实现改进的可用性、更薄的设备、更容易组装、更低成本、更灵活的工业设计或其组合。这些输入设备和方法包括可按压的触摸表面，其可被结合在任何数量的设备中。作为某些实例，可按压的触摸表面可以被实施为触摸板、触摸屏、按键、按钮的表面以及任何其他适当的输入设备的表面。这样，可结合可按压的触摸表面的设备的一些非限制性实例包括所有尺寸和形状的个人计算机，诸如台式电脑、笔记本电脑、上网本、超级本、平板电脑、电子阅读器、个人数字助理(PDA)以及包括智能手机的移动电话。附加示例性设备包括数据输入设备(包括远程控制、集成键盘或诸如在便携式计算机内的键盘、或外设键盘或诸如在平板电脑盖中配置的键盘、或独立的键盘、控制面板以及计算机鼠标)以及数据输出设备(包括显示屏和打印机)。其他实例包括远程终端、自助服务终端、零售点设备、视频游戏机(例如，视频游戏控制台、便携式游戏设备等)和媒体设备(包括录音机、编辑器和播放器，诸如电视机、机顶盒、音乐播放器、数码相框、数码相机)。
本文的论述主要集中在矩形触摸表面。然而，许多实施例中的触摸表面可以包括其他形状。示例性形状包括三角形、四边形、五边形、具有其他边数的多边形、类似于具有圆角或非线性边的多边形的形状、具有曲线的形状、细长的圆形或椭圆圈、具有上述任何形状的一部分的组合现状、具有凹或凸特征的非平面形状以及任何其他适当的形状。
此外，虽然此处的讨论主要集中在触摸表面位于进行刚体运动的刚体的顶上，一些实施例可包括位于变形的柔性体顶上的触摸表面。“刚体运动”在文中用来表示以整个主体的平移或旋转为主的运动，其中主体的变形可以忽略不计。因此，触摸表面的任意两个给定点之间的距离的变化比主体的平移或旋转的关联量要小得多。
此外，在各种实施方式中，可按压的触摸表面可包括阻挡光通过的不透明部分和允许光通过的半透明或透明部分，或这两者。
图1示出了并入根据文中所述技术构造的多个(两个或更多个)基于可按压按键的触摸表面的示例性键盘100。示例性键盘100包括不同大小的被键盘面板130包围的数行按键120。键盘100具有QWERTY布局，即使按键120不按图1中这样标记。其他键盘实施例可包括不同的物理按键形状、按键大小、按键位置或定向或者不同的按键布局，诸如DVORAK布局或用于特殊应用程序或非英语语言而设计的布局。在一些实施例中，按键120包括作为刚体的键帽，诸如具有比深度(如下文所解释的沿Z方向的深度)更大的宽度和广度的刚性矩形体。此外，其他键盘实施例可包括根据文中所述技术构造的单个基于可按压按键的触摸表面，使得这些其他键盘实施例的其他按键用其他技术构造。
在这里结合图1介绍定向术语，但除非另有说明，否则也一般适用于文中的其他讨论以及其他附图。此术语介绍还包括与任意笛卡尔坐标系相关联的方向。箭头110指示笛卡尔坐标系的正方向，但未指示坐标系的原点。理解文中所讨论的技术将不需要原点的定义。
键盘100包括构造为被用户按压的暴露触摸表面的面在文中称为键盘100的“顶部”102。采用由箭头110指示的笛卡尔坐标方向，键盘100的顶部102相对于键盘100的底部103处于正Z方向。当键盘100在桌面顶部的顶上使用时键盘100通常更靠近用户身体的一部分称为键盘100的“前部”104。在QWERTY布局中，键盘100的前部104较靠近空格键且较远离字母数字键。采用由箭头110指示的笛卡尔坐标方向，键盘100的前部104相对于键盘100的后部105处于正X方向。在典型的使用定向中，其中键盘100的顶部102面朝上而键盘100的前部104面向用户，键盘100的“右侧”106在用户的右方。采用由箭头110指示的笛卡尔坐标方向，键盘100的右侧106相对于键盘100的“左侧”107处于正Y方向。根据如此定义的顶部102、前部104以及右侧106，也可定义键盘100的“底部”103、“后部”105以及“左侧”107。
使用此术语，对键盘100的按压方向处在负Z方向或朝向键盘100的底部竖直向下。X方向和Y方向彼此正交并且与按压方向正交。X方向和Y方向的组合可以定义正交于按压方向的无限数量的附加横向方向。因此，示例性横向方向包括X方向(正和负)、Y方向(正和负)以及分量沿X方向和Y方向但不沿Z方向的组合横向方向。任何这些横向方向的运动分量有时在文中被称为“平面”，因为这样的横向运动分量可以被认为处在正交于按压方向的平面内。
键盘100的一些或所有按键构造为在各自的未按压位置与按压位置之间移动，未按压位置与按压位置沿按压方向和正交于按压方向的横向方向间隔开。也就是说，这些按键的触摸表面表现出具有沿负Z方向和横向方向的分量的运动。在文中所述的实例中，横向分量通常沿正X方向或负X方向以便于理解。然而，在不同的实施例中，并且视情况重新定向选择按键元素，未按压位置与按压位置之间的横向分离可单独沿正X方向或负X方向、单独沿正Y方向或负Y方向或沿具有沿X方向和Y方向分量的组合方向。
因此，键盘100的这些按键可以被描述为表现从未按压位置到按压位置的“对角线”运动。此对角线运动包括“Z”(或竖直)平移分量和横向(或平面)平移分量的运动。由于此平面平移的发生伴随着触摸表面的竖直行程，因此它可以被称为触摸表面的“对竖直行程的平面平移响应性”或“竖直-横向行程。”
键盘100的一些实施例包括具有水平按键的键盘，这种水平按键当在正常使用期间被按压时通过其各个竖直-横向行程时保持大致水平的定向。也就是说，这些水平按键的键帽(进而是这些按键的触摸表面)响应于在正常使用期间发生的按压表现出沿任何轴线很小的旋转或没有旋转。因此，键帽存在很小或没有滚动、倾斜、偏转并且相关联的触摸表面在从未按压位置到按压位置的运动期间保持相对水平和基本相同的定向。
在各种实施例中，与竖直-横向行程相关联的横向运动可以通过增加沿按压方向给定量的竖直行程的总按键行程来改善按键的触觉感受。在不同的实施例中，竖直-横向行程也通过对用户赋予触摸表面比实际行进了更大的竖直距离的感知来增强触觉感受。例如，竖直-横向行程的横向分量可对与触摸表面接触的手指垫皮肤施加切向摩擦力，并且引起皮肤和手指垫的变形，这被用户感知为额外的竖直行程。然后这产生了更大竖直行程的触觉错觉。在一些实施例中，在回程上将按键从按压位置返回到未按压位置也涉及使用横向运动模拟更大的竖直行程。
为了使键盘100的按键120启用竖直-横向行程，按键120是按键组件的一部分，每个部分包括实现平面平移、通过将相关联的键帽保持在未按压位置来准备按键120并且将按键120返回到未按压位置的机构。一些实施例还包括使键帽保持水平的机构。一些实施例利用针对每个功能的单独机构来实现这些功能，而一些实施例利用同一机构来实现这些功能中的两个或更多个功能。例如，“偏压”机构可提供准备功能、返回功能或准备和返回功能两者。提供准备和返回功能两者的机构在文中称为“准备/返回”机构。作为另一实例，水平化/平面平移产生机构可水平化且产生平面平移。作为另外的实例，可由同一机构提供功能的其他组合。
键盘100可使用任何适当的技术用于检测键盘100的按键的按压。例如，键盘100可采用基于传统电阻薄膜开关技术的按键开关矩阵。按键开关矩阵可位于按键120的下方并且构造为当按压按键120时产生指示按键按压的信号。选择性地，示例性键盘100可采用其他的按键按压检测技术来检测与按键120的位置或运动的细小或粗略变化相关联的任何变化。示例性按键按压检测技术包括各种电容、电阻、电感、磁性、力或压力、线性或角应变或位移、温度、听觉、超声波、光学及其他适当技术。根据许多这些技术，一个或多个预先设定的或可变的阈值可以被定义来识别按压和释放。
作为具体实例，电容传感器电极可以设置在触摸表面的下方，并且检测由于触摸表面的按压状态的变化而导致的电容变化。电容传感器电极可采用基于传感器电极与触摸表面之间的电容耦合的变化的“自电容”(或“绝对电容”)感测方法。在一些实施例中，该触摸表面部分或全部是导电的，或者导电元件附接在触摸表面上并且保持为恒定电压，诸如系统地极。触摸表面的位置变化改变触摸表面下方的传感器电极附近的电场，从而改变所测量的电容耦合。在一个实施方式中，绝对电容感测方法在电容传感器电极位于具有触摸表面的组件的底下的情况下进行操作，相对于参考电压(例如，系统地极)调制传感器电极，并且检测该传感器电极与具有触摸表面的组件之间的电容耦合用于测定触摸表面的按压状态。
一些电容实施方式采用基于传感器电极之间的电容耦合的变化的“互电容”(或“跨越电容”)感测方法。在不同的实施例中，触摸表面靠近传感器电极的近端改变传感器电极之间的电场，从而改变所测量的电容耦合。触摸表面可以是导电的或非导电的、电驱动的或浮动的，只要其运动能够引起传感器电极之间的电容耦合产生可测量的变化即可。在一些实施方式中，跨越电容感测方法通过检测一个或多个发射器传感器电极(也称为“发射器”)与一个或多个接收器传感器电极(也称为“接收器”)之间的电容耦合来进行操作。发射器传感器电极可相对于参考电压(例如，系统地极)被调制为发射信号。接收器传感器电极可相对于参考电压保持基本恒定以便于接收所产生的信号。由此产生的信号可包括对应于一个或多个发射器信号和/或对应于环境干扰的一个或多个源(例如，其他电磁信号)的效果(数个效果)。传感器电极可以是专门的发射器或接收器，或者可以构造为既发射又接收。
在一个实施方式中，跨越电容感测方法在两个电容传感器电极位于触摸表面底下，即，一个发射器和一个接收器的情况下进行操作。接收器所接收到的由此产生的信号受到发射器信号和触摸表面的位置的影响。
在一些实施例中，用于检测触摸表面按压的传感器系统还可以检测预按压。例如，电容传感器系统也能够检测轻轻触摸触摸表面的用户，并且将其与按压触摸表面相区分。这样的系统可以支持多级触摸表面输入，其可对轻触和按压做出不同响应。
一些实施例构造为从力对传感器信号的效果来测定对触摸表面施加的力的量。也就是说，触摸表面的凹陷量与一个或多个特定传感器读数相关，这样可以从传感器读数(或数个读数)确定按压力的量。
在一些实施例中，用于感测的基板也用来提供与触摸表面相关联的背光。作为具体的实例，在一些实施例中，利用在触摸表面底下的电容传感器，电容传感器电极设置在透明或半透明的电路基板上，诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、另外的聚合物或玻璃。那些实施例中的某些实施例使用电路基板作为导光系统的一部分，用于从背后照亮可通过触摸表面看到的符号。
图1还显示了相对于键盘100的按键122的剖面线A-A'，将在下面进行讨论。
键盘100可以被集成或耦接到包括一个或多个处理系统的诸如笔记本电脑等的计算机上。处理系统(数个处理系统)分别包括一个或多个IC(集成电路)，其具有用于对按键按压做出响应的适当的处理器可执行的指令。这些指令指导适当的IC(数个IC)操作键盘传感器来判断按键是否被按压(或按压的程度)，并且向笔记本的主CPU提供按压状态的指示或向笔记本的用户提供对按压状态的响应。
尽管这里讨论的定向术语、竖直-横向行程、感测技术和实施方式选择集中在键盘100，但这些讨论很容易类推到文中所述的其他触摸表面和设备。
根据文中所述技术的各种实施例，包括无金属弹簧圆顶或橡胶圆顶的实施例，提供了类似于图2中的曲线210的力响应曲线。许多触觉键盘按键采用不小于0.4且不大于0.6的弹簧比率。其他触觉键盘按键可使用在这些范围以外的弹簧比率，诸如不小于0.3且不大于0.5、不小于0.5且不大于0.7。
其他实施例提供了具有其他形状的其他响应曲线，包括具有呈线性或非线性的力和按键行程关系的响应曲线。示例性非线性关系包括分段呈线性的、包含线性和非线性部分、或具有不断变化的斜率的关系。力响应曲线也可以是非单调的、单调的、或严格单调的。
例如，根据文中所述技术制成的按键120可以构造为提供曲线210所示的响应、或任何适当的响应曲线。对用户施加的反作用力可相对于总按键行程量、沿按压方向的按键行程量或沿横向方向的按键行程量呈线性或非线性增加。作为具体实例，所施加的力可相对于按键行程量以恒定斜率增加直至相对于其未按压位置的力或按键移动的第一量，然后达到平衡(以恒定力)或减少到力或按键移动的第二量。
图3A-3B是第一示例性触摸表面组件的简化横截面视图。按键组件300可用于实现各种按键，包括键盘100的按键122。在本实施例中，其中图3A-3B描绘了按键122，这些图示出了按键122的A-A'截面图。图3A显示了示例性按键组件300处于未按压位置并且图3B显示了同一按键组件300处于按压位置。按键组件300也可用于使用按键的其他设备，包括除了键盘100以外的其他键盘和任何其他适当的使用按键的设备。此外，类似于按键组件300的组件可用于启用非按键触摸表面组件，诸如按钮、不透明的触摸板、触摸屏、或任何的文中所述的触摸表面组件。
按键组件300包括对用户可见并且构造为被用户按压的键帽310、准备/返回机构320以及基座340。键帽310的未按压位置与按压位置沿按压方向和正交于按压方向的第一横向方向间隔开。按压方向类似于在没有横向按键运动的传统键盘中发现的按键运动、沿负Z方向并且是按压和按键运动的主要方向。在许多键盘中，按压方向正交于键帽的触摸表面或按键的基座，使得用户会认为按压方向将朝向基座向下。
按键组件300的部件可由任何合适的材料制成，包括诸如聚碳酸酯(PC)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、尼龙和缩醛等塑料，诸如钢和铝等金属，诸如橡胶等弹性体，和其他各种材料。在不同的实施例中，键帽310构造为基本上是刚性的，使得键帽310的触摸表面似乎肉眼感官上在正常操作期间随着其在未按压位置与按压位置之间的刚体运动一起移动。
准备/返回机构320是一种提供准备和返回功能的“偏压机构”。准备/返回机构320在按键按压操作的至少一部分操作期间物理偏压键帽310。应该指出的是，仅提供准备功能或返回功能的机构也可被称为“偏压机构”，如果其在按键按压操作的至少一部分操作期间偏压键帽310的话。准备/返回机构320构造为将键帽310保持在未按压位置使得键帽310准备被用户按压。此外，准备/返回机构320还构造为响应于对键帽310的按压力的释放将键帽310部分或全部返回至未按压位置。按压力的释放可以是按压力的去除，或按压力的足够减小使得按键组件按照正常操作能够将键帽310返回至未按压位置。在图3的示例性实施例中，该按键组件300利用磁耦合部件322、324形成准备/返回机构320。磁耦合部件322、324可以均包括磁体，或者其中一个可以包括磁体而另一个包括诸如铁质材料等的磁性耦合材料。虽然磁耦合部件322、324都显示为单个矩形形状，但任一个或两个磁耦合部件322、324可包括非矩形横截面(或数个横截面)或包括具有相同或不同横截面的多个磁耦合子部件。例如，磁耦合部件322或324可包括抵靠铁质U形子部件的中央部分设置的磁性箱形子部件。
在一些实施方案中，磁耦合部件322在物理上附接到靠近键帽310的面板或基座。磁耦合部件324在物理上附接到键帽并且与磁耦合部件322发生磁相互作用。磁耦合部件322、324的物理附接可以是直接的或间接的(间接地通过一个或多个中间部件)，并且可以通过压配合、粘合剂或任何其他技术或技术组合来完成。键帽上克服磁耦合(例如，克服磁引力或斥力)所需的按压力的量可以基于所涉及的磁耦合部件322、324的尺寸、类型、形状以及位置来定制。
按键组件300包括平面平移作用(PTE)机构330，其构造为当键帽310在未按压位置与按压位置之间移动时对键帽310施加平面平移，使得横向运动的非零分量发生。PTE机构330由键帽310和基座340的一部分形成，并且包括设置在基座340上的四个坡道(两个坡道331、332在图3A-B中可见)。这四个坡道定位成当装配按键组件300时使得四个坡道靠近键帽310的角部。在图3A-B所示的实施例中，这四个坡道(包括坡道331、332)是与基座340成角度定位的简单的、倾斜的平面坡道。这四个坡道(包括坡道331、332)构造为物理接触设置于键帽310底侧的相应的坡道接触特征(两个坡道接触特征311、312在图3A-B中可见)。键帽310的坡道接触特征可以是任何合适的形状，包括与基座340上的坡道形状相匹配的坡道。
响应于沿着按压方向对键帽310的触摸表面向下施加的按压力，基座340上的坡道(包括坡道331、332)提供反作用力。这些反作用力垂直于坡道并且包括横向分量，其引起键帽310表现出横向运动。坡道和与面板或其他适当部件(未示出)中的其他特征相配合的一些固位或对齐特征有助于使键帽310保持水平。也就是说，当键帽310从未按压位置向按压位置行进时它们使键帽310保持脱离坡道并且基本处于相同定向。
如图3A-B所示，键帽310响应于对键帽310的顶部施加的足够大的按压力沿按压方向(负Z方向)移动。结果，键帽310由于与坡道相关联的反作用力沿横向方向(正X方向)和按压方向(负Z方向)移动。随着键帽310从未按压位置向按压位置移动，键帽310的坡道接触特征(例如，311、312)骑在基座340的坡道(例如，331、332)上。键帽310的此运动使磁耦合部件322、324相对于彼此移动，并且改变其磁相互作用。
图3B显示了处于按压位置的键帽310。对于按键组件300，当键帽310直接或间接地接触基座340或已移动足够远以致于被感测为按键按压时，键帽310已移动到按压位置。图3A-B未示出用于检测键帽310的按压状态的传感器(或数个传感器)，这种传感器(或数个传感器)可以基于任何适当的技术，如上面所讨论的。
当按压力被释放时，准备/返回机构320将键帽310返回至其未按压位置。磁耦合部件322、324之间的吸引力朝向未按压位置拉回键帽310使其从坡道(包括坡道331、322)退回。
使用磁力的许多实施例采用了永磁体。示例性永磁体包括(按照最强到最弱磁场强度的顺序)：钕铁硼、钐钴、铝镍钴合金和陶瓷。钕系磁体是稀土磁体，并且是由稀土元素的合金制成的非常强的磁体。选择性的实施方式包括其他稀土磁体、非稀土永磁体和电磁体。
尽管按键组件300利用磁耦合部件来形成准备/返回机构320，但在其他实施例中除了这种磁力技术之外也可替代或附加使用各种其他技术。此外，单独的机构可以分别用来实现准备和返回功能。例如，一个或多个机构可以保持键帽处在准备位置并且一个或多个其他机构可以将键帽返回到其准备位置。其他准备、返回、或准备/返回机构的实例包括屈曲弹性结构、弹簧金属圆顶、偏转塑性或金属弹簧、拉伸的松紧带、弯曲悬臂梁等。此外，在一些实施例中，准备/返回机构推动(而不是拉动)键帽310以抵抗键帽运动到按压位置或将键帽返回到未按压位置。这样的实施例可使用磁推斥或施加推力的任何其他合适的技术。
按键组件300的部件的许多变型或附加物是可能的。例如，其他实施例可包括更少或更多的部件。作为具体实例，另一个按键组件可并入任意数量的额外的美学或功能性的部件。某些实施例包括提供下述功能的面板，诸如隐藏某些按键组件不被看到、保护按键组件的其他部件、帮助保持或引导按键组件的触摸表面或某些其他功能。
作为另一实例，其他实施例可包括不同的键帽、准备机构、返回机构、PTE机构、水平机构或基座。作为具体实例，键帽310、基座340或未示出的另外的部件可以包括凸起、凹陷、或有助于引导或保持键帽310的其他特征。作为另一具体实例，某些实施例适当地使用非坡道技术或(或另外的)坡道来影响平面平移。其他PTE机构的实例包括各种连杆系统、凸轮、钩槽、轴承表面以及其他运动对齐特征。
作为另外一个实例，尽管PTE机构330在图3A-B中被显示为使坡道设置在基座340上并使坡道接触特征设置在键帽310上，但其他实施例可以使一个或多个坡道设置在键帽310上并使坡道接触特征设置在基座340上。此外，PTE机构330在图3A-B中被显示为坡道331、332具有简单的斜面坡道外形。然而，在各种实施例中，PTE机构330可以采用其他外形，包括那些具有线性、分段线性或非线性截面的外形，那些具有简单的或复杂的曲线或曲面的外形，或那些包括各种凹凸特征的外形。同样地，键帽310上的坡道接触特征可以是简单的或复杂的，并且可以包括线性的、分段线性的或非线性的截面。作为某些具体实例，坡道接触特征可包括简单坡道、部分球体、圆柱体截面等等。此外，键帽310上的坡道接触特征可以与基座340上的坡道(包括坡道331、332)形成点、线、或面接触。文中“坡道外形”用来表示用于PTE机构的任何坡道的表面的轮廓。在某些实施例中，单个键盘可以采用多个不同的坡道外形以为不同的按键提供不同的触觉响应。
作为进一步的实例，使其触摸表面保持水平的实施例可以使用各种水平化技术，其不使用、部分使用、或全部使用联合的PTE机构。
图4示出了根据文中所述技术的示例性键盘结构400的分解图。类似于键盘构造400的构造可以被用于实施任何数量的不同的键盘，包括键盘100。从键盘的顶部到底部的顺序，面板420包括多个孔，通过这些孔在总装中可触及各种尺寸的键帽410。磁耦合部件422、424分别地附接于键帽410或基座440。基座440包括多个PTE机构(在基座440上示出为简单的矩形)，其构造为引导键帽410的运动。基座440的底下是按键传感器450，其包括设置在一个或多个衬底上的一层或多层电路。
为了便于理解，各种细节已经被简化。例如，可被用于将部件接合在一起的粘合剂没有被显示。此外，各种实施例可以比在键盘构造400中示出的具有更多或更少的部件，或者各部件可以按不同的顺序。例如，基座和按键传感器450可以组合成一个部件，或在层叠顺序上互换。
图5A-B是根据按键伸缩实施例的按键组件500的横截面侧视图。图5A示出了按键组件500处于未按压(或准备)位置并且图5B示出了按键组件处于缩回位置。如以下将讨论的，在某些实施例中平移作用机构用于形成按键伸缩机构针对按键组件500的一部分。
按键组件500包括键帽502，其具有触摸表面504，触摸表面504构造为接收来自用户和底架506的按压力。面板或盖508(统称为“C”盖)构造于底架上方并且包括按键保持件特征510，按键保持件特征510形成的按键伸缩机构使键帽502朝向缩回位置伸缩的部分，这将在下面进行讨论。按键组件500还包括平移作用(PTE)机构，其包括坡道512和514，坡道从未按压位置朝向按压位置引导键帽502的坡道接触特征516和518。在正常(打字)操作中，用户对触摸表面504施加按压力520并且坡道接触特征516和518沿按压方向(Z方向)并且还沿第二方向(X方向)沿着坡道512和514移动，第二方向正交于按压方向。PTE机构还包括位于底架506中的反转或反向坡道522和位于键帽502中的反向坡道接触特征524。反向坡道522操作为如果接触表面504被按压偏离中心则朝向坡道512驱动键帽502。随着键帽502接近按压位置，传感器522可以检测到按键按压并且向在任何特定实施方式中采用的任何处理系统提供感测信号。在去除按压力520时，准备返回机构(图3的320)的磁吸引力朝向未按压(准备)位置拉回键帽502。
传感器526可以使用任何适当的技术，包括文中所述的任何一种技术。在一些实施例中，传感器526检测电容的变化，键帽502主要包括介电材料，并且键帽502的介电材料的位置的变化引起由传感器526检测到的电容的主要变化。在一些实施例中，传感器526检测电容的变化，导电材料设置在键帽502内或键帽502上，并且键帽502的导电材料的位置的变化引起由传感器526检测到的电容的主要变化。在一些实施例中，传感器526构造为主动检测键帽502的未按压位置和按压位置。在一些实施例中，传感器526构造为仅主动检测键帽502的按压状态，并且假定没有检测到按压状态意味着键帽502未被按压，反之亦然。处理系统(未显示)以通信方式耦接到传感器526，并且操作传感器526来产生指示按键组件的按压状态的信号并且基于这些信号判断键帽502的按压状态。随着键帽502朝向缩回位置移动，传感器516可停用或者传感器信号被忽视且不处理，以免对处理系统提供众多错误的按键按压指示。
根据示例性实施例，PTE机构连同面板508的按键保持特征510一起形成按键伸缩机构的一部分。多个可伸缩的按键组件500可以被并入键盘或小型键盘中以提供不同的优势。在一些实施例中，当键帽502保留在缩回位置时，具有可伸缩按键组件的键盘或小型键盘提供了较薄的轮廓。在一些笔记本或笔记本平板混合电脑的实施例中，缩回键盘的较薄轮廓允许显示器更接近关闭时的键盘的基座，减少了计算机系统的整体厚度(与按键处于未按压位置的键盘相比)。在一些实施例中，具有缩回按键的键盘或小型键盘的按键支承表面可以被用作对象的支持表面或提供平坦的触摸输入表面。作为一个具体实例，平板电脑可以构造为停留在其平板盖的按键支承表面上。
在一些实施例中，通过如箭头528所指示的底架506相对于面板508的移动，键帽502可以缩回。在该实施例中，面板508的按键保持特征510防止键帽502与底架506一起移动。随着底架移动(在本实例中沿负X方向)，反向坡道522和反向坡道接触特征524使得键帽502被PTE机构朝向缩回位置引导。在某些实施例中，缩回位置可基本上是与按压位置相同的按键位置。在一些实施例中，通过如箭头530所指示的面板508相对于底架506的移动，键帽502可以缩回。在该实施例中，随着底架移动(在本实例中沿正X方向)到反向坡道522和反向坡道接触特征524，面板508的按键保持特征510移动(推动)键帽，反向坡道522和反向坡道接触特征524使得键帽502被PTE机构朝向缩回位置引导。在某些实施例中，底架506和面板508保持静止并且按键保持特征510构造为相对于底架506和面板508移动。在本实施例中按键保持特征510的移动也移动(推动)键帽(沿正X方向)以被PTE机构朝向缩回位置引导。
在采用磁性准备-返回机构的那些实施例中，使底架506和面板508相对于彼此移动所需的力可能很高。例如，如果需要大约八十克的按压力来克服准备-返回机构的磁吸引力，那么使底架506和面板508相对于彼此移动所需的力将是大约八十克乘以特定小型键盘或键盘中按键组件的数量。此外，键盘系统的联合的坡道/坡道接触特征中的任何摩擦会增加所需的按键缩回力。相应地，一些实施例采用偏压机构532，该偏压机构操作为对底架施加偏压力534。在一些实施例中，偏压力534被选择为大于准备-返回机构的联合磁力使得键帽通常缩回。在一些实施例中，偏压力534被选择为小于准备-返回机构的联合磁力使得它们的键帽通常不缩回，然而，偏压力534减少了使键帽朝向缩回位置移动所需的附加力。
图6A-C是用于笔记本电脑600实施方式的按键伸缩机构的示例性实施例的侧视图。如图6A所示，键帽602在未按压位置，在该位置键帽的触摸表面处于面板604的上方如606指示的位置处。随着显示器608朝向面板604移动，按键伸缩机构接合(图6B)并且朝向缩回位置移动键帽至如610指示的位置处。当显示器608关闭以接触面板604(图6C)时，键帽602缩回到与面板602基本齐平。显示器608的反向运动将导致键帽602上升到未按压位置。
图7A-D是可在任何特定实施方式中采用的示例性按键伸缩机构的简图。在图7A中，计算机700包括键帽702、面板704以及盖或显示器706。随着盖706接近面板704，凸轮708与底架的臂710啮合，使底架相对于面板移动。面板的按键保持特征操作为缩回键帽，如上面结合图5所讨论的。
图7B示出了可翻折计算机的实施例，其中盖706可与面板704折叠使得可翻折计算机可以用作平板电脑。铰链712包括随着盖706接近面板704而与底架的臂716啮合的部分714。此操作使底架相对于面板移动并且面板的按键保持特征操作为使键帽缩回。
图7C示出了使用齿条718和小齿轮720的操作来使底架相对于面板移动的另一个实施例。在另外一个实施例中，图7D采用具有斜面724的闩扣722。随着盖706接近面板704，面板704贯穿开口726，在该开口处斜面724与底架730的相应斜面728啮合。斜面724和728的相互作用使底架730相对于面板704移动以使键帽702缩回。
如将理解的，可采用任何数量的机构来使底架和面板相对于彼此移动。实例的范围从底架与盖之间的带或带条的简单耦接到随着盖打开和关闭推拉底架。更复杂的实例包括使底架相对于面板移动的机动系统。在这样的机动伸缩机构中，控制系统可根据需要，诸如响应于系统状态、用户的手位置等缩进或伸出键帽。例如，在一个实施例中，传感器检测用户手掌、手指或其他手部的接近度来判断用户何时接近“准备打字”的位置，机动伸缩机构响应于用户正准备打字的判断结果而将按键移动到其准备位置。
图8A-B是根据一个实施例的按键组件800的简化横截面侧视图。图8A所示的按键组件800处于未按压(或准备)位置，图8B显示按键组件处于按压位置。可以看出，在按压位置，在基座804沿负X方向816移动的同时按键保持特征814保持按键组件800的键帽802。从而键帽802经由在底架804与键帽802之间耦接的四杆平移作用机构808而沿着按压方向(Z方向)移动。磁性准备-返回机构包括磁铁812和底架的磁性铁质部分810。四杆平移作用机构808提供了简化的PTE机构，其与图5的坡道和坡道接触特征相比会更便宜或更容易实现。
图9A-B是根据一个实施例的按键组件900的简化横截面侧视图。图9A所示的按键组件900处于未按压(或准备)位置，图9B显示按键组件处于按压位置。在此实施例中，基座904沿正X方向912移动，引起准备-返回机构的部分910经由在底架904与键帽902之间耦接的四杆平移作用机构908而沿按压方向(Z方向)和正X方向沿着双平移路径推动键帽。再者，此四杆平移作用机构908提供了简化的PTE机构，其与图5的坡道和坡道接触特征相比会更便宜或更容易实现。
这样，文中所述技术可用于实施利用不同触摸表面组件的任意数量的设备，包括分别具有根据文中所述技术的一个或多个按键组件的各种键盘。当将多个触摸表面置于同一设备中时可共用一些部件。例如，基座可被两个或更多个触摸表面共用。作为另一实例，可通过共享传感器基板、传感器电极等来共用击键传感器。
文中所述的实施方式仅作为实例，可实现许多变型。作为一个实例，根据一种实施方式所述的任何适当的特征可与另一特征结合。作为第一具体实例，文中所述的任一种实施方式可采用或可不采用完成触觉、美观性或保护层。作为第二具体实例，在各种磁耦合部件配置中，铁质材料可被用于代替磁体。
另外，提供任意功能的结构可包括任意数量的适当部件。例如，同一个部件可对按键按压提供水平、平面平移作用、准备以及返回功能。作为另一实例，不同的部件可提供这些功能，使得第一部件保持水平、第二部件产生平面平移、第三部件准备并且第四部件返回。作为另一个例子，两个或更多个部件可提供相同的功能。例如，在某些实施例中，磁体和弹簧一起提供返回功能，或准备和返回功能。因此，文中在各种实施方式中所述的技术可彼此结合使用，即使该功能可能似乎是多余的。例如，一些实施例使用弹簧来辅助或增强基于磁性的准备/返回机构。

Claims (43)

1.一种键盘，包括：
面板，其具有多个按键开口和多个按键保持特征，所述多个按键保持特征构造为在所述面板的底侧与所述多个按键开口相邻；
多个键帽，每个键帽定位在所述多个按键开口的相应一个开口内，并且每个键帽具有触摸表面，所述触摸表面接收按压力，所述按压力使所述键帽从未按压位置朝向按压位置移动，所述未按压位置和按压位置在按压方向和正交于所述按压方向的第二方向上分离；
底架，其具有多个平移作用机构，每个平移作用机构支撑所述多个键帽的相应一个键帽以便随着所述键帽从所述未按压位置朝向所述按压位置移动时沿所述按压方向和所述第二方向引导相应的键帽；以及
按键伸缩机构，其构造为使所述底架相对于所述面板移动；
其中，所述面板的所述按键保持特征构造为在所述底架相对于所述面板移动过程中限制所述键帽沿所述第二方向移动，而所述平移作用机构使所述多个键帽朝向缩回位置移动。
2.根据权利要求1所述的键盘，其中：
所述多个键帽的每个键帽包括第一磁性部件；
所述底架包括用于所述多个键帽的每个相应键帽的第二磁性部件；
所述第一磁性部件和第二磁性部件形成朝向所述未按压位置偏压所述各个键帽的准备-返回机构。
3.根据权利要求2所述的键盘，其中，所述第一磁性部件和第二磁性部件的其中一个包括非磁化铁质材料。
4.根据权利要求2所述的键盘，还包括偏压机构，所述偏压机构耦接至所述底架并且构造为朝向所述缩回位置偏压所述多个键帽。
5.根据权利要求4所述的键盘，其中，由所述偏压机构提供的偏压力的大小稍大于由所述准备-返回机构提供的磁性力。
6.根据权利要求1、2、3、4或者5所述的键盘，其中，所述平移作用机构的每一个包括在所述底架与相应的键帽之间构造的四连杆机构。
7.根据权利要求6所述的键盘，其中，所述四连杆机构构造为以底架连接为接地连杆并且键帽连接为浮动连杆。
8.根据权利要求1所述的键盘，其中，所述平移作用机构的每一个包括位于所述底架上的用于每个相应键帽的坡道特征，并且所述多个键帽包括随着所述相应键帽从所述未按压位置朝向所述按压位置移动而沿着所述坡道特征移动的坡道接触特征。
9.根据权利要求8所述的键盘，其中，所述平移作用机构还包括位于所述底架上的用于每个相应键帽的反转坡道特征并且所述多个键帽包括反转坡道接触特征，所述面板的所述按键保持特征在向缩回位置移动过程中保持所述多个键帽。
10.根据权利要求9所述的键盘，其中，所述键帽朝向所述缩回位置的移动包括相对于所述按键保持特征大致沿所述按压方向的移动。
11.根据权利要求1、2、3、4、5、8、9或者10所述的键盘，其中，当所述多个键帽处于所述缩回位置时所述多个键帽的每一个键帽与所述面板的顶面基本齐平。
12.根据权利要求1、2、3、4、5、8、9或者10所述的键盘，还包括耦接至所述按键伸缩机构的顶盖，其中所述顶盖朝向所述面板的移动引起所述按键伸缩机构使所述底架相对于所述面板移动，由此将所述多个键帽移动到所述缩回位置。
13.根据权利要求12所述的键盘，其中，所述顶盖包括显示器。
14.根据权利要求1、2、3、4、5、8、9、10中任一项所述的键盘，还包括多个电容传感器，当所述相应键帽处于所述按压位置时每个电容传感器用于感测。
15.根据权利要求14所述的键盘，其中，当所述按键伸缩机构使所述底架相对于所述面板移动时来自所述多个电容传感器的信号未被处理。
16.一种键盘，包括：
面板，其具有多个按键开口和多个按键保持特征，所述多个按键保持特征构造为在所述面板的底侧与所述多个按键开口相邻；
多个键帽，每个键帽定位在所述多个按键开口的相应一个开口内，并且每个键帽具有触摸表面，所述触摸表面接收按压力，所述按压力使所述键帽从未按压位置朝向按压位置移动，所述未按压位置和按压位置在按压方向和正交于所述按压方向的第二方向上分离；
底架，其具有多个坡道特征，每个坡道特征与所述多个键帽的相应一个键帽的坡道接触特征相互作用以随着所述键帽从所述未按压位置朝向所述按压位置移动时沿所述按压方向和所述第二方向引导相应的键帽，所述底架还包括多个反转坡道特征，每个反转坡道特征与所述多个键帽的相应一个键帽的反转坡道接触特征相互作用；以及按键伸缩机构，其构造为引起所述底架与所述面板之间的移动；
其中，所述面板的所述按键保持特征构造为响应于所述底架相对于所述面板的移动限制所述键帽沿所述第二方向移动，而所述反转坡道和所述反转坡道接触特征使所述多个键帽朝向缩回位置移动。
17.根据权利要求16所述的键盘，其中：
所述多个键帽的每个键帽包括第一磁性部件；
所述底架包括用于所述多个键帽的每个相应键帽的第二磁性部件；以及
所述第一磁性部件和第二磁性部件形成朝向所述未按压位置偏压所述各个键帽的准备-返回机构。
18.根据权利要求17所述的键盘，其中，所述第一磁性部件和第二磁性部件的其中一个包括非磁化铁质材料。
19.根据权利要求17所述的键盘，还包括偏压机构，所述偏压机构耦接至所述底架并且构造为朝向所述缩回位置偏压所述多个键帽。
20.根据权利要求19所述的键盘，其中，由所述偏压机构提供的偏压力的大小稍大于由所述准备-返回机构提供的磁性力。
21.根据权利要求16、17、18、19或者20所述的键盘，还包括耦接至所述按键伸缩机构的显示器，其中所述显示器朝向所述面板的移动引起所述按键伸缩机构产生所述底架与所述面板之间的移动，由此将所述多个按键移动到所述缩回位置。
22.根据权利要求16、17、18、19或者20所述的键盘，其中，当所述多个键帽处于所述缩回位置时所述多个键帽与所述面板的顶面基本齐平。
23.根据权利要求16、17、18、19或者20所述的键盘，还包括多个电容传感器，当所述相应键帽处于所述按压位置时每个电容传感器用于感测。
24.一种使位于键盘的面板中的多个键帽产生运动的方法，其中所述多个键帽的每个键帽由底架的平移作用机构支撑在未按压位置，所述多个键帽的每个键帽构造为在所述未按压位置与按压位置之间移动，其中所述未按压位置和按压位置在按压方向和正交于所述按压方向的第二方向上分离，所述方法包括：
响应于所述底架与所述面板之间的移动，所述平移作用机构朝向所述按压方向将所述多个键帽的每个键帽移动到缩回位置并且沿所述按压方向和所述第二方向引导所述多个键帽；以及
按键保持特征，其构造在所述面板的底侧与所述多个按键开口相邻，在所述底架相对于所述面板移动过程中限制所述键帽的移动。
25.一种包括键盘的笔记本电脑，所述键盘包括：
面板，其具有多个按键开口和多个按键保持特征，所述多个按键保持特征构造为在所述面板的底侧与所述多个按键开口相邻；
多个键帽，其具有接收按压力的触摸表面，每个键帽定位在所述多个按键开口的相应一个开口内；
底架，其具有多个平移作用机构，每个平移作用机构支撑所述多个键帽的相应一个键帽，使得响应于接收所述按压力，所述相应的键帽沿按压方向和正交于所述按压方向的第二方向从未按压位置朝向按压位置移动；以及
按键伸缩机构，其构造为使所述底架相对于所述面板移动，使得响应于所述底架相对于所述面板的移动，所述按键保持特征限制所述多个键帽沿所述第二方向移动，而所述多个键帽沿所述按压方向从所述未按压位置朝向缩回位置移动。
26.根据权利要求25所述的笔记本电脑，其中：
所述多个键帽的每个键帽包括第一磁性部件；
所述底架包括用于所述多个键帽的每个相应键帽的第二磁性部件；并且
所述第一磁性部件和第二磁性部件形成朝向所述未按压位置偏压所述相应键帽的准备-返回机构。
27.根据权利要求26所述的笔记本电脑，其中，所述第一磁性部件和第二磁性部件的其中一个包括非磁化铁质材料。
28.根据权利要求25所述的笔记本电脑，还包括偏压机构，所述偏压机构耦接至所述底架并且构造为朝向所述缩回位置偏压所述多个键帽。
29.根据权利要求28所述的笔记本电脑，其中，由所述偏压机构提供的偏压力的大小大于由准备-返回机构提供的磁性力。
30.根据权利要求25、26、27、28或者29所述的笔记本电脑，其中，所述平移作用机构的每一个包括在所述底架与每个相应的键帽之间的四连杆机构。
31.根据权利要求25所述的笔记本电脑，其中，所述按键伸缩机构包括凸轮、臂、闩锁、带条、扁带以及电动机的其中之一。
32.根据权利要求25所述的笔记本电脑，其中，所述平移作用机构的每一个包括位于所述底架上的用于每个相应键帽的坡道特征，并且所述多个键帽包括随着所述相应键帽从所述未按压位置朝向所述按压位置移动而沿着所述坡道特征移动的坡道接触特征。
33.根据权利要求32所述的笔记本电脑，其中，所述平移作用机构还包括位于所述底架上的用于每个相应键帽的反转坡道特征并且所述多个键帽包括反转坡道接触特征，所述面板的所述按键保持特征在向缩回位置移动过程中保持所述多个键帽。
34.根据权利要求33所述的笔记本电脑，其中，所述键帽朝向所述缩回位置的移动包括相对于所述按键保持特征大致沿所述按压方向的移动。
35.根据权利要求25、26、27、28、29、31、32、33或者34所述的笔记本电脑，其中，当所述多个键帽处于所述缩回位置时所述多个键帽的每一个键帽与所述面板的顶面基本齐平。
36.根据权利要求25所述的笔记本电脑，还包括耦接至所述按键伸缩机构的显示器，其中响应于所述显示器朝向所述面板的移动，所述按键伸缩机构使所述底架相对于所述面板移动，由此将所述多个键帽移动到所述缩回位置。
37.根据权利要求36所述的笔记本电脑，其中，响应于所述显示器远离所述面板的移动，所述按键伸缩机构使所述底架相对于所述面板移动，由此将所述多个键帽移动到所述未按压位置。
38.根据权利要求25、26、27、28、29、31、32、33、34、36或者37所述的笔记本电脑，还包括电容传感器，所述电容传感器构造为从所述按压位置、未按压位置以及缩回位置的其中之一感测每个相应键帽的位置。
39.根据权利要求38所述的笔记本电脑，其中，所述按键伸缩机构构造为响应于判断出用户接近所述多个键帽使所述面板相对于所述底架移动。
40.一种键盘，包括：
面板，其具有多个按键开口和多个按键保持特征，所述多个按键保持特征与所述多个按键开口相邻；
多个键帽，每个键帽定位在所述多个按键开口的其中一个开口内，并且每个键帽具有触摸表面，所述触摸表面接收来自用户的按压力，所述按压力使所述键帽从未按压位置朝向按压位置移动，所述未按压位置和按压位置在竖直按压方向和正交于所述竖直按压方向的第二方向上分离；
底架，其具有多个平移作用机构，以便随着所述键帽从所述未按压位置朝向所述按压位置移动时沿所述竖直按压方向和所述第二方向引导相应的键帽；以及
按键伸缩机构，其构造为引起所述底架与所述面板之间的移动；
其中，所述面板的所述按键保持特征构造为响应于所述底架相对于所述面板的移动限制所述键帽沿所述第二方向移动。
41.根据权利要求40所述的键盘，还包括偏压机构，所述偏压机构耦接至所述底架并且构造为朝向缩回位置偏压所述多个键帽。
42.根据权利要求41所述的键盘，其中，由所述偏压机构提供的偏压力的大小大于由准备-返回机构提供的磁性力。
43.根据权利要求41所述的键盘，还包括耦接至所述按键伸缩机构的显示器，其中所述显示器朝向所述面板的移动引起所述按键伸缩机构使所述底架相对于所述面板移动，由此将所述多个按键移动到所述缩回位置。
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