CN105742098B - 一种光电式线性控制的键盘按键开关 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光电式线性控制的键盘按键开关，包括从下到上依次设置的PCB板、下固定壳、弹簧、十字键轴、上固定壳、以及键帽，还包括集成在PCB板上的第一PT管和第一IR管，所述PCB板设有发射和信号接收电路，所述下固定壳上设置有与第一PT管及第一IR管相对应的组合式线性光学棱镜，所述十字键轴上朝组合式线性光学棱镜的一侧设置有移动反射器件，所述移动反射器件随着十字键轴在组合式线性光学棱镜上移动，该键盘按键开关在移动反射器件下压时开始触发导通并随着移动反射器件的下压实现对键盘按键开关的线性控制。并结合导通、断开、及线性控制等多种组合的控制，对游戏程序的各种动作过程的连续控制非常的方便，满足了目前电竞玩家的需求。

Description

一种光电式线性控制的键盘按键开关

技术领域

本发明涉及一种键盘按键开关，特别涉及一种光电式线性控制的键盘按键开关。

背景技术

现有市场上计算机外围输入设备的按键开关，包括所有的机械轴键盘及光电键盘，其只有导通和断开的功能，当按键下压时，按键开关导通并输入相应的指令，当按键放松时，按键开关断开，输入指令结束。但随着电竞游戏的普及，以及电竞游戏程序和功能的更新换代，现有的键盘已经不能满足电竞玩家的需求。有些游戏程序要求键盘按键可以同时体现速度、动作的力度、方向、以及对动作过程连续的控制。传统1和0的键盘开关模式已经无法满足这些游戏程序的要求，因此，除了实现1和0的导通和断开控制之外，开发一种输出信号可以实现线性控制的按键开关非常有必要。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提供一种可实现较长按压行程的输出信号大小的线性控制，便于对游戏程序的各种动作过程的连续控制，以满足目前电竞玩家需求的光电式线性控制的键盘按键开关。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：

一种光电式线性控制的键盘按键开关，包括从下到上依次设置的PCB板、下固定壳、弹簧、压住弹簧并可上下移动的十字键轴、与所述下固定壳相适配形成有容置腔的上固定壳、以及设置在所述十字键轴的十字键部上的键帽，所述上固定壳上设有与所述十字键轴相适配的开口，所述十字键轴的十字键部从该开口处伸出，还包括集成在所述PCB板上的第一PT管和第一IR管，所述PCB板设有发射和信号接收电路，所述下固定壳上设置有与所述第一PT管及第一IR管相对应的组合式线性光学棱镜，所述十字键轴上朝所述组合式线性光学棱镜的一侧设置有移动反射器件，所述移动反射器件随着所述十字键轴在组合式线性光学棱镜上移动，该键盘按键开关在所述移动反射器件下压时开始触发导通并随着移动反射器件的下压实现对键盘按键开关的线性控制。

进一步地，所述组合式线性光学棱镜包括分别设置在所述第一IR管和第一PT管上的第一菲涅尔准直透镜和第一聚光透镜、以及倾斜设置在所述第一菲涅尔准直透镜上的线性光学棱镜，所述线性光学棱镜的上端通过第一竖直平面与第一聚光透镜的一侧连接，所述第一IR管发出的光线经所述第一菲涅尔准直透镜准直之后入射到所述线性光学棱镜的反射面上，入射光线通过所述线性光学棱镜的转折之后从所述第一竖直平面射出，所述移动反射器件在下压过程中将从所述第一竖直平面射出的部分光线通过反射和转折后射向所述第一聚光透镜，出射光线经所述第一聚光透镜会聚后被所述第一PT管接收而触发电流。

进一步地，所述第一PT管中触发的电流随着所述移动反射器件的下压而线性增加。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：通过在键盘按键开关内设置有可线性控制的组合式线性光学棱镜，十字键轴上设有随着十字键轴移动并与组合式线性光学棱镜配合工作的移动反射器件，电路板上集成有一个或多个PT管和IR管，当按键下压时，开关开始触发导通，信号电流会随着按键的进一步下压而逐渐增大；当按键放松时，信号电流正好相反，其随着按键的上升而逐渐变小，最后断开，从而实现了较长按压行程的输出信号大小的线性控制，结合导通、断开、及线性控制等多种组合的控制，对游戏程序的各种动作过程的连续控制非常的方便，可以满足目前电竞玩家的各种要求。

附图说明

图1是本发明一种光电式线性控制的键盘按键开关的结构分解图；

图2是本发明一种光电式线性控制的键盘按键开关另一视角的结构分解图；

图3是本发明实施例一所述组合式线性光学棱镜的结构示意图；

图4是本发明实施例一所述光电式线性控制的键盘按键开关的工作原理图之一；

图5是本发明实施例一所述光电式线性控制的键盘按键开关的工作原理图之二；

图6是本发明实施例一所述线性光学棱镜的工作原理图；

图7是本发明实施例二所述光电式线性控制的键盘按键开关的工作原理图之一；

图8是本发明实施例二所述光电式线性控制的键盘按键开关的工作原理图之二；

图9是本发明实施例三所述光电式线性控制的键盘按键开关的工作原理图之一；

图10是本发明实施例三所述光电式线性控制的键盘按键开关的工作原理图之二；

图11是本发明实施例四所述光电式线性控制的键盘按键开关的工作原理图之一；

图12是本发明实施例四所述光电式线性控制的键盘按键开关的工作原理图之二；

图13是本发明实施例四所述光电式线性控制的键盘按键开关的工作原理图之三；

图14是本发明实施例五所述光电式线性控制的键盘按键开关的工作原理图之一；

图15是本发明实施例五所述光电式线性控制的键盘按键开关的工作原理图之二；

图16是本发明实施例五所述光电式线性控制的键盘按键开关的工作原理图之三；

图17是本发明实施例五所述光电式线性控制的键盘按键开关的工作原理图之四；

图18是本发明实施例六所述光电式线性控制的键盘按键开关的工作原理图之一；

图19是本发明实施例六所述光电式线性控制的键盘按键开关的工作原理图之二；

图20是本发明实施例六所述光电式线性控制的键盘按键开关的工作原理图之三；

图21是本发明实施例七所述光电式线性控制的键盘按键开关的工作原理图之一；

图22是本发明实施例七所述光电式线性控制的键盘按键开关的工作原理图之二；

图23是本发明实施例七所述光电式线性控制的键盘按键开关的工作原理图之三；

图24是本发明实施例七所述光电式线性控制的键盘按键开关的工作原理图之四；

图25是本发明实施例八所述光电式线性控制的键盘按键开关的结构示意图。

具体实施方式

为了能够进一步了解本发明的结构、特征及其他目的，现结合所附较佳实施例附以附图详细说明如下，本附图所说明的实施例仅用于说明本发明的技术方案，并非限定本发明。

实施例一

请参见图1、图2，一种光电式线性控制的键盘按键开关，包括从下到上依次设置的PCB板20、下固定壳16、弹簧15、压住弹簧15并可上下移动的十字键轴13、与所述下固定壳15相适配形成有容置腔的上固定壳12、以及设置在所述十字键轴13的十字键部上的键帽11，所述上固定壳12上设有与所述十字键轴13相适配的开口，所述十字键轴13的十字键部从该开口处伸出，还包括集成在所述PCB板20上的第一PT管17和第一IR管18，所述PCB板20设有发射和信号接收电路，所述下固定壳16上设置有与所述第一PT管17及第一IR管18相对应的组合式线性光学棱镜14，所述十字键轴13上朝所述组合式线性光学棱镜14的一侧设置有移动反射器件131，该移动反射器件131包括一全反射倾斜面，所述移动反射器件131随着所述十字键轴13在组合式线性光学棱镜14上移动，该键盘按键开关在所述移动反射器件131下压时开始触发导通并随着移动反射器件131的下压实现对键盘按键开关的线性控制。

如图3所示，所述组合式线性光学棱镜14包括分别设置在所述第一IR管18和第一PT管17上的第一菲涅尔准直透镜141和第一聚光透镜144、以及倾斜设置在所述第一菲涅尔准直透镜141上的线性光学棱镜142，所述线性光学棱镜142的上端通过第一竖直平面143与第一聚光透镜144的一侧连接，所述第一IR管18发出的光线经所述第一菲涅尔准直透镜141准直之后入射到所述线性光学棱镜142的反射面上，入射光线通过所述线性光学棱镜142的转折之后从所述第一竖直平面143射出，所述移动反射器件131在下压过程中将从所述第一竖直平面143射出的部分光线通过反射和转折后射向所述第一聚光透镜144，出射光线经所述第一聚光透镜144会聚后被所述第一PT管17接收而触发电流。

进一步地，所述组合式线性光学棱镜14还包括用于照明所述键帽11上字符的导光柱147，所述PCB板20上设置有与所述导光柱147相对应的LED灯19。

其中，所述导光柱147的出光面设有色温混光特征的微结构，该出光面可以为水平面、也可以为带有一定倾斜角度的曲面或平面，所述色温混光特征的微结构可以为球面陈列、或磨砂面、或鳞片曲面陈列、或V型槽陈列、或棱形体陈列、或柱面体陈列、或交叉陈列、或几种微结构混合排列。

具体地，请参照图4，D1为行程+0.3mm的位置，D2为行程0mm的位置，D3为行程-2mm的位置，D4为行程-4mm的位置，当按键没有下压，弹簧15处于放松状态时，位于十字键轴13上的移动反射器件131处于行程为+0.3mm的位置，这时候移动反射器件131与右侧的线性光学棱镜142没有对准，光路处于断开的状态。当按键下压，移动反射器件131向下移动到行程为0mm的位置时，移动反射器件131开始与右侧的线性光学棱镜142部分对准，这时候光路开始导通，从第一IR管18入射进来的光线，经过第一菲涅尔准直透镜141准直之后入射到线性光学棱镜142的全反射面上，经过转折之后从其左侧的第一竖直平面143射出，部分光线被左侧移动反射器件131的全反射倾斜面反射和转折，光线射向下方，再经过第一聚光透镜144会聚之后，最后被位于下方的第一PT管17接收，第一PT管17中开始触发电流，触发按键开关的导通。如图5所示，当移动反射器件131进一步下压至行程为-2mm的位置，被移动反射器件131反射的光线越来越多，第一PT管17中触发的电流线性增加。当移动反射器件131进一步下压至行程为-4mm的位置，被移动反射器件131反射的光线开始达到最多的状态，第一PT管17中触发的电流开始饱和，这时候，即使按键再进一步下压(可以一直下压至行程为-4.9mm)，第一PT管17中的触发电流也保持不变。

相反，当按键放松时，第一PT管17中产生的电流变化与上述下压过程完全相反。当移动反射器件131从行程为-4.9mm的位置上升至行程为-4mm的位置时，第一PT管17中的触发电流一直处于饱和状态，其产生的电流强弱不变。而当移动反射器件131从行程-4.9mm上升到行程-4mm以上，第一PT管17中的触发电流开始线性减弱。直至回到行程为0mm的位置时，第一PT管17中的触发电流线性减弱为0，按键开关回到断开的状态。

其中，所述移动反射器件131可以为镀有高反射率膜的反射镜，或45°倾斜平面反射镜，或具有一定弧度的曲面反射镜，或带有光反射特征材料制成的反射镜，本实施例中，优选为具有一定弧度的曲面反射镜，该曲面反射镜与下方的第一聚光透镜144，具有最佳的聚光效果。

其中，所述第一聚光透镜144和第一菲涅尔准直透镜141，其可以为非球曲面、或球面、或混合曲面、或圆锥曲面、或平面。

本实施例中，所述第一PT管17可以为红外光电接收管、或激光接收管、或图像传感器，所述第一IR管18为可以红外光二级管、或激光管。

如图6所示，是所述线性光学棱镜142的设计原理，该线性光学棱镜142是由若干个间隔分布且长度渐变的竖直微小平面V及反射面S所组成，也可以由若干个间隔分布且长度渐变的非垂直的小曲面及反射面所组成，所述反射面S可以为斜面、或弧面、或圆锥曲面、或带有光反射特征的涂层面，相隔两反射面S之间通过一竖直微小平面V或非垂直的小曲面连接，每个竖直微小平面V或非垂直的小曲面和反射面S的连接点处于曲率半径为7mm～15mm的圆弧面R上，本实施例中，该圆弧面R的曲率半径为8.6mm，该曲率半径可以根据线性控制行程的长短适当调整。

此外，所述线性光学棱镜142也可以是有间隔条纹特征的光反射面，部分光反射，部分光吸收，又或者由若干个斜度为30～60°的反射面与竖直小曲面组成。

在上述竖直微小平面V和反射面S中，只有所述反射面S起到全反射的功能，其将光线转折45°水平向左反射，而竖直微小平面V，其和入射光线的方向相互平行，起不到全反射和转折光线的作用，只起到连接上下相邻的两个反射面S的作用。从上往下，竖直微小平面V的长度越来越短，而45全反射斜面S的长度越来越长。因此，从上往下，其用于全反射光线的等效面积越来越大，反射光线的数量越来越多，当左侧位于十字键轴13上的移动反射器件131从上方向下移动时，其会聚到下方第一PT管17中的光线会线性增加，因而产生线性增加的耦合电流。

另外，在实施过程中，也可以设计成，随着所述移动反射器件131的下压，所述第一PT管17中触发的电流呈线性减小、或呈电流恒定状态。

如此便可实现了较长按压行程的输出信号大小的线性控制，并结合导通、断开、及线性控制等多种组合的控制，对游戏程序的各种动作过程的连续控制非常的方便，满足了目前电竞玩家的各种要求。

实施例二

请参见图7，本实施例提供的一种光电式线性控制的键盘按键开关，相对于上述实施例一不同之处在于：

本实施例中，所述移动反射器件131为无镀膜的透明的全反射棱镜231，其包括一全反射倾斜面、右侧的竖直输入面、以及下方水平的输出平面，所述全反射倾斜面可以为倾斜45°的全反射面，也可以为具有一定弧度的曲面，优选为具有一定弧度的曲面，其与下方的第一聚光透镜144具有最佳的聚光效果。

其工作原理如图7、图8所示，当按键没有下压，弹簧15处于放松状态时，位于十字键轴13上的全反射棱镜231与右侧的线性光学棱镜142没有对准，光路处于断开的状态。当按键下压，全反射棱镜231开始与右侧的线性光学棱镜142对准，这时候光路开始导通，从第一IR管18入射上来的光线，经过第一菲涅尔准直透镜141准直之后入射到线性光学棱镜142的反射面上，经过反射转折之后从其左侧的第一竖直平面143射出，部分光线被左侧的全反射棱镜231进行全反射和转折，光线射向下方，再经过第一聚光透镜144会聚之后，最后被第一PT管17接收，第一PT管17中开始触发电流，从而触发按键开关的导通。当全反射棱镜231进一步下压，由于线性光学棱镜142的等效反射面积线性增大，被全反射棱镜231反射的光线越来越多，第一PT管17中触发的电流线性增加。

实施例三

请参见图9，本实施例提供的一种光电式线性控制的键盘按键开关，相对于上述实施例二不同之处在于：

本实施例中，所述移动反射器件131为线性全反射棱镜331，其包括一锯齿形的全反射倾斜面、右侧的竖直输入面、以及下方的水平的输出平面，所述锯齿形的全反射倾斜面是由若干个间隔分布且长度渐变的竖直微小平面及45°全反射斜面所组成，相隔两45°全反射斜面之间通过一竖直微小平面连接，其中，所述45°全反射斜面起到全反射作用，其可以根据下压行程的长短以及线性变化的程度来调整竖直微小平面及45°全反射斜面的长度。

其工作原理如图9、图10所示，当按键没有下压，弹簧处于放松状态时，位于十字键轴上的线性全反射棱镜331与右侧的线性光学棱镜142没有对准，光路处于断开的状态。当按键下压，线性全反射棱镜331开始与右侧的线性光学棱镜142对准，这时候光路开始导通，从第一IR管18入射过来的光线，经过第一菲涅尔准直透镜141准直之后入射到线性光学棱镜142的反射面上，经过转折之后从其左侧的第一竖直平面143射出，部分光线透过所述竖直输入面进入线性全反射棱镜331内，光线在所述45°全反射斜面的反射和转折后射向下方，再经过第一聚光透镜144会聚之后，最后被第一PT管17接收，第一PT管17中开始触发电流，从而触发按键开关的导通。当线性全反射棱镜331进一步下压，由于线性光学棱镜142的等效反射面积线性增大，被线性全反射棱镜331反射的光线越来越多，第一PT管17中触发的电流线性增加。

实施例四

请参见图11，本实施例提供的一种光电式线性控制的键盘按键开关，相对于上述实施例不同之处在于：

本实施例中，所述PCB板20上还集成有第二IR管482，该第二IR管482为红外光二级管或激光管，所述组合式线性光学棱镜14采用了2段式的棱镜，其包括分别设置在所述第一IR管18、第二IR管482和第一PT管17上的第一菲涅尔准直透镜141、第二菲涅尔准直透镜442和第一聚光透镜144、以及倾斜设置在所述第一菲涅尔准直透镜141及第二菲涅尔准直透镜442上的线性光学棱镜142和全反射光学棱镜444，所述第二菲涅尔准直透镜442可以为非球曲面、或球面、或混合曲面、或圆锥曲面、或平面，所述线性光学棱镜142与全反射光学棱镜444连接，所述全反射光学棱镜444的上端通过第一竖直平面143与第一聚光透镜144的一侧连接，所述第一IR管18和第二IR管482发出的光线分别经所述第一菲涅尔准直透镜141、第二菲涅尔准直透镜442准直之后入射到线性光学棱镜142和全反射光学棱镜444上，入射光线通过所述全反射光学棱镜444和线性光学棱镜142的转折之后从所述第一竖直平面143射出，所述移动反射器件131在下压过程中将从所述第一竖直平面143射出的部分光线通过反射和转折后射向第一聚光透镜144，出射光线经第一聚光透镜144会聚后被所述第一PT管17接收而触发电流。

具体地，如图11所示，本实施例主要将按键开关的控制过程细分为两段式的控制方式：第一阶段当按键下压0至-2mm时开关电路先导通，第二阶段按键下压到-2至-6mm时输出的信号电流再线性变化。其中，上方0至-2mm的一段全反射光学棱镜444只负责开关按键的导通，下方-2mm至-6mm的另一段线性光学棱镜142则负责按键开关的线性控制。其分别设置有第一PT管17、第一IR管18及第二IR管482，组合式线性光学棱镜14的第一菲涅尔准直透镜141和第二菲涅尔准直透镜442分别将这两个IR管射出的光线进行准直并分别入射到上方的全反射棱镜444和线性光学棱镜142上。所述负责按键开关导通的全反射棱镜444，其为倾斜45°的平面全反射棱镜。所述负责按键开关线性控制的线性光学棱镜142，其为锯齿状的全反射棱镜，其由若干个间隔分布且长度渐变的竖直微小平面及45°全反射斜面所组成，相隔两45°全反射斜面之间通过一竖直微小平面连接，其设计原理与上述实施例一所述的相同。

如图12所示，当按键下压至-2mm时，左侧的的移动反射器件131刚好与右侧组合式线性光学棱镜14中只负责按键开关导通的一段全反射光学棱镜444相对齐，这时从下方第二IR管482准直入射过来的光线，经过全反射光学棱镜444反射之后，可以完全耦合到左侧的移动反射器件131中，经反射转折再由第一聚光透镜144会聚之后，被第一PT管17所接收，按键开关导通；而从另一个第一IR管18准直入射上来、并被锯齿状的线性光学棱镜142反射的光线，则不能耦合到左侧的移动反射器件131中，因此线性控制还没有开始。

如图13所示，当按键进一步下压至-4mm时，这时从下方第二IR管482准直入射上来、再被组合式线性光学棱镜14中只负责按键开关导通的全反射光学棱镜444反射的光线，不能耦合到左侧的移动反射器件131中；而从另一个第一IR管18准直入射上来、并被锯齿状的线性光学棱镜142反射的光线，可以耦合到左侧的移动反射器件131中，经反射转折再由第一聚光透镜144会聚之后，被第一PT管17所接收，按键开关开始线性控制的阶段。

在此需要说明的是，所述IR管的数量也可以在2个以上，所述组合式线性光学棱镜14可以采用多段式的棱镜。

实施例五

请参见图14，本实施例提供的一种光电式线性控制的键盘按键开关，相对于上述实施例四不同之处在于：

本实施例中，所述组合式线性光学棱镜14采用了3段式的棱镜，将按键开关的控制过程细分为3段式的控制方式：第一阶段当按键下压0至-2mm时开关电路先导通；第二阶段当按键下压到-2至-4mm时开关电路断开；第三阶段当按键下压至-4～-8mm位置时按键开关再实现线性控制。

具体地，如图14所示，所述全反射光学棱镜444与所述线性光学棱镜142之间增加了一竖直设置的平面棱镜544，全反射光学棱镜444的下端通过该平面棱镜544与线性光学棱镜142连接。其中，上方0至-2mm的一段全反射光学棱镜444只控制按键开关的导通，下方-2mm至-4mm的另一段平面棱镜544则控制按键开关断开，再下方-4mm至-8mm的一段线性光学棱镜142则负责按键开关的线性控制。其分别设置有第一PT管17、第一IR管18及第二IR管482，组合式线性光学棱镜14的第一菲涅尔准直透镜141和第二菲涅尔准直透镜442分别将这两个IR管射出的光线进行准直并分别入射到上方的全反射光学棱镜444和线性光学棱镜142上。所述负责按键开关导通的全反射光学棱镜444，其为倾斜45°的平面全反射棱镜。所述负责按键开关断开的平面棱镜544，其为一段竖直的平面，其与从下方第一菲涅尔准直透镜141和第二菲涅尔准直透镜442入射过来的准直光线相平行，对准直光线不起到转折和全反射的作用。所述负责按键开关线性控制的线性光学棱镜142，其为锯齿状的全反射棱镜，其由若干个间隔分布且长度渐变的竖直微小平面及45°全反射斜面所组成，相隔两45°全反射斜面之间通过一竖直微小平面连接，其设计原理与上述实施例一所述的相同。

如图15所示，当按键下压至-2mm时，左侧的移动反射器件131刚好与右侧组合式线性光学棱镜14中只负责按键开关导通的一段全反射光学棱镜444相对齐，这时从下方第二IR管482准直入射过来的光线，经过全反射光学棱镜444反射之后，可以完全耦合到左侧的移动反射器件131中，经反射转折再由第一聚光透镜144会聚之后，被第一PT管17所接收，按键开关导通；而从另一个第一IR管18准直入射上来、并被锯齿状的线性光学棱镜142反射的光线，则不能耦合到左侧的移动反射器件131中，因此按键开关还不能实现线性控制。

如图16所示，当按键下压至-4mm时，左侧的移动的反射器件131与右侧组合式线性光学棱镜14中的平面棱镜544相对齐，其与右侧组合式线性光学棱镜14中只负责按键开关导通的一段全反射光学棱镜444、以及下方负责按键开关线性控制的线性光学棱镜142都完全错开，这时从下方第二IR管482、以及第一IR管18准直入射过来的光线，都不能耦合到左侧的移动反射器件131中，第一PT管17中没有耦合电流，按键开关处于断开的状态。

如图17所示，当按键再下压至-6mm时，这时从下方第二IR管482准直入射上来、再被组合式线性光学棱镜14中只负责按键开关导通的全反射光学棱镜444反射的光线，完全不能耦合到左侧的移动反射器件131中；而从另一个第一IR管18准直入射上来、并被锯齿状的线性光学棱镜142反射的光线，可以耦合到左侧的移动反射器件131中，经反射转折再由第一聚光透镜144会聚之后，被第一PT管17所接收，按键开关开始线性控制的阶段。

实施例六

请参见图18，本实施例提供的一种光电式线性控制的键盘按键开关，相对于上述实施例不同之处在于：

本实施例中，所述PCB板20上集成有第二PT管672和第二IR管482，所述第二IR管482为红外光二极管或激光管，所述第二PT管672为红外光电接收管、或激光接收管、或图像传感器，所述第一IR管18和第二IR管482设于第一PT管17及第二PT管672的两侧，所述组合式线性光学棱镜14包括分别设置在第一IR管18、第二IR管482、第一PT管17和第二PT管672上的第一菲涅尔准直透镜141、第二菲涅尔准直透镜442、第一聚光透镜144和第二聚光透镜645、以及倾斜设置在第一菲涅尔准直透镜141和第二菲涅尔准直透镜442上的线性光学棱镜142和全反射光学棱镜444，所述第二菲涅尔准直透镜442和第二聚光透镜645可以为非球曲面、或球面、或混合曲面、或圆锥曲面、或平面，所述全反射光学棱镜444位于线性光学棱镜142的上方，且所述全反射光学棱镜444的底端与线性光学棱镜142的顶端位于同一高度，所述线性光学棱镜142的上端通过第一竖直平面143与第一聚光透镜144的一侧连接，所述全反射光学棱镜444的上端通过第二竖直平面643与第二聚光透镜645的一侧连接，所述移动反射器件131是由一体式的第一反射透镜631和第二反射透镜632左右两部分所组成，所述第一IR管18和第二IR管482发出的光线分别经所述第一菲涅尔准直透镜141、第二菲涅尔准直透镜442准直之后入射到线性光学棱镜142和全反射光学棱镜444上，入射光线通过全反射光学棱镜444和线性光学棱镜142的转折之后从第一竖直平面143和第二竖直平面643射出，所述第二反射透镜632和第一反射透镜631在下压过程中先后将从第二竖直平面643及第一竖直平面143射出的部分光线通过反射和转折后射向第二聚光透镜645和第一聚光透镜144，出射光线先后经第二聚光透镜645和第一聚光透镜144会聚后分别被所述第二PT管672及第一PT管17接收而触发电流。

其中，所述第一反射透镜631和第二反射透镜632分别包括一方向相反的全反射倾斜面、相互平行的竖直输入面、以及位于同一水平面的输出平面，从所述第二竖直平面643和第一竖直平面143射出的部分光线先后透过相对应的竖直输入面进入第二反射透镜632和第一反射透镜631内，光线在所述第二反射透镜632和第一反射透镜631的全反射倾斜面的反射和转折后先后从所述输出平面射出至第二聚光透镜645和第一聚光透镜144。

本实施例同时组合了两套控制系统，左侧的一套控制系统控制按键开关的导通，右侧的一套控制系统则实现按键开关的线性控制。左侧的控制系统由第二IR管482、第二菲涅尔准直透镜442、第二反射透镜632、第二聚光透镜645、以及第二PT管672组成，当按键下压时，其只负责按键开关的导通。右侧的控制系统由第一IR管18、第一菲涅尔准直透镜141、第一反射透镜631、第一聚光透镜144、以及第一PT管17组成，当按键下压时，其实现按键开关的线性控制。

具体地，如图19所示，当按键下压至-2mm时，右侧的第二反射透镜632刚好与左侧组合式线性光学棱镜14中只负责按键开关导通的一段全反射光学棱镜444相对齐，这时从下方第二IR管482准直入射过来的光线，经过全反射光学棱镜444反射之后，可以完全耦合到第二反射透镜632中，经反射转折再由第二聚光透镜645会聚之后，被第二PT管672所接收，按键开关导通；而右侧从第一IR管18准直入射过来、并被右锯齿状的线性光学棱镜142反射的光线，则不能耦合到第一反射透镜631中，因此线性控制还没有开始。

如图20所示，当按键再下压至-4mm时，这时从左侧下方第二IR管482准直入射上来、再被组合式线性光学棱镜14中只负责按键开关导通的全反射光学棱镜444反射的光线，完全不能耦合到第二反射透镜632中；而从右侧下方第一IR管18准直入射上来、并被锯齿状的线性光学棱镜142反射的光线，可以耦合到第一反射透镜631中，经反射转折再由第一聚光透镜144会聚之后，最后被第一PT管17所接收，按键开关开始线性控制的阶段。

在此需要说明的是，所述IR管、PT管和光学棱镜的数量不仅限于两个，也可以在2个以上，所述移动反射器件131也可以由两个以上的反射透镜所组成。

实施例七

请参见图21，本实施例提供的一种光电式线性控制的键盘按键开关，相对于上述实施例六不同之处在于：

本实施例在控制过程中多了一个断开阶段的控制，所述全反射光学棱镜444的底端与线性光学棱镜142的顶端不位于同一高度，在右侧的一套控制系统中增加了一段第三竖直平面742。

如图22所示，当按键下压至-2mm时，右侧的第二反射透镜632刚好与左侧组合式线性光学棱镜14中只负责按键开关导通的一段全反射光学棱镜444相对齐，这时从下方第二IR管482准直入射过来的光线，经过全反射光学棱镜444反射之后，可以完全耦合到第二反射透镜632中，经反射转折再由第二聚光透镜645会聚之后，被第二PT管672所接收，按键开关导通；而右侧从第一IR管18准直入射过来、并被右锯齿状的线性光学棱镜142反射的光线，则不能耦合到第一反射透镜631中，因此线性控制还没有开始。

如图23所示，当按键下压至-4mm时，右侧的第二反射透镜632刚好与左侧组合式线性光学棱镜14只负责按键开关导通的一段全反射光学棱镜444完全错开，第二反射透镜632对准了第三竖直平面742，第二PT管672中不能触发电流。而右侧从第一IR管18准直入射过来、并被右侧锯齿状的线性光学棱镜142反射的光线，也不能耦合到第一反射透镜631中，因此线性控制还没有开始，按键开关处于断开的状态。

如图24所示，当按键再下压至-6mm时，这时从右侧下方第一IR管18准直入射上来、并被锯齿状的线性光学棱镜142反射的光线，可以耦合到第一反射透镜631中，经反射转折再由第一聚光透镜144会聚之后，最后被第一PT管17所接收，按键开关开始线性控制的阶段。

实施例八

请参见图25，本实施例提供的一种光电式线性控制的键盘按键开关，相对于上述实施例一不同之处在于：

本实施例采用了一次透镜的方法，将所述第一PT管17上的第一聚光透镜144替换成与第一PT管17直接封装在一起的菲涅尔聚光透镜844，其下方采用硅胶845与第一PT管17的芯片进行填充封装，由于菲涅尔聚光透镜844与第一PT管17之间没有空气间隙，因而可以避免不同光学介质表面的菲涅尔损耗，因此该聚光系统具有较高的光学效率。

当然，也可以采用将第一IR管18与第一菲涅尔准直透镜14封装一次透镜。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (34)

1.一种光电式线性控制的键盘按键开关，包括从下到上依次设置的PCB板(20)、下固定壳(16)、弹簧(15)、压住弹簧(15)并可上下移动的十字键轴(13)、与所述下固定壳(15)相适配形成有容置腔的上固定壳(12)、以及设置在所述十字键轴(13)的十字键部上的键帽(11)，所述上固定壳(12)上设有与所述十字键轴(13)相适配的开口，所述十字键轴(13)的十字键部从该开口处伸出，其特征在于：还包括集成在所述PCB板(20)上的第一PT管(17)和第一IR管(18)，所述PCB板(20)设有发射和信号接收电路，所述下固定壳(16)上设置有与所述第一PT管(17)及第一IR管(18)相对应的组合式线性光学棱镜(14)，所述十字键轴(13)上朝所述组合式线性光学棱镜(14)的一侧设置有移动反射器件(131)，所述移动反射器件(131)随着所述十字键轴(13)在组合式线性光学棱镜(14)上移动，该键盘按键开关在所述移动反射器件(131)下压时开始触发导通并随着移动反射器件(131)的下压实现对键盘按键开关的线性控制；

所述组合式线性光学棱镜(14)包括分别设置在所述第一IR管(18)和第一PT管(17)上的第一菲涅尔准直透镜(141)和第一聚光透镜(144)、以及倾斜设置在所述第一菲涅尔准直透镜(141)上的线性光学棱镜(142)，所述线性光学棱镜(142)的上端通过第一竖直平面(143)与第一聚光透镜(144)的一侧连接，所述第一IR管(18)发出的光线经所述第一菲涅尔准直透镜(141)准直之后入射到所述线性光学棱镜(142)的反射面上，入射光线通过所述线性光学棱镜(142)的转折之后从所述第一竖直平面(143)射出，所述移动反射器件(131)在下压过程中将从所述第一竖直平面(143)射出的部分光线通过反射和转折后射向所述第一聚光透镜(144)，出射光线经所述第一聚光透镜(144)会聚后被所述第一PT管(17)接收而触发电流。

2.根据权利要求1所述的一种光电式线性控制的键盘按键开关，其特征在于：所述第一PT管(17)中触发的电流随着所述移动反射器件(131)的下压而线性增加。

3.根据权利要求1所述的一种光电式线性控制的键盘按键开关，其特征在于：所述第一PT管(17)中的触发电流处于饱和状态时，随着所述移动反射器件(131)的进一步下压所述第一PT管(17)中的触发电流保持不变。

4.根据权利要求1所述的一种光电式线性控制的键盘按键开关，其特征在于：所述第一PT管(17)中触发的电流随着所述移动反射器件(131)的下压呈线性减小、或呈电流恒定状态。

5.根据权利要求1所述的一种光电式线性控制的键盘按键开关，其特征在于：所述线性光学棱镜(142)是由若干个间隔分布且长度渐变的竖直微小平面及反射面所组成，相隔两反射面之间通过一竖直微小平面连接，所述反射面为带有光反射特征的涂层面，其中，涂层面为斜面，或弧面，或圆锥曲面。

6.根据权利要求5所述的一种光电式线性控制的键盘按键开关，其特征在于：每个竖直微小平面和反射面的连接点处于曲率半径为7mm～15mm的圆弧面上。

7.根据权利要求6所述的一种光电式线性控制的键盘按键开关，其特征在于：每个竖直微小平面和反射面的连接点处于曲率半径为8.6mm的圆弧面上。

8.根据权利要求1所述的一种光电式线性控制的键盘按键开关，其特征在于：所述线性光学棱镜(142)是由若干个间隔分布且长度渐变的非垂直的小曲面及反射面所组成，相隔两反射面之间通过一小曲面连接，所述反射面带有光反射特征的涂层面，其中，涂层面为为斜面，或弧面，或圆锥曲面。

9.根据权利要求8所述的一种光电式线性控制的键盘按键开关，其特征在于：每个非垂直的小曲面和反射斜面的连接点处于曲率半径为7mm～15mm的圆弧面上。

10.根据权利要求9所述的一种光电式线性控制的键盘按键开关，其特征在于：每个非垂直的小曲面和反射斜面的连接点处于曲率半径为8.6mm的圆弧面上。

11.根据权利要求1所述的一种光电式线性控制的键盘按键开关，其特征在于：所述线性光学棱镜(142)为带有间隔条纹特征的光反射面。

12.根据权利要求1所述的一种光电式线性控制的键盘按键开关，其特征在于：所述线性光学棱镜(142)是由若干个斜度为30～60°的反射面与竖直小曲面组成。

13.根据权利要求1所述的一种光电式线性控制的键盘按键开关，其特征在于：所述第一聚光透镜(144)，其为非球曲面、或球面、或混合曲面、或圆锥曲面、或平面。

14.根据权利要求1所述的一种光电式线性控制的键盘按键开关，其特征在于：所述第一菲涅尔准直透镜(141)，其为非球曲面、或球面、或混合曲面、或圆锥曲面、或平面。

15.根据权利要求1所述的一种光电式线性控制的键盘按键开关，其特征在于：所述组合式线性光学棱镜(14)还包括用于照明所述键帽(11)上字符的导光柱(147)，所述PCB板(20)上设置有与所述导光柱(147)相对应的LED灯(19)。

16.根据权利要求15所述的一种光电式线性控制的键盘按键开关，其特征在于：所述导光柱(147)的出光面设有色温混光特征的微结构，该出光面为水平面、或为带有一定倾斜角度的曲面或平面。

17.根据权利要求16所述的一种光电式线性控制的键盘按键开关，其特征在于：所述色温混光特征的微结构为球面陈列、或磨砂面、或鳞片曲面陈列、或V型槽陈列、或棱形体陈列、或柱面体陈列、或交叉陈列、或几种微结构混合排列。

18.根据权利要求1所述的一种光电式线性控制的键盘按键开关，其特征在于：所述第一PT管(17)为红外光电接收管、或激光接收管、或图像传感器。

19.根据权利要求1所述的一种光电式线性控制的键盘按键开关，其特征在于：所述第一IR管(18)为红外光二级管、或激光管。

20.根据权利要求1所述的一种光电式线性控制的键盘按键开关，其特征在于：所述移动反射器件(131)为镀有高反射率膜或带有光反射特征材料制成的反射镜，其中反射镜为45°倾斜平面反射镜或具有一定弧度的曲面反射镜，该移动反射器件(131)包括一全反射倾斜面，从所述第一竖直平面(143)射出的部分光线通过该全反射倾斜面反射和转折后射向第一聚光透镜(144)。

21.根据权利要求1所述的一种光电式线性控制的键盘按键开关，其特征在于：所述移动反射器件(131)为透明的全反射棱镜(231)，其包括一全反射倾斜面、竖直输入面、以及水平的输出平面，从所述第一竖直平面(143)射出的部分光线透过所述竖直输入面进入全反射棱镜(231)内，光线在所述全反射倾斜面的反射和转折后从所述输出平面射出至第一聚光透镜(144)。

22.根据权利要求21所述的一种光电式线性控制的键盘按键开关，其特征在于：所述全反射倾斜面为倾斜45°的全反射面或具有一定弧度的曲面。

23.根据权利要求1所述的一种光电式线性控制的键盘按键开关，其特征在于：所述移动反射器件(131)为线性全反射棱镜(331)，其包括一锯齿形的全反射倾斜面、竖直输入面、以及水平的输出平面，所述锯齿形的全反射倾斜面是由若干个间隔分布且长度渐变的竖直微小平面及45°全反射斜面所组成，相隔两45°全反射斜面之间通过一竖直微小平面连接，从所述第一竖直平面(143)射出的部分光线透过所述竖直输入面进入线性全反射棱镜(331)内，光线在所述45°全反射斜面的反射和转折后从所述输出平面射出至第一聚光透镜(144)。

24.一种光电式线性控制的键盘按键开关，包括从下到上依次设置的PCB板(20)、下固定壳(16)、弹簧(15)、压住弹簧(15)并可上下移动的十字键轴(13)、与所述下固定壳(15)相适配形成有容置腔的上固定壳(12)、以及设置在所述十字键轴(13)的十字键部上的键帽(11)，所述上固定壳(12)上设有与所述十字键轴(13)相适配的开口，所述十字键轴(13)的十字键部从该开口处伸出，其特征在于：还包括集成在所述PCB板(20)上的第一PT管(17)和第一IR管(18)，所述PCB板(20)设有发射和信号接收电路，所述下固定壳(16)上设置有与所述第一PT管(17)及第一IR管(18)相对应的组合式线性光学棱镜(14)，所述十字键轴(13)上朝所述组合式线性光学棱镜(14)的一侧设置有移动反射器件(131)，所述移动反射器件(131)随着所述十字键轴(13)在组合式线性光学棱镜(14)上移动，该键盘按键开关在所述移动反射器件(131)下压时开始触发导通并随着移动反射器件(131)的下压实现对键盘按键开关的线性控制；

所述PCB板(20)上还集成有第二IR管(482)，所述组合式线性光学棱镜(14)包括分别设置在所述第一IR管(18)、第二IR管(482)和第一PT管(17)上的第一菲涅尔准直透镜(141)、第二菲涅尔准直透镜(442)和第一聚光透镜(144)、以及倾斜设置在所述第一菲涅尔准直透镜(141)及第二菲涅尔准直透镜(442)上的线性光学棱镜(142)和全反射光学棱镜(444)，所述线性光学棱镜(142)与全反射光学棱镜(444)连接，所述全反射光学棱镜(444)的上端通过第一竖直平面(143)与第一聚光透镜(144)的一侧连接，所述第一IR管(18)和第二IR管(482)发出的光线分别经所述第一菲涅尔准直透镜(141)、第二菲涅尔准直透镜(442)准直之后入射到线性光学棱镜(142)和全反射光学棱镜(444)上，入射光线通过所述全反射光学棱镜(444)和线性光学棱镜(142)的转折之后从所述第一竖直平面(143)射出，所述移动反射器件(131)在下压过程中将从所述第一竖直平面(143)射出的部分光线通过反射和转折后射向第一聚光透镜(144)，出射光线经第一聚光透镜(144)会聚后被所述第一PT管(17)接收而触发电流。

25.根据权利要求24所述的一种光电式线性控制的键盘按键开关，其特征在于：所述全反射光学棱镜(444)与所述线性光学棱镜(142)之间竖直设置有一平面棱镜(544)，所述全反射光学棱镜(444)的下端通过该平面棱镜(544)与所述线性光学棱镜(142)连接。

26.根据权利要求25所述的一种光电式线性控制的键盘按键开关，其特征在于：所述全反射光学棱镜(444)为倾斜45°的平面全反射棱镜，所述线性光学棱镜(142)是由若干个间隔分布且长度渐变的竖直微小平面及45°全反射斜面所组成，相隔两45°全反射斜面之间通过一竖直微小平面连接。

27.一种光电式线性控制的键盘按键开关，包括从下到上依次设置的PCB板(20)、下固定壳(16)、弹簧(15)、压住弹簧(15)并可上下移动的十字键轴(13)、与所述下固定壳(15)相适配形成有容置腔的上固定壳(12)、以及设置在所述十字键轴(13)的十字键部上的键帽(11)，所述上固定壳(12)上设有与所述十字键轴(13)相适配的开口，所述十字键轴(13)的十字键部从该开口处伸出，其特征在于：还包括集成在所述PCB板(20)上的第一PT管(17)和第一IR管(18)，所述PCB板(20)设有发射和信号接收电路，所述下固定壳(16)上设置有与所述第一PT管(17)及第一IR管(18)相对应的组合式线性光学棱镜(14)，所述十字键轴(13)上朝所述组合式线性光学棱镜(14)的一侧设置有移动反射器件(131)，所述移动反射器件(131)随着所述十字键轴(13)在组合式线性光学棱镜(14)上移动，该键盘按键开关在所述移动反射器件(131)下压时开始触发导通并随着移动反射器件(131)的下压实现对键盘按键开关的线性控制；

所述PCB板(20)上集成有第二PT管(672)和第二IR管(482)，所述第一IR管(18)和第二IR管(482)设于所述第一PT管(17)及第二PT管(672)的两侧，所述组合式线性光学棱镜(14)包括分别设置在所述第一IR管(18)、第二IR管(482)、第一PT管(17)和第二PT管(672)上的第一菲涅尔准直透镜(141)、第二菲涅尔准直透镜(442)、第一聚光透镜(144)和第二聚光透镜(645)、以及倾斜设置在所述第一菲涅尔准直透镜(141)和第二菲涅尔准直透镜(442)上的线性光学棱镜(142)和全反射光学棱镜(444)，所述全反射光学棱镜(444)位于所述线性光学棱镜(142)的上方，所述线性光学棱镜(142)的上端通过第一竖直平面(143)与第一聚光透镜(144)的一侧连接，所述全反射光学棱镜(444)的上端通过第二竖直平面(643)与第二聚光透镜(645)的一侧连接，所述移动反射器件(131)是由一体式的第一反射透镜(631)和第二反射透镜(632)左右两部分所组成，所述第一IR管(18)和第二IR管(482)发出的光线分别经所述第一菲涅尔准直透镜(141)、第二菲涅尔准直透镜(442)准直之后入射到线性光学棱镜(142)和全反射光学棱镜(444)上，入射光线通过所述全反射光学棱镜(444)和线性光学棱镜(142)的转折之后从所述第一竖直平面(143)和第二竖直平面(643)射出，所述第二反射透镜(632)和第一反射透镜(631)在下压过程中先后将从所述第二竖直平面(643)及第一竖直平面(143)射出的部分光线通过反射和转折后射向第二聚光透镜(645)和第一聚光透镜(144)，出射光线先后经第二聚光透镜(645)和第一聚光透镜(144)会聚后分别被所述第二PT管(672)及第一PT管(17)接收而触发电流。

28.根据权利要求27所述的一种光电式线性控制的键盘按键开关，其特征在于：所述第一反射透镜(631)和第二反射透镜(632)分别包括一方向相反的全反射倾斜面、相互平行的竖直输入面、以及位于同一水平面的输出平面，从所述第二竖直平面(643)和第一竖直平面(143)射出的部分光线先后透过相对应的竖直输入面进入第二反射透镜(632)和第一反射透镜(631)内，光线在所述第二反射透镜(632)和第一反射透镜(631)的全反射倾斜面的反射和转折后先后从所述输出平面射出至第二聚光透镜(645)和第一聚光透镜(144)。

29.根据权利要求27所述的一种光电式线性控制的键盘按键开关，其特征在于：所述全反射光学棱镜(444)的底端与所述线性光学棱镜(142)的顶端位于同一高度。

30.根据权利要求24或27所述的一种光电式线性控制的键盘按键开关，其特征在于：所述第二IR管(482)为红外光二极管或激光管。

31.根据权利要求27所述的一种光电式线性控制的键盘按键开关，其特征在于：所述第二PT管(672)为红外光电接收管、或激光接收管、或图像传感器。

32.根据权利要求24或27所述的一种光电式线性控制的键盘按键开关，其特征在于：所述第二菲涅尔准直透镜(442)，其为非球曲面、或球面、或混合曲面、或圆锥曲面、或平面。

33.根据权利要求27所述的一种光电式线性控制的键盘按键开关，其特征在于：所述第二聚光透镜(645)，其为非球曲面、或球面、或混合曲面、或圆锥曲面、或平面。

34.一种光电式线性控制的键盘按键开关，包括从下到上依次设置的PCB板(20)、下固定壳(16)、弹簧(15)、压住弹簧(15)并可上下移动的十字键轴(13)、与所述下固定壳(15)相适配形成有容置腔的上固定壳(12)、以及设置在所述十字键轴(13)的十字键部上的键帽(11)，所述上固定壳(12)上设有与所述十字键轴(13)相适配的开口，所述十字键轴(13)的十字键部从该开口处伸出，其特征在于：还包括集成在所述PCB板(20)上的第一PT管(17)和第一IR管(18)，所述PCB板(20)设有发射和信号接收电路，所述下固定壳(16)上设置有与所述第一PT管(17)及第一IR管(18)相对应的组合式线性光学棱镜(14)，所述十字键轴(13)上朝所述组合式线性光学棱镜(14)的一侧设置有移动反射器件(131)，所述移动反射器件(131)随着所述十字键轴(13)在组合式线性光学棱镜(14)上移动，该键盘按键开关在所述移动反射器件(131)下压时开始触发导通并随着移动反射器件(131)的下压实现对键盘按键开关的线性控制；其特征在于：所述组合式线性光学棱镜(14)包括分别设置在所述第一IR管(18)和第一PT管(17)上的第一菲涅尔准直透镜(141)及菲涅尔聚光透镜(844)、以及倾斜设置在所述第一菲涅尔准直透镜(141)上的线性光学棱镜(142)，所述菲涅尔聚光透镜(844)通过硅胶(845)与所述第一PT管封装。