CN108139844A - 具有机械键和电容测量的设备 - Google Patents

Abstract

提供了一种便携式设备(10)。该设备包括控制器(11)、触摸感测元件(12)、集成在触摸感测元件中且耦合到控制器的电容测量元件(13)，以及耦合到电容测量元件的至少一个机械按压区域(14)。该电容测量元件被配置成测量由至少一个机械按压区域和外部对象(16)之间的邻近度或物理交互导致的该至少一个机械按压区域的电容的改变。还提出了一种系统和方法。

Description

具有机械键和电容测量的设备

背景

现代便携式设备中的机械键可用于各种目的，诸如键盘、用于音量控制、屏幕锁定，等等。通常在具有触摸屏的设备中，机械键用于辅助目的且被定位在设备的边缘。侧边键通常耦合到印刷电路板(PCB)以便执行其功能。机械键提供了与触摸表面不同的触觉反馈，因此在一些情形中，它们可能更优选，诸如当用户不能看到设备的显示屏但希望给出快速命令(例如，当移动电话在口袋中时改变音量)时的情形。

概述

下面呈现了本公开的简要概述，以便向读者提供基本理解。本概述不是本公开的穷尽概览，且其不标识本发明的关键/重要元素或者描述本说明书的范围。其唯一的目的是以简化形式呈现本文中所公开的概念精选，作为稍后呈现的更详细描述的序言。

提出了一种具有触摸感测和电容测量能力的设备。电容测量可被集成在触摸传感器中。该设备包括机械按压区域，并且该机械按压区域的“按压”由其连接到的电容测量元件监视。提出了各种按压区域的选项，包括机械键和设备外壳的一部分。还提出了用于组装该设备的系统和方法。

通过参考结合附图考虑的以下详细描述将更易于领会许多附带特征，因为这些附带特征变得更好理解。

附图描述

根据附图阅读以下详细描述将更好地理解本说明书，在附图中：

图1a是根据一实施例的设备的示意侧视图；

图1b是根据一替代实施例的设备的示意侧视图；

图2是根据一实施例的设备的俯视图；

图3是根据一实施例的系统的示意图；以及

图4是根据一实施例的方法的流程图。

在各个附图中使用相同的附图标记来指代相同的部件。

详细描述

下面结合附图提供的详细描述旨在作为本发明实施例的描述，并不旨在表示可以构建或使用本发明的唯一形式。然而，可以通过不同的实施例来实现相同或等效的功能和序列。

以下所描述的各实施例不限于解决具有机械键的已知设备的任何或全部缺点的实现。虽然在本文中将本发明的示例描述并示出为在平板便携式电子设备中实现，但是所描述的设备只是作为示例而非限制来提供的。如本领域技术人员将领会的，所提出的实施例适于具有电容触摸感测功能的各种便携式设备中的应用。

在以下所描述的实施例中，使用与机械反馈相组合的电容式测量的概念。对用户而言，设备在外部可表现为带有可具有可重新配置的功能的机械键或按压区域的便携式设备。然而，机械按压区域与设备的电路系统(诸如PCB)的直接连接不是必需的，因为对键的“按压”的检测至少部分地由集成在触摸传感器中的电容测量元件来执行，如以下所描述。

图1是根据一实施例的便携式设备10的示意图示。设备10包括控制器11、触摸感测元件12、集成在触摸感测元件12中的电容测量元件13，以及至少一个机械按压区域14。电容测量元件13在图1a和1b中被示意性地示为分开的框，这是用于解说的目的。在所提出的实施例中，电容测量元件被完全集成在触摸感测元件12中，例如作为电容式触摸屏的一部分。集成到触摸感测元件12中的电容式测量元件的厚度可以在1微米和1毫米之间。在各实施例中，触摸感测元件12可被实现在集成到显示器或独立的触摸传感器中的盖中。这些实现全部被示意性地例示在触摸感测元件12下方。在替代实施例中，电容测量元件13是独立元件并且可具有0.1和2毫米之间的特性大小，例如厚度。

控制器11可包括处理器111，并且其被耦合到电容测量元件13，而按压区域14被耦合到该测量元件13。这些连接在图中并未由线来例示，而是取而代之地在文本中进行了解释。

电容测量元件13被配置成测量由机械按压区域14和外部对象16之间的邻近度或物理交互导致的机械按压区域14的电容的改变。电容测量元件13的主要功能可以是对元件12(电容测量元件13集成在元件12中)进行电容式触摸感测，并且对机械按压区域14的电容的改变的测量可以是辅助功能。当导电外部对象16(诸如手指或触控笔)接近机械按压区域14或与机械按压区域14形成物理接触时，该区域14的电容改变。例如，如果机械键以下的空间被改变，则该改变也可由机械按压区域的各部分的移动导致。电容测量可例如使用传统电容式触摸屏技术来执行。

这允许对按压区域14被外部对象16“按压”的检测。“按压”可以是对象16(诸如手指或导电触控笔)的物理触摸，或者其可以是对象16的足以改变区域14的电容的悬停运动或邻近。在一实施例中，该测量可接着被提供给控制器11。控制器11可被配置成在接收到电容的改变的测量之际触发功能。该功能可以是预定义的，由用户或通过在设备上运行的应用软件来分配。该功能还可取决于设备10的模式，例如工作模式、待机模式等。复杂功能可基于机械按压区域14附近的电容的渐进改变来触发。控制器11还可被配置成在抓握或意外触摸在多个按压区域14附近被检测到的情况下防止触发任何功能，以避免错误地触发各特定区域的各个个体功能。

在一实施例中，设备10可具有水平延长的形状，如图1a-1b和图2所示。设备10可以在水平尺寸上延长，并且在垂直尺寸上可大致地薄。在该实施例中，机械按压区域14被定位在设备10的边缘处，如图所示。然而，根据替代实施例，其他形状是可能的。图1a还示出了设备10可包括多于一个机械按压区域14，并且在该实施例中，它们中的一个被定位在设备10的背侧上，也被耦合到电容测量13。

在一实施例中，触摸感测元件12包括电容式触摸屏，其中电容测量元件13集成在电容式触摸屏12中，并且机械按压区域14被耦合到电容式触摸屏12。集成的电容测量元件13可被配置成测量按压区域14的特定区域的电容的改变，并独立于电容式触摸屏的电容测量电路工作。替代地，电容测量功能可在触摸屏12中统一。

图1b是根据实施例的设备的类似图示。触摸屏被示意性地示为包括三层的堆叠，例如触摸感测层121、有源显示层122和保护层123。如技术人员清楚的那样，触摸屏不限于该布局。

机械按压区域14可包括耦合到电容测量元件13的机械键15，并且电容测量元件13被配置成当机械键15被按压时测量机械按压区域14的电容的改变。在一实施例中，设备10还可包括耦合到控制器11的按压检测元件(未示出)，其中该按压检测元件被配置成检测机械键15被完全按压。该实施例中的控制器11被配置成在检测到机械键15被完全按压之际触发附加功能。机械键15可具有任何形状或长度，并且在其用手指来按压的情况下向用户提供触觉反馈。具有机械键15的区域14不限于其中其可由手指按压的配置，并且可用各种外部对象16来操作。每个按压区域14可包括多于一个机械键15。

如技术人员清楚的那样，将机械键15添加到机械按压区域14不是必需的。区域14可包括在设备10的侧面上待被按压的区域，其可例如在设备10的用户界面中被可视地标记，并且在没有实际的机械键15的情况下提供触觉反馈。

设备10可包括耦合到控制器11的按压检测元件。该元件被配置成检测机械键15被完全按压并将该信息提供给控制器11，其进而被配置成在接收到该检测之际触发附加功能。按压检测元件可包括确认机械键15的完全按压状态的视觉或音频传感器。分配给完全按压的按钮的附加功能可在电容改变由元件13测得时与由控制器11触发的主功能互补。例如，由控制器在电容改变通过外部对象16的邻近或键15的部分按压而被测得时触发的功能可以是对预定的多媒体命令的选择，而键15的完全按压可触发命令本身。控制器还可被配置成一旦键15被完全按压就触发用户反馈。

在一实施例中，机械键15的完全按压通过按压区域14的电容的改变来确定，而无需附加的按压检测元件。

电容测量元件13可包括电容式场测量元件。在该实施例中，元件13测量按压区域14周围的电容场中的改变，其可提供对按压区域14附近的外部对象的邻近度和距离的检测。

在一实施例中，设备10包括被配置成当用户物理地接触至少一个机械按压区域14时向他或她提供触觉反馈的触觉反馈元件。尽管触觉反馈可由机械键15提供，但是该实施例中的设备包括用于触觉反馈的分开的元件。该元件可包括电信号发生器或具有提供触觉反馈以与设备的其余部分区分开的形状的外部条纹。这在例如按压区域14中没有机械键15的实施例中可能是有用的。

图2是根据一实施例的便携式设备10的示意俯视图。在该实施例中，设备10被呈现为具有多个机械按压区域14、14’和14”的移动电话。设备10还包括电容式触摸屏12，其根据所例示的实施例在设备10的右边缘上延伸，如曲线箭头所例示。这只是配置的一个示例，并且可能在触摸感测能力要在设备10的边缘上延伸的情况下是有用的。电容式测量能力还由电容式触摸屏12来执行。在其他实施例中，设备10可包括图2中未示出的分开的电容式测量元件13。

该图示出了用于定位按压区域14、14’和14”的各种选项中的一些选项。例如，元件14被示为三个按压区域，其可具有分配给它们的相关功能。元件14’包括两个机械按钮，并且可以类似于蜂窝电话的基本的功能相关的按钮，但是机械按钮14’被耦合到电容式测量元件13并且它们的“按压”通过电容的改变来测量。区域14”可例如是音量控制键，其被配置成对顶部的按压与底部的按压进行不同地响应。这可通过在单个音量控制键14”下集成两个键或者通过由触摸屏12根据区域14”附近的电容的改变来检测外部对象的位置来实现。软件算法可被用于触摸屏12以检测区域14”附近的外部对象的确切位置。

分配给设备10的机械按压区域14的所有功能可以是可重新配置的和/或取决于在设备上运行的应用。

在一实施例中，设备10包括壳体20。壳体20包围设备10的底部和边缘，并且在边缘处与电容式触摸屏12会合，使得设备10的内部部分被至少部分地密封。在一实施例中，壳体20包括至少在两个边缘处支持触摸感测元件12的框架。机械按压区域根据实施例被嵌入在框架中，诸如图2所示的三个区域14。该框架可以围绕设备的边缘，或者具有至少在两侧支持触摸屏的任何其他形状。

根据一实施例，壳体20包括非导电材料。该材料可以是塑料和/或橡胶。这可能在导电外部对象16与嵌入壳体中的非导电机械按压区域14形成接触时影响电容测量。该影响允许使用更便宜的电容式测量元件13和触摸传感器12。

以上各实施例提供了机械按压区域14和键15跨设备的主体的自由放置的技术效果。该放置不取决于这些元件到PCB的直接连接，且因此允许在便携式设备10的设计中的更多的灵活性。在薄设备中，PCB的放置可能非常有局限性，所以由以上各实施例提供的附加放置选项可能在便携式电子设备中是有用的。

根据以上任何实施例的设备可用于便携式电子设备，诸如移动电话、平板、折叠式膝上型计算机、电子阅读器和其他设备。这些设备可被嵌入或附接到电子系统。

图3是根据一个方面的系统30的示意图。系统30可以是用于机械按压区域的电容式测量的系统，或便携式电子系统。

系统30包括触摸感测单元31，其包括电容测量元件32。在一实施例中，触摸感测单元31是电容式触摸屏。系统30还包括耦合到电容测量单元31的至少一个机械按压区域33，储存包括分配给机械按压区域33的至少一个功能的信息的存储单元35，以及耦合到电容测量元件32和存储器35的控制器34。电容测量元件32被配置成测量由一个或多个机械按压区域33和外部对象36之间的邻近度或物理交互导致的各按压区域33的电容的改变。自然地，系统30可包括任何数量的机械按压区域33和多于一个电容测量元件32。耦合到元件32的控制器34被配置成接收该测量并触发被储存在存储器35中且被分配给至少一个按压区域33的至少一个功能。

电容测量元件32可以是被配置成测量机械按压区域33周围的电容场中的改变的电容场测量元件。在一实施例中，电容测量元件32被配置成测量按压区域33(例如在机械键周围的区域)的电容的改变，其中该改变是由从导电触控笔和手指选择的外部对象36的邻近度导致的。根据一实施例，导电触控笔可以是系统30的一部分。

在一实施例中，系统30包括耦合到控制器的移动检测单元，在图2中未示出。该单元被配置成检测机械按压区域33附近的外部对象36的移动。该检测可作为与外部对象36的邻近度相关的附加信息而被提供给控制器34，并且控制器34还可被配置成当检测被作出时触发被储存在存储器单元35中的附加功能。

根据以上实施例的系统可被用于便携式电子设备中，例如包括触摸屏的手持设备。使用该系统的效果是各单元的放置的自由度和PCB位置的独立性。

图4是根据一个方面的用于方法的流程图。该方法可以是用于组装或制造包括触摸屏的设备的方法。该方法包括提供41包括控制器的便携式设备；将具有集成的电容测量元件的触摸感测元件附接42到该便携式设备。该方法进一步包括将集成的电容测量元件耦合43到控制器并且将至少一个机械按压区域耦合44到电容测量元件。该耦合43、44可由布线、通过电路板的耦合或无线耦合来完成。该方法还包括将电容测量元件配置45成测量由机械按压区域和外部对象之间的邻近度或物理交互导致的机械按压区域的电容的改变。

在一实施例中，对机械按压区域的耦合44可包括将机械键耦合到电容测量单元。将电容测量元件配置45成测量电容的改变包括将元件配置成检测机械键被按压。

根据一实施例，该方法还包括将至少一个功能分配46给至少一个机械按压区域，将所分配的至少一个功能储存在存储器中，以及将存储器耦合到控制器。

以上所描述的方法可能对具有机械键的薄便携式设备的简单组装具有影响，其中机械按压区域与电路系统的电子接触不是必需的。

本文中所描述的方法的步骤可按任何合适次序执行，或者在恰适的地方同时执行。另外，在不偏离本文所描述的主题的精神和范围的情况下，可以从任何一个方法中删除各单独的框。上文所描述的各实施例中的任一者的诸方面可与所描述的其他示例中的任一者的诸方面相结合，以形成进一步示例而不会损失所寻求的效果。

本文中所描述的方法可由有形存储介质上的机器可读形式的软件来执行，例如计算机程序的形式，该计算机程序包括在该程序运行于计算机上时被适配成执行本文中所描述的任何方法的所有步骤的计算机程序代码装置，并且其中该计算机程序可被具体化在计算机可读介质上。有形存储介质的示例包括计算机存储设备，计算机存储设备包括计算机可读介质，诸如盘、拇指型驱动器、存储器等而不包括所传播的信号。传播的信号可存在于有形存储介质中，但是传播信号本身不是有形存储介质的示例。软件可适于在并行处理器或串行处理器上执行以使得各方法步骤可以按任何合适的次序执行或者同时执行。

根据一个方面，公开了一种便携式设备。该设备包括控制器、触摸感测元件、集成在触摸感测元件中且耦合到控制器的电容测量元件，以及耦合到电容测量元件的至少一个机械按压区域。电容测量元件被配置成测量由至少一个机械按压区域和外部对象之间的邻近度或物理交互导致的该至少一个机械按压区域的电容的改变。

在一实施例中，触摸感测元件包括电容式触摸屏，电容测量元件被集成在该电容式触摸屏中，并且该至少一个机械按压区域被耦合到电容式触摸屏。

在一实施例中，作为以上实施例的替换或补充，该设备在水平面中具有延长的形状，并且至少一个机械按压区域被定位在该设备的边缘处。

在一实施例中，作为以上实施例的补充，触摸感测元件在该设备的边缘上延伸。

在一实施例中，作为以上实施例的替换或补充，壳体包围该设备的底部和边缘，并且该至少一个机械按压区域被嵌入在壳体中。

在一实施例中，作为以上实施例的补充，壳体包括框架，该框架至少在两个边缘处支持触摸感测元件，并且该至少一个机械按压区域被嵌入在该框架中。

在一实施例中，作为先前两个实施例的补充，壳体包括非导电材料。

在一实施例中，作为以上实施例的替换或补充，至少一个机械按压区域包括耦合到电容测量元件的机械键，并且该电容测量元件被配置成在机械键被按压时测量该至少一个机械按压区域的电容的改变。

在一实施例中，作为以上实施例的补充，控制器被配置成在当机械键被按压时对该至少一个机械按压区域的电容的改变的测量之际触发功能。

在一实施例中，作为以上实施例的补充，该设备包括耦合到控制器的按压检测元件，其中该按压检测元件被配置成检测机械键被完全按压，并且控制器被配置成在检测到机械键被完全按压之际触发附加功能。

在一实施例中，作为以上实施例的替换或补充，电容测量元件包括电容场测量元件，并且该电容场测量元件被配置成测量由该至少一个机械按压区域和外部对象之间的邻近度或物理交互导致的围绕至少一个机械按压区域的电容场中的改变。

在一实施例中，作为以上实施例的替换或补充，该设备包括被配置成当至少一个机械按压区域被按压时向该设备的用户提供触觉反馈的触觉反馈元件。

在一实施例中，作为以上实施例的替换或补充，该设备被实现为手持式电子设备。

根据一个方面，提出了一种系统。该系统包括包含电容测量元件的触摸感测单元、耦合到电容测量元件的至少一个机械按压区域、耦合到电容测量元件的控制器，以及耦合到控制器的存储器单元。该存储器单元包括分配给至少一个机械按压区域的至少一个功能。在该系统中，电容测量元件被配置成测量由至少一个机械按压区域和外部对象之间的邻近度或物理交互导致的该至少一个机械按压区域的电容的改变，控制器被配置成触发被分配给该至少一个机械按压区域的至少一个功能。

在一实施例中，电容测量元件被配置成测量由至少一个机械按压区域和导电触控笔或手指之间的邻近度或物理交互导致的该至少一个机械按压区域的电容的改变。

在一实施例中，作为以上实施例的替换或补充，该系统包括耦合到控制器的移动检测单元，其中该移动检测单元被配置成检测至少一个机械按压区域附近的外部对象的移动。

在一实施例中，作为以上实施例的替换或补充，该系统包括被配置成覆盖触摸感测单元的至少一部分的盖。

根据一个方面，提供了一种方法。该方法包括：提供包括控制器的便携式设备；将具有集成的电容测量元件的触摸感测元件附接到便携式设备；将集成的电容测量元件耦合到控制器；将至少一个机械按压区域耦合到电容测量元件，以及将电容测量元件配置成测量由至少一个机械按压区域和外部对象之间的邻近度或物理交互导致的该至少一个机械按压区域的电容的改变。

在一实施例中，将至少一个机械按压区域耦合到电容测量元件包括将机械键耦合到电容测量元件，并且对该机械按压区域的电容的改变的测量包括对机械键被按压的检测。

在一实施例中，作为以上实施例的替换或补充，该方法还包括：将至少一个功能分配给至少一个机械按压区域，将所分配的至少一个功能储存在存储器中，以及将存储器耦合到控制器。

对精通本技术的人显而易见的是，本文给出的任何范围或设备值可以被扩展或改变，而不会丢失寻求的效果。

尽管用结构特征和/或方法动作专用的语言描述了本发明主题，但可以理解，所附权利要求书中定义的主题不必限于上述具体特征或动作。更确切而言，上述具体特征和动作是作为实现权利要求的示例形式公开的。

可以理解，上文所描述的技术效果可以涉及一个实施例或可以涉及多个实施例。各实施例并不限于解决所述问题中的任何或全部问题的那些实施例、或者具有所述益处和优点中的任何或全部益处和优点的那些实施例。进一步可以理解，对“一个”项目的提及是指那些项目中的一个或多个。

本文使用了术语“包括”以旨在包括已标识的方法的框或元件，但是这样的框或元件不包括排它性的列表，并且方法或设备可以包含附加的框或元件。

可以理解，上面的描述只是作为示例给出并且本领域的技术人员可以做出各种修改。以上说明、实施例和数据提供了对各示例性实施例的结构和使用的全面描述。虽然上文以一定的详细度或参考一个或多个单独实施例描述了各个实施例，但是，在不偏离本说明书的精神或范围的情况下，本领域技术人员可以对所公开的实施例作出很多改变。

Claims (15)

1.一种便携式设备，包括：

控制器；

触摸感测元件；

集成在所述触摸感测元件中且耦合到所述控制器的电容测量元件，以及

耦合到所述电容测量元件的至少一个机械按压区域，其中

所述电容测量元件被配置成测量由至少一个机械按压区域和外部对象之间的邻近度或物理交互导致的所述至少一个机械按压区域的电容的改变。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述触摸感测元件包括电容式触摸屏，所述电容测量元件被集成在所述电容式触摸屏中，并且所述至少一个机械按压区域被耦合到所述电容式触摸屏。

3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备在水平面中具有延长的形状，并且至少一个机械按压区域被定位在所述设备的边缘处。

4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述触摸感测元件在所述设备的边缘上延伸。

5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，包括壳体，其中所述壳体包围所述设备的底部和边缘，并且所述至少一个机械按压区域被嵌入在所述壳体中。

6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，

所述壳体包括框架，

所述框架至少在两个边缘处支持所述触摸感测元件，并且

至少一个机械按压区域被嵌入在所述框架中。

7.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述壳体包括非导电材料。

8.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，至少一个机械按压区域包括耦合到所述电容测量元件的机械键，并且所述电容测量元件被配置成在所述机械键被按压时测量所述至少一个机械按压区域的电容的改变。

9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述控制器被配置成在当所述机械键被按压时对所述至少一个机械按压区域的电容的改变的测量之际触发功能。

10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，包括耦合到所述控制器的按压检测元件，其中

所述按压检测元件被配置成检测所述机械键被完全按压，并且

所述控制器被配置成在检测到所述机械键被完全按压之际触发附加功能。

11.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述电容测量元件包括电容场测量元件，并且所述电容场测量元件被配置成测量由所述至少一个机械按压区域和外部对象之间的邻近度或物理交互导致的围绕至少一个机械按压区域的电容场中的改变。

12.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，包括被配置成当至少一个机械按压区域被按压时向所述设备的用户提供触觉反馈的触觉反馈元件。

13.一种根据权利要求1所述的实现为手持式电子设备的设备。

14.一种系统，包括：

包括电容测量元件的触摸感测单元，

耦合到所述电容测量元件的至少一个机械按压区域；

耦合到所述电容测量元件的控制器，以及

耦合到所述控制器的存储器单元，所述存储器单元包括分配给所述至少一个机械按压区域的至少一个功能；其中

所述电容测量元件被配置成测量由至少一个机械按压区域和外部对象之间的邻近度或物理交互导致的至少一个机械按压区域的电容的改变，

所述控制器被配置成触发被分配给所述至少一个机械按压区域的至少一个功能。

15.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述电容测量元件被配置成测量由至少一个机械按压区域和导电触控笔或手指之间的邻近度或物理交互导致的所述至少一个机械按压区域的电容的改变。