CN113496837A - 按键单元与应用其的键盘 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种按键单元与应用其的键盘。按键单元包括电路板、弹性元件、键帽以及处理电路。电路板包含内埋于电路板中的电容感测电路，且电容感测电路包括一对感测电极。弹性元件设置在电路板上。键帽可移动地设置在电路板上方，并与电路板彼此分隔。弹性元件设置在键帽与电路板之间，以使键帽相对于电路板在未按压位置与按压位置之间移动。处理电路电连接至所述对感测电极，以取得在所述对感测电极之间的耦合电容的变化值，并根据耦合电容的所述变化值判定键帽是否被触碰或按压。本发明提供的按键单元与应用其的键盘，尽管同时按压键盘上多于两个按键单元，也可以改善检测的准确率，并避免“假按压”的问题。

Description

按键单元与应用其的键盘
技术领域
本发明涉及一种输出单元与应用其的键盘，尤其涉及一种按键单元与应用其的键盘。
背景技术
键盘广泛地作为使用者界面而被用于电脑系统，以让使用者可以操作电脑系统。常见的其中一种键盘类型为“垫圈开关(dome-switch)”键盘。
当按键被按压时，按键的键帽推挤设置在键帽下方的橡胶(rubber dome)垫圈。橡胶垫圈被压缩并将触碰反馈给按压按键的使用者。同时，橡胶垫圈的变形迫使设置在橡胶垫圈下方的导电膜层变形，并与在印刷电路板(PCB)上的一对导电迹线接触，因而导通对应于此按键的开关。
在键盘中的芯片可通过PCB上的每一对导电迹线向所有按键发出扫描信号。当由于导电膜层的接触使得对应于其中一对导电迹线的信号改变时，芯片产生代码，其对应于连接到所述对导电迹线的按键，再将代码传送至电脑的处理器，以使处理器可以产生对应于被按压按键的指令。
然而，按键需要被按压一定距离，以触发对应于按键的开关。此外，当两个或多个按键，如:键盘上的按键“A”、按键“W”以及按键“Q”，同时被按压时，芯片很有可能误判信号是对应于其他未被按压的按键，如:未被按压的按键“S”，而产生“假按压(phantomswitch)”的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，在键盘的多个按键单元被同时按压时，避免“假按压”的问题，并改善检测的准确率。针对上述技术的不足，本发明提供一种按键单元及应用其的键盘。
在一个方式中，本发明提供一种按键单元，其包括电路板、弹性元件、键帽以及处理电路。所述电路板包含内埋于所述电路板中的一电容感测电路，且所述电容感测电路包括彼此相互间隔设置的一对感测电极。所述弹性元件设置在电路板上。键帽可移动地设置在所述电路板上方，并与所述电路板彼此分隔。所述弹性元件设置在所述键帽与所述电路板之间，以使所述键帽相对于所述电路板在一未按压位置与一按压位置之间移动。所述处理电路电连接至所述对感测电极，以取得在所述对感测电极之间的耦合电容的变化值，并根据所述耦合电容的所述变化值判定所述键帽是否被触碰或按压。当所述耦合电容的变化值大于一第一阈值并小于一第二阈值时，判定所述键帽被触碰。当所述耦合电容的变化值大于所述第二阈值时，判定所述键帽被按压。
优选地，本发明提供一种按键单元进一步包括一浮接导电结构，所述浮接导电结构设置在所述键帽与所述电路板之间，或设置在所述键帽的一外表面，其中，所述浮接导电结构随着所述键帽的移动而移动。
优选地，本发明提供一种按键单元，其中，所述弹性元件包括一连接部以及一凸出部，其中，所述连接部连接至所述键帽，且所述凸出部从所述连接部朝向所述电路板延伸。当所述键帽在所述未按压位置时，所述凸出部与所述电路板彼此分离。
优选地，本发明提供一种按键单元进一步包括一浮接导电结构，所述浮接导电结构包括设置在所述凸出部的一端的第一导电层。
优选地，本发明提供一种按键单元进一步包括一浮接导电结构，所述浮接导电结构包括设置在所述键帽的一内表面与所述连接部之间的第二导电层。
优选地，本发明提供一种按键单元，其中，所述电路板具有与所述凸出部对齐的一开口。当所述键帽朝向所述电路板移动时，所述凸出部被推入所述开口，但不接触所述对感测电极。
优选地，本发明提供一种按键单元，其中，所述电路板进一步包括一按压感测电路，其具有与所述凸出部对齐的至少一个接触点。所述电容感测电路设置在所述按压感测电路上，并与所述按压感测电路绝缘。所述电路板具有与所述接触点对齐的一开口，且所述开口穿过所述电容感测电路，而不穿过所述按压感测电路。
优选地，本发明提供一种按键单元进一步包括一可挠性导电薄膜，其设置在所述电容感测电路上，且与所述电容感测电路绝缘。所述可挠性导电薄膜覆盖所述开口。当所述键帽朝向所述电路板移动时，所述凸出部迫使所述可挠性导电薄膜变形，而延伸至所述开口，以接触位于所述可挠性导电膜下方的所述接触点。
优选地，本发明提供一种按键单元进一步包括一浮接导电结构，且所述浮接导电结构包含一内导电层以及一外导电层，其中，所述内导电层与所述外导电层分别设置在所述键帽的一内表面以及一外表面。
优选地，本发明提供一种按键单元，其中所述电路板包含一膜层，且所述对感测电极的两个分别设置在所述膜层的两相对侧，且彼此相互绝缘。所述对感测电极在键帽移动的方向上不彼此重叠。
在一个方式中，本发明提供一种包括多个按键单元以及一处理电路的键盘，且每个按键单元包括电路板、弹性单元以及键帽。所述电路板包含内埋于所述电路板中的一电容感测电路，且所述电容感测电路包括彼此相互间隔设置的一对感测电极。所述弹性元件设置在所述电路板上。所述键帽可移动地设置在所述电路板上方，并与所述电路板彼此分隔。所述弹性元件设置在所述键帽与所述电路板之间，以使所述键帽相对于所述电路板在一未按压位置与一按压位置之间移动。所述处理电路电连接至每个所述按键单元的所述对感测电极，以取得在所述对感测电极之间的耦合电容的变化值，并根据所述耦合电容的变化值判定所述键帽是否被触碰或按压。当所述耦合电容的变化值大于一第一阈值并小于一第二阈值时，判定所述键帽被触碰。当所述耦合电容的变化值大于所述第二阈值时，判定所述键帽被按压。
优选地，本发明提供一种键盘进一步包括电连接至所述处理电路的处理器。所述处理器根据与一系列的数个所述按键单元分别对应的多个所述耦合电容的多个所述变化值，判定所述系列的数个所述按键单元是否以一预定顺序被连续地触碰或按压。
优选地，本发明提供一种键盘，所述键盘包括电连接至所述处理电路的一处理器，以及电连接至所述处理器的一存储器。所述存储器存储对应于一第一手势的第一程序，且所述处理器判定由使用者所执行的手势是否为所述第一手势。所述第一手势是在触碰数个所述按键单元以形成特定的轨迹时，按压住另一个所述按键单元。
因此，本发明的其中一个有益效果在于，在本发明提供的按键单元及应用其的键盘中，通过“包含内埋于所述电路板中的一电容感测电路的电路板”、“所述电容感测电路包括彼此相互间隔设置的一对感测电极”以及“一处理电路，电连接至每个所述按键单元的所述对感测电极，以取得在所述对感测电极之间的耦合电容的变化值，并根据所述耦合电容的变化值判定所述键帽12是否被触碰或按压”的技术特征，在键盘的多个按键单元被同时按压时，避免“假按压”的问题，并改善检测的准确率。
为使能进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所提供的附图仅用于提供参考与说明，并非用来对本发明加以限制。
附图说明
图1为本发明第一实施例的按键单元在未按压状态下的截面示意图。
图2为本发明第一实施例的按键单元在按压状态下的截面示意图。
图3为本发明第二实施例的按键单元在未按压状态下的截面示意图。
图4为本发明第三实施例的按键单元在未按压状态下的截面示意图。
图5为本发明第四实施例的按键单元在未按压状态下的截面示意图。
图6为本发明第四实施例的按键单元被手指按压而保持在按压状态下的截面示意图。
图7为本发明第四实施例的按键单元被绝缘物件按压而保持在按压状态下的截面示意图。
图8为本发明第五实施例的按键单元在未按压状态下的截面示意图。
图9为本发明第五实施例的按键单元保持在按压状态下的截面示意图。
图10为本发明第六实施例的按键单元在未按压状态下的截面示意图。
图11为本发明第七实施例的按键单元在未按压状态下的截面示意图。
图12为本发明第八实施例的按键单元在未按压状态下的截面示意图。
图13为本发明第九实施例的按键单元在未按压状态下的截面示意图。
图14为本发明第九实施例的按键单元在通过手指保持在按压状态下的截面示意图。
图15为本发明第十实施例的按键单元在未按压状态下的截面示意图。
图16为本发明第十实施例的按键单元在被手指按压而保持在按压状态下的截面示意图。
图17为本发明第十一实施例的按键单元在未按压状态下的截面示意图。
图18为本发明第十一实施例的按键单元位于中间位置的截面示意图。
图19为本发明第十一实施例的按键单元在按压状态下的截面示意图。
图20为本发明一实施例的键盘的顶视示意图。
图21为本发明一实施例的键盘的功能方块图。
具体实施方式
以下是通过特定的具体实施例来说明本发明所公开有关“按键单元与应用其的键盘”的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容了解本发明的优点与效果。本发明可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不背离本发明的构思下进行各种修改与变更。另外，本发明的附图仅为简单示意说明，并非依实际尺寸的描绘，事先声明。以下的实施方式将进一步详细说明本发明的相关技术内容，但所公开的内容并非用以限制本发明的保护范围。另外，本文中所使用的术语“或”，应视实际情况可能包括相关联的列出项目中的任一个或者多个的组合。
[第一实施例]
参照图1与图2，为本发明第一实施例的按键单元分别在未按压状态与按压状态下的截面示意图。
应注意的是，在图1与图2中只有键盘的一部分被示出，以描述本发明的按键单元的细节。本发明所提供的按键单元1A可以被应用于任何键盘中，前述键盘可能电连接至个人电脑或者与其他装置元件的壳体或机箱整合。
在本实施例中，按键单元1A包括电路板10、弹性元件11以及键帽12。一个键盘可能包括多个按键单元1A，且每一个按键单元1A代表对应的字符或指令。处理电路13可被整合于键盘中，并耦合至多个按键单元1A。
如图1所示，电路板10至少包含内埋于其中的电容感测电路100，且电容感测电路100用以取得电容的变化值。具体而言，电容感测电路100包括一对感测电极，如:第一感测电极100a与第二感测电极100b。应注意的是，每一对第一感测电极100a与第二感测电极100b彼此相互绝缘，以在每个感应位置形成等效电容。
当施加偏压(bias)于第一感测电极100a或第二感测电极100b时，可以在第一感测电极100a与第二感测电极100b之间产生电场。因此，临近于所述对第一感测电极100a与第二感测电极100b的物件将造成电场变化，从而改变第一感测电极100a与第二感测电极100b之间的耦合电容。如此，通过检测所述对第一感测电极100a与第二感测电极100b之间的耦合电容，可以决定按键单元1A的状态。
在本实施例中，电路板10包括绝缘层101，且电容感测电路100形成在绝缘层101上。此外，电路板10进一步包括至少一个膜层102(多个膜层被图示于图1与图2中)，且膜层102设置在电容感测电路100上并覆盖电容感测电路100，以避免电容感测电路100损坏。
如图1所示，弹性元件11设置在电路板10上。在一实施例中，弹性元件11可被压缩并具有弹性回复性(resilient)。弹性元件11连接于电路板10与键帽12之间，以使键帽12可移动地设置在电路板10上。也就是说，键帽12可以相对于电路板10，在未按压位置与按压位置之间移动。
具体而言，在本实施例中，弹性元件11包括连接部110、凸出部111以及支撑部112。连接部110与支撑部112分别连接至键帽12与电路板10。如此，当按键单元1A在未按压状态时(即键帽12位于未按压位置)，键帽12可以设置在电路板10的上方，但不接触电路板10。
此外，在本实施例中，凸出部111从连接部110朝向电路板10延伸。然而，如图1所示，当按键单元1A在未按压状态时，凸出部111与电路板10彼此分离。也就是说，在按压键帽12之前，凸出部111与电路板10之间存在间隙。
应注意的是，只要键帽12可以相对于电路板10维持一定的高度，弹性元件11的结构不限于前述实施例。举例而言，弹性元件11可以是橡胶垫圈(rubber dome)或金属垫圈(metallic dome)。
如图2所示，当使用者以物件F，如:手指，按压按键单元1A，并使按键单元1A维持在按压状态时，弹性元件11的支撑部112因被施加压力而弯曲，并迫使凸出部111被压缩且接触于电路板10。
在一个实施例中，按键单元1A进一步包括设置在键帽12与电路板10之间的支撑结构(未示于图1)。在一个实施例中，支撑结构是剪刀状框架(scissors-shaped frame)，且弹性元件11设置在剪刀状框架中。如此，键帽12的移动方向可以被限制于电路板10的厚度方向上。然而，本发明并不限于前述实施例。
如上所述，键帽12可移动地设置在电路板10上方，并与电路板10彼此分离。键帽12具有外表面12a与内表面12b。此外，键帽12可以是由，但不限于，导电材料、绝缘材料或复合材料所制成。举例而言，键帽12可以是镀金属层的塑胶键帽。
此外，在一个实施例中，使用者不仅可以通过按压按键单元1A输入指令，也可以通过触碰按键单元1A来输入指令。具体而言，键帽12的外表面12a可以作为触控感测表面。
如图1所示，当使用者以物件F，如:手指或导电物件，触碰键帽12的外表面12a，且不按压键帽12时，会改变在所述对第一感测电极100a与第二感测电极100b之间的电场，进而改变第一感测电极100a与第二感测电极100b之间的耦合电容。
在本实施例中，如图1与图2所示，当使用者以物件F按压键帽12时，键帽12越靠近电容感测电路100，因物件F的影响所造成的电场变化越大。因此，相较于当键帽12位于未按压位置的情况，所述对第一感测电极100a与第二感测电极100b之间的耦合电容可能会变得较大。
然而，在另一实施例中，在按压键帽12的过程中，耦合电容也可能会变小。因此，在本发明中，根据耦合电容的变化值可以判定按键单元1A的状态。应注意的是，在不同实施例中，在按压键帽12的过程中，耦合电容的变化值可能是正值或负值，这可以取决于弹性元件11的介电系数或键帽12的材料。因此，耦合电容是随着键帽12的按压运动正向或负向变化可以根据特定需求来调整。
如图1与图2中所示，处理电路13电连接至所述对第一感测电极100a与第二感测电极100b，以检测第一感测电极100a与第二感测电极100b之间的耦合电容，并根据耦合电容来判定键帽12是否被触碰或按压。
具体而言，电容感测电路100可以将耦合电容信号，如:电流值或电压值，传送至处理电路13，以使处理电路13可以测量耦合电容的变化值，并判定耦合电容的变化值是否大于第一阈值。当耦合电容的变化值大于第一阈值时，判定键帽12被触碰。
此外，处理电路13可以根据耦合电容的变化值判定键帽12是否被按压超过一预定位置。更具体而言，处理电路13判定耦合电容的变化值是否大于第二阈值。当耦合电容的变化值大于第二阈值时，判定键帽12被按压超过预定位置。
在一个实施例中，第二阈值的绝对值大于第一阈值的绝对值。也就是说，当键帽12被触碰时，耦合电容的变化值将会达到第一阈值，并且在键帽12被逐渐下压时，耦合电容的变化值会达到第二阈值。
[第二实施例]
参照图3，为本发明第二实施例的按键单元在未按压状态下的截面示意图。本实施例与图1所示元件相似或相同者，将具有相同或相似的元件符号，且在此不再赘述。
按键单元1B进一步包括浮接导电结构14。浮接导电结构14可以设置在键帽12与电路板10之间，或设置在键帽12的外表面12a。在第二实施例中，浮接导电结构14是设置在键帽12的外表面12a的导电层。
当键帽12被按压时，浮接导电结构14会靠近电容感测电路100，而改变第一感测电极100a与第二感测电极100b之间的电场，进而改变耦合电容。也就是说，浮接导电结构14会随着键帽12的运动而移动，以使耦合电容改变。应注意的是，通过设置浮接导电结构14，即使以非导电物件(如塑胶触控笔)来按压键帽12，仍会改变所述对第一感测电极100a与第二感测电极100b之间的电场。
应注意的是，浮接导电结构14不限于前述实施例。在另一实施例中，浮接导电结构14可以设置在键帽12的内表面12b与外表面12a中的至少一个。也就是说，浮接导电结构14可以仅设置在键帽12的内表面12b，或者包括分别设置在键帽12的内表面12b与外表面12a的内导电层与外导电层。
在又另一个实施例中，键帽12可以完全由导电材料制成，以作为浮接导电结构。
[第三实施例]
参照图4，为本发明第三实施例的按键单元在未按压状态下的截面示意图。本实施例与图3所示元件相似或相同者，将具有相同或相似的元件符号，且在此不再赘述。
在第三实施例中，按键单元1C的浮接导电结构14设置在键帽12与电路板10之间。浮接导电结构14形成在弹性元件11的表面。具体而言，在本实施例中，浮接导电结构14也是设置在凸出部111一端的导电层。然而，导电层可以形成在弹性元件11的另一部分上，且本发明并不限制。
此外，接导电结构14可以包括不止一个导电层，如:两个分别设置在不同的元件上的导电层。
[第四实施例]
参照图5，图5为本发明第四实施例的按键单元在未按压状态下的截面示意图。
在第四实施例中，接导电结构14包括彼此分离的第一导电层14a与第二导电层14b。在本实施例中，第一导电层14a与第二导电层14b两者皆设置在键帽12与电路板10之间。第一导电层14a设置在弹性元件11的凸出部111的一端，且第二导电层14b设置在键帽12的内表面12b上。
此外，第二导电层14b仅覆盖键帽12的内表面12b的部分区域。更具体而言，第二导电层14b设置在键帽12的内表面12b与弹性元件11的连接部110之间。
参照图5与图6，图6为本发明第四实施例的按键单元在被手指按压而保持在按压状态下的截面示意图。
对于第四实施例的按键单元1D而言，当使用者以手指(物件F)触碰键帽12的外表面12a而不施加任何压力时，即键帽12被触碰而未被按压，一些电荷会被吸引到手指(物件F)上，随后传导到地面。如此，在所述对第一感测电极100a与第二感测电极100b之间的耦合电容会稍微降低。
在一实施例中，处理电路13可以根据耦合电容的变化值判定键帽12是否被使用者触碰。如前所述，当耦合电容的变化值大于第一阈值并小于第二阈值时，处理电路13判定键帽12被触碰。
如图6所示，使用者以手按压键帽12。应注意的是，尽管一些电荷被吸引到手指F上，在键帽12下压过程中，浮接导电结构14(其包括第一导电层14a与第二导电层14b)会变得更靠近于所述对第一感测电极100a与第二感测电极100b，而使耦合电容变得更大。也就是说，在键帽12下压过程中，耦合电容的变化值是正值或负值是取决于由手指F与浮接导电结构14所造成的综合影响。
在一个实施例中，可以设计浮接导电结构14的位置与占据面积，以使浮接导电结构14对耦合电容的变化值所产生的影响，比由手指F所产生的影响更全面性。然而，本发明不限于前述实施例。
参照图7，为本发明第四实施例的按键单元被绝缘物件按压而保持在按压状态下的截面示意图。当使用者以绝缘物件F’按压按键单元1D的键帽12时，仅考虑浮接导电结构14的影响。也就是说，在键帽12下压过程中，由于浮接导电结构14越来越靠近于电容感测电路100，耦合电容会变得越大。因此，耦合电容的变化值是正值。
[第五实施例]
参照图8与图9，为本发明第五实施例的按键单元分别在未按压状态与按压状态下的截面示意图。本实施例与图5所示元件相似或相同者，将具有相同或相似的元件符号，且在此不再赘述。
在第五实施例中，按键单元1E的电路板10进一步包括设置在电容感测电路100下方的接地层103。此外，接地层103与电容感测电路100绝缘。接地层103可以由导电材料所制成，如:铝、钢或铜。
应注意的是，当键帽12被按压时，接地层103将在有效电容中提供更多电荷的放电路径，从而降低耦合电容。在本实施例中，接地层103对耦合电容的影响大于浮接导电结构14与物件F的材料对耦合电容的影响。也就是说，不论用于按压键帽12的物件F是否导电，在键帽12被按压过程中，耦合电容都会变小。
应注意的是，所述对第一感测电极100a与第二感测电极100b不一定要设置在绝缘层101的同一侧。
[第六实施例]
参照图10，为本发明第六实施例的按键单元在未按压状态下的截面示意图。
在本实施例的按键单元1F中，电容感测电路100的第一感测电极100a与第二感测电极100b设置在同一膜层102上，但分别位于膜层102的两相反侧。如图10所示，第一感测电极100a与第二感测电极100b在键帽12的运动方向上(垂直方向)彼此不重叠，以避免手指F与设置位置较低的第二感测电极100b之间的耦合效应，被设置位置较高的第一感测电极100a所干扰。
在一个实施例中，在形成第一感测电极100a与第二感测电极100b在膜层102上之后，膜层102连同形成于其上的第一感测电极100a与第二感测电极100b会通过粘合层104而连接至接地层103。在另一实施例中，膜层102连同形成在其上的第一感测电极100a与第二感测电极100b可以直接设置在接地层103上。
此外，在本实施例中，浮接导电结构14为一导电层，其覆盖弹性元件11的一部分。具体而言，导电层部分地覆盖凸出部111与支撑部112面对于电路板11的表面。
[第七实施例]
参照图11，为本发明第七实施例的按键单元在未按压状态下的截面示意图。本实施例与图10所示元件相似或相同者，将具有相同或相似的元件符号，且在此不再赘述。
在本实施例的按键单元1G中，电容感测电路100的第一感测电极100a与第二感测电极100b分别设置在不同的膜层102。在一个实施例中，在将第一感测电极100a与第二感测电极100b分别形成在两个膜层102之后，其中一个具有第二感测电极100b的膜层102通过粘合层104a连接至接地层103，而另一个膜层102通过另一个粘合层104b连接至具有第二感测电极100b的膜层102。也就是说，分别形成在不同膜层102上且彼此面对设置的第一感测电极100a与第二感测电极100b，会通过另一个粘合层104b垂直地彼此分隔。
[第八实施例]
参照图12，为本发明第八实施例的按键单元在未按压状态下的截面示意图。本实施例与图11所示元件相似或相同者，将具有相同或相似的元件符号，且在此不再赘述。
在本实施例的按键单元1H中，可以省略粘合层104b。也就是说，具有第二感测电极100b的膜层102可以直接设置在接地层103上。此外，仅有一个粘合层104被用于连接其中一个用来设置第一感测电极100a的膜层102与另一个用来设置第二感测电极100b的膜层102。
[第九实施例]
参照图13与图14，为本发明第九实施例的按键单元分别在未按压状态与按压状态下的截面示意图。
在第九实施例的按键单元1I中，浮接导电结构14是设置在凸出部111一端的导电层。
此外，在本实施例中，电路板10具有在垂直方向上与凸出部111对齐的开口10H。具体而言，电路板10的开口10H从电路板10的上表面延伸至绝缘层101的表面，前述电容感测电路100形成在绝缘层101。开口10H的位置偏离于第一感测电极100a与第二感测电极100b的位置。
在本实施例中，第一感测电极100a与第二感测电极100b会裸露在电路板10用来定义开口10H的侧壁上。在另一实施例中，第一感测电极100a与第二感测电极100b也可以不露出于电路板10的侧壁，本发明并不限于前述实施例。
如图13所示，当键帽12未被按压时，弹性元件11的凸出部111位于开口10H的上方。如图14所示，当键帽12被按压时，凸出部111被推入开口10H内，但不接触第一感测电极100a与第二感测电极100b。
应注意的是，在本实施例中，凸出部111不一定要接触开口10H的底部(或绝缘层101的表面)。更具体而言，在键帽12下压的过程中，由于形成在凸出部111一端的浮接导电结构14会越来越接近电容感测电路100而改变电场，从而造成耦合电容变化。因此，处理电路13可以取得耦合电容的变化值，并判定对应于此耦合电容的变化值的键帽12的状态。
[第十实施例]
参照图15与图16，为本发明第十实施例的按键单元分别在未按压状态与按压状态下的截面示意图。第十实施例的按键单元1J与第九实施例的按键单元1I之间的其中一个不同之处在于，本实施例的凸出部111延伸至开口10H中。如图15所示，当未按压键帽12时，凸出部111的端部与形成在其上的浮接导电结构14是位于电路板10的开口10H的上半部。
然而，凸出部111与浮接导电结构14不会接触绝缘层101的表面，以保留一空间，可在键帽12下压过程中，允许凸出部111继续向下移动。
如图16所示，当使用者以手指F按压键帽12时，迫使凸出部111与形成在其上的浮接导电结构14从开口10H的上半部移动到下半部，以使浮接导电结构14与电容感测电路100之间的距离变短。
如此一来，所述对第一感测电极100a与第二感测电极100b之间的耦合电容会变化。因此，处理电路13可以取得耦合电容的变化值，并判定对应于此耦合电容的变化值的键帽12的状态。
此外，在本实施例中，在键帽12被按压并至其最低位置后，形成在凸出部111上的浮接导电结构14可以与绝缘层101的表面接触。而且，浮接导电结构14与电容感测电路100会位于相同的高度。
[第十一实施例]
参照图17，为本发明第十一实施例的按键单元在未按压状态下的截面示意图。本实施例与图15所示元件相似或相同者，将具有相同或相似的元件符号，且在此不再赘述。
在第十一实施例的按键单元1K中，电路板10进一步包括用于感测按压事件的按压感测电路105。按压感测电路105设置在电容感测电路100下方，并与电容感测电路100绝缘。也就是说，在本实施例中，按压感测电路105、膜层102以及电容感测电路100依序设置在绝缘层101上，且按压感测电路105与电容感测电路100通过膜层102彼此分离。
此外，按压感测电路105包括第一检测层105a与第二检测层105b。第一检测层105a与第二检测层105b彼此绝缘，并交替设置在同一绝缘层101上。
如图17所示，第一检测层105a的一部分与第二检测层105b的一部分彼此分离，以定义出接触点P1。接触点P1在垂直方向上与弹性元件11的凸出部111对齐。
电路板10也具有开口10H。开口10H穿过电容感测电路100的一层，但开口10H并未穿过按压感测电路105。也就是说，第一检测层105a的一部分、第二检测层105b的一部分以及前述两者所定义的接触点P1是位于开口10H的底部。
进一步地，每个按键单元1K的按压感测电路105可以被电连接至与电容感测电路100电连接的处理电路13。也就是说，处理电路13接收由按压感测电路105传送的按压信号，以判定键帽12是否被按压至其最低位置。在另一实施例中，按压感测电路105与电容感测电路100可以分别被电连接至不同的处理电路13。
按键单元1K进一步包括设置在电路板10上，并覆盖开口10H的可挠性导电膜15。可挠性导电膜15设置在电容感测电路100上，并与电容感测电路100绝缘。进一步地，由于开口10H在弹性元件11的突出部111的下方，覆盖开口10H的可挠性导电膜15会与突出部111对齐。可挠性导电膜15可以由导电与弹性材料制成，如:碳膜。在本实施例中，浮接导电结构14可以被省略。
参照图17、图18以及图19，图18为本发明第十一实施例的按键单元位于中间位置的截面示意图，以及图19为本发明第十一实施例的按键单元保持在按压状态下的截面示意图。
如图18所示，在键帽12被按压过程中，凸出部111向下移动并迫使可挠性导电膜15变形且而更接近于电容感测电路100。也就是说，当键帽12朝向电路板10移动时，凸出部111迫使可挠性导电膜15变形，以使可挠性导电膜15延伸进入开口10H。
因此，耦合电容会被改变，且处理电路13可以取得耦合电容的变化值，以判定键帽12是否被按压。然而，由于可挠性导电膜15没有接触按压感测电路105的接触点P1，处理电路13不会接收到任何按压信号。
参照图19，当键帽12被按压至最低位置时，凸出部111移动到开口10H的底部，以使可挠性导电膜15延伸进入开口10H内，并与下方的接触点P1接触。如此一来，按压感测电路105可被导通(closed)，且处理电路13可以接收到对应于键帽12的按压信号，并判定键帽12已经被按压到其最低位置。
因此，在本实施例中，处理电路13可以取得耦合电路的变化值与按压信号二者，以双重确认键帽12的状态，因而避免“假按压”的问题。也就是说，在本发明中，可以改善处理电路13判定键帽12的状态的准确率。
参照图20与图21。图20为本发明一实施例的键盘的顶视示意图，以及图21为本发明一实施例的键盘的功能方块图。
所示出的键盘Z为独立键盘而未与电脑整合。然而，在其他实施例中，键盘Z可以与电脑或其他装置元件的壳体或机箱整合，如移动装置、电子书、电脑、笔记本电脑、桌上型电脑、独立键盘、输入装置、配件(如含有内建键盘的平板电脑包)、荧幕、电子服务站(electronic kiosk)、游戏装置、自动柜员机(ATM)、车辆仪表板、控制面板、医疗工作站以及工业工作站。
键盘Z可以与电脑电耦合或整合作为使用者界面，以让使用者可以输入指令。此外，键盘Z也可以包括触控板以及其他输入机构(图20没有示出)，但本发明并不限于前述实施例。
如图20所示，键盘Z包含壳体Z1以及设置在壳体Z1并排列成阵列的多个按键单元Z2。具体而言，壳体Z1可以包括底板以及顶板，以定义出容纳空间。
按键单元Z2可以是在第一至第十一实施例描述的按键单元1A至1K中的任何一种。按键单元Z2可以容纳在壳体Z1所定义出的容纳空间内。每个按键单元Z2的键帽的外表面裸露于壳体Z1外，以便于操作。应注意的是，在本发明的一个实施例中，键盘Z为能够检测耦合电容信号的机械键盘。在一个实施例中，键盘Z可以是用于检测触碰与按压事件两者的触控感应机械键盘。
如图21所示，键盘Z进一步包括处理器Z3，且处理器Z3电连接至处理电路13，以接收每个按键单元Z2的状态信息。在一个实施例中，处理器Z3可以是可编程逻辑控制器、逻辑电路、微处理器或其任意组合。在本实施例中，处理器Z3电连接至处理电路13；然而，在另一实施例中，处理电路13可以与处理器Z3整合。应注意的是，在图21中仅示例性的示出其中一个按键单元Z2。进一步地，按键单元Z2具有与图17所示的按键单元1K相同功能，但在本实施例中仅是作为示例，而本发明并不限于前述实施例。在另一实施例中，可以省略按压感测电路105。
处理电路13接收从电容感测电路100传送的耦合电容信号，以及接收从按压感测电路105传送的按压信号，来判定键帽12的状态。例如，处理电路13可以根据耦合电容信号判定按键单元Z2的键帽12是否被触碰。此外，处理电路13可以根据耦合电容信号或按压信号判定按键单元Z2的键帽12是否被按压。
处理电路13判定键帽12的状态之后，处理电路13将对应于按键单元Z2的状态信息传送至处理器Z3，其中状态信息可以包括按键单元Z2的位置数据以及按键单元Z2的状态信号。状态信号可以是非接触信号、接触信号或按压信号。在一个实施例中，多个按键单元Z2的状态信息可以由相同的处理电路13传送至处理器Z3。
具体而言，当按键单元Z2在触碰状态时，即按键单元Z2是被触碰但没有被按压，处理电路13可将对应于被触碰的按键单元Z2的位置数据以及触碰信号两者传送至处理器Z3。当按键单元Z2在按压状态时，处理电路13将对应于按键单元Z2的位置数据以及按压信号两者传送至处理器Z3。
在一个实施例中，处理器Z3可以电连接至主机的控制芯片。处理器Z3传送对应于某个按键单元的状态信息至控制芯片，以使控制芯片可以执行对应于某个按键单元的状态信息的程序。参照图20并结合图21。例如，若具有字符“A”的按键单元Z2(“A”按键单元)被触碰但没有被按压时，处理电路13会将对应于“A”按键单元的状态信息传送至处理器Z3。若两或三个按键单元Z2，如：分别具有字符“A”及“W”的按键单元Z2(“A”按键单元及“W”按键单元)，大致上被同时触碰时，处理电路13会将对应于“A”按键单元的状态信息以及对应于“W”按键单元的状态信息传送至处理器Z3。
进一步地，在一个实施例中，使用者可以利用物件对多个按键单元Z2执行手势或动作，来通过键盘Z输入指令。手势或动作可能包括连续地触碰、连续地按压或者连续地触碰与按压一系列按键单元，以形成特定轨迹(如：顺时针画圈)，或在按住其中一个按键单元的同时执行前述动作，但本发明并不限于前述实施例。
在一个实施例中，手势或动作可以对应于一指令，且前述指令用于控制荧幕上光标的移动。举例而言，使用者可以通过以第一顺序沿着第一方向D1连续地触碰“D”按键单元、“S”按键单元以及“A”按键单元，或连续地触碰“R”按键单元、“E”按键单元以及“W”按键单元，以控制光标沿着一个方向移动。相似地，使用者可以通过以第二顺序(即相反于第一顺序的顺序)沿着第二方向D2连续地触碰“D”按键单元、“S”按键单元以及“A”按键单元，以控制光标沿着另一方向移动。此外，使用者可以通过以第三顺序沿着第三方向D3或以第四顺序沿着第四方向D4连续地触碰“X”按键单元、“S”按键单元以及“W”按键单元，以控制光标沿着另一方向移动。也就是说，通过沿着不同方向连续地触碰一系列的按键单元，使用者可以控制在荧幕上显示的光标向上、下、左或右移动。
在一个实施例中，使用者可以通过触碰以及按压“D”按键单元、“S”按键单元以及“A”按键单元输入指令。举例而言，使用者可以触碰“D”按键单元，然后依序按压“S”按键单元以及“A”按键单元，以输入对应于该动作的指令。
具体而言，当使用者以预定顺序触碰或/及按压一系列的按键单元Z2时(例如，“A”按键单元、“S”按键单元以及“D”按键单元)，处理电路13将分别对应于一系列按键单元Z2的状态信息传送至处理器Z3。
在另一实施例中，当使用者可以在按住其中一个按键单元Z2的同时，触碰数个按键单元Z2形成特定轨迹，以输入指令。也就是说，手势或动作可以是在按压并按压住按键单元Z2中的另一个(如“Ctrl”按键单元或“Shift”按键单元)的同时，触碰数个按键单元Z2(例如，“W”按键单元、“E”按键单元、“D”按键单元、“X”按键单元、“Z”按键单元以及“A”按键单元)，以形成特定轨迹T1(如：顺时针画圈)。
因此，根据状态信息，处理器Z3可以辨别使用者执行的手势，并传送对应于手势的操作信号至主机的控制芯片，所述控制芯片电连接至处理器Z3。控制芯片可以根据操作信号执行特定程序。然而，在另一实施例中，辨别使用者的手势的步骤可以直接由主机的控制芯片执行，所述控制芯片电连接至处理器Z3。
进一步地，键盘Z或与其电连接的主机进一步包括存储器(未示于图21)。存储器电连接至处理器Z3或主机的控制芯片，并存储分别对应于不同手势或动作的多个操作信号，以及存储分别对应于不同操作信号的程序。
举例而言，存储器存储至少一个第一程序与第二程序，第一程序对应于第一操作信号与第一手势，且第二程序对应于第二操作信号与第二手势。处理器Z3判定使用者所执行的手势是否为第一手势、第二手势或两者皆否。
当处理器Z3判定使用者进行的手势为第一手势时，处理器Z3传送第一操作信号至控制芯片，以使控制芯片根据第一操作信号执行第一程序。相似地，当处理器Z3判定使用者进行的手势为第二手势时，控制芯片根据从处理器Z3传送的第二操作信号执行第二程序。
举例而言，第一手势可以是以第一顺序触碰一系列的按键单元，而第二手势可以是以第二顺序触碰一系列的按键单元Z2。
然而，在另一实施例中，手势或动作可以是以顺时针方向或逆时针方向触碰一系列的按键单元，但本发明并不限于前述实施例。
综上所述，本发明的其中一优点是，在本文提供的按键单元1A至1K以及应用其的键盘Z，通过“电路板10包括内埋于其中的电容感测电路100”、“电容感测电路100包括彼此相互间隔设置的一对感测电极100a、100b”以及“处理电路13电连接至所述对感测电极100a、100b，以取得在所述对感测电极之间的耦合电容的变化值，并根据所述耦合电容的所述变化值判定所述键帽12是否被触碰或按压。”的技术特征，以在同时按压键盘上多个按键单元时，可以改善检测的准确率，并避免“假按压”的问题。
此外，在一个实施例中，键盘Z可以根据分别对应于一系列按键单元Z2的耦合电容的变化值，辨别是否以预定顺序连续地触碰一系列的按键单元Z2，以使使用者可以通过执行特定的手势或动作输入特定指令。
以上所公开的内容仅为本发明的优选可行实施例，并非因此局限本发明的权利要求书的保护范围，所以凡是运用本发明说明书及附图内容所做的等效技术变化，均包含于本发明的权利要求书的保护范围内。

Claims (22)

1.一种按键单元，其特征在于，所述按键单元包括：
一电路板，其包含内埋于所述电路板中的一电容感测电路，其中，所述电容感测电路包括彼此相互间隔设置的一对感测电极；
一弹性元件，其设置在所述电路板上；以及
一键帽，其可移动地设置在所述电路板上方，并与所述电路板彼此分隔，其中，所述弹性元件设置在所述键帽与所述电路板之间，以使所述键帽相对于所述电路板在一未按压位置与一按压位置之间移动；
一处理电路，其电连接至所述对感测电极，以取得在所述对感测电极之间的耦合电容的变化值，并根据所述耦合电容的所述变化值判定所述键帽是否被触碰或按压；
当所述耦合电容的变化值大于一第一阈值并小于一第二阈值时，判定所述键帽被触碰；以及
当所述耦合电容的变化值大于所述第二阈值时，判定所述键帽被按压。
2.根据权利要求1所述的按键单元，其特征在于，所述按键单元还进一步包括一浮接导电结构，所述浮接导电结构设置在所述键帽与所述电路板之间，或设置在所述键帽的一外表面，其中，所述浮接导电结构随着所述键帽的移动而移动。
3.根据权利要求1所述的按键单元，其特征在于，所述弹性元件包括一连接部以及一凸出部，其中，所述连接部连接至所述键帽，且所述凸出部从所述连接部朝向所述电路板延伸；且
当所述键帽在所述未按压位置时，所述凸出部与所述电路板彼此分离。
4.根据权利要求3所述的按键单元，其特征在于，所述按键单元还进一步包括一浮接导电结构，所述浮接导电结构包括设置在所述凸出部的一端的第一导电层。
5.根据权利要求3所述的按键单元，其特征在于，所述按键单元还进一步包括一浮接导电结构，所述浮接导电结构包括设置在所述键帽的一内表面与所述连接部之间的第二导电层。
6.根据权利要求3所述的按键单元，其特征在于，所述电路板具有与所述凸出部对齐的一开口；
当所述键帽朝向所述电路板移动时，所述凸出部被推入所述开口，但不接触所述对感测电极。
7.根据权利要求3所述的按键单元，其特征在于，所述电路板进一步包括：
一按压感测电路，其具有与所述凸出部对齐的至少一个接触点，其中，所述电容感测电路设置在所述按压感测电路上，并与所述按压感测电路绝缘，所述电路板具有与所述接触点对齐的一开口，且所述开口穿过所述电容感测电路，而不穿过所述按压感测电路。
8.根据权利要求7所述的按键单元，其特征在于，所述按键单元还进一步包括一可挠性导电薄膜，其设置在所述电容感测电路上，且与所述电容感测电路绝缘，其中，所述可挠性导电薄膜覆盖所述开口；
当所述键帽朝向所述电路板移动时，所述凸出部迫使所述可挠性导电薄膜变形，而延伸至所述开口，以接触位于所述可挠性导电膜下方的所述接触点。
9.根据权利要求1所述的按键单元，其特征在于，所述按键单元还进一步包括一浮接导电结构，所述浮接导电结构包含一内导电层以及一外导电层，其中，所述内导电层与所述外导电层分别设置在所述键帽的一内表面以及一外表面。
10.根据权利要求1所述的按键单元，其特征在于，所述电路板包含一膜层，且所述对感测电极的两个分别设置在所述膜层的两相对侧，且彼此相互绝缘。
11.一种键盘，其特征在于，所述键盘包括：
多个按键单元，其中每个所述按键单元包括：
一电路板，其包含内埋于所述电路板中的一电容感测电路，其中，所述电容感测电路包括彼此相互间隔设置的一对感测电极；
一弹性元件，其设置在所述电路板上；以及
一键帽，其可移动地设置在所述电路板上方，并与所述电路板彼此分隔，其中，所述弹性元件设置在所述键帽与所述电路板之间，以使所述键帽相对于所述电路板在一未按压位置与一按压位置之间移动；以及
一处理电路，电连接至每个所述按键单元的所述对感测电极，以取得在所述对感测电极之间的耦合电容的变化值，并根据所述耦合电容的变化值判定所述键帽是否被触碰或按压；
当所述耦合电容的变化值大于一第一阈值并小于一第二阈值时，判定所述键帽被触碰；以及
当所述耦合电容的变化值大于所述第二阈值时，判定所述键帽被按压。
12.根据权利要求11所述的键盘，其特征在于，每个所述按键单元还进一步包括一浮接导电结构，所述浮接导电结构设置在所述键帽与所述电路板之间，或设置在所述键帽的一外表面，且所述浮接导电结构随着所述键帽的移动而移动。
13.根据权利要求11所述的键盘，其特征在于，所述弹性元件包括一连接部以及一凸出部，其中，所述连接部连接至所述键帽，且所述凸出部从所述连接部朝向所述电路板延伸；且
当所述键帽在所述未按压位置时，所述凸出部与所述电路板彼此分离。
14.根据权利要求13所述的键盘，其特征在于，每个所述按键单元还进一步包括浮接导电结构，且所述浮接导电结构包括设置在所述凸出部的一端的第一导电层。
15.根据权利要求13所述的键盘，其特征在于，每个所述按键单元还进一步包括浮接导电结构，且所述浮接导电结构包括设置在所述键帽的一内表面与所述连接部之间的第二导电层。
16.根据权利要求13所述的键盘，其特征在于，每个所述按键单元还进一步包括一浮接导电结构，且所述电路板具有与所述凸出部对齐的开口；
当所述键帽朝向所述电路板移动时，所述凸出部被推入所述开口，但不接触所述电容感测电路。
17.根据权利要求13所述的键盘，其特征在于，所述电路板进一步包括：
一按压感测电路，其具有与所述凸出部对齐的至少一个接触点，其中，所述电容感测电路设置在所述按压感测电路上，并与所述按压感测电路绝缘，所述电路板具有与所述接触点对齐的一开口，且所述开口穿过所述电容感测电路，而不穿过所述按压感测电路。
18.根据权利要求17所述的键盘，其特征在于，所述键盘还进一步包括一可挠性导电薄膜，其设置在所述电容感测电路上，且与所述电容感测电路绝缘，其中，所述可挠性导电薄膜覆盖所述开口；
当所述键帽朝向所述电路板移动时，所述凸出部迫使所述可挠性导电薄膜变形，而延伸至所述开口，以接触位于所述可挠性导电膜下方的所述接触点。
19.根据权利要求11所述的键盘，其特征在于，每个所述按键单元还进一步包括浮接导电结构，所述浮接导电结构包含一内导电层以及一外导电层，其中，所述内导电层与所述外导电层分别设置在所述键帽的一内表面以及一外表面。
20.根据权利要求11所述的键盘，其特征在于，所述电路板包含一膜层，且所述对感测电极的两个分别设置在所述膜层的两相对侧，且彼此相互绝缘。
21.根据权利要求11所述的键盘，其特征在于，所述键盘进一步包含电连接至所述处理电路的一处理器，其中，所述处理器根据与一系列的数个所述按键单元分别对应的多个所述耦合电容的多个所述变化值，判定所述系列的数个所述按键单元是否以一预定顺序被连续地触碰或按压。
22.根据权利要求11所述的键盘，其特征在于，所述键盘进一步包含电连接至所述处理电路的一处理器，以及电连接至所述处理器的一存储器，其中，所述存储器存储对应于一第一手势的第一程序，且所述处理器判定由使用者所执行的手势是否为所述第一手势；
其中，所述第一手势是在触碰数个所述按键单元以形成特定的轨迹时，按压住另一个所述按键单元。
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