CN114427961A - 用于检测击键的设备、键盘和用于检测击键的方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及用于检测击键的设备、键盘和用于检测击键的方法。检测击键的设备包括电路基板、有键帽和运动机构的键模块及检测键帽运动的装置，装置包括含初级线圈的电谐振电路和与键帽一起运动的有短接匝的次级线圈，次级线圈是次级线圈元件、含传导性材料或由传导性材料组成，次级线圈元件有贯通凹口，围成凹口的传导性材料是次级线圈的短接匝，初级和次级线圈相互感应耦合且在键帽运动时，初级和次级线圈间的感应耦合强度及谐振电路的至少一个物理量变化，所述装置包括测量装置，用于检测和/或处理在键帽运动时变化的电谐振电路的至少一个物理量且输出与物理量变化相关的至少一个电信号。本发明还涉及带此类设备的键盘和检测击键的方法。

Description

用于检测击键的设备、键盘和用于检测击键的方法
本发明涉及一种用于检测击键(Tastendruck)的设备、一种包括一个或更多个这种设备的键盘以及一种用于检测击键的方法。
在键盘中使用了各种类型和结构形状的键模块。在此，结构性构造和信号(其例如用信号表示键的致动)的产生是影响键模块以及因此键盘的质量的重要因素。
大多数市售的键模块都属于所谓的机械键模块。长期以来，这种以下的接触系统已经得到证实：当键模块被致动时，两个金属接触面接触，从而导致短接并触发切换信号。
传统机械键模块的缺点是材料磨损，特别地，接触面的机械磨耗是不可避免的。因此，随着键模块使用时长的增加，错误切换也会更频繁地发生。接触面的破损对键模块的功能有特别不利的影响。
机械键模块的另一个缺点在于，在一个致动中只提供了一个切换点，也就是说，每次在某个点上的致动触发恰好一个信号。如果键模块的切换点位于致动运动的不同点，即信号会提前或推迟地触发，那么不同的应用(例如一方面是文字输入，另一方面是游戏)操作起来会更佳。因此，希望能够调整切换点，以便使键模块以及因此键盘能够最佳地用于不同的应用。
机械键模块的缺点还在于，每次致动仅触发一个信号。因此，不能以各级或精细分级甚至无级的方式来实现可变信号。然而，许多应用(例如在游戏中)期望所谓的操纵杆功能，以便例如能够以可变的速度控制对象。
因此，本发明的任务是给出一种用于检测击键的设备和方法，与传统机械键模块相比，该设备或方法能在基本相同的切换品质下实现更长的使用寿命，和/或扩展击键的检测可能性和处理可能性，并由此至少部分地克服上述缺点。此外，还旨在给出一种带有这种设备的新键盘。
该任务由具有权利要求1的特征的设备、具有权利要求14的特征的键盘和具有权利要求16的特征的方法来实现。有利的设计方案和改进方案在相应的从属权利要求中给出。
根据本发明的用于检测击键的设备包括：电路基板；附接在电路基板上的键模块，该键模块具有键帽和用于使键帽相对于电路基板在息止位置和致动位置之间运动的运动机构；以及用于检测键帽相对于电路基板的运动的装置。特别地，键帽可以相对于电路基板线形地和/或垂直地运动。
电路基板应被理解为例如印刷电路板和/或电路板和/或电路箔板(Folie)和/或冲压件和/或其他基板，特别是具有施加的和/或集成的导体电路(Leiterbahn)。电路基板也可以由两个层或更多个层构成，例如由两个或更多个上述的层构成。此外，电路基板也应被理解为任何其他的参考装置或设备的参考部件，对象相对于该参考部件运动。
用于检测键帽相对于电路基板的运动的装置还包括：电谐振电路，该电谐振电路具有至少一个电容器和至少一个相对于电路基板位置固定的初级线圈，该至少一个初级线圈具有一个或更多个线圈匝(Spulenwindung)；以及至少一个次级线圈，该至少一个次级线圈具有短接匝(kurzgeschlossene Windun)、特别地被布置在键帽上或键帽中或者相对于键帽位置固定地布置、随键帽运动。
初级线圈在键模块的与键帽相反的背侧被布置在电路基板上或电路基板中。特别地，该初级线圈可以是平面线圈，其中也可以是其他类型的线圈。
次级线圈是次级线圈元件，该次级线圈元件特别地被布置在键帽上或键帽中或相对于键帽位置固定地布置，该次级线圈元件包括传导性材料或由传导性材料组成，该次级线圈元件具有贯通凹口(durchgehende Ausnehmung)(也是：开口)，使得围成这个凹口的传导性材料就是次级线圈的短接匝。因此，次级线圈是具有闭合的匝(geschlosseneWindung)的短接的次级线圈。因此，这种短接的次级线圈应被理解为特别是导电材料的任何闭合的形状(例如环或框架)，该形状具有贯通的以及由传导性材料围成的凹口(也是：开口)，从而使电流可以环绕该凹口流动。在这种情况下无法定义线圈或匝的末端，而是在这种情况下的短接的线圈由闭合的匝组成。
因此有利的是，次级线圈元件与键帽位置固定地连接并且被布置在键帽和运动机构之间。然而，也有可能的是，次级线圈元件虽然与键帽位置固定地连接，但也构成运动机构的组成部分(例如框架元件)，该组成部分例如建立了运动机构和键帽之间的连接，和/或能够实现运动机构的可运动部件的可运动支承(例如旋转支承和/或旋转滑动支承)，和/或作为弹性元件来限制或防止键帽和运动机构之间的运动间隙。
例如，键帽以及因此次级线圈或次级线圈元件因此可以相对于电路基板和/或特别是被设计为平面线圈的初级线圈线性地和/或垂直地运动。
根据本发明进一步提出，初级线圈和次级线圈相互感应耦合。在键帽以及因此次级线圈在息止位置和致动位置之间运动时，初级线圈和次级线圈之间的感应耦合的强度会发生变化，并且因此谐振电路的至少一个物理量也会发生变化。
根据本发明，用于检测键帽相对于电路基板的运动的装置还包括测量装置，该测量装置用于检测和/或处理在键帽和次级线圈在息止位置和致动位置之间运动时发生变化的电谐振电路的至少一个物理量。此外，该装置输出与物理量的变化相关的至少一个电信号，也就是说，该测量装置具有用于信号输出的相应设备。
特别地，根据本发明的设备的优点在于无接触式检测键帽的运动以及由此引发电信号的输出。弃用了开篇所描述的机械解决方案和与之相关的问题。由此可以制造用于检测键盘击键的设备以及因此键盘，其具有与机械解决方案的对应的设备和键盘相比更低的干扰敏感性和更长的使用寿命。此外，对运动的无接触式检测和随后实现的信号输出能够使得检测过程或切换过程在品质上保持不变，例如，不会因为材料的磨损或磨耗或破损而导致切换点或切换可靠性发生变化。
本发明的其他优点是扩展了对键帽的运动的检测可能性和处理可能性。在键帽运动时，感应耦合不断变化。这相应地适用于由测量装置检测到的物理量，因此任何切换点都可以被调节为可变的，并且可以输出反映键帽运动并且必要时也反映该键帽的速度的可变信号，例如，以各级或精细分级或无级的方式输出。
特别地，初级线圈和次级线圈的感应耦合是以变压器的方式进行的，其中次级线圈被额外地短接了。
优选地，谐振电路以交流电压运行，特别是以预定和/或可调频率(例如16MHz)的交流电压运行，并为此与适当配备的交流电压源连接。电容器可以是电容可调的可变电容器。此外，谐振电路还可以另外包括至少一个电阻器，特别是可调电阻器，以便特别地用于调谐。
优选地，调节或选择频率和/或电容器，使得谐振电路在键帽处于相对于电路基板的预定位置中处于谐振范围内(也是：处于谐振区内)。通常，交流电压为多个根据本发明的设备(其与键盘的多个键相关联或形成键盘的多个键)的多个谐振电路供电，因此不能将频率调谐到单个谐振电路。在这种情况下，通过调节电容器的电容或选择电容匹配的电容器来实现谐振电路关于其谐振范围的适配。通过调节或选择一个或更多个电阻器，可以调节谐振强度或谐振带宽。
谐振电路是LC振荡电路，或者作为带有电阻的子案例是LCR振荡电路。
物理量可以是电压、电流强度，也可以是谐振频率或初级线圈的阻抗。尤其，谐振电路或LC/LCR振荡电路的所有可测量的参数都可以理解为此。
初级线圈和次级线圈之间的感应耦合可以在初级线圈和次级线圈中没有金属芯、例如铁芯的情况下进行。这对于谐振电路的相对高频的运行电压是有利的。然而，也可以在初级线圈和/或次级线圈中提供金属芯，这对相对低频的运行电压来说特别有利。
该设备可以具有恰好一个次级线圈。然而，也可以在对象上或对象中布置两个或三个或更多个次级线圈。例如，这些次级线圈在其各自与初级线圈的感应耦合方面可能有所不同，例如，由于匝数不同。可以通过提供相应的开关来单独中断各线圈的短接，并且因此在每种情况下只将一个或某些次级线圈与初级线圈进行感应耦合(除了在开关断开的情况下次级线圈的不明显的额外耦合)。由此可以检测和区分例如在复杂的运动机构中的不同的运动，次级线圈的多个构件形成在该复杂的运动机构中。
下面将说明根据本发明的设备的作用模式：
初级线圈在其周围产生交变磁场，该交变磁场穿透次级线圈。因此，初级线圈和次级线圈经由交变磁场进行感应耦合。从初级线圈发出的交变磁场在次级线圈中感应出电压。由于次级线圈是短接的，因此导致次级线圈内有电流流动。由于次级线圈的短接和与之相关的低电阻，因此与非短接的次级线圈相比，这种电流流动相对较强。
次级线圈中的电流流动又会影响初级线圈，并从而影响谐振电路(反向耦合(Rückkopplung))。这种反向耦合会导致谐振电路的物理量发生变化，例如初级线圈的阻抗、谐振频率、电压降和/或电流流动。例如，如果次级线圈在第一位置与初级线圈所具有的距离大于第二位置，则第一位置的感应耦合比第二位置的感应耦合小，因为磁场强度和磁通密度随着与初级线圈的距离增加而减小，反之亦然。相应地，在这个示例中，在第一位置对初级线圈的反向耦合以及由此物理量变化也比第二位置小，反之亦然。这相应地适用于第一位置和第二位置之间的中间位置。例如，在第一位置和第二位置之间连续或稳定运动的情况下，物理量也可以连续或稳定地变化。例如，第一位置可以是键帽的息止位置，而第二位置可以是键帽的致动位置。例如在倾斜和/或旋转运动中，次级线圈在初级线圈的磁场中的位置或取向的变化会产生类似的效果。
由于反向耦合的变化，谐振电路的变化引起了谐振电路的调整。例如，如果当次级线圈处于相对于初级线圈的某个位置的情况下谐振电路以其谐振频率运行，那么当次级线圈的位置发生变化时，谐振电路的谐振频率就会发生变化，而且谐振会衰减。这引起了物理量(例如电压和电流)的变化，这些物理量可以借助于测量装置被检测到并进行进一步处理。因此，谐振电路形成了一种感应式接近开关，该接近开关针对键帽接近或远离电路基板发出信号。
基于这种对一个或更多个物理量变化的检测，可以实现各种分级和无级的信号处理。同样的内容反过来也适用：如果谐振电路未以其谐振频率运行，那么初级线圈和次级线圈之间的距离或位置和/或取向的变化以及与之相关的感应耦合的变化和由此产生的谐振电路的调整会使得，谐振电路运行的频率接近或达到谐振电路的谐振频率，连同对例如电压和电流等物理量产生相应影响。
例如，也可以实现差动控制：在这种情况下，初始位置位于第一位置和第二位置之间，其中谐振电路优选地在所采取的位置中在谐振侧翼的区域内运行，并且被校准为所检测的一个物理量或多个物理量的零位。然后，根据在信号输出中的检测到的一个或更多个物理量的变化，可以将键帽向第一位置方向的运动评估为键帽的负运动，而可以将键帽向第二位置方向的运动相应地评估为键帽的正运动，或者反之亦然。
本发明的改进方案提出，次级线圈元件形成平坦表面，在该平坦表面中有贯通凹口。在键帽的息止位置和/或键帽的致动位置和/或在键帽在息止位置和致动位置之间运动期间，该平坦表面被定向为平行于电路基板和/或特别地被设计为平面线圈的初级线圈。在这里，“平坦”被理解为任何大体上平坦的取向，即特别是包括制造公差，以及在平面的折缝处的小角度(在这个折缝处，平面的倾斜度略有变化)，例如小于10°的角度。在这里，“平行”被理解为任何大体上平行的取向，即特别包括制造公差，以及小的角度偏差，例如相差了小于10°的角度。例如，该平面线圈在电路基板上形成平坦表面。在这种情况下，次级线圈元件的平坦表面与平面线圈的这个平坦表面平行取向，这对初级线圈和次级线圈之间的感应耦合是有利的。该平坦表面可以是被设计为金属冲压件和/或金属弯曲件的次级线圈元件的表面。
次级线圈元件可以是由金属板制成的冲压件和/或弯曲件。特别地，该次级线圈元件可以是冲压件和/或弯曲件，其具有至少一个围成贯通凹口的框架状的和/或环状的部分。如果有必要，可以提供另外的部分，特别是在上述部分的外边缘处提供，例如斜向或垂直突出的部分，以用于与运动机构的元件连接。
根据改进方案，次级线圈元件是弹性元件，该弹性元件被构造并且被布置在键帽和运动机构之间，从而防止键帽和运动机构之间出现机械间隙。特别地，机械间隙应被理解为键帽和运动机构之间的自由运动空间，这可能会导致不期望的噪音。
为了将次级线圈元件构造为弹性元件，次级线圈元件可以形成槽部和/或折缝，该槽部和/或折缝将次级线圈元件分成两个翼部，这两个翼部在槽部和/或折缝处可相对于彼此弹性地运动。在这里，这两个翼部可以在两个外侧的、彼此相对的边缘处支承在键模块中或运动机构上，从而使得在键帽的息止位置和/或在键帽的致动位置和/或在键帽在息止位置和致动位置之间运动期间，次级线圈元件与键帽和运动机构接触，并且使它们相互弹性张紧(verspannen)，使得在键帽和运动机构之间不存在自由运动空间。
如果键帽具有运动机构和/或另外的构件，那么有利的是，只要运动机构的部件和/或另外的构件和/或键帽本身不打算形成本发明意义上的次级线圈，那么它们就不具有电闭合的环状的或框架状的元件(其由传导性材料例如金属制成、带有内部贯通凹口或开口)。这些元件也可能与初级线圈发生感应耦合，并干扰初级线圈和次级线圈之间的感应耦合。为了避免这种情况，在相应的元件中至少在一个点处对环或框架进行电中断就够了。于是在这些元件中就不可能有电流流动，因此就没有或至少没有相关的与初级线圈的感应耦合。这种状态相当于变压器处于空载运行。
在此背景下，本发明的设计方案因此提出，运动机构中所有可相对于电路基板运动的构件(但不包括次级线圈元件)都以如下方式构造，使得没有传导性材料围成贯通凹口，和/或不能发生环绕贯通凹口的闭合的电流流动，和/或环绕贯通凹口的由传导性材料制成的环或框架具有周向中断部。因此，周向中断部被构造以阻止或不可能使电流环绕贯通凹口流动。
运动机构可以是并联机构，特别是双翼并联机构和/或剪刀式并联机构。
并联机构应被理解为如下机构，通过这种机构，键帽可以线形地(即沿着直线)相对于电路基板上升和下降，而不改变其取向。特别地，在该线形运动中，键帽既不扭曲也不倾斜。当用并联机构执行运动时，键帽所在的延伸面会发生移位，以使运动后产生的延伸面与运动前的原始延伸面平行地延伸。
根据本发明的设计方案提出，运动机构被焊接
Figure BDA0003306078130000081
在电路基板上。特别地，并联机构的底座被焊接在电路基板上，运动机构的其他部件例如通过旋转支承和/或旋转滑动支承被支承在该底座上。在其他的设计方案中，也可以实现其他的附接方式，例如借助于粘接或夹持。
本发明的改进方案提出，用于照亮键帽的光源在被特别地设计为平面线圈的多匝初级线圈所围成的区域内被布置在电路基板上。光源可以是例如LED或光导体。此外，该光源还可以以无级或分级的方式调光。
键模块可以被构造成使得光从运动机构的背侧穿过运动机构、并且穿过次级线圈元件中的贯通凹口到达键帽。通过这种方式，例如可以照亮键帽的背侧。由穿过键帽从其正侧延伸至其背侧的透光材料制成的符号从背侧被照亮，并从而在正侧发亮，因此在黑暗中也是可见的。也可以实现键帽周围的照明。
键模块和/或运动机构的底座可以至少部分地由透光材料组成。于是，从光源发出的光通过至少部分地透光的底座被传输，并且在这里必要时也可以有针对性地被分散，以实现键帽处或键帽周围的照明效果。
本发明的改进方案提出，运动机构的附接在电路基板上的底座和/或附接在电路基板上的框架元件被设计为，使得保护运动机构、和/或电路基板的与键模块的背侧相对的区域、和/或一个或更多个被布置在电路基板的与键模块的背侧相对的区域中的光源和/或电子构件和/或机械构件和/或连接装置(例如焊点)免受环境影响。如有必要，可以为此目的提供额外的密封器件。
运动机构的底座可以用于可运动地支承运动机构的其他部件，特别是借助于旋转支承和/或旋转滑动支承。
上述框架元件可以是框架，特别是装饰性框架，其至少在其致动位置中包围键帽。
特别地被设计为平面线圈的初级线圈可以被布置在电路基板的顶侧和/或底侧，和/或被布置在多层电路基板的至少两个层之间。优选地，顶侧是电路基板的如下侧面或表面，键模块也附接在该侧面或表面上或者该侧面或表面面向键模块。底侧相应地是背离键模块的那个侧面或表面。特别地被设计为平面线圈的初级线圈也可以被布置在多层电路基板内的至少两个层之间。
特别地，初级线圈的匝应被理解为一整匝。特别地，匝至少基本上具有圆形形状或椭圆形形状，或也具有角形形状，例如矩形形状，例如具有圆角的矩形形状。在平面线圈中，多个匝(如果有的话)优选位于一个平面内，也就是说，线圈的线位于一个平面内，并且因此这些匝在这个平面内具有不同的尺寸并在这个平面内一个套着另一个(ineinande)地布置。因此，可能包括大量匝的平面线圈也可以具有圆形形状或环形形状或椭圆形形状或角形形状，例如矩形形状，必要时具有圆角的矩形形状。平面线圈的多个匝也可以彼此螺旋式交错地延伸。
平面线圈可以作为印刷电路被布置在电路基板的顶侧和/或底侧，或者也可以被布置在电路基板内。此外，平面线圈可以实现为金属化箔板或冲压的金属板(冲压件)。
根据本发明的改进方案，测量装置被配置成使得当达到或超过物理量的至少一个变化极限值时输出至少一个电信号，和/或使至少一个电信号的信号强度根据物理量的变化而发生改变。
变化极限值可以是共同的变化极限值，它既适用于从息止位置到致动位置的第一运动，也适用于从致动位置回到息止位置的第二运动。然而，也可以预先指定两个或更多个不同的变化极限值，例如在上述第一运动中起作用的第一变化极限值和在上述第二运动中起作用的第二变化极限值。
所提到的变化极限值可以以固定的方式预先指定。然而，也可以实现的是，一个或多个变化极限值是可以调节的。这具有的优点在于，所谓的切换点(即在输出至少一个电信号的相应运动期间键帽的准确位置)可以发生改变并因此进行调节，而无需对键模块进行机械改变。因此，键盘的操作者可以个性化地调节其键盘的键的所期望的切换点，而不需要像以前那样购买新的键模块。例如，同一键盘可以用于游戏和办公应用，如果需要，只需要改变切换点。制造商也可以为不同的应用提供统一的键盘模型，并为相应的应用情况以不同的方式预设切换点。
测量装置可以被配置成使得至少一个电信号的信号强度与键帽相对于电路基板的位置相关，并因此与初级线圈和次级线圈之间的距离相关。例如，可以以各级或精细分级甚至无级的方式输出可变信号。这例如在如下情况下是可行的：键帽的运动实现在运动期间谐振电路的一个物理量或多个物理量持续变化、特别是连续和/或无级变化。于是，测量装置可以被配置成使得在键帽运动中，至少一个电信号以无级或精细分级或各级的方式输出，优选地连同信号强度也相应地以无级或精细分级或各级的方式实现变化。
以这种方式，就可以为键、键盘的至少一个或各个或全部键实现所谓的操纵杆功能，这开辟了广泛的新的应用可能性，特别是在游戏领域，但也在办公应用和其他应用中，例如以速度可变的方式滚动文档、表格和网站，或以速度可变的方式控制对象。
前面提到的对各个键模块以及因此键的切换点进行调节的可能性和/或操纵杆功能的实现，也带来了键盘可以随时间重新校准的优势。机械、机电和电子部件可能会随着使用时间的推移而磨损和/或因老化而改变其特性。在键模块和键盘的情况下，这可能导致例如切换点和/或阻尼元件的运动位置与输出信号或信号强度的配属关系的变化，甚至可能由于调整效果而导致某些功能的完全省略。在上述测量装置中，可以提供将检测到的一个物理量或多个物理量分配给所输出的电信号的强度或确定一个或更多个变化极限值。如果有必要，可以对这一分配进行适配，例如基于上述的磨损和老化效应。由此，例如每个单独的键模块和/或整个键盘可以被重新校准，也就是说，至少在很大程度上重建了初始状态。例如，这可以在每次接通键盘时和/或通过输入某些命令和/或使用某些键组合来完成。由此例如可以补偿部件在使用过程中的老化问题。以类似的方式，键模块和/或键盘的制造公差或与公差有关的差异可以通过适当的校准或调节来得到补偿。
根据本发明的键盘包括一个或更多个、优选大量根据本发明的设备。与传统的键盘相比，这种键盘的优点将从上文和下文对根据本发明的设备的说明中得出。
设备的电路基板在这里特别地被布置在键盘的框架或壳体中。键模块和初级线圈被布置在电路基板中或电路基板上，其中在多个可替代的实施方式中，初级线圈可以例如被布置在电路基板的顶侧(键模块也被布置在该顶侧或该顶侧面向键模块)，或者被布置在与顶侧相反的底侧，或者在电路基板是多层结构的情况下被布置在电路基板内。除了初级线圈和已经提到的电容器之外，还可以在电路基板中和/或在电路基板上提供其他元器件，特别是电气元器件或电子元器件。
键盘可以具有底侧和与底侧相反的顶侧，其中底侧和/或顶侧由金属形成，或者具有金属层或金属附加层或金属插入物。由此可以屏蔽对键盘内部的初级线圈的阻抗和/或谐振电路的外部干扰影响，例如来自特别是在键盘附近的移动无线电辐射或金属物体。
根据本发明的方法涉及针对根据本发明的设备和/或根据本发明的键盘的操作方法。根据本发明的方法是一种用根据本发明的设备和/或根据本发明的键盘来检测击键的方法。该方法包括以下步骤：
a)执行键帽的致动运动，使得初级线圈和次级线圈之间的感应耦合发生变化，并因此也使得谐振电路的至少一个物理量发生变化；
b)借助于测量装置检测和/或处理由于运动而改变的谐振电路的至少一个物理量；
c)当达到或超过物理量的变化极限值时输出至少一个电信号，和/或根据物理量的变化改变至少一个电信号的信号强度。
该方法和进一步的方法步骤的优点从根据本发明的设备的上述描述中得出。
特别地，在键帽的整个致动运动期间因此测量谐振电路的至少一个物理量的值。这可以是例如电压和/或电流强度和/或谐振频率。尤其谐振电路的所有可测量的参数都可以理解为此。然而，也可以测量其他已知的电学量。
根据变型可以提出，如果测量到的量达到或超过变化极限值(也是：阈值)，则触发电信号。这可能是在键帽运动期间的任何时候、或者也可能是在运动的结束点时如此。优选地，可以预先指定一个或更多个变化极限值。进一步优选的是，一个或更多个变化极限值是可以调节的，如上文基于根据本发明的设备已经说明的那样。
根据可替代或额外的变型还可以提出，根据一个物理量或多个物理量的变化来改变至少一个电信号的信号强度，并从而实现了例如已经提到的操纵杆功能。
根据设计方案，谐振电路以预定和/或可调频率的交流电压运行，并且在此通过调节或选择频率和/或通过调节或选择电容器的电容和/或通过调节或选择布置在谐振电路中的电阻器来调节谐振电路，使得当键帽处于相对于电路基板的预定位置时，谐振电路处于谐振范围内。
改进方案提出，键帽和/或次级线圈元件在致动运动时相对于电路基板和/或相对于特别地被设计为平面线圈的初级线圈线形地和/或垂直地运动。
还可以提出，在致动运动时改变次级线圈元件与电路基板和/或初级线圈的距离。
附图说明
下面还将通过对实施例的描述并参考所附的示意图对本发明的进一步特征和优点进行更详细的说明。
在附图中：
图1以分解图示出了根据本发明的设备的第一实施例，
图2示出了第一实施例在息止位置下的变型，
图3示出了根据图2的去掉了键帽并转动了约180°的实施例，
图4示出了没有运动机构的根据图3的实施例，
图5示出了附接有次级线圈元件的第一实施例的键帽背侧的视角，
图6示出了第一实施例不含电路基板的横截面图，上图为处于息止位置，下图为处于致动位置，
图7示出了垂直于根据图6的横截面延伸的、穿过处于息止位置下的第一实施例的边缘区域的横截面，
图8示出了与根据图6的横截面平行地延伸的、在靠近边缘区域的另一位置处穿过具有电路基板但没有键帽的第一实施例的横截面，上图为处于息止位置，下图为处于致动位置，
图9以分解图示出了根据本发明的设备的第二实施例，
图10示出了处于息止位置下的第二实施例，
图11示出了根据图10的去掉键帽的实施例，
图12示出了根据图11的没有运动机构的实施例，
图13示出了附接有次级线圈元件的第二实施例的键帽背侧的视角，
图14示出了穿过具有电路基板的第二实施例的横截面，上图为处于息止位置，下图为处于致动位置，
图15示出了垂直于根据图14的横截面延伸的、穿过处于息止位置下的第二实施例的横截面，
图16以分解图示出了根据本发明的设备的第三实施例，
图17示出了穿过处于息止位置下的具有电路基板的第三实施例的横截面，
图18示出了说明本发明基本功能原理的图示，并且
图19以电路图的形式示出了根据本发明的设备的实施例的用于检测键帽运动的装置的示例性图示。
相互对应的零件和部件在所有附图中、甚至在不同的实施例中都设有相同的附图标记。
图1至图8示出了根据本发明的用于检测键盘的击键的设备1的第一实施例，图9至图15示出了第二实施例，并且图16和图17示出了第三实施例。不同的实施例特别是在所使用的运动机构和必要时所使用的附加元件方面有所不同。
在所有的实施例中，设备1被设置用于键盘，或者更具体地说，与键盘的键相结合。设备1相应地包括：电路基板2；附接在电路基板2上的键模块4，该键模块具有键帽3和运动机构15，该运动机构15用于使键帽3相对于电路基板2、具体说是垂直于电路基板2、在息止位置和致动位置之间运动；以及装置10，该装置10用于检测键帽3相对于电路基板2的运动。
在所有的实施例中，设备1进一步包括被构造为平面线圈的、具有多个匝的初级线圈L1，该初级线圈与电路基板2位置固定地布置在电路基板2的顶侧，具体是在键模块4的与键帽3相反的背侧。在初级线圈L1的中心，光源6(具体而言是LED)被附接在电路基板2上。
在所有的实施例中，设备1包括次级线圈L2，该次级线圈被布置在键帽3的背侧并与键帽3一起运动。在每种情况下，次级线圈L2都是布置在键帽3的背侧的、在键帽3的环绕的框架内的次级线圈元件5，具体而言是由金属板形成的冲压和弯曲件，该冲压和弯曲件有贯通凹口13。以框架状或环状围成该凹口13的金属形成次级线圈L2的短接匝。因此，次级线圈L2具有恰好一个匝并且是短接的，感应电流可以环绕凹口13流动。光可以从光源6穿过凹口13到达键帽3并从背后照亮该键帽。
在所有的实施例中，初级线圈L1和次级线圈L2是相互感应耦合的。这种感应耦合在图18中也示意性地进行了展示。初级线圈L1(在图18中也是在电路基板2的顶侧上具有多个匝的平面线圈)是谐振电路11的组成部分，该组成部分在下文基于图19进行说明并且以交流电压U1来运行。由此，初级线圈L1的匝被图18中所示的磁场19环绕。在这个磁场19中存在具有贯通凹口13的次级线圈L2，在图18中也是次级线圈元件5，具体是环状或框状的闭合冲压件，即次级线圈L2是短接的并且只有一个匝。
由于交流电压U1，因此磁场19是交变磁场，由于感应耦合，因此该交变磁场在次级线圈L2中引发电压并且因此由于短接而引发电流流动，该电流流动又与初级线圈L1产生反向耦合。如果次级线圈L2现在相对于初级线圈L1运动(这在图18中由中间的双箭头表示)，则这影响感应耦合的强度，而且初级线圈L1所属的谐振电路11的物理量(例如电压和电流强度以及谐振频率)会发生变化。
测量装置(在图中未示出)检测和处理在由于键帽3的运动引起的次级线圈L2的运动过程中发生变化的电谐振电路11的至少一个物理量，并且输出与该物理量的变化相关的至少一个电信号。因此，在附接有次级线圈L2的键帽3在息止位置和致动位置之间运动时，初级线圈L1和次级线圈L2之间的感应耦合的强度以及因此谐振电路11的至少一个物理量会发生变化。
因此，设备1包括装置10(在图1至图18中未示出)，该装置10用于检测键帽3相对于电路基板2的运动。该装置10在图19中示出为电路图。该装置10包括已经提到的带有电容器C1和初级线圈L1的电谐振电路11，其中可以额外提供电阻器(未示出)。谐振电路11以交流电压U1运行。在这个谐振电路11中，只有初级线圈L1在图1中示出。
如图19中进一步所示，上述装置10进一步包括次级线圈L2，其末端经由短接线路12进行电气短接。这象征着根据图1至图18的实施例的闭合的次级线圈元件5。在短接线路12中设置有开关14，短接线路12可以借助该开关中断并再次闭合。这是一个实施变型，该实施变型可以通过在次级线圈元件5的匝中的可由开关14电桥接的中断来实现。如果在图19中去掉开关14，则电路图示出了谐振电路11与没有周向中断部的次级线圈元件5，如图1至图18所示。
初级线圈L1和次级线圈L2的感应耦合在图19中由两个线圈L1、L2之间的双箭头象征性地表示。由交流电压U1产生的交变磁场在次级线圈中感应出交流电压U2，当开关14闭合时，该交流电压U2由于短接而在次级线圈L2中引起电流流动，该电流流动引起了对初级线圈L1的反向耦合，并从而引起了对谐振电路11的反向耦合，由此(如前所述)使得该谐振电路的物理量发生变化，该变化进而经由也已经说明的测量装置检测到，并且引起相应的信号输出。
在所有的实施例中，运动机构15是双翼机构，该双翼机构包括两个翼状元件17和连接这两个翼状元件17的弹簧18。也可以提供任何其他的运动机构15，例如剪刀式机构。
在根据图1至图8的第一实施例中，运动机构15进一步包括底座16。在也设置有运动机构15的底座16的区域中，初级线圈L1被附接在电路基板2的顶侧。在组装状态下，底座16在某种意义上几乎围绕被实施为平面线圈的初级线圈L1。图1在一方面并且图2至图4在另一方面示出了第一实施例的两个变型，它们在初级线圈L1的具体设计上有所不同。在图1中，被设计为平面线圈的初级线圈形成了闭合的区域，而在图2至图4中形成了两个相互分离的区域，其中，在位于这些区域之间的中间区域中有连接点例如焊接接点和有凹口，以用于经由布置在底座16上的与这些凹口相对应的销来位置精确地布置底座16。
运动机构15可以通过焊接被附接在电路基板2上。然而，其他的附接方式也是可以的，例如通过粘接或夹持，如图9、图10和图11中所示。在运动机构15的相应部件上的销负责精确的定位，这些销与电路基板2中的相应凹口相接合。
在根据图1至图8的实施例中，这两个翼状元件17可运动地支承在底座16和键帽3上。次级线圈元件5具有折缝7，该折缝将次级线圈元件5分成两个可相对于彼此弹性地倾斜的部分并且因此形成弹性元件，该弹性元件使键帽3和翼状元件17张紧并从而防止键帽和翼状元件之间出现自由运动空间。
在根据图1和图8的实施例中，运动机构15的所有部件，特别是底座16和翼状元件17，都设置有周向中断部，即，感应的环形电流流动并且因此影响初级线圈L1和次级线圈L2之间的感应耦合的效应都不可能出现。
在根据图9至图15的第二实施例中，在次级线圈元件5的区域内设置了底座16，初级线圈L1也被布置在其中。在组装状态下，底座16包围被实施为平面线圈的初级线圈L1和光源6，并从而保护它们免受环境影响。运动机构15也受到底座16的保护，以免受环境影响。底座16在这里是由透光的塑料制成的，并且因此是由非导电材料构造的，从而在外周上没有中断部的环状或框状设计不会构成问题，因为非导电塑料不会影响初级线圈L1和次级线圈L2之间的感应耦合，或者不会对其产生任何明显的影响。透光塑料以期望的方式传导和分散从光源6发出的光。
在图9至图15所示的实施例中，这两个翼状元件17既可运动地支承在底座16上，也可运动地支承在次级线圈元件5上，后者进而附接在键帽3上。在这种情况下，次级线圈元件5被构造成没有折缝，因为翼状元件17并非直接被附接在键帽3上，并且因此也不用防止这些元件之间出现自由运动空间。图13示出了在这种情况下，次级线圈元件5是如何固定地附接在键帽3的背侧，并且如何为翼状元件17的可运动的附接形成附接点。
根据图16和图17的第三实施例类似于根据图1至图8的第一实施例。这里，底座16另外具有由非导电塑料制成的、覆盖光源的透光部分。此外，在电路基板2上设置了框架元件8，该框架元件包围初级线圈L1和光源6以及可能其他的电子部件(未示出)，并从而保护这些部件以及运动机构15免受环境影响。图17示出，该框架元件8的尺寸被设定成其在从所示的息止状态到未示出的致动状态的运动过程中包围键帽3。因此，框架元件8同时是针对键帽3可见的框架。
在根据图16和图17的实施例中，运动机构15的所有部件，特别是底座16(其两个金属部分仅经由由非导电的透光塑料制成的透光部分与翼状元件17的支承件相连)和翼状元件17，都设有周向中断部，即，感应的环形电流流动并且因此影响初级线圈L1和次级线圈L2之间的感应耦合的效应都不可能出现。
附图标记清单
1 设备
2 电路基板，例如印刷电路板
3 键帽
4 键模块
5 次级线圈元件
6 光源
7 折缝
8 框架元件
10 用于检测键帽3的运动的装置
11 谐振电路
12 次级线圈L2的短接线路
13 凹口
14 开关
15 运动机构
16 底座
17 翼状元件
18 弹簧
19 磁场
C1 电容器
L1 初级线圈
L2 次级线圈
U1 交流电压
U2 感应出的次级线圈L2的交流电压。

Claims (17)

1.一种用于检测击键的设备(1)，包括：电路基板(2)；附接在所述电路基板(2)上的键模块(4)，所述键模块(4)具有键帽(3)和用于使所述键帽(3)相对于所述电路基板(2)在息止位置和致动位置之间运动的运动机构(15)；以及用于检测所述键帽(3)相对于所述电路基板(2)的运动的装置(10)，
其中所述装置(10)包括：电谐振电路(11)，所述谐振电路具有至少一个电容器(C1)和至少一个相对于电路基板(2)位置固定的初级线圈(L1)，所述初级线圈具有一个或更多个线圈匝；以及至少一个次级线圈(L2)，所述次级线圈与所述键帽(3)一起运动，所述次级线圈具有短接匝，
其中所述初级线圈(L1)在所述键模块(4)的与所述键帽(3)相反的背侧被布置在所述电路基板(2)上或所述电路基板中，
其中所述次级线圈(L2)是次级线圈元件(5)，所述次级线圈元件包括传导性材料或由传导性材料构成，所述次级线圈元件具有贯通凹口(13)，使得围成所述凹口(13)的所述传导性材料是所述次级线圈(L2)的短接匝，
其中所述初级线圈(L1)和所述次级线圈(L2)相互感应耦合，并且在所述键帽(3)以及因此所述次级线圈(L2)在息止位置和致动位置之间运动时，初级线圈(L1)和次级线圈(L2)之间的感应耦合的强度以及因此所述谐振电路(11)的至少一个物理量发生变化，
其中用于检测所述键帽(3)相对于所述电路基板(2)的运动的所述装置(10)包括测量装置，所述测量装置用于检测和/或处理在所述键帽(3)和所述次级线圈(L2)在息止位置和致动位置之间运动时发生变化的所述电谐振电路(11)的至少一个物理量，并且输出与所述物理量的变化相关的至少一个电信号。
2.根据权利要求1所述的设备(1)，其特征在于，所述次级线圈元件(5)形成平坦表面，在所述平坦表面中有所述贯通凹口(13)，并且在所述键帽(3)的息止位置和/或所述键帽(3)的致动位置和/或在所述键帽(3)在息止位置和致动位置之间运动期间，所述平坦表面被取向为平行于所述电路基板(2)和/或所述初级线圈。
3.根据权利要求1或2所述的设备(1)，其特征在于，所述次级线圈元件(5)是由金属板制成的冲压件和/或弯曲件。
4.根据前述权利要求中任一项所述的设备(1)，其特征在于，所述次级线圈元件(5)是弹性元件，所述弹性元件被构造并且被布置在键帽(3)和运动机构(15)之间，从而防止键帽(3)和运动机构(15)之间出现机械间隙。
5.根据权利要求4所述的设备(1)，其特征在于，所述次级线圈元件(5)形成槽部和/或折缝(7)以便构造为弹性元件，所述槽部和/或折缝将所述次级线圈元件(5)分成两个翼部，所述两个翼部在槽部和/或折缝(7)处能相对于彼此弹性地运动，并且所述两个翼部在两个外侧的、彼此相对的边缘处支承在所述键模块(4)中或所述运动机构(15)上，使得在所述键帽(3)的息止位置和/或在所述键帽(3)的致动位置和/或在所述键帽(3)在息止位置和致动位置之间运动期间，所述次级线圈元件(5)与所述键帽(3)和所述运动机构(15)接触并使所述键帽和所述运动机构相互弹性张紧，因此在键帽(3)和运动机构(15)之间不存在自由运动空间。
6.根据前述权利要求中任一项所述的设备(1)，其特征在于，所述运动机构(15)的、相对于所述电路基板(2)是可运动的、不包括所述次级线圈元件(5)的所有构件都被构造成使得没有传导性材料围成贯通凹口，和/或能够不实现环绕贯通凹口的闭合的电流流动，和/或环绕贯通凹口的由传导性材料制成的环或框架具有周向中断部。
7.根据前述权利要求中任一项所述的设备(1)，其特征在于，所述运动机构(15)是并联机构。
8.根据前述权利要求中任一项所述的设备(1)，其特征在于，用于照亮所述键帽(3)的光源(6)在所述初级线圈(L1)的匝所围成的区域内被布置在所述电路基板(2)上，和/或所述键模块(4)被构造成使得光从所述运动机构(15)的背侧穿过所述运动机构(15)、并且穿过所述次级线圈元件(5)中的贯通凹口(13)到达所述键帽(3)，和/或所述键模块(4)和/或运动机构(15)的底座(16)至少部分地由透光材料组成。
9.根据前述权利要求中任一项所述的设备(1)，其特征在于，所述运动机构(15)的附接在所述电路基板(2)上的底座(16)和/或附接在所述电路基板(2)上的框架元件(8)被构造为使得保护所述运动机构(15)、和/或所述电路基板(2)的与所述键模块(4)的背侧相对的区域、和/或一个或更多个被布置在所述电路基板(2)的与所述键模块(4)的背侧相对的区域中的光源(6)和/或电子构件和/或机械构件和/或连接装置免受环境影响。
10.根据前述权利要求中任一项所述的设备(1)，其特征在于，所述初级线圈(L1)是平面线圈、和/或被布置在所述电路基板(2)的顶侧和/或底侧、和/或被布置在多层电路基板(2)内的至少两个层之间。
11.根据前述权利要求中任一项所述的设备(1)，其特征在于，所述测量装置被配置成使得当达到或超过所述物理量的至少一个变化极限值时输出所述至少一个电信号，和/或使所述至少一个电信号的信号强度根据所述物理量的变化而发生改变。
12.根据权利要求11所述的设备(1)，其特征在于，所述一个变化极限值或更多个变化极限值是可调节的。
13.根据权利要求11或12所述的设备(1)，其特征在于，所述测量装置被配置成使得所述至少一个电信号的信号强度与所述键帽(3)相对于所述电路基板(2)的位置相关，并从而与初级线圈(L1)和次级线圈(L2)之间的距离相关。
14.一种键盘，包括一个或更多个根据权利要求1至13中任一项所述的设备(1)。
15.根据权利要求14所述的键盘，其特征在于，所述键盘具有底侧和与所述底侧相反的顶侧，其中所述底侧和/或所述顶侧由金属形成或者具有金属层或金属附加层或金属插入物。
16.一种用根据权利要求1至13中任一项所述的设备(1)和/或根据权利要求14或15所述的键盘来检测击键的方法，包括以下步骤：
a)执行所述键帽(3)的致动运动，使得初级线圈(L1)和次级线圈(L2)之间的距离以及因此感应耦合发生变化，并由此也使得所述谐振电路(11)的至少一个物理量发生变化，
b)借助于所述测量装置检测和/或处理由于所述运动而改变的所述谐振电路(11)的至少一个物理量，
c)当达到或超过所述物理量的变化极限值时输出至少一个电信号，和/或根据所述物理量的变化改变所述至少一个电信号的信号强度。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述谐振电路(11)以预定和/或可调频率的交流电压(U1)运行，并且在此通过调节或选择所述频率和/或通过调节或选择所述电容器(C1)的电容和/或通过调节或选择布置在所述谐振电路(11)中的电阻器来调节所述谐振电路，使得当所述键帽(3)处于相对于所述电路基板(2)的预定位置时，所述谐振电路(11)处于谐振范围内。
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