CN115410847A - 一种用于电容屏上的机械按键 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电容触控技术领域，尤其涉及在电容触控屏上实现多级触控功能，用于将手动或机械运动转换成一个或多个电气开关信号，此开关信号可以控制电气设备。本发明采用这样的开关装置，该开关装置将按键转换为相应的电气开关信号。开关装置由一个环形插座组成，其中一个不导电的按键部件装有一个金属弹片，该金属弹片通过弹簧装置固定在起始位置。在开关装置的相应手动操作中，按键部分与金属弹片一起沿着盖板的方向移动，盖板后面有一个传感器电极，用于记录金属弹片的接近情况。这种开关装置通常布置在触敏屏幕（也称为触摸屏）的盖板上。触摸屏的盖板由透明且不导电的材料制成。盖板下有电容式表面传感器，其对物体（例如手指、手等）的接近或触摸作出响应。产生的开关信号被电子放大并用于控制电气设备。本发明通过进一步开发上述类型的开关设备，从而产生实现电容式触摸和按键形式的多级开关信号，同时，在操作期间产生触觉反馈，用户通过该反馈识别是否需要以及需要哪种操作。

Description

一种用于电容屏上的机械按键

技术领域

本发明涉及电容触控技术领域，尤其涉及在电容触控屏上实现多级触控功能 ，在不改变电容屏结构基础上实现了机械按键功能。

背景技术

目前电容屏上实现多级触控一般通过改变电容触控压力方式实现，这取决与电容屏可靠性，无法保证安全使用，在实现触控反馈时一般通过振动电机实现，无法达到机械按键的触控反馈手感。

本发明在不改变电容屏结构基础上，通过增加机械结构 ，实现了多级开关功能，在电容触控基础上实现了机械触控功能，具有机械按键手感，安全性能，适合于把电容按键应用于安全操作场所。

发明内容

本发明涉及一种根据权利要求1的具有多级开关功能的开关装置，用于将手动或机械运动转换成一个或多个电气开关信号，此开关信号可以控制电气设备。

本发明采用这样的开关装置，该开关装置将按键转换为相应的电气开关信号。开关装置由一个环形插座组成，其中一个不导电的按键部件装有一个金属弹片，该金属弹片通过弹簧装置固定在起始位置。在开关装置的相应手动操作中，按键部分与金属弹片一起沿着盖板的方向移动，盖板后面有一个传感器电极，用于记录金属弹片的接近情况。

这种开关装置通常布置在触敏屏幕（也称为触摸屏）的盖板上。触摸屏的盖板由透明且不导电的材料制成。盖板下有电容式表面传感器，其对物体（例如手指、手等）的接近或触摸作出响应。产生的开关信号被电子放大并用于控制电气设备。

本发明通过进一步开发上述类型的开关设备，从而产生实现电容式触摸和按键形式的多级开关信号，同时，在操作期间产生触觉反馈，用户通过该反馈识别是否需要以及需要哪种操作。

当操作元件通过电容式表面传感器接触按键帽时，产生第一个电气开关信号，并且在按键帽移动期间，通过电容式表面传感器形成至少第二个可微分的电气开关信号，在按键帽和电容表面传感器之间设置至少一个导电接触板，其与操作元件电隔离，在按键帽的运动中，其与至少一个接触板短路，并且按键帽通过各自的接触板与电容性表面传感器进行电容性耦合，产生多级可微分的电气开关信号。由于按键帽和表面传感器之间的电容耦合，例如通过手指或手与按键帽的接触由电容式表面传感器检测，并产生电开关信号。为了产生第二开关信号，按键帽被按成笔划状，并定位在电容式表面传感器的方向上。因此，设置在按键帽和电容表面传感器之间的操作元件弹性变形。电容式表面传感器检测到这种变化，并与导电接触板接触。

可在按键帽和电容式表面传感器之间设置导电接触板。接触板与操作元件和在不操作时与按键帽电气隔离。当操作按键帽时，按键帽与接触板短路，使得按键帽通过接触板与电容式表面传感器电容耦合。因此，接触板以端部挡块的方式形成按键帽的端部位置。由于接触板的隔离布置，第二个开关信号仅在按键帽和接触板之间的短路中产生。松开按键帽时，它会通过操作元件弹回到起始位置。

此外，与操作元件或传感器驱动的电极的数量或强度产生第一电开关信号、第二电开关信号和第三开关信号的电容式表面传感器的电极对或测量值不同。多级开关信号的特征在于，根据操作或操作的强度，可以打开开关信号。产生了几个独立开关信号。

开关外壳可以安装在电气设备的盖板上，可将开关外壳粘在盖板上，焊接、拧紧或以其他方式锁定在稳定位置。电容式表面传感器可以布置在盖板的背向开关壳体的一侧或面对开关壳体的一侧。此外，显示装置或图形可以布置在背向盖板的开关壳体的一侧。

附图说明

图1a处于非活动状态的开关装置。

图1b操作时开关装置状态图。

图1c表示图1a所指开关装置的部件的爆炸图。

图2a可以实现3段开关功能的开关装置处于非活动状态。

图2b表示图2a中所指的开关装置在达到第二级开关时状态。

图2c表示图2a中所指的开关装置当达到第三级开关时状态。

图3是图2a中规定的开关装置的波形。

具体实施方式1

图1a提供了一个开关装置1，用于将手动或机械进给运动转换为多级开关信号，通过该信号控制电气装置。开关装置1由开关壳体8组成，其中包含接收开口6，该接收开口6由非导电材料制成。开关壳体8设置在盖板10上，用胶水粘合或以其他方式固定，并且在盖板10的背向开关壳体8的一侧设置电容式表面传感器9，其产生空间作用电场，并允许在外部影响的情况下改变电容。电容性表面传感器9的电场变化（例如通过手指驱动）产生可测量的电信号变化，由此可确定手指在电容性表面传感器9上的位置。

电容式表面传感器9可由多个电极对构成，其在电流下产生电场。这些电极对也可以描述为电容器电路。如果电容式表面传感器9的电场受到物体11的干扰，则会产生可测量的电信号变化。对象11可以是手指或类似对象，其可以成为这种电容系统的一部分。

如果物体11对电场产生干扰，例如，当通过手指驱动时，相关电极会导致电容式表面传感器9中电信号发生变化。该可测量的电信号变化对应于开关信号。

在开关装置1的接收开口6中，在朝向盖板10的一侧，沿纵轴1可移动地安装按键帽2。按键帽2由导电材料制成，并能弹性地支撑在导电操作元件3上，且可以和导电操作元件3形成电连接。操作元件3可设计为弹片，且优选由金属材料制成，以便在对象2与按键帽5接触时，通过按键帽5和操作元件9在对象11和电容表面传感器9之间形成电容耦合。操作元件3处于电容式表面传感器6的电场中。

在本实施例中，作为弹片形成的操作元件3被支撑在薄壁电绝缘支架5上，在支架5和操作元件3包围的空间内，布置有接触板4。支架5可以由塑料薄膜制成，可以是半透明的，这也可以作为对开关装置1的视觉感知的导光。

在开关装置1的不操作状态下，接触板4被电气隔离，因此在表面传感器9的电场工作范围内，接触板4与按键帽2和操作元件3彼此隔开。

在图1b所示的操作状态下，开关装置1、按键帽2沿纵轴1受限移动。操作元件3产生弹性变形，从而在按键帽2和接触板4之间形成电气连接或耦合，导致接触板4与电容式表面传感器9的电耦合增加，与仅接触按键帽2形成的第一级开关14的电耦合相比，此时产生的第二级开关级15中的电耦合更大，第一级开关中的电耦合仅由操作元件3发生，这两级开关信号不相同且均可微分。即物体11在非操作状态下与电容式表面传感器9、按键帽2和操作元件3产生电耦合，在操作状态下，通过按键帽2、操作元件3和接触板4产生电耦合。由于接触板4与按键帽2的电耦合，接触板4影响电容式表面传感器9的电场，并产生第二级开关信号，该第二级开关信号可与第一级开关信号区分。

为了良好区分两个电气开关信号14和15，操作元件3和接触板4在电容式表面传感器9的电场中的有效表面设计为不同，因为有效表面的大小不同，电容式表面传感器9的电场或多或少受到影响，从而可以实现几个开关级。

开关装置1的触觉和声学反馈是通过操作元件3的机械性能实现的，其设计为一个弹片。在开关装置1的第一级开关中，弹片处于静态稳定状态。当触摸按键帽2时，产生开关信号。当按下或接通按键帽2时，转换到动作状态，并在到达第二级开关阶段时产生触觉和听觉反馈。操作元件3朝向电容式表面传感器9的突然变形会在操作元件3和接触板4之间产生电气短路。当释放按键帽2后，通过操作元件3的弹性使其返回到启动位置。

通过图1c的分解图中可以看到开关装置1的各个部件。

具体实施方式2

图2a至2c显示了具有三个开关级的开关装置1。开关装置1的三个开关级由两个操作元件串联而成，两个操作元件形成一个具有不同机械性能的操作元件3，开关装置1根据按键帽2的行程，给出可感知的反馈。两个操作元件3由导电材料制成，且对称布置，并彼此电连接。在由操作元件3的圆顶形状形成的空腔中，分别布置了一个接触板4，该接触板4在对应的操作元件3没有变形时，与操作元件3电气隔离。

如图2a，当用物体11接触按键帽2时，产生第一级开关信号14，电容式表面传感器9与物体11的电容耦合由按键帽2和操作元件3形成。

如图2b，第二级开关信号15由按键帽2的手动操作产生，由于行程运动，其中一个操作元件3突然转变为被操作状态，并在操作元件3和接触板4之间形成电容耦合，从而导致电容式表面传感器9的电场发生可检测的变化。

如图2c，如果第二个操作元件3也转变为被操作状态，则在按键帽2的进一步行程运动中产生第三级开关信号16。该开关级通过安装在第二操作元件3和第二接触板4之间形成电容耦合，类似于第二开关级，导致电容面积传感器9的电场变化，从而生成第三开关信号。

以上操作基于操作元件3和接触板4的电气特性，以及二者的布置，电容式表面传感器9的电场受到不同的影响。

三级开关的信号曲线如图3所示。可以看出，开关信号14、15具有不同的信号值，并且开关信号14、15、16之间的信号过程像跳转一样运行。该陡峭跳跃式信号曲线的实现在于，各接触板4最初具有电屏蔽特性，并在与操作元件3的短路中突然改变与电容式表面传感器9的电容耦合。该陡峭电压曲线对于实现开关信号14、15、16之间的良好区分尤其有利。

Claims (8)

1.一种开关装置，用于将手动和/或机械进给运动转换为至少一个开关信号，通过该开关信号控制电气装置，包括：

-开关壳体，包括按键帽安装开口；

-按键帽，由导电材料制成，并沿行程方向可移动地安装在开关壳体的安装开口上或其中；

-电容式面积传感器，产生电场，用来电容评估，安装在按键帽对侧，可以在开关壳体内或外侧，当电场改变时产生开关信号；

-在按键帽和电容表面传感器之间提供至少一个操作元件，此元件具有导电性且可弹性变形，通过此元件在按键帽和电容表面传感器之间产生至少一个电容耦合，其中开关装置的配置如下：，

–通过电容式表面传感器，当触摸按键帽时，操作元件产生第一个电开关信号；以及

-在按键帽的继续进给运动期间，通过电容式表面传感器形成至少第二个电开关信号，且与第一个电开关信号有区别，其特征在于，

-按键帽和电容式表面传感器之间设置至少一个与操作元件电隔离的导电接触板，按键帽与至少一个接触板短路，并且按键帽通过各自的接触板与电容式表面传感器产生电容耦合。

2.根据权利要求1所述的开关装置，

其特点是，操作元件和/或接触板安装在薄壁电绝缘支架上。

3.根据权利要求1至2之一所述的开关装置，

其特点是电容式面积传感器至少配置为单个电容式传感器，优选为按钮，或一对电极，并且该开关信号的生成取决于和/或受影响的电极对或单个传感器的强度。

4.根据权利要求1至3之一所述的开关装置，

其特征在于，可以产生多个电开关信号，不同开关信号的值取决于按键帽和操作元件与电容式表面传感器之间的距离。

5.根据权利要求2所述的开关装置，

其特点是薄壁电绝缘支架由透明或半透明绝缘材料制成

根据上述任一权利要求所述的开关装置，

其特点是操作元件形成为具有至少一个静态稳定和一个静态不稳定状态的弹片。

6.根据上述任一权利要求所述的开关装置，

其特点是开关外壳安装在触摸屏或其他电容表面传感器的盖板上，电容表面传感器安装在触摸屏中。

7.根据上述任一权利要求所述的开关装置，

其特点是开关外壳安装在触摸屏或其他电容表面传感器的盖板上，电容表面传感器安装在触摸屏中。

8.根据上述任一权利要求所述的开关装置，

其特点是，

表面传感器基于表面电容、投影电容、电感色散信号技术或这些方法的组合。

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