CN1280858C - 输入设备及其应用 - Google Patents

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Abstract

一种IACK小键盘上带有一个底层，上面带有敏感元件阵列，其被排列为对小键盘操作做出响应而改变状态，一个放置在上述底层之上的柔韧的覆盖层，有一个裸露表面，定义了独立键区阵列，以及在相邻的独立键区之间的空隙内定义的组合键区；和一个离散触点元件阵列，在覆盖层与底层之间扩展并将覆盖层从底层分开。

Description

输入设备及其应用
技术领域
本发明总的来说涉及用于向电子设备输入数据的装置，例如触摸垫板、小键盘和语音识别系统，尤其是涉及输出由单个开关激活以及相邻的开关组合激活决定的按键的小键盘。
背景技术
电子产品的小型化是工艺发展的一个主要原则。一条具有竞争优势的成功的生产线，在很大程度上取决于公司能够成功地提供功能不断增强、更加便携的产品的能力。随着技术的进步，电路尺寸在人工尺度之下可以做得更小，结果导致界面(例如，屏幕、小键盘、光标控制装置)成为限制便携式产品的因素。因此，当便携式产品进入了该领域时，人体工程学的品质和它们的输入装置(例如小键盘)的尺寸对于产品的认可和成功具有日益重要的影响。其中尤为显著的是电话小键盘，因为它作为世界范围内基本的、经济的通信工具所具有的重要性。例如，为了与一般人的指尖适应，已经为相邻按键开关间的最小尺度建立了国际标准。“按键”是指在表面上的一个元件阵列中的一个元件，被敲击时产生与元件的位置相对应的识别输出信号。作为例子，术语“键区”包括触摸屏上具有类似于按键的行为的局部区域，以及小键盘上的一个局部区域，小键盘是通过在一个触摸开关阵列上放置一层膜而形成的。“小键盘”是指一个按键阵列或键区阵列，其中包括常规小键盘(例如，可见于多数电话、计算器等等)、键盘、以及类似的触摸敏感装置，所述触摸每感装置是用触摸屏或在膜的表面上划分区域边界来实现的。这样的表面一般都是平面的，但也可以是曲面的。
笔者的一些早期工作的目标是通过开发小键盘来减小小键盘的尺寸，其中输出按键由单个开关激活以及相邻的开关组合激活决定。一些早期工作在我的美国专利No.5,612,690和5,973,621中公开，在此通过引用将全部内容。在此称这样的小键盘为“IACK”小键盘，或独立-组合按键小键盘。
在本文的上下文中，“独立按键”或“独立键区”为具有单独图形元素(graphical elements)的小键盘的表面上凸起的区域，当被单独按下时，产生相应的输出。另一方面，“组合按键”或“组合键区”是“IACK”小键盘表面上局部下陷的区域，作为对一组两个或多个相邻(例如，对角相邻或“kitty corner”)的独立键区同时或几乎同时进行操作的结果，产生唯一的输出，典型情况下对应于一个中心图形元素。术语“已定义组合”指的是与一个组合键对应的任何单独按键的组合，通过相关的设备进行解释。相反，“未定义组合”是指当一组独立按键被同时按下时，没有一个相应的已定义组合按键。
因此，IACK小键盘是一种包括单独以及组合按键或键区的小键盘。这样的小键盘的特点是，例如具有用相对于相邻的表面稍微凸起一些的表面上的图形元素标识的独立键区，所述相邻的表面上有其它的图形元素，用于识别组合键区。可能设计出具有相邻的独立键区间的间距非常小的优点的小键盘。
希望能够提高IACK小键盘及其它输入装置在解释用户意图时的精确性，而不管使用何种开关技术。在需要强烈的触觉反馈的执行过程中，例如用金属钉帽提供，存在特别的需求来决定用户的意图是IACK小键盘上单独的还是组合的按键输出。还需要对这样的键盘在人体工程学上进行改进，以及能够简单地解释输入的更好的算法，例如在电话等场合中的应用。
期望对小键盘或其它输入装置在设计上和实现上做出其它改进。
发明内容
本发明的特点是，改进IACK小键盘和其它数据输入设备的设备，以及它们与电子装置的集成。
根据本发明的一个方面，具有IACK小键盘的电话中，用交替排列的列定义了组合键区和独立键区，小键盘具有的组合键区列包括多个数字列，包含与数字0到9对应的数字区域，每个数字列包含多个数字区域，至少在一个其它列中包含与标点符号对应的键区。
优选地，电话有三个数字列，使得数字列共同形成标准的电话按键布局，左侧的数字列包括1、4、7，中间的数字列包括2、5、8、0，右侧的数字列包括3、6、9。
在某些实施例中，键区用由柔韧的膜形成的裸露表面上对应的可感知部件定义。用“可感知”表示人的感官能够感觉的能力。例如，可感知部件可能包括穿越膜的表面的突起变化(例如用触觉感知)。其它情况下，可感知部件可能是简单的视觉区分。优选地，数字键区明显地比对应于标点符号的键区更大。
在某些实施例中，独立键区和组合键区的尺寸不同。
在某些应用中，独立键区共同包括与字母表(例如英语字母表中的字母A到Z)中的字母对应的键区。
在特殊的紧凑小键盘布局中，独立键区最好分开放置，具有不超过人指尖宽度一半的间距，在某些情况下，每个键区上带有一个相关的、可见的图形标志。组合键区也可以被排列成不同宽度的列。
在某些布局中，数字列在着色上与包含主要标点符号的一个或多个列明显不同，各列的着色可能交替变化，例如深-浅-深。
在优选实施例中，独立键区排列在六个垂直的列中，用按键图标的定位来定义，独立键区排列在第一、第三、第五、第七、第九和第十一垂直列中，包括与字母对应的区域，形成数字组合键区的列数是第二、第六和第十垂直列，第四和第八垂直列包括与标点符号对应的键区。列数可以从小键盘的任何一侧算起。
在电话的结构中，当一个对应于标点符号的键区被连续操作两次时，可以表示不同的标点符号，最好是两个或多个相关的符号。例如，将冒号键按下两次表示一个双引号(semi-colon)，将句号键按下两次表示一个逗号，等等。
根据本发明的另一个方面，IACK小键盘上覆盖有一个裸露表面，其上在交替排列的列中定义了组合键区和独立键区，独立键区由高于组合键区的凸点构成。在相邻的独立键区间，裸露表面形成了一个连续、光滑的轮廓，在下面的按键空格中相邻的独立按键空格之间的共用边界上，没有标记记号。“连续、光滑的轮廓”表示，在凸点之间的表面上，没有可以用触觉感知的独立按键的共用边界标记，例如在独立的活动按键的边缘。这样的连续、光滑的轮廓上可以(在某些情况下是优选)带有可见的图标，对应于与该平滑表面相关的组合键区。
在某些优选实施例中，凸点为菱形，末端或端点指向相邻的组合键区。
根据本发明的另一个方面，IACK小键盘在交替排列的列中定义了组合键区和独立键区，通过于独立和组合键区关联的图标定义了标准的定向，根据小键盘的标准定向，交替的列沿着一条倾斜一个角度(例如45度倾角)的直线排布。
根据本发明的另一个方面，电话的小键盘包括按列排列的键区，包括两个数字列，数字列中的多数键区对应于从由0到9组成的列表中选择数字，还包括至少一个标点列，标点列中的多数键区对应于标点符号。
根据本发明的另一个方面，IACK小键盘上覆盖有一个裸露表面，其上用交替排列的列以及交替排列的行定义了组合键区和独立键区。在相邻的独立键区间，裸露表面形成了一个连续、光滑的轮廓，在相邻的键区间，与列或行平行的方向上，没有标记边界的可见特征。
根据本发明的另一个方面，小键盘上排列有第一和第二按键集合。第一按键集合排列在第一组行中，每一行中有第二组成员，每个成员都是具有第一形状和第一面积的接触区域，第一形状和第一面积至少要与人手指尖的尺寸差不多。第一按键集合中还定义了一些没有被第一集合中的成员占用的空隙区域，第二按键集合中的元素为于空隙区域内，具有第二形状和第二面积(例如菱形)，第二面积与第一面积相比小得多。
在某些优选实施例中，第一集合中的每个按键的接触区域位于第一水平面上，第二集合中的每个按键的接触区域位于第二水平面上，第二水平面放置在第一水平面之上。
在某些应用中，小键盘为IACK小键盘，其中第一按键集合中的每个成员都为组合按键，第二按键集合中的每个成员都是独立按键。
在某些实施例中，小键盘还包括一个与按键排列耦合的非线性触觉反馈系统，为每个按键提供与该按键的接触面积近似成正比的触觉反馈。
根据本发明的另一个方面，IACK小键盘上覆盖有一个裸露表面，其上用交替排列的列以及交替排列的行构成的按键矩阵定义了组合键区和独立键区。在组合键区的第四行和第五行之间，在按键矩阵外侧放置了可被触觉感知的凸点，来区分电话小键盘的边界，小键盘包括了矩阵中从第一行到第四行的组合键区。
根据本发明的一个方面，通过消除现有技术的IACK小键盘中的与独立按键连接的可见方格，组合按键的“空隙”性质由用户保留。在现有技术的IACK小键盘中，组合按键用放置在独立按键边缘的交叉部分的元件实现，与之不同，本发明用(更大的)组合按键的空隙面积实现独立按键。根据本发明的另一个方面，通过在符号类别之间进行列的交替，例如数字、标点、数字、标点、数字，电话的IACK小键盘布局提供了较高程度的第三功能(例如标点)。这个方面可以通过改变相邻行的宽度与/或颜色而得到进一步改进。根据本发明的一个方面，IACK小键盘的结构旋转45度，从而产生减小宽度的IACK小键盘。这种结构可以使得标准的“QWERTY”布局能在很窄的宽度内(例如，在小达58毫米之内)达到较高的人体工学舒适标准。
根据本发明的另一个方面，触觉敏感输入装置(例如小按盘或接触垫)上有一个裸露的、连续的定义了一个平坦的区域的表面，以及一个敏感元件网格，这些元件与裸露表面的面积共同扩张，并通过操作者对与裸露表面的接触做出响应，操作者能够确定裸露表面中上述杰出的位置。裸露表面在越过平坦区域时会产生高度的变化，以形成一系列触觉部件。
在某些实施例中，触觉部件由凸起的点组成。优选地，凸点相对于裸露表面的临近区域扩张至少约0.75毫米。在某些实例中，装置的裸露表面上带有与上述触觉部件关联的图标。对于某些应用，触觉部件可能各自定义表面上对应于相关的字母数字符号的区域。
在某些情况下，输入装置被配置为，当表面上相应的接触部件被连续触发时，例如用小键盘，输出一个字母数字字符序列。在某些优选实施例中，装置为IACK小键盘，触觉部件由定义IACK小键盘上独立键区的凸点组成。优选实施例中还包括适用于当操作者穿过裸露表面时在屏幕上临时显示字母数字字符的电路，通过操作者选择显示的字母数字字符与裸露表面上接触的位置对应。
根据本发明的另一个方面，包括IACK小键盘的电子装置上有一个裸露的、连续的表面，定义了独立键区与组合键区；还有一个在小键盘表面之下的敏感元件网格，对人手指在小键盘表面上的位置做出响应；还有一个电路，适用于从IACK小键盘接收表示小键盘状态的信号，以及响应操作者的小键盘活动而产生输出。电路被配置为，至少部分根据所敏感到的手指在相邻的独立键区中心之间的位置来确定预期的组合按键。
在某些实施例中，装置上还包括一个对按压独立键区做出响应的按键开关矩阵，电路被配置为，根据敏感到的手指位置以及按键开关矩阵的状态来确定预期的组合按键。在某些情况下，敏感元件网格与按键开关矩阵共享印刷电路板上的一些导电迹线。
敏感元件网格的网格间距可能比相邻独立键区中心的间距大，这仍能提供可接受的分辨度。
根据本发明的另一个方面，电子装置中有一个底层，上面带有第一个空间分离的、导电迹线元件阵列；还有一个放置在底层之上的柔韧的覆盖层，上面带有第二个空间分离的、导电迹线元件阵列。第一和第二阵列共同构成一个协调的系统，覆盖层通过一个有弹性的、活动的(collapsible)元件阵列与底层分开，并有一个裸露的、连续的表面。第一和第二迹线元件阵列还构成了一个电容性的网格，对覆盖层表面上的操作者的操作(digit)做出响应。有一个电路适用于敏感网格的电容性状态，并且根据敏感到的电容性状态判断上述手指的位置。
在某些优选实施例中，连续的表面定义了小键盘的键区，电路至少部分根据敏感到的网格电容性状态来解释所期望的小键盘输入。
在某些情况下，电容性网格对覆盖层朝向底层的局部偏移做出响应，活动元件用整体压模的方式、从覆盖层上与底层相对的表面延伸而成。
在一个实施示例中，装置采用IACK小键盘的形式，有一个裸露表面，定义了独立键区和组合键区。
根据本发明的另一个方面，小键盘包括：一个外覆盖层，其上有一个定义了键区的裸露的、连续的表面；一个在覆盖层表面之下的敏感元件网格，对人手指在小键盘表面上的位置做出响应；以及一个单独的开关，适用于在键区的多重功能中的任何一种被按下时改变状态(优选地，小键盘的任意键区被压下)
在某些实施例中，小键盘是IACK小键盘，有一个裸露的、连续的外层表面，定义了独立键区与组合键区；以及一个单独的开关，适用于在任意独立键区被按下时改变状态。独立键区可能突出在组合键区之上。
根据本发明的一个方面，输入设备上有一个覆盖层，其上有一个裸露的表面，定义了与对应的离散输入关联的区域；以及在表面之下的一个底层。覆盖层上带有一个可变的电容性网格，底层上带有另一个、最好是垂直的网格阵列。设备上还有一个电路，适用于当覆盖层朝向底层在由电容变化识别的位置有一个局部偏移时，解释网格的大的电容变化；以及在产生手指沿着表面的运动的方向和延伸时，解释网格的小的电容变化。
根据本发明的一个方面，在IACK小键盘内集成了一个相距一定距离的测量装置。在它的一个实施例中，测量装置用于提高IACK小键盘的可靠性和精确性。通过除了或独立地用关联的开关矩阵识别手指的位置时，由组合键内的开关子集的模糊性产生的误差可以被消除。在另一个实施例中，测量装置放置在IACK小键盘之下，提供了“鼠标”功能。在某些优选实施例中，集成系统的电线数目与单独的IACK装置相同。在一个实施例中，在不同的元件上放置了两个垂直方向的阵列：一个放在PCB上，另一个放在IACK元件的下面。在这个实施例中，利用寄生电容的变化(在阵列交叉点之间)对手指进行定位，实现鼠标及小键盘功能，然而，IACK小键盘的物理位移产生的电容变化与寄生电容比较相对要大。因此，尽管会产生信号的重叠，用按键的激活能够容易地辨别手指的运动。在另一个实施例中，将相距一定距离的测量装置与小键盘矩阵进行集成。在另一个实施例中，用压电陶瓷元件(放置在穿越表面的层上，或者离散放置)产生触觉响应。触觉响应也可以由用于使装置振动的相同元件提供，因为人手指的定位难以达到这个范围内的频率。
将位置测量系统与IACK小键盘进行集成，可以提供几个优点。例如，在鼠标模式下，IACK小键盘的表面可以为运动状态下的手指提供稳定性。这是一个严重的问题，因为在运动中产生固有的恒定断续的不稳定移动。如果用户在乘坐公共汽车、火车、轿车或者步行，在很小的手持设备(例如电话)上精确控制光标是一个令人灰心的任务。通过为手指的位置提供参考点，在沿触摸垫或者其它光标控制位置测量系统的表面上放置突出的参考凸点可以解决这个问题。某些实施里中突出的参考凸点可以为用户提供触觉参考，通过提供一个小突出，用机械稳定手指来使用户能够更好地保持手的位置。当手指在凸点之间时，由围绕凸点的部分产生支撑，当手指在凸点之上的中心位置时，用手指的柔性捕获包在手指肚内的凸点。通过这样使手指稳定，可以在运动环境中提供高度的精确性，否则可能令人沮丧。装置可以被配置为，在用户在装置的表面移动手指时，产生声音提示(例如发出字母和数字的数字化的声音)或视觉提示(例如，改变显示的字符，特别是可能填充屏幕大部分的大号字体)。声音的实现方式对盲人用户特别有用，视觉的形式对视力弱的人特别有用。本发明为用户提供了所需的一致性和效率，无需移动手掌即可获得鼠标和IACK小键盘功能。
根据本发明的另一个方面，IACK小键盘中有一个底层，上面带有一个敏感元件阵列，排列为对小键盘操作做出响应而改变状态；一个放置在底层之上的柔韧(即有弹性)的覆盖层有一个裸露表面，定义了独立键区阵列，以及在相邻的独立键区之间的空隙内定义的组合键区；以及一个离散触点元件阵列，在覆盖层与底层之间扩展并将覆盖层从底层分开。每个触点元件位于两个相邻的独立键区之间，适用于产生弹性压迫，作为对裸露覆盖层表面的局部压力产生非线性响应，产生小键盘操作的触觉反馈。
在某些情况下，触点元件被放置在组合键区之下。在某些情况下，触点元件被放置在直接相邻的独立键区之间。“直接相邻”的意思是在独立键区之间没有直接定义组合键区，例如，在一个交替矩阵中相邻列中的相邻独立按键。在某些情况下，触点元件包括被放置在组合键区之下的触点元件，以及被直接放置在之间相邻的独立键区之间的触点元件。
在某些实施例中，在每个独立键区和每个组合键区的外围，都放置有四个对应的、分开放置的触点元件，四个相邻的触点元件之间的间隙，对应着一个键区。每个触点元件最好被放置在相邻的独立键区中心之间等距，以及相邻的组合键区中心之间等距的位置。
在某些实例中，每个独立键区定义了一块裸露的压力接触区域，小键盘进一步在底层和覆盖层间包括一个导电小球(conductive pill)阵列。每个导电小球都在对应的独立键区的中心之下，并向旁边延伸(例如，朝向一个相邻的组合键区)，超出与之关联的独立键区的压力接触区域的范围。“接触区域”意味着在工作期间担当按钮作用的独立键区的面积，传送操作者手指的压力，使小键盘覆盖层弯曲。这样的区域不包括那些与操作者手指发生偶然的、无负荷的接触的区域。因此，在一个单独的独立键区工作期间，操作者所施加的几乎全部(例如，百分之九十)负荷都被施加到压力接触区域上。
某些实施例中包括一个离散的触点元件阵列，在覆盖层与底层之间扩展，并将覆盖层从底层分开。每个触点元件被放置在两个相邻的独立键区之间，作为对裸露的覆盖层的外表面的局部压力的非线性响应，弹性的压迫产生对键盘操作的弹性反馈。
在某些情况下，独立键区包括抬高的凸点，其上表面的末端边界限制了它们的压力接触区域，或者是菱形的凸点，此时有在相邻的组合键区之间导向的支架。
在某些结构中，每对相邻的独立键区间都有三个触点元件，沿着独立键区对的中间的线段上(例如，沿着将两个独立键区分开的边界)分布。优选地，三个触点元件沿着线段均匀分布，一个直接放在一对独立键区中心之间，一个放在线段的一端处的四个相邻的独立键区之间的空隙中。
在某些特定的优选实施例中，触点元件通过用弹性材料(例如硅酮)与覆盖层的后表面整体铸模、并在其上延伸而成。
在某些示例中，触点元件为细胞(frustoconical)形。
优选地，触点元件被优化排列为：作为对压按独立键区与组合键区的反应，产生几乎相等的触觉反馈。还有优选地，触点元件被构造并被排列为：对独立键区与组合键区，要求几乎相同的垂直激活压力。
根据本发明的另一个方面，IACK小键盘中有一个底层，上面带有一个敏感元件阵列，排列为对小键盘操作做出响应而改变状态；一个放置在底层之上的柔韧(例如弹性材料)的覆盖层有一个裸露表面，定义了独立键区阵列，以及在相邻的独立键区之间的空隙内定义的组合键区；以及一个离散触点元件阵列，在覆盖层与底层之间扩展并将覆盖层从底层分开。每个触点元件位于两个相邻的独立键区之间，适用于产生朝向底层的弹性压迫，作为对裸露覆盖层表面的局部压力产生的非线性响应，产生小键盘操作的触觉反馈。每个触点元件都具有相对于一个相关的轴线对称的外形，这个轴线与底层垂直，并与相邻的独立键区之间的覆盖层相交。
优选地，触点元件具有细胞状外形，或者能像空心的、火山形状的那样，能够提供相同功能的外形，产生几乎相同的非线性弯曲响应。
在某些情况下，触点元件用弹性材料与覆盖层整体铸模，并从覆盖层的后表面延伸而成。
在某些实施例中，每个独立键区网格空间中至少有四个相应的触点元件，它们在独立键区周围分开放置，四个相邻的触点元件之间的每一空隙，对应于一个键区。优选地，触点元件被排列为：作为对压按独立键区与组合键区的反应，产生几乎相等的触觉反馈。
根据本发明的另一个方面，IACK小键盘中有一个充分平坦的底层，上面带有一个敏感元件阵列，排列为对小键盘操作做出响应而改变状态；一个放置在底层之上的柔韧的覆盖层有一个裸露表面，定义了一个按行排列的独立键区阵列，在键区的一个行中、在相邻的至少三个键区上延伸出至少一个连续的、伸长的触点元件，在覆盖层与底层之间扩展并将覆盖层从底层分开。触点元件适用于产生弹性压迫，作为对裸露覆盖层表面的局部压力产生的非线性响应，产生小键盘操作的触觉反馈。
在某些结构中，小键盘上有多个这样的触点元件，形成了在相邻的键区行之间延伸的导轨。
例如，触点元件可能包括一个肋条，相对于底层平面支撑起一个角度(例如60度)，被配置为作为对裸露覆盖层表面的局部压力的响应而产生弯曲。
根据本发明的另一个方面，IACK小键盘中有一个充分平坦的底层，上面带有一个敏感元件阵列，排列为对小键盘操作做出响应而改变状态；一个放置在底层之上的柔韧的覆盖层有一个裸露表面，定义了一个按行与列排列的独立键区阵列，在相邻的独立键区之间的空隙内定义的组合键区。覆盖层还包括一个朝向底层的后表面，通过在覆盖层与底层之间的可弯折的触点元件与底层分开，后表面上带有一个导电小球阵列，分布于对应于独立键区的位置的下方。每个导电小球穿过底层的后表面，向一个相邻的组合键区的中心的一侧延伸，距离为相邻的组合键区的中心到对应于小球的独立键区的中心之间的距离的百分之50到70(最好是大约百分之50)。
在某些结构中，导电小球具有十字形状，并有朝向多个相邻的组合键区延伸的支架。
优选地，每个导电小球最靠近相邻的组合键区的末端的边缘，与连接相邻的组合键区的中心和对应于小球的独立键区的中心的直线垂直。
在某些情况下，底层包括从底层扩展出的倾斜的外部区域，此时小球包括朝向底层的接触表面。
根据本发明的另一个方面，IACK小键盘中有一个充分平坦的底层，上面带有一个敏感元件阵列，排列为对小键盘操作做出响应而改变状态；一个放置在底层之上的柔韧的覆盖层。覆盖层有一个裸露表面，定义了一个按行与列排列的独立键区阵列，在相邻的独立键区之间的空隙内定义的组合键区；还包括一个朝向底层的后表面，通过在覆盖层与底层之间的可弯折的触点元件与底层分开。后表面上带有一个导电小球阵列，分布于对应于独立键区的位置的下方，每个小球包括朝向底层的接触表面，底层包括从底层扩展出的倾斜的外部区域。
在某些优选实施例中，导电小球具有十字形状，并有朝向多个相邻的组合键区延伸的支架，导电小球的支架包括倾斜的外部区域。
优选地，每个导电小球穿过底层的后表面，向一个相邻的组合键区的中心的一侧延伸，侧向距离为相邻的组合键区的中心到对应于小球的独立键区的中心之间的距离的百分之40到99(优选地为从百分之50到百分之99，最好是从百分之70到百分之80)。
根据本发明的另一个方面，IACK小键盘中有一个底层，上面带有一个敏感元件阵列，排列为对小键盘操作做出响应而改变状态；一个放置在底层之上的柔韧(例如弹性材料)的覆盖层，有一个裸露表面，定义了独立键区阵列，以及在相邻的独立键区之间的空隙内定义的组合键区；以及一个离散触点元件阵列，在覆盖层与底层之间扩展并将覆盖层从底层分开。每个触点元件位于两个相邻的独立键区之间，适用于产生朝向底层的弹性压迫，作为对裸露覆盖层表面的局部压力产生的非线性响应，产生小键盘操作的触觉反馈，且触点元件被排列为：作为对压按独立键区与组合键区的反应，产生几乎相等的触觉反馈。
根据本发明的另一个方面，在应用一种包括锥形穿孔的矩阵的新型制造方法中，弹性材料锥体被浇铸在IACK元件的下面。根据本发明的另一个方面，触觉反馈元件被放置在相邻的独立键区之间的中点，且可能由浇铸在IACK元件下面的弹性材料锥体形成。根据本发明的另一个方面，IACK小键盘的触觉反馈元件由金属元件实现，压印在放置于相邻的独立键区之间的中点的弓形元件上。
根据本发明的另一个方面，提出了解释IACK小键盘输入的方法。该方法包括：对与小键盘上多个独立键区的组合激励对应的小键盘输入进行敏感，以及将所敏感到的输入与预先定义的对应于组合键区的独立按键输入序列进行比较。如果发现所敏感到的输入同与组合按键关联的多个独立键区相符，则登记一个组合按键输入。如果发现输入没有与任何组合按键相符，则将所敏感到的输入与定制的按键关联进行比较。如果发现所敏感到的输入与一个定制的按键关联相符，则根据相应的按键关联登记一个字符序列。
在某些实现中，如果发现所敏感到的输入未与任何组合按键或任何已记录的定制按键关联相符，则产生一个由所敏感到的输入的多个独立键区单独决定的字符序列。在某些情况下，通过根据一个预先确定的顺序排列输入的独立键区而产生字符序列。
在某些应用中，如果发现所敏感到的输入未与任何组合按键或任何已记录的定制按键关联相符，则所敏感到的输入与选定的字符串之间的关联被存入可读内存中。作为实例，敏感到输入的同时显示在显示屏上的字符可能定义了选定的字符串。
在某些实施例中，如果发现所敏感到的输入未与任何组合按键相符，方法包括：将所敏感到的输入与在所敏感到的输入之前的最后一个登记的输入字符进行比较，来判定最后登记的字符是否在敏感到的输入的多个独立键区之中，如果发现最后登记的字符在敏感到的输入的多个独立键区之中，则删除最后登记的字符。
根据本发明的另一个方面，作为用户同时输入指定的数字序列的方法，例如个人识别号码(PIN)，或者访问代码(例如电话号码，随后是PIN码)，IACK小键盘的电子元件及附有的算法实现了同时登记多个按键的输入。根据本发明的另一个方面，提供了从字母按键到数字输出的映射的算法，如标准的12按键电话键盘所显示的相关关系。
在某些方面，本发明利用了上面公开的IACK小键盘同时检测任何独立键区甚至是不相邻的键区的组合的输入的能力。这个方法的优点在于，提供了安全而且快速地输入数字代码的方法，它的应用例如：提供访问网站及其它用电话进行的服务和内容；在PIN之前输入自己的电话号码以访问语音邮件；等等。
根据本发明的另一个方面，电话有一个小键盘，定义了与单独的字母对应的字母键区，与单独的数字对应的数字键区，以及一个与小键盘连接的电路，用于接收在用户激活不同键区时产生的输入。电路被配置为：根据标准电话小键盘的字母-数字对应关系，用数字2到9的形式，将字母输入翻译为数字输出。“电话”从某种意义上是指一种具有接收操作者的输入，并产生相应的可识别的代码的装置，例如表示与输入关联的电话号码的代码。例如，包括产生电话号码但不接入网络的单机装置(例如通过语音进行变换)。在范围更窄的意义上，意味着接入(或者有线或者无线)电话网络并在网络上进行通信的装置。
在某些实施例中，电路被配置为：在第一模式下，作为对激活选定的字母按键的响应，显示单独的字母，在第二模式下，作为对激活选定的字母按键的响应，显示数字2到9中的一个，根据标准电话小键盘的字母-数字对应关系选择显示的数字。
在某些应用中，电路被配置为：当激活相关的字母键区时，登记一个字母序列，作为对操作者发出的附加输入的响应，根据标准电话小键盘的字母-数字对应关系，将登记的字母序列变换成电话号码。在某些实例中，电路被进一步配置为，作为对所述附加输入的响应，用电话号码启动电话通话。
优选地，电路适用于根据与数字键区关联的数字对数字输出进行登记，使得数字输入不受变换的影响。
根据本发明的另一个方面，提供了一种电话拨号的方法。该方法包括：输入一个期望的至少包括一个字母字符的字母数字字符序列。根据标准电话小键盘的字母-数字对应关系，通过将字母字符变换为数字2到9中的一个，产生对应的数字序列。
在某些情况下，方法还包括：在输入字母序列后，通知电话产生对应的数字序列。
例如，在许多对讲英语的国家有用的实施例中，小键盘上输入的期望的字母字符序列包括至少24个独立的键区，每个键区对应不同的字母。
在某些实施例中，期望的字母字符序列以可发声的形式存在，并用发声的方式输入。例如，字母数字字符序列可能包括一系列拼写出可发声的文字的字母字符，例如“1-800-FLOWERS”。这些实施例最好用语音识别算法实现，将表示数字的可发声文字(例如“一，八百”)与不发声的(例如”flowers”)区分开，而且只对非数字文字进行变换，特别是当将识别数字的文字解释为数字从而产生合理长度及格式的电话号码的时候。
根据本发明，提供了一种带有IACK小键盘的电话，该小键盘包括按照交替的列排列的组合键区3与独立键区2，其中所述组合键区3的列包括：三个数字列70和72，它们包括与数字0到9对应的数字区域，每个数字列包含多个所述数字区域，其中，所述组合键区3的列进一步包括至少另外一个列74，该另外一个列包含与标点符号对应的键区，和其中，每两个数字列之间由包含与标点符号对应的键区的一个列74彼此隔开，和其中所述独立键区2包括与字母表中的字母对应的区域。
本发明的一个或多个实施例的详细情况在附图及下面的详细说明中介绍。本发明的其它特点、目标及优点将通过说明和附图以及权利要求中得以明确。
附图说明
图1和2为集成有位置测量系统的两个小键盘实施例的截面视图。
图3为集成的位置测量网格和按键开关矩阵的平面视图，画出四种不同类型的按键开关网格。
图4表示具有掺杂质的覆盖层小键盘，而不是裸露的小球。
图5表示没有常规的按键开关矩阵、但具有位置测量网格的小键盘。
图6表示具有位置测量网格的小键盘，在柔韧覆盖层的下表面上有一组迹线元件，在底层上有一组与之正交的迹线。
图7A表示具有触点元件的小键盘，触点元件由一个变高类型的压电装置阵列形成。图7B表示在覆盖层及底层间有一个单独的压电元件的小键盘。
图8表示在覆盖层与底层间有一个力敏电阻的小键盘。
图9表示用一对单独的电子迹线为矩阵中所有的开关提供接触的小键盘底层。
图10表示具有第一导电小球排列的IACK小键盘的覆盖层的下面。图11表示图10中沿着线11-11的截面视图。
图12表示具有第二导电小球排列的IACK小键盘的覆盖层的下面。图13表示图12中沿着线13-13的截面视图。
图14为用导电小球被压入的材料形成的固体层的侧视图。
图15表示与图12的覆盖层一起使用的开关网格垫结构。
图16表示具有第三导电小球排列的IACK小键盘的覆盖层的下面。图17表示图16中沿着线17-17的截面视图。
图18表示具有第四导电小球排列的IACK小键盘的覆盖层的下面。图19表示图18中沿着线19-19的截面视图。
图20A和图20B分别表示图17和19的小键盘覆盖层的偏转。
图21为IACK小键盘覆盖层下面的局部透视图。
图22表示在独立键区之下直接放置小球的小键盘。
图23为代表一个电话电路的示意图。
图24为铸造图22中小键盘的下表面的两部分模具的截面视图。
图25为用在小键盘覆盖层之下的第一触觉反馈层的透视图。
图26表示具有第二触觉反馈层的小键盘。图27为图26所示的反馈层的正视图。
图28为IACK小键盘表面光滑轮廓的透视图。
图29和30分别为另一个IACK小键盘表面的透视图和正视图。
图31表示一个用于电话上字母数字IACK小键盘的优选布局。
图32和33分别为图31中沿着线32-32和33-33的截面视图。
图34为QWERTY小键盘的布局，具有按对角线排列的独立按键列。
图35表示一种用于储存及识别组合输入的算法。
图36表示一种用于字母数字数据到产生数字输出的逆映射算法。
图37表示标准电话小键盘字母-数字的对应关系。
图38为用在小键盘覆盖层之下的第三触觉反馈层的透视图。
图39表示具有用锥形触点元件阵列铸模形成的触觉反馈层的小键盘。
图40表示一种用于IACK小键盘的扫描算法。
图41表示一个印刷电路板，迹线相对于按键开关矩阵延伸成45度角。
图42表示在直线开关网格矩阵上添加的独立键区中心的弓形排列方式。
图43和44分别表示具有IACK小键盘的移动电话的正视图及透视图。
不同的图形中，类似的参考标记表示相同的元件。
具体实施方式
首先参见图1，小键盘元件的柔韧的膜10在印刷电路板12上延伸，电路板上有普通的按键开关矩阵5和相距一定距离的位置测量系统20。按键开关矩阵5放置在PCB 12的上表面上，在垂直于导电迹线的方向上，迹线的交点形成开关网格垫片18，通过与膜10的下表面上携带的、在对应的垫片18正上方的导电小球的接触形成短暂的导通。膜10有一个波浪起伏的上表面，形成了被波谷分割的凸起的独立键区2，波谷对应于组合按键。导电小球16可能由注入导电材料的固体材料例如碳形成，或者用具有导电油墨或外套的绝缘材料(例如形成膜10的材料)形成。在这个实施例中，测量系统20包括两个互相交迭的线性元件阵列(在此用互相垂直的平面阵列22和24表示)，每个阵列都作为印刷电路板12的一印刷层。作为实例，这样的测量装置用于触摸垫和其它二维位置响应计算机输入装置。如图示的网格空间，通过帮助将不确定的小键盘操作解释为确定的希望的独立和组合小键盘输入，测量系统20的应用提高了IACK小键盘的精确性。例如，在组合按键对应于同时激活的四个独立按键的小键盘内，不精确的手指位置通常仅能激活两个相邻的按键(特别是在使用离散按键开关技术的实施例中)，从而导致模糊性。在组合按键对应于同时激活的两个独立按键的小键盘内，不精确的手指位置通常仅能激活两个独立按键之一，从而导致错误的独立按键输出。例如，可能将组合按键放置在IACK小键盘边缘或者远离边缘的位置，当位于沿着边缘的按键列中两个相邻的这类独立按键被一起激活时，可能产生相关联的输入，尽管在某些情况下会导致更高的错误率。然而，通过用位置测量系统20独立地判断手指的位置，可能正确地解决这个精度问题并能正确地解释期望的输入。例如，当希望产生4个按键形成的输出时，手指将主要放置在与组合按键对应的相关的空隙图形上方，然而由于人手指的角度，或者用户手指物理上的不规则，压力点可能只包括了较低的两个开关网格垫片18。在这种情况下，可以用位置测量系统20解决模糊性，即使仅具有相对低的分辨率。相对便宜的模数转换器能够用于提供相当于1/4手指宽度的分辨率，或者比典型的商用位置测量系统低约10到20倍的分辨率。同样地，利用这种技术，在IACK小键盘内，激活一个单独的按键可以被用于精确地解释用户的意图，用位置测量系统20产生位置信息，任何一个按键网格垫片18的激活都将产生“进行/不进行”信息。这包括非常规的按键开关矩阵6，其中在穿越小键盘的任何位置都会产生一个单独的接触，如图9所示。
通过IACK小键盘对单独的PCB 12的扫描，测量系统20还会提供集成的“鼠标”(图标控制)功能。在这个实施例中，位置测量系统20工作在两种模式下。在第一种模式下，它提供关于手指位置相对于IACK小键盘表面的位置定位信息，来提高对IACK组合按键操作的解释精度，如前面所讨论的一样。在第二种模式下，它被用于对连接到小键盘上的产品的屏幕上的图标进行定位。作为实例，用户可以通过触摸一个按钮(未画出)有效地在“鼠标模式”于“小键盘模式”键进行切换。用户可以有选择地关闭IACK小键盘的组合按键功能或独立按键功能，这具有其它的优点：例如在游戏应用中，可以将组合按键设定为方向功能；对于肌肉紊乱的瘫痪病人，可以使得选择功能更容易实现；等等。
在某些结构中，位置测量系统20的输入和输出线与常规的按键开关矩阵5被优化为绑定在一起，从而使得引脚数目最小，或者作为实例，甚至不会在常规的小键盘独自所需的全部引脚之外增加引脚数目。
参见图2和3，虚线是包含在PCB之内的迹线，用虚线表示，在PCB表面的迹线用实线表示，连接两层的通路或者孔用点表示。集成的垂直阵列23被放置在PCB 12的表面(为了减少通路的数目)，形成了按键开关矩阵5的一半，以及位置测量系统的垂直阵列。同样地，集成的水平阵列25形成了按键开关矩阵5的另一半，以及位置测量系统的水平阵列。在这种情况下，阵列25被放置在PCB 12之内。开关网格垫片18被放置在阵列23和25的每个交点，每个都由PCB表面上裸露的元件互相交叉排列形成，因此形成了用于位置测量系统20的容性网格元件，其内集成了多个开关网格垫片的一半。图3中的每一列表示垫片18的不同设计。最左侧的列表示了用接触元件开关形成的网格垫片18，设计为使用圆顶触点开关技术。左数第二列表示用单独通路形成的交叉垫片。最右侧的列表示了第一元件19(每个网格垫片中画出三个)，用放置在阵列23最左侧的元件的PCB表面上的短垂直元件互相连接，以及放置在阵列23另两个元件的PCB内部的短垂直元件。第二元件21与第一元件19互相交叉，用集成的水平阵列25通过关联的孔或通路彼此连接。在每种情况下，开关网格垫片18的元件相对于位置测量系统的元件对称放置，因此提供了具有自我消除能力的信号，尽管集成了按键开关矩阵，但不会损害位置测量系统20的精确性，因此能测量出独立于手指接近开关的方向的一致输出。
输入31包括注入集成的水平阵列25的信号，输出33包括被集成的垂直阵列23接收的信号。因此，微处理器或模数转换器所要求的、达到信号输入微处理器条件的全部引脚数目与常规按键开关矩阵单独需要的相同。
穿越开关网格垫片18的寄生电容的变化也可以被用于检测手指或导电小球的靠近或接近。作为实例，这可以提供用于解决模糊性的附加信息。
在图4所示的小键盘中，IACK元件10上没有图1表示的实施例中的导电小球，但是被替换为涂有一种力敏材料13，例如导电的非接触颗粒。例如，材料13可以是诸如那些产生量子隧道效应的材料，该效应由英国达拉谟郡的Peratech Limited of Darlington发现。
在图5所示的实施例中，IACK小键盘没有用常规的按键开关矩阵实现。位置测量系统20提供了图标控制与小键盘输入功能。电容测量的高度非线性以及设备所具有的判定任何给定用户的最大限度的能力，和通过对最近的交点的测量来判定手指的延伸的能力，允许这个实施例无需任何独特的小键盘开关矩阵就可以工作。如果手指接近，从而增加了测量的电容的幅值，按照一个相对尺度，系统通过比较相邻的交点来确定手指的近似尺寸。这就是说，由于手指运动的轨迹从一个位置到另一个位置穿过小键盘，穿过多个节点，当手指在高度上没有发生充分的变化时，在这些位置形成了电容值高低变化范围。然后将这个范围与参考值比较，例如绝对尺度的查阅表，形成了人手指的尺寸，并因此确定一个适当的电容测量水平，用于测量识别预计的输入(例如，按下一个键区)，这是在达到适当的预期输入门限时根据手指的位置以及手指的尺寸做出的。
在图6所示的实施例中，集成的水平阵列25被放置在PCB 12之内，垂直阵列23被放置在IACK元件10的下表面，阵列最好印上导电油墨。水平阵列25也可以被放置在PCB 12的表面上，用一个薄的非导电层覆盖，不导电层可用诸如0.01英寸的KAPTON材料(一般的聚酰亚胺)形成，可从DUPONT获得该材料。该图表示的实施例相对于图5表示的实施例的优点是：提高了激活的按键上测量的电容变化。如果手指穿过IACK元件10的表面移动(而不按压按键)，装置测量到的寄生电容变化提供了坐标位置信息。在小键盘模式下按压期望的字符时，由于电容阵列的迹线会彼此相对移动，会引起更大的电容变化。这种电容的高度变化与那些测量到的寄生电容的量级(order)不同，因此可以清晰地表示预计的按键激活。然后，通过在大的指示性激活的变化之前测量到的寄生电容变化，系统对识别出的字符进行登记。因此，使用的两种测量系统互相配合，提供了特别健壮的(robust)图标控制及小键盘系统。这种设计的一个附加优点是，尽管提供了附加功能，它可以被配置为比常规的小键盘矩阵需要更少的微处理器引脚。例如，阵列迹线的数目、布置和间距无需与某些实施例中的小键盘的键区相符，象在图中阵列23中最右侧的元件的布置所示意的那样。作为实例，电容网格的间距可以比相邻的独立键区的间距大。
图7A表示了具有触点元件的小键盘，触点元件由一个变高类型的压电装置30阵列形成，如在美国专利第5,781,646、5,849,123、和5,831,371所公开的那样，包含在此。作为它的应用的推论，本实施例为装置增加了能量以及高度的触觉反馈。然而，这个实施例可以展示出与单独组合按键输出关联的多个触觉“点按”。图7B表示一个装置30阵列，通过在整个IACK元件之下及位置测量系统20之上放置一个单独的压电元件32形成。这个实施例可以提供多个优点，例如对组合按键输入能够提供单独的“点按”，以及通过正确地激活现有技术中详细介绍的位置/电压变换器元件32，能够提供“已接收的通话”的颤音信号。
图8表示带有例如由加利福尼亚的Interlink of Canmarillo提供的力敏电阻32a的小键盘，力敏电阻被放置在IACK元件10与一个机械衬背33之间。触点元件被设计得非常容易按压，被一个有在预先确定的压力作用下打开的阀门的风箱取代，或者如图所示的那样整个被去除，由于触觉反馈由振动元件40提供，它通过控制器42被短暂激活以表示接收到了从小键盘发出的输出。图示的振动元件40是一个振动电机，例如常被用于电话、寻呼等的，以指示一个接入的通话或寻呼。
图9表示了一个IACK小键盘的PCB 12，用一对电子迹线69a和69b为矩阵中所有的开关提供接触。
现在参见图10和11，IACK元件上装配了导电小球16，带有十字交叉形的平坦的外部接触表面16a，十字交叉中支架17的末端52朝向相关的组合键区3延伸。作为实例，每个小球16被放置在小键盘的独立键区2的正下方，在延伸的方向上延伸出一个距离d1，d1相当于从导电小球16的中心到其延伸到的组合键区3的中心的距离d2的约百分之40。在这个实施例中，每个末端边缘52都大约沿着连接最靠近的触点元件14的中心的线段放置。其余的导电小球16的边缘最好从每个相邻的触点元件至少移出触点元件点击长度“s”的一半，其中“s”定义为触点元件14在导电小球16之外延伸出的垂直距离。接触区域67是独立键区的区域，在操作中充当按钮，在这个意义上，它们将操作者手指的力传递为小键盘表面的弯曲，而且不包括与那些操作者手指偶然的、无负载的接触达到的区域。因此，在对单独的独立键区进行操作过程中，接触区域67传递了用户提供的几乎全部(例如，百分之九十)的负载。接触区域67与优选的小球形状之间的关系用图20A和20B解释。图11中所示的小键盘的裸露的上表面与图28所示的键区轮廓对应。
图12和13示意了一种不同结构的导电小球16。在这个实施例中，每个小球形成了一个延伸的十字交叉，十字交叉的支架17向组合键区3延伸得比图10和11所示的实施例还远。在这个实例中，十字交叉的支架17向相邻的组合键区3延伸出一个距离，大约为从导电小球16的中心到组合键区3的中心的距离的百分之75，末端支架边缘52放在相邻的触点元件14之外。这可以用来产生重要的优点，可以用图20对此进行解释。每个小球的中心区域54大体上是平坦的，并与小键盘平面平行，支架17相对于平面成大约10到20度的锥度。其余的导电小球边缘从触点元件14至少移出点击长度的一半，其中点击长度如对上面的图11中所讨论的进行定义。
图14表示了一种固体导电材料形成的薄层(sheet)58的侧视图，图12和18所示的导电小球16可被压入其中，作为在铸成的IACK元件10的表面上印刷导电油墨的替换方案。薄层58可以用海绵状碳涂层或弹性塑料材料或者其它印刷上的导电材料形成，用挤压或者其它方式进行铸造，形成图示的具有波浪形表面的一个或多个交叉点。然后，一个个小球被压入或从这样的薄层中冲压而成。被压入的小球具有对称性，使得小球在制造过程中可以朝上或朝下，弹性材料遵从调节的需要，因此使制造过程容易进行。
图15示意了用于图12所示的实施例中的导电小球16的开关网格垫片18结构，在网格垫片之间的组合键区3中放置了发光二极管56。
现在参见图16和17，IACK元件10上带有放置在组合键区3之下的触点元件14。图示的导电小球16在独立键区2之下。在这个实例中，小键盘的上表面如图29所示。优选地，末端拐角52应呈现为相对组合键区3分开的平直边缘。在这个实施例中，选择了被斜切的直角形拐角。作为实例，每个小球16被放置在小键盘独立键区2的正下方，在连接相邻的键区中心的线上，在延伸的方向上延伸出一个距离d1，d1相当于从导电小球16的中心到其延伸到的组合键区3的中心的距离d2的约百分之40。图17所示的小键盘的裸露上表面与图29所示的键区轮廓对应。
与图12和13类似，图18和19表示朝向组合键区3延伸更远的小球16，但是小球的外围区域从PCB 12上倾斜。在这种情况下，如图示，小球16有一个平坦的、水平的中心区域54，但是在其它实施例中(未画出)，小球16的整个接触表面是倾斜或者曲线形，以产生期望的结果。触点元件14如上面所述。
图20A和20B示意了小键盘覆盖层的弯曲，引起与被压下的按键2a关联的小球16a产生与PCB 12的接触，而相邻的、与另一个键区2b关联的小球16b相对于PCB有轻微的倾斜，但不会产生接触。
如前面的图所示，交叉点就在小球的主轴上。图20A所示的小球与在图10和16所示的实施例的相同，而图20B所示的小球按照图12和18所示的实施例那样倾斜。如果用户需要印在键区2a的字符，她就要使小球16a与PCB 12接触；如果她需要印在键区2b的字符，她就要使小球16b接触；如果她需要印在它们之间的组合键区3的字符，她就要使小球16a及16b与PCB 12产生有意义的挤压。在所有实例中，独立键区2b都被轻微地弯曲了，部分原因是形成它们的共用的膜的弯曲引起的必要连带，部分原因是正常使用时固有的不精确性。因此，如果向组合键区延伸的两个小球的相对边缘分开得太远，则很小的指尖都可能引起对应于组合键区的小键盘表面的弯曲，而不用按下两个小球，因此不会对期望的组合键区进行登记。相反地，如果两个直接相邻的独立键区之间的小球的相对边缘靠得太近，当用户仅仅按下一个单独的独立键区时，可能会意外地引起对相邻独立键区的点击，从而错误地登记了一个组合键区输入。示意的实施例通过有效地制作小球的大小而解决了这个难题。如图20B所示，通过使小球的接触表面的末端区域倾斜，它们可以被制作得更大，因此能对小的或大的手指提供可靠的操作。这种改进还有助于使独立键区2能被制作的相对较小，同时允许小球保持为相对较大。
图21示意了一个二维等间距的触点元件阵列14，每个都被放在与两个相邻的独立键区2关联的小球16之间接近中点的位置。在这个实施例中，触点元件14为细胞形，但是应该理解的是，不同于这个特殊形状的形状能够提供近似相同的非线性按击作用。触点元件形成了一个交替排列的阵列，触点元件之间的每个空隙内或者容纳一个与独立键区2关联的小球16，或者容纳一个与组合键区关联的空格。每个独立键区与组合键区(即，每个触点元件的空隙)相对于相邻的触点元件数目和它们的接近程度平等配置，从而使得用户从独立与组合键区的激活体会到类似的触觉响应，因为在每一种操作过程中按压了相等数目的触点元件14。在这个示例中，导电小球16表示为环形圆盘，但是也可以做成上述的其它形状。
相反，图22所示的实施例中，每个组合键区3的触觉反馈由四个平均间隔的相邻触点元件提供，而每个独立键区的触觉反馈主要由一个单独相关的、位于独立键区2正下方的触点元件14提供。每个触点元件14包围一个关联的导电小球16。这种排列方式被配置为：如果特殊的应用需要，可提供比独立按键的激活力大将近四倍的组合按键的激活力。然而，对于许多应用，期望为所有的键区提供类似的触觉反馈响应，例如在图2和21所示的实施例中提供的，其中每个触点元件14被放置在两个相邻的独立按键开关的接近等距的位置。在这种情况下，触点元件14可以是十字交叉形。
图23表示用于执行移动电话功能的移动电话控制电路的示意图，包括在此公开的那些小键盘控制算法。在它的核心是一个电话处理器89，例如可从加利福尼亚的Mobile Link of Santa Clara获得的芯片ML20xx。闪存90、静态随机存取内存91和液晶显示屏92通过总线连接到芯片89的ARM RISC(精简指令集计算机)处理器95上，该处理器提供用户接口和协议程序。导线将系统连接器93、SIM(用户标识模块)94和小键盘100连接起来。位于芯片89上的一个Oak数字信号处理器(DSP)通过麦克风97和扬声器98提供处理语音的物理层，其中语音中双波段RF单元96发送及接收。
现在参见图24，模具对(mold half)44中包括一个固定板15，规定了孔洞46，用来铸造每个触点元件外表面的；以及一个移动板47，带有大约为圆锥形的凸出48，形成触点元件的内表面，该模具用来形成IACK小键盘的下表面，其上带有如图14所示那样的一体铸模的触点元件。当树脂被注入时，两个模具盘被扣在一起并冷却，然后分离，使得铸成的触点元件从孔洞46中移出。在板45上也提供孔洞48，在铸造过程中，作为插入物支撑导电小球。如果孔洞46垂直于树脂流的交叉点下降到朝向孔洞末端的区域，移动板47和固定板45可能永远结合在一起，使得无需分离模具对就可以将铸成的触点元件从它们的空洞中推出。
图25表示了一种小键盘的触觉反馈结构，小键盘上带有一个直线导轨62阵列，铸模在普通基板63上，并相对于基板以接近60度的角伸出。可选地，导轨62可以是带状或曲线形，像蛇那样穿过基板63的表面弯曲。这个实施例在整个IACK小键盘表面上提供了非线性的触觉小键盘反馈。用一种胶将基板粘到印刷电路板上，孔65提供了小键盘的小球与PCB接触的空间。或者，导轨可以全部或部分地与弹性小键盘覆盖层的下表面一体铸模而成。将导轨的末端粘贴到(小键盘或PCB上)相反的表面，防止在温湿度变化下IACK小键盘的中心发生变形，同时向反馈元件的末端提供稳定的参考。
图26表示带有触觉反馈元件210的小键盘的侧视图，触觉反馈元件是用放在覆盖层10和PCB之间的冲压金属膜形成的。薄膜210被冲压形成从平面扩展出得拱形段212，形成了触点元件。在这个实施例中，薄膜的后表面与IACK元件10的后背面对面接触，拱形段的末端部分靠近PCB 12。如图27所示，拱形段212在冲压出的孔214之间按照行与列排列，提供了导电小球16到PCB 12的通路。
下面参考图28，符合友好的人体工程学的IACK小键盘80上有一个连续的波浪起伏的表面，小键盘上明显地没有将组合键区3表示为独立键区2的可见空隙。取而代之的是，组合键区以完全独立的实体存在(尽管它们在功能上仍为空隙)。没有可视的部件扩展到可视的组合键区3来指示与独立键区布局的任何联系。在这个实施例中，组合键区具有光滑的轮廓，可见的椭圆边界的区域，每个上面都有放在中心的图标。独立键区2未被描绘出，因此提供了视觉上清晰且简明的文字环境，提高了易读性，通过利用主要的图形元素可以形成常规的电话按键布局。图形元素可以被轻轻压入，和/或用“双镜头”成型过程制造，其中定义组合键区3的元素(或者单独的常规的电话布局)首先用一种颜色铸模，小键盘的其它部分用第二种颜色铸模。
图29表示一个IACK小键盘82，其中组合键区3被最大化为圆形或椭圆形区域，独立键区2由放置在它们之间的空隙内的菱形64形成。如图28，这个实施例中没有将组合键区表示为独立键区的交点。取而代之的是，组合键区呈现为独立的实体。在与组合键区3相关的扩张出的圆形或椭圆形区域被压出一个碗形，在它们中心的深度大约为0.10到0.50毫米，测量是从它们的边缘处相对尖锐的变化所定义的中性平面进行的。再参见图示19，上升的部分是菱形凸点64，在中性平面上延伸出大约0.30到1.0毫米。因此，从菱形凸点64的顶端到表示组合键区3的圆形或椭圆形区域的底端的整个距离d3大约为0.7到1.5毫米。凸点64的顶部主要是平坦的，由少许的弯曲。组合键区218上装配了一对触觉定位节点101，例如在许多标准小键盘中用于指示数字“5”。另外，刚好在组合键区的小键盘网格外侧，从小键盘的远端数过来的第四和第五行之间(即与第五行独立键区排成一行)，放置了两个附件的定位节点103。这些定位节点可以用于在黑暗中辅助使用小键盘时或者视力受损者进行触摸定位。
图30表示了与独立按键关联的下层网格，用在小键盘覆盖层下方的开关矩阵确定，用虚线表明在裸露表面没有对这个功能网格进行操作者可见的描绘。取而代之的是，覆盖层的表面上有一个独立和组合键区形成的矩阵，用为与下层网格排列在一起的图形或敏感部件定义。每个虚线框定义了一个关联的独立按键网格空间。相反，组合按键网格空间在连接独立键区的网格线之间定义。
图31到33表示一个IACK小键盘10，带有用组合键区3构成的数字列形成的常规电话布局。用一个由不相关的字符形成的列74(在此图示为标点符号？、@、-、/)将第一数字列70(带有1、4、7、*)与第二数字列72(带有2、5、8、0)分开。在第二和第三数字列间，用)、：、’和.形成的第二标点列对这种模式进行重复。相邻的组合按键列(例如70和74)的图标区域的宽度为不同尺寸，从宽(列70)到窄(列74)变化。通过直接相邻的独立键区2(图32)的交叉部分表示一个规则的键区间距，通过直接相邻的组合键区3(图33)的交叉部分表示另一个键区宽度。优选地，表示直接相邻的独立键区2之间的间距的宽度“X”大约为人手指宽度的一半或稍小些，图标区域的颜色用于识别交替的列中的字符，例如从暗到亮对比。
图34表示一种IACK小键盘，带有的独立键区2形成的列和组合键区3形成的列沿着相对于用户(即相对于由图标方向定义的标准小键盘方位)偏转45度角布置。相对于某些早期的小键盘实现方法，这个实施例将在一条水平线上(如标准的小键盘方向定义的)能够布置的可独立激活的按键个数提高了接近百分之40，因此明显地减小了小键盘产品的宽度，特别是图示的常规QWERTY布局。
图35表示用于解释长字符串形式(LSC)的输入的改进方法，例如电话号码、密码、个人识别号码(PIN；用于识别个人优先获取系统提供的访问或服务的代码)，等等，利用了上面公开的IACK小键盘的能力来同时检测任何独立键区组合的即使是不相邻的键区的输入。这个方法的优点在于，提供了安全而且快速地输入数字代码的方法，它的应用例如：提供访问网站及其它用电话进行的服务和内容；在PIN之前输入自己的电话号码以访问语音邮件；等等。这些算法被称为LSC功能，适用于同时满足下述需求：1)产生足够复杂的输入以提供合理等级的安全性；2)在很多不同的应用中，满足PIN访问代码的最小需求；以及3)允许几乎同时输入的LSC，无论是由用户定义还是由系统定义。
在步骤100中，系统扫描小键盘的电子设备，指示在任何特定时间被按下的两个或多个独立按键。在步骤102中，按照系统识别出与所敏感到的组合对应的已定义组合按键的顺序，系统显示字符，例如在本地显示屏上。优选地，用户无需分开执行任何获取LSC功能的任务；为了在一个预先确定的时间内提示系统获取LSC功能，简单地按下一个由至少两个不相关的独立按键形成的未定义组合。如果系统检测到一个未定义组合，系统继续进行步骤104。如果在识别出一个为定义组合之前，系统刚刚登记了一个单个或组合按键，而且没有登记“键结束”(即用户没有停止按小键盘)，则系统取消输入的前一个字符。
在步骤106中，系统判断未定义的组合是否对应于一个已存储的LSC。如果此前存储过，则在步骤108中，系统将关联的LSC送至显示屏。如果此前未定义的组合没有被存储为对应的LSC，在步骤110中，当敏感到未定义的组合时系统判断有多少个字符被登记入显示屏。如果字符被登记，但是对于有效的PIN数目而言太短(例如，一个或三个)，则系统提示用户PIN必须为至少四个字符长度，并在步骤100中继续扫描小键盘。
如果在显示屏上没有字符，则根据提供的输入系统着手产生一个伪随机LSC。在步骤111中，系统对独立的按键输入(在这个实施例中，当建立已定义组合时，组合按键不按它们的含义读出)进行排序为与敏感到的单独按键输入的顺序无关的、预先决定的顺序。一种这样的顺序为按字母顺序。另一种(包括标点符号)为按照ASCII值排序。这个顺序可能改变了由系统获取的按键的顺序。在步骤112中，系统产生一个LSC串，最好全都是数字并且至少为8个字符长度。如果ASCII值形成的简单的串引起过短的LSC，数字可以被加到一起，结果被增长。可以用多种方法从一系列输入产生一个合适的伪随机数字序列。如果结果太长，可以被截短。
在可选的步骤114中(例如，若正在进行一次电话通话时使用)，通过检查呼叫者的ID，或者在存储的地址簿中简单地搜寻其它组的身份，系统判断其它组的身份。在步骤110中，如果判断出用户已经在显示屏上输入一个有意义的LSC，(在这个实例中为四个或更多)，则系统将这个为定义的组合存入内存，使得将来能在步骤108中提供相关联的LSC。在步骤118中，LSC被送入显示屏92，无论是由用户定义的还是由系统定义的。在系统定义LSC的情况下，将传递一个参考识别码，例如”PIN#3”，或者(如果完成了步骤114)一个特定用户识别码，例如”Bank X PIN”。
图36表示了一个嵌入电话内的算法，按照标准12键电话键盘指示的对应关系(即标准电话小键盘的字母-数字对应关系，如图37所示)，提供了从字母按键的输入到数字按键输出的逆映射，这使拨用字母形式提供的电话号码的任务得以简化，例如”1-800-PATENTS”。由于它们容易被记忆但难于拨出，这样的号码一直令人为难。然而，逆映射特别适应IACK小键盘，因为尽管它们提供了一个电话小键盘，在许多示例中，它们没有提供在字母和数字字符键的对应关系。
在步骤120中，用户向电话输入字母数据。这可以用常规小键盘、IACK小键盘或者语音完成。在步骤122中，通过按下一个按键或说出一个预先设定的单词，用户发出期望“拨出”一个电话号码的信号。步骤120和122可以交换顺序，特别是在用语音的情况下。在步骤124和126中，可以按照任何顺序，电话不作修改地传递号码，通过图37所示的标准字母电话的对应关系对字母字符进行重新映射。例如，当”A”、”B”或”C”中任何一个字母被按下，输出为数字”2”。在步骤128中，算法的输出为纯数字，全部由数字的组合形成。
图38表示一个弹性材料层122，在整个IACK小键盘表面用离散元件222提供触觉反馈，弹性元件与小键盘装配在一起，在覆盖层与底层之间延伸而成。这些元件222在相对于基板220垂直的方向上延伸(如图示)，在覆盖层朝底层压下或者倾斜时，工作在纯粹点击的模式下。元件222可以是固体圆柱体或者垂直的圆筒。
图39表示了与从IACK元件分离开的公用层61一起铸造的触点元件14。触点元件14是锥形，它们的窄端230朝向下方，远离覆盖层10。在窄端230提供了附加的厚度，形成一块材料，来提高“点触性”或者由原定提供的触觉反馈的清脆的感觉。
图40表示一种扫描算法，能够支持时钟特别慢的扫描速率，从而节约了能量。只要小键盘上的一个按键被激活，扫描就被限于相邻的按键。如果在等候时间内第二个按键开关被激活，则系统近搜索被激活的一对开关的上面和下面(相邻的)的行(或列)。这个过程一直继续，直到在等候持续的时间内激活一个单独按键，或者直到检测到相反的对角线。
图41表示一个印刷电路板12，在小键盘网格区域内有与板的轮廓成45度角的迹线226。虚线代表与圆顶触点开关228的中心环连接的迹线。实线代表连接到那些开关外环的迹线。由于位于相邻的反向对角线的单独的按键定义了组合按键，这种布局提供了简化的识别算法。这种硬件改变了对软件的重新定义，使得相邻迹线的同时输出表示组合键区的输出。
在图42中，独立键区2形成的行依照半径”R”定义的弓形倾斜分布，从而有助于识别接触引起的穿越小键盘的位置，而它们对应的按键开关垫片18仍然沿垂直分布的行与列排列，在特定列上独立键区2的中心与它们的开关垫片18之间引起一个垂直的偏移”L”。在正向视图中，在最左和最右侧的列中，独立键区在它们开关垫片之上稍微一点，而在中间的列中，形成反向的偏移。这使得开关矩阵间距保持恒定，即便如此，对角线上相邻的独立键区之间的间距为变化的。
现在参见图43和44，移动电话250中包含了图29和30所示的小键盘覆盖层82，以及用于显示字母文字的显示器92。
尽管介绍了本发明的多个实施例，需要理解的是在不背离本发明的精神和范围内可以进行各种修改。因此，其它的实施例落在本发明的范围内。

Claims (13)

1.一种带有IACK小键盘的电话，该小键盘包括按照交替的列排列的组合键区(3)与独立键区(2)，其中所述组合键区(3)的列包括：
三个数字列(70，72)，它们包括与数字0到9对应的数字区域，每个数字列包含多个所述数字区域，
其中，所述组合键区(3)的列进一步包括至少另外一个列(74)，该另外一个列包含与标点符号对应的键区，和
其中，每两个数字列之间由包含与标点符号对应的键区的一个列(74)彼此隔开，和
其中所述独立键区(2)包括与字母表中的字母对应的区域。
2.根据权利要求1的电话，其中，所述数字列(70，72)共同形成了一个标准电话按键布局，其左侧的数字列(70)包含1、4、7，中间的数字列(72)包含2、5、8、0，右侧的数字列包含3、6、9。
3.根据权利要求1的电话，其中，所述键区(2，3)由一个柔韧的膜的裸露表面上的相应的敏感部件定义。
4.根据权利要求3的电话，其中，所述敏感部件具有穿越膜表面的高度变化。
5.根据权利要求4的电话，其中，所述独立键区(2)被分开放置，间距不超过大约人手指尖宽度的一半。
6.根据权利要求1的电话，其中，所述数字键区比对应于标点符号的键区大。
7.根据权利要求1的电话，其中，所述独立键区(2)与组合键区(3)的尺寸不同。
8.根据权利要求1的电话，其中，每个键区(2，3)都带有一个相关的、可视的图标。
9.根据权利要求1的电话，其中，所述数字列具有与所述其他列在视觉上不同的颜色。
10.根据权利要求1的电话，其中，所述组合键区(3)被排列为宽度变化的列。
11.根据权利要求1的电话，其中，所述独立键区(2)被排列在六个垂直列中，用按键图标的方向决定。
12.根据权利要求11的电话，其中，所述独立键区(2)被排列在第一、第三、第五、第七、第九、第十一垂直列中，包括与字母对应的区域，所述数字的组合键区形成了第二、第六和第十垂直列的多列，第四和第八垂直列包括与标点符号对应的键区，列的排序可以从小键盘的任何一侧进行。
13.根据权利要求1的电话，被配置为当一个对应于标点符号的键区被连续激活两次时，对不同的标点符号进行登记。
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