CN1647379A - 一种开关排列构造和用于小键盘的开关陈列结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种开关排列构造，其包括要被照亮的光电导体装置(2)。该开关排列构造还包括导体装置(4，4a，4b)，该导体装置(4，4a，4b)意在更进一步地传送从光电导体装置(2)中逸出的光，且通过局部接触(8)引导到导体装置(4，4a，4b)，其中，所述导体装置(4，4a，4b)和所述光电导体装置(2)进一步布置为在外力(8)控制下相对于彼此移动，以及导致所述接触(8)以这样一种方式产生、消失或者变化，即，可以在通过其传导的光中导致可探测到的变化。

Description

一种开关排列构造和用于小键盘的开关阵列结构

本发明涉及根据权利要求1的前序的开关排列构造。本发明还涉及根据后附的权利要求14的前序的用于小键盘的开关阵列结构。本发明进一步涉及根据后附的权利要求21的前序的用于触发开关排列构造的方法。

根据不同的键、小键盘和键盘，已经知道应用基于光电子学的技术，使用光导和光学波导。

美国专利出版物4,701,747披露了一种基于发光二极管的解决方案，其中，发光二极管探测到从光源中发射和从手指反射的红外光。该探测对应按键，并且为每个键构造这样的系统。美国专利出版物4,931,794又提出一种根据可移动的键实现的系统，包括光发射和光接收元件。被按下的键基于由该键导致的光反射或在光路上导致的阴影被探测到。

光电导体还被用于照亮小键盘的键帽或照亮显示屏的背景。美国专利6,026,283提出在垫子下放置并且依靠数个发光二极管被照亮的打孔的光电导体。光从该光电导体逸出并且从下方照亮垫子。该光电导体下面的电路板设置有用于垫子上的键的接触和开关表面。美国专利5,963,434披露了一种相对应的结构，其也包括放置在电路板上面和显示屏下面的反射表面，以加强光到小键盘或者显示屏的反射。

随着便携式的电子设备特别是移动电话变得更小，将部件放置在设备中变得更加困难。特别是与按键有关的移动增加了设备的厚度。此外，键接触表面和与其有关的金属键圆顶帽的功能易受腐蚀影响，这损害了它们的可靠性。因此，目标为取消机械结构，并且提供薄的和集成的部件。

已知基于电容功能的各种各样的薄膜键和解决方案，但是它们涉及高能量消耗的问题，在这一点上它们不总是适合于依靠电池运转的电子设备。

本发明的一个目的是实现现有技术上的改进，以解决以上提出的问题。该目的是为各种各样的键、小键盘或者键盘构造一种新型的开关结构。从而，各种各样的电子的，最好是便携式的设备是待解决的，特别是移动电话和PDA设备或者这些的组合。同样，开关阵列结构特别针对这些设备提出。

根据本发明的开关排列构造的特征在于如权利要求1的特征部分所提出。根据本发明的小键盘开关阵列的特征在于如权利要求14的特征部分所提出。根据本发明的方法的特征在于如权利要求21的特征部分所提出。

接下来将参考附图，采用本发明的优选实施例作为例子对本发明进行更加详细的描述，其中

图1示出了当开关处于静止状态时，处于简化方式的开关排列构造的工作原理和结构，

图2示出了当受到由按压导致的力作用时的如图1所示的开关排列构造，

图3示出了当每个开关处于静止状态时，数个处于简化方式的开关形成的开关结构的工作原理和结构的从侧面看的视图。

图4示出了当其中一个开关受到由按压导致的力作用时的如图3所示结构，及

图5示出了小键盘部件和开关阵列结构的分解视图。

图1和2示出了开关排列构造1，其意在为最好通过按压触发的开关。至少一个这样的开关通常设置为结合要通过按压触发的键、按钮、选择器或者电子设备的其它控制装置。键盘和小键盘包括一套这样的开关，其中，开关对应每个键，且因此使得单独识别被按的键成为可能。这种结构和开关对于便携式的电子设备尤其有用，特别是对移动电话、PDA设备和这些的组合。该设备的控制元件以这样的方式构造，使得被按的键能够独立于其它键被识别，以及该设备的功能如预期地确定。通常，键的按压也将实现标识的显示，例如设备的显示屏上的数字或者字母。

该排列构造1包括光电导体装置2，具体为被例如LED装置3照亮的光电导体。光电导体2设置为需要的形状，并且其尺寸取决于设备的形状及尺寸。对于单个键，该光电导体2通常为平面的和平的，如有必要的话适当的具有柔性，并且其材料和涂层确定为使得光的传播为对于该应用尽可能优化和适宜。此外，曲线的或者圆形的结构是可行的，因为电子设备的设计也可以变化，且它们的内部结构和空间变化。该光电导体2可以至少部分地例如在反射表面涂覆，或者至少部分地允许光从光电导体2的上表面和下表面逸出，例如，如果使用可见光，用于照亮键或者小键盘。

该排列构造1还包括导体装置4，其意在传送从光电导体装置2逸出的光。在本实施例中，部件4由透明的，柔性橡胶或者其它适合的塑料材料制成，其由于按压以另一种方式被部分地压缩或者形变。使用的塑料或橡胶材料也可以为另一种对使用的光透明的材料，其又可以对于可见光是不可透过的。在这种情况下，特别是所谓的IR黑材料是可用的。该部件的形状可以是，例如，金字塔形、圆锥形、杆形、球形、或者橡胶片，其可以是平的或者提供有短小的突出部。当由于按压6使光电导体2，或者导体4或者它们两者互相向着对方移动时，在光电导体2和导体4之间形成接触，局部接触8。在图2中，该按压以箭头6表示，其中，按压6还表示向下施加的力。在本实施例中，在按压6之前没有接触形成，而是在导体2和4之间有空气间隙7，其有效地减少了光从光电导体2向特别是导体4逸出。根据接触8的需要的形状，该导体4被设计为具有需要的形状。当接触8形成时，光可以容易地向特别是导体4逸出，其可以通过结合导体4设置的传感器5探测到，以探测由接触8或其变化引起的光特性的亮度或者其它变化，其中，根据实现，该变化也可以为光传播的开始或者终止。导体4的目的是传送光到传感器5。导体装置4也可以包括传送光电导体，特别是当传送距离长或者因为结构上的原因使得其为必要时。

当光电导体2和导体4被靠着对方按压时，根据导体4的顶端的形状，接触区域8的大小和尺寸改变，特别是当导体4的顶端形状为楔形、圆形、棱柱形或金字塔形时。从而，形成的接触区域8的尺寸将约束光进入导体4。可以连续地测量光并且限定极限值，当超过该极限值后，该功能被解释为开关1已经被足够的力6按下，并且目的是因此触发一个功能。光电导体2和导体4可以持续地互相接触，其中，光的引导不取决于接触8的形成，而是当它们互相向着对方移动时，接触8的尺寸改变，并且固此改变逸出的光的量，其可以被探测。导体4也可以以这样的方式布置，即，当其被压缩时，穿过导体4的光的传输距离更短，其也将导致亮度的足够的增加，这同样能够被探测到。该被选择的实施例根据以下因素确定，例如，使用、传感器的灵敏度和变化的幅度，以及取决于可利用的部件。

根据本发明的第二个实施例，光电导体2和导体4互相连续接触，其中，目标为通过局部接触8将光传导并传送到传感器5。这样，按压6将导致光电导体2和导体4互相离开，甚至使接触8减小，其中光将不再逸出到传感器5，这将被探测到且根据需要进行解释。作为选择的，接触8的变化将导致亮度的减少或者其它可探测到的变化，但是该变化以与前面段中提出的相反方式表现。这样，接触8的尺寸或高度的变化将导致，例如，亮度减少到一个设定的极限值之下，这可以被解释为开关的按压6。由此，该变化是逸出光的减少或者其传播总的终止。

开关1也可以被以这样的方式布置，即，导体4为单独的部件，例如，整体的、柔性的板，其不和光电导体2或传感器5接触。接触8首先是由于按压6而形成，并且光首先逸出到导体4，然后到传感器5。光也能够通过单独的光电导体被引导到传感器5，其中，传感器5不需要被放置在光电导体2或其它结构下面，而是，例如，可以放在旁边，以减少高度。传感器5的放置更进一步地也必须考虑到使用的电路板上部件的放置。

如果光电导体2意在由于按压6而向导体4移动，或者远离导体4移动，如有必要，其适合于由柔性物质制造，其支撑于需要的位置。光电导体2可以为例如固体的平坦膜。这样，保证光电导体2将回到其初始位置，也就是在当小键盘或者键没有受到例如手指的力时其所在的静止位置。

作为选择的，导体4和传感器装置5放置在柔性的电路板或者基板上，该电路板或者基板可以朝向或远离光电导体2移动。这样，该电路板上提供有例如杆、支撑结构或者类似物，以使导体4和光电导体2相互保持需要的距离。同时，在大的小键盘的情况下，该支撑保证按压6作用在局部作用且不作用在过于广泛的区域。接触的宽度也受使用的材料的柔性和结构的整体尺寸的影响，并且，该按压最好是局部的，且具有例如小于指尖区域的宽度。这样，按压6将不会导致数个导体4同时作用，除非需要如此。这样，在需要的位置以需要的宽度引起接触6，例如正好在传感器5或者导体4处。在光电导体2上，通常有其它层，例如用于保护的平坦的膜或者层，其提供有例如印上的对应移动电话小键盘的标识，其中，按压6能够准确地对准正确的位置。导体4也可以被直接放置在电路板的顶部上，与传感器5相邻，或者如图1和2所示，直接在传感器5上，但是仍然在光电导体2和电路板之间。

光电导体2的基本操作同样为已知，并且其功能是基于可见光或者诸如红外(IR)光之类的不可见光在导体2中的反射和传播。导体2的表面层能够用于影响光从光电导体2逸出。材料的折射率、分界面和接触，以及影响光的传播的其它材料特性如所知的用于控制光的传播，传送和逸出。

在图3和4中，图1和2中的开关1连同更大的小键盘17应用，还示出了电路板9，其也可以是具有用于支撑装置10的穿孔的均匀的薄片状件。支撑装置10使导体4和光电导体2如以上提出的那样互相保持一定的距离。该支撑件10也防止数个接触同时出现。图3和4还示出用于照亮光电导体2的装置3，例如LED部件3。在光电导体2的不同侧也可以有数个LED部件3，以在考虑到从光电导体2损失和逸出的光的情况下提供足够的且均匀的亮度。在本实施例中，部件为平坦的或薄片状的，但是它们的形状也能够根据电子设备的设计和开关或者键的放置有更多变化。该部件被这样的放置在支撑结构11上，其也可以为电子设备的外壳或者另一个主体或者框架结构。此外，支撑结构11可以包括均匀的点阵结构，例如被放置在同样的部件下的一个均匀的电路板9。更进一步的，点阵结构可以包括不同的支撑件，以支撑不同的结构。图3和4中所示结构也能够被放置在特别的安装框架12中，该安装框架12在图5中示出，并且又被放置在电子设备内部。该框架12保持部件在需要的位置内，并且，例如该小键盘能够被作为整体的一个部件安装。

图5示出了一个特别的实施例，其为移动电话的小键盘部件18。在这种情况下，该结构为平面的，但是它们的形状能够根据需要改变，而不会使操作变得复杂。这特别是关系到移动电话外表面的凸面的和圆形形状，其随后为外部层13。该外部层13也能够为透明的或消光的。外部层13提供有移动电话的小键盘的标识，以使得图2和4中所示的按压6能够更加准确地被对准到正确的和预期的位置。小键盘部件18也包括光电导体装置2，其操作已经在上面描述过。在这方面，光电导体2是固体的薄层，其为薄片状的柔性部件。在此实施例中，小键盘部件18的不同的平面层为大致平行的或者形状相同。光电导体2和导体装置4之间的距离最好为恒定，但是其也可能变化，其中，例如在导体装置4或可能的支撑装置的结构中已经考虑到这些。

在这种情况下，导体装置4通过接触层4a和光电导体4b构成，其中，可能为小键盘18提供特别的光电导体和开关阵列结构4b，其一个特别的实施例在图5中示出。导体装置4这样被提供有结构4b，其结构用于引导光到给定的传感器5，因为现在有数个传感器5连接到同一个光电导体4b。传感器5的选择取决于按压的位置，特别是接触的位置。该阵列4b最好包括直的行4b’和列4b”；换句话说，允许光沿着行4b’或者列4b”直接传播到传感器5，例如到达在每行4b’的端部处为每行4b’设置的传感器5’，以及到达在每列4b”的端部处为每列4b”设置的传感器5”。

在一个实施例中，按压导致光只传导到两列4b”(或者只有两行4b’)，其中，功能能够被解释成与所述列4b”单独的或者与行4b’一起的不同的标识。通过传感器5’和5”，现在可以简单地探测哪行4b’和列4b”被按压，其中，可以确定哪个标识的位置被按压，从而设备的需要的功能能够被确定，并且按需要的进行解释。行4b’和列4b”最好互相成直角，其在这样的情况下以固体材料形成，且光电导体4b通过打孔形成网状的结构。交叉点的位置意在为打算引起所述接触的位置，从而允许光沿着列4b”和行4b’尽可能直接地分别传播到两个传感器5’和5”。然而，如果该接触在例如两列4b”之间但是还在行4b’上引起，光不能直接传播到任何列4b”的传感器5”，从而亮度的变化可能不被探测到或者说该变化量不足。从而，该接触这样不能被解释为任何位置被例如手指有意地按下。图5所示的小键盘部件18特别地基于由按压形成的接触，但是其它上述的原理也可能被应用。

光电导体阵列4b被放置在电路板9的顶部上，该电路板还包括其它电子部件，光源3和传感器5。如有必要，反射层或者膜14被放置在光电导体4b和电路板9之间。电路板9还容纳了LED部件15，其意在用于小键盘的其它照明，被放置在该阵列结构4b的开口中且与阵列结构4b分离，以及通常在可见光范围内工作。如有必要，当需要时，上述支撑接触层4a或光电导体2的支撑结构也放置在这些位置内。在后面的情况下，支撑结构7伸展通过接触层4a。接触层4a的功能对应以上提到的关于导体装置4及涉及局部接触8的产生的内容。如果接触层4a也被支撑在阵列光电导体4b之上，其可能提供有第二个但是稍短的支撑结构，其也是伸展通过阵列4b的开口。从而，按压该开关或者键将导致在光从光电导体2逸出到导体装置4a和4b前在彼此的顶部上产生两个接触，导体装置4a和4b进一步将光传导到传感器装置5。阵列光电导体4b和其它部件被放置在框架12中，其被进一步连接到电路板9，形成用于电子设备的集成的部件，以作为一个单元安装。

在本实施例中，框架12为矩形，其它部件被放置在其侧边之间，在侧边上可以提供有各种各样的用于定位的引导槽或者夹具。此外，用于在部件18和设备其它部件之间传递电信号的预期的连接器、分界面或者接触表面被放置在电路板9上。该电子设备被布置为使得其能够解释键盘的按压，以及启动预期的功能。电路板9的结构也可以和提出的不同，其中例如光源3可以放置在除了电路板9的表面上以外的其它位置。更进一步的，该部件可以被放置为使得按压不被直接对准例如外表面13，而是在结构上有一个普通的小键盘，其包括可移动的键，该键被按下从而传递键击。这样布置键，其下部按压光电导体2，以使其被推动以接触导体4或者4a。从而，该按压、键或者另一个可移动的结构将导致外力或者力作用，以根据需要进一步触发根据本发明的开关。

本发明不单独地限于以上提出的实施例，而是其能够在后附的权利要求书的范围内被修改。

Claims (22)

1.一种包括要被照亮的光电导体装置(2)的开关排列构造，其特征在于，该开关排列构造(1)还包括导体装置(4，4a，4b)，该导体装置(4，4a，4b)意在进一步传送从光电导体装置(2)逸出并且通过局部接触(8)被引导到导体装置(4，4a，4b)的光，其中，所述导体装置(4，4a，4b)和所述光电导体装置(2)进一步地被布置为在外力(6)控制下相对于彼此移动，以及导致所述接触(8)以这样的形式产生、消失或者变化，即，在引导穿过其的光中导致可探测到的变化。

2.根据权利要求1所述的开关排列构造，其特征在于，该开关排列构造(1)还包括意在探测来自导体装置(4，4a，4b)的光的传感器装置(5，5’，5”)。

3.根据权利要求1或2所述的开关排列构造，其特征在于，该导体装置(4，4a，4b)和光电导体装置(2)布置为通过力的作用来互相相向或远离移动，并且在力的作用终止后恢复。

4.根据权利要求1到3中任意一项所述的开关排列构造，其特征在于，该局部接触(8)布置为在力的作用下引起或者失去，其中，所述可探测到的变化是光开或者关的切换。

5.根据权利要求1到3中任意一项所述的开关排列构造，其特征在于，局部接触(8)的宽度被布置为在力的作用下变化，其中，所述可探测到的变化是光的增加或减少。

6.根据权利要求1到5中任意一项所述的开关排列构造，其特征在于，开关排列构造(1)还包括电路板(9)，在其表面上放置了所述传感器装置(5，5’，5”)，其中，传感器装置(5，5’，5”)包括一个或多个光传感器；和光电导体装置(2)，其包括板形光电导体，且其被放置在离开所述电路板(9)一段距离；和导体装置(4，4a，4b)，其包括一个或多个从电路板(9)的方向伸展到该光电导体的接触装置，该接触装置被布置为充当所述导体装置(4，4a，4b)，并且将光传送到结合每个接触装置定位的光传感器。

7.根据权利要求6所述的开关排列构造，其特征在于，其还包括至少一个光源(3)，其意在照亮所述光电导体装置(2)。

8.根据权利要求6所述的开关排列构造，其特征在于，电路板(9)、光电导体装置(2)和导体装置(4，4a，4b)被连接到框架(12)，其中，所述部件形成要被安装的集成的单元。

9.根据权利要求1到8中任意一项所述的开关排列构造，其特征在于，外力被布置为通过手指按压键或者另外的可移动的结构产生。

10.根据权利要求1到5中任意一项所述的开关排列构造，其特征在于，导体装置(4，4a，4b)包括阵列结构(4b)，该阵列结构(4b)包括相交的行(4b’)和列(4b”)，其中，每行(4b’)和每列(4b”)提供有分离的传感器装置(5，5’，5”)，并且其中在它们的交叉点形成的接触(8)被布置为沿着所述行(4b’)和所述列(4b”)两者引导光。

11.根据权利要求1到5中任意一项所述的开关排列构造，其特征在于，使用的光为可见光或诸如红外光之类的非可见光。

12.根据权利要求1到5中任意一项所述的开关排列构造，其特征在于，该光电导体装置(2)包括薄片状的第一光电导体，导体装置(4，4a，4b)包括薄片状的光电导体阵列(4b)和薄片状的接触板(4a)，其放置在光电导体(2)和光电导体阵列(4b)之间，以及意在将光从光电导体(2)切换到光电导体阵列(4b)，并且进一步到传感器装置(5)。

13.根据权利要求1所述的开关排列构造，其特征在于，其还包括薄片状的层(13)，该薄片状的层(13)包括与按压的功能对应并且被放置在光电导体装置(2)上的可视标识。

14.一种用于小键盘的开关阵列结构，其特征在于，该结构(18)包括由交叉的行(4b’)和列(4b”)构成的阵列光电导体(4b)，其中，光电导体(4b)布置为沿所述行(4b’)和列(4b”)传送光到传感器装置(5，5’，5”)，该光通过局部接触(8)引导到所述光电导体(4b)。

15.根据权利要求14所述的开关阵列结构，其特征在于，其还包括传感器装置(5，5’，5”)，用于探测沿每行(4b’)和每列(4b”)传播的光。

16.根据权利要求14或15所述的开关阵列结构，其特征在于，该结构被放置在电路板(9)上，该电路板又容纳所述传感器装置(5，5’，5”)，而且最好还容纳至少一个光源(3)。

17.根据权利要求14到16中任意一项所述的开关阵列结构，其特征在于，该阵列光电导体(4)包括网状和薄片状的结构。

18.根据权利要求14到17中任意一项所述的开关阵列结构，其特征在于，至少一层结构(18)包括被照亮的光电导体(2)，其布置为在外力的控制下形成与阵列光电导体(4b)的接触(8)，该接触的目的在于传导从光电导体(2)逸出的光到阵列光电导体(4b)，并且当外力终止后，其被布置为恢复并失去所述接触(8)。

19.根据权利要求14到18中任意一项所述的开关阵列结构，其特征在于，其被放置在移动电话中。

20.根据权利要求14到19中任意一项所述的开关阵列结构，其特征在于，所述接触(8)被布置为对准所述行(4b’)和所述列(4b”)之间交叉的位置。

21.一种用于触发包括要被照亮的光电导体装置(2)的开关排列构造的方法，其特征在于，通过导体装置(4，4a，4b)传送从光电导体装置(2)中逸出的光，通过局部接触(8)将光引导到导体装置(4，4a，4b)，其中，同时通过外力作用(6)，以这样的方式在引导的光中引起可探测到的变化，即，所述导体装置(4，4a，4b)和所述光电导体装置(2)相对于彼此移动，从而导致所述接触(8)产生、消失或者变化。

22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，传感器装置(5，5’，5”)用于探测来自导体装置(4，4a，4b)的光及其变化。

Images