TW201526057A - 無控制器快速觸覺反饋鍵盤 - Google Patents

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TW201526057A
TW201526057A TW103134781A TW103134781A TW201526057A TW 201526057 A TW201526057 A TW 201526057A TW 103134781 A TW103134781 A TW 103134781A TW 103134781 A TW103134781 A TW 103134781A TW 201526057 A TW201526057 A TW 201526057A
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Masaaki Fukumoto
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Abstract

在一些實施例中,技術係用以於不使用一控制器的情況下提供快速的觸覺式反饋,其為局部個別的非致動鍵,例如一超薄鍵盤或鍵板的鍵。由一使用者按壓之一個別鍵之觸覺式反饋可為一模擬「按鍵喀嚦」反饋之形式,如此用來按壓該鍵的手指感覺到觸覺。觸覺式反饋摹擬一機械鍵之觸覺(例如屈曲彈簧、彈跳圓頂鍵開關)以給予使用者他們已致能一機械可動鍵的感受。

Description

無控制器快速觸覺反饋鍵盤
本發明係關於無控制器快速觸覺反饋鍵盤。
鍵盤是重要且普及的輸入機構,用以提供輸入至各種計算裝置。雖然例如觸控面板、語音辨識、以及手勢辨勢等之各種替代的人工輸入技術發展,鍵盤和鍵板依舊是人力輸入至計算裝置最常用的裝置。大部分能以中至高速打字(即,大約每分鐘50字或更多)的受過訓練的打字者往往依賴觸覺式反饋(即觸碰或觸覺反饋),其係向打字者表示一鍵已被按壓。具有機械可動鍵之鍵盤(本文中稱作「機械鍵盤」),藉由提供一些自然產生的觸覺式反饋的形式至致能這些鍵盤的彈簧式可動鍵的使用者,通常已滿足此需求。舉例來說,在傳統機械鍵盤中用來提供觸覺式反饋的一普通機構是在每鍵之下的「屈曲彈簧」機構,其係於使用者致能一鍵時,在來自使用者手指的足夠壓力下屈曲。彈簧的屈曲造成一瞬間動作,其係提供使用者一觸覺以表示該鍵已被致能。
隨著計算機技術上的進步,既然計算裝置已經變小 且便於攜帶,習知的機械鍵盤已變得不那麼常見,特別是為了具有相對小的外型尺寸的計算裝置。這是因為用於機械鍵盤的技術在鍵盤的最大薄度上提供一設計限制。藉由發展不使用機械可動鍵的替代鍵盤技術,關心裝置攜帶性的製造商已經解決此問題。所以,具有所謂「非致能」鍵的這些鍵盤可製作的甚至比最薄的機械鍵盤更薄更時尚(3公釐厚度以內)。舉例來說,壓敏鍵盤不要求機械可動鍵或部分。因此,在一壓敏鍵盤的厚度上的主要限制係提供結構和感測功能之鍵盤之組件層所使用的材料。這些替代鍵盤技術已使計算裝置和鍵盤更便於攜帶。
然而,具有非致動鍵(即一般非機械致動的鍵)之更薄的鍵盤不能提供觸覺反饋。使用此種鍵盤的打字者於鍵的表面上只能感覺到他們的手指,但無法感覺到鍵的任何動作。如果沒有觸覺式反饋,受過訓練的打字者變的不確定是否一按鍵動作已記錄,且他們被迫訴諸視覺反饋,藉由檢查手指位置,其係減慢了打字速度。
此處說明技術係用以於不使用一控制器的情況下提供快速的觸覺式反饋,其為局部個別的非致動鍵,例如一超薄鍵盤或鍵板的鍵。由一使用者按壓之一個別鍵之觸覺式反饋可為一模擬「按鍵喀嚦」反饋之形式,如此用來按壓該鍵的手指感覺到觸覺。觸覺式反饋摹擬一機械鍵之觸覺(例如屈曲彈簧、彈跳圓頂鍵開關等)以給予使用者他們已致能一機械可動鍵的感受。
發明內容用以簡介在一個簡化形式下之一概念之選擇,其更說明於下面實施方式中。發明內容不旨在識別申請標的之主要特徵或基本特徵,亦不用以限定申請標的之範圍。
100‧‧‧開關促動器
102‧‧‧壓電致動器
104‧‧‧壓電電極
106‧‧‧薄膜電極
108‧‧‧彈性薄膜
110‧‧‧基面
112‧‧‧定距片
202‧‧‧間隙
204‧‧‧手指
300‧‧‧計算裝置
302‧‧‧鍵盤
304‧‧‧處理器
306‧‧‧電腦可讀取媒體
308‧‧‧輸入裝置
310‧‧‧輸出裝置
312‧‧‧通訊連接裝置
314‧‧‧計算裝置
316‧‧‧作業系統
318‧‧‧程式資料
402‧‧‧開關促動器
404‧‧‧薄膜電極
406‧‧‧高電壓信號源
408‧‧‧壓電電極
410‧‧‧輸入偵測器
412‧‧‧壓電致動器
414‧‧‧基面
416‧‧‧信號接地
418‧‧‧輸入線
420‧‧‧突波吸收裝置
502‧‧‧開關促動器
504‧‧‧薄膜電極
506‧‧‧高電壓信號源
508‧‧‧壓電電極
510‧‧‧壓電致動器
512‧‧‧基面
514‧‧‧輸入偵測器
516‧‧‧基面
518‧‧‧電阻
520‧‧‧信號接地
522‧‧‧突波吸收裝置
524‧‧‧輸入線
602‧‧‧電壓信號
604‧‧‧tAT
606‧‧‧tDK
608‧‧‧電壓信號
610‧‧‧電壓信號
612‧‧‧tAT
614‧‧‧測量電容
616‧‧‧交流成份
618‧‧‧測量電壓
620‧‧‧交流成份
700‧‧‧開關促動器
702‧‧‧壓電致動器
704‧‧‧基膜
706‧‧‧薄膜電極
708‧‧‧彈性薄膜
710‧‧‧範圍key top
712‧‧‧基面
714‧‧‧壓電電極
716‧‧‧定距片
802‧‧‧間隙
902‧‧‧鍵盤編碼器
904‧‧‧開關促動器
906‧‧‧行R1信號輸入
908‧‧‧列C1信號輸入
1100‧‧‧開關促動器
1102‧‧‧壓電致動器
1104‧‧‧行電極
1106‧‧‧列電極
1108‧‧‧上彈性薄膜
1110‧‧‧下彈性薄膜
1112‧‧‧薄膜電極
1114‧‧‧壓電電極
1116‧‧‧基面
1118‧‧‧定距片
1202‧‧‧間隙
1302‧‧‧弱電容連接
1304‧‧‧強電容連接
1400‧‧‧開關促動器
1402‧‧‧壓電致動器
1404‧‧‧薄膜電極
1406‧‧‧行電極
1408‧‧‧列電極
1410‧‧‧彈性薄膜
1412‧‧‧壓電電極
1414‧‧‧環形編碼器電極
1416‧‧‧基面
1418‧‧‧定距片
1502‧‧‧間隙
1600‧‧‧鍵盤
1602‧‧‧手指
1604‧‧‧鍵
1700‧‧‧過程
1702‧‧‧步驟
1704‧‧‧步驟
1706‧‧‧步驟
1708‧‧‧步驟
詳細描述係參考附圖說明。在附圖中,一參考編號中最左邊的數字表示該參考編號第一次出現於其中的圖。在不同圖中的同一參考編號表示相似或相同的項目。當結合附圖,下面的詳細說明可以被最佳理解,其中:
圖1說明一範例開關促動器之一分解透視圖,其係包括局部觸覺式反饋之一壓電致動器。
圖2A說明開關促動器沿圖1中之A-A線之一局部剖面圖,包括用以彎曲以反應壓力之一彈性薄膜。
圖2B說明開關促動器沿圖1中之A-A線之一局部剖面圖,其係於碰觸壓力實施於彈性薄膜上後,造成薄膜電極接觸上側壓電電極。
圖3說明實施開關促動器之一範例計算裝置。
圖4說明一鍵盤之開關促動器之輸入偵測之一方塊圖。
圖5說明一鍵盤之開關促動器之輸入偵測之一方塊圖。
圖6說明各種開關促動器之時間序列。
圖7說明一範例開關促動器之一分解透視圖,其係包括局部觸覺式反饋之一壓電致動器。
圖8A說明開關促動器沿圖7中之A-A線之一部分側剖面圖,包括用以彎曲以反應碰觸壓力之一彈性薄膜。
圖8B說明開關促動器沿圖7中之A-A線之一部分側剖面圖,其係於碰觸壓力實施於彈性薄膜上後,造成薄膜電極接觸上側壓電電極。
圖9係說明一鍵盤編碼器與鍵盤之開關促動器之一方塊圖。
圖10A係說明一開關促動器之輸入偵測之一方塊圖。
圖10B係說明一開關促動器之輸入偵測之一方塊圖。
圖10C係說明一開關促動器之輸入偵測之一方塊圖。
圖11說明一範例開關促動器之一分解透視圖,其係使用電容切換且包括局部觸覺式反饋。
圖12A說明開關促動器沿圖11中之A-A線之一部分側剖面圖,包括用以彎曲以反應碰觸壓力之一彈性薄膜。
圖12B說明開關促動器沿圖11中之A-A線之一部分側剖面圖,其係於碰觸壓力實施於彈性薄膜上後,造成薄膜電極接觸上側壓電電極。
圖13A說明電容性基座鍵按壓檢測之一方塊圖。
圖13B說明電容性基座鍵按壓檢測之一方塊圖。
圖14說明一範例開關促動器之一分解透視圖,其係包括局部觸覺式反饋之一壓電致動器。
圖15A說明開關促動器沿圖14中之A-A線之一部分側剖面圖,包括用以彎曲以反應碰觸壓力之一彈性薄膜。
圖15B說明在碰觸壓力實施於彈性薄膜上之後,開關促動器沿圖14中之A-A線之一部分側剖面圖。
圖16說明提供於實施觸覺式反饋組件之一鍵盤上之局部觸覺式反饋。
圖17係根據一些實作提供觸覺式反饋之一範例過程之一流程圖。
本發明之實施例,除其他事項外,係針對在不使用一控制器的情況下,提供快速的觸覺式反饋,其係一實體鍵盤或鍵板之局部個別的非致動鍵。本文中所使用,名稱「鍵盤」可包括任何種類的鍵盤、鍵板、或適合包括非致能鍵之輸入裝置。於此揭露的實施例提供特定應用至與平板電腦、筆記型電腦等結合,或用作平板電腦、筆記型電腦之一週邊裝置之鍵盤。尤其是,揭露於此的實施例係藉由提供具有較佳攜帶性之一相對薄的鍵盤而有利於攜帶式計算裝置,其對於一觸碰打字者來說亦為可操作的。然而,可理解的是,揭露的實施例亦可用於其他應用,包括電視機或相似裝置之遙控輸入裝置、遊戲系統控制器、行動電話、自動用戶輸入機制、家庭自動化(例如家具、牆壁上所嵌入之鍵盤)等。
揭露於此的技術和系統係於具有非致動鍵之一鍵盤中使用一壓電致動器作為一開關促動器的一部分。壓電致動器變形及改變形狀以回應電流,其造成一觸覺感受。雖然此 處係說明一壓電致動器,可對一電流產生一合適物理回應之任何其他種類的促動器可被使用以提供觸覺式反饋。各種天然和合成材料皆存在壓電效應。壓電致動器之合適材料包括,但非限定於,陶瓷材料、晶體材料等。
多個開關促動器係被定位於一配置中,其係大體上依據一鍵盤之非致能鍵之一配置。在一些說明例中,每一開關促動器所產生之機械力對鍵盤的每一非致能鍵係為分離且局部的。觸覺式反饋係可於按壓一單獨之非致能鍵之一使用者手指上造成一局部的、觸覺按鍵喀嚦感覺。
此處所說明的技術和系統可以多種方法被實施。範例實施例參照以下圖式提供於後。
範例開關促動器
圖1說明一範例開關促動器100之一分解透視圖,其係包括局部觸覺式反饋之一壓電致動器102。一壓電電極104係位於壓電致動器102之頂面,一薄膜電極106係位於一彈性薄膜108之一底面。壓電致動器102之底面係在一導電基面110之一頂面上,其係由銅或者任何其他合適的導電材料所製成。薄膜電極106係連接至一高電壓信號源(HVP)。基面110係連接至信號接地(SG)。壓電電極104係連接至一高阻抗輸入偵測器(DT)。導電膠黏劑可用以將壓電致動器102連接至基面110。不過,任何能將壓電致動器102貼至基面110之合適方法係可利用,例如一閂或類似特徵,其係裝於壓電致動器102之一側以將其固定位置。
彈性薄膜108和基面110間之一定距片112係於沒 有碰觸壓力、或少於施加在薄膜電極106上方之彈性薄膜108上之碰觸壓力之一低限量(例如,少於一最大量)時,提供薄膜電極106和壓電電極104之間保持一至少一低限值距離或間隙(例如至少一最小距離)。薄膜電極106係位於壓電電極104上方。定距片112具有一孔以容許薄膜電極106接觸壓電電極104,以反應薄膜電極106之上的彈性薄膜108上的碰觸壓力。
在一些說明例中,定距片112係用以使彈性薄膜108與基面110絕緣。定距片112可以幫助避免一相關電路短路,亦可藉由將彈性薄膜108和基面110之間的區域空間填滿而提供開關促動器100結構。定距片112可為任何合適的電性絕緣材料,例如塑膠、如聚乙烯之高分子材料、玻璃等。
再者,圖1係顯示壓電致動器102為圓盤狀,不過任何合適的形狀皆可使用。舉例來說,壓電致電器102可為方形、矩形、或一些其他合適的形狀,且係具有可變的剖面厚度或非均勻的形狀。壓電致動器102亦可為多層的。
圖2A說明開關促動器100沿圖1的A-A線的局部剖面圖,包括用以彎曲以反應壓力之彈性薄膜108。在說明例中,定距片112係於沒有碰觸壓力施加在薄膜電極106上方之彈性薄膜108上之時,提供薄膜電極106和壓電電極104之間保持一至少一低限值距離或間隙202。例如,間隙202可為至少一足夠距離,其係避免薄膜電極106接觸壓電電極104、或與之建立一電性連接。低限值距離可為避免薄膜電極106接觸壓電電極104、或與之建立一電性連接所需之最小距 離。因此,在沒有壓力施加於彈性薄膜108上、或當少於施加於彈性薄膜108上之壓力之一低限量(例如少於一最大量)時,定距片112係確保間隙202夠大以避免薄膜電極106與壓電電極104之間之任何電性連接。
圖2B說明開關促動器沿圖1中之A-A線之一局部剖面圖,其係於碰觸壓力實施於彈性薄膜108上後,造成薄膜電極106接觸壓電電極104。在說明例中,手指204施加至少一低限量的壓力至薄膜電極106上方之彈性薄膜108上。低限量的壓力可為足夠造成薄膜電極106經由彎曲彈性薄膜108而接觸至壓電電極104之壓力之最小量。反應薄膜電極106接觸壓電電極104,壓電電極104上的電壓可以上升(例如,變成「高電壓」),因而藉由高阻抗輸入偵測器偵測被按壓的鍵。並且,反應薄膜電極106接觸壓電電極104,高電壓被施加於壓電致動器102上,造成壓電致動器102瞬間或近似瞬間變形。壓電致動器102之變形可產生觸覺式及觸覺反饋至手指204。
由於按壓鍵可與壓電致動器102的變形同時、或大致上同時被偵測到,自按壓鍵之偵測至觸覺反饋之產生很少、或者沒有延遲。因此,不需要用於選擇致動器和施加信號之控制線路。在一些說明例中,係增加突波吸收裝置至高阻抗輸入偵測器之輸入線,例如一變阻器或暫態電壓抑制器(TVS),為了防止損壞輸入偵測器(例如,在過高的電壓突波,例如由壓電物質之變形所造成之電壓突波、電湧等)。
範例計算裝置
圖3說明實施圖1之開關促動器100之一範例計算裝置。代表計算裝置300可包括一或多個鍵盤302。鍵盤302可包括一或多個開關促動器100。在一些說明例中,鍵盤302可為週邊、或結合於任何種類的計算裝置,其可使用以觸碰為基礎的打字輸入。舉例來說,鍵盤實體上連接至這樣一個計算裝置,經由例如電線、接腳、連結器等之電性連結件,或者鍵盤係可無線地連接至計算裝置,例如經由短波電信頻率(例如藍芽)、或另一合適的無線通訊協定。因此,圖3中所顯示的計算裝置300僅一計算裝置之一說明例,並不意欲於計算裝置之使用或功能性之範圍建議任何限制。計算裝置300亦不該被說明為具有關於描述於圖3中任何一元件或組合之任何依靠或需要。
在至少一配置中,計算裝置300包括一或多處理器304及電腦可讀取媒體306。計算裝置300可包括一或多個輸入裝置308,例如鍵盤302。輸入裝置308可包括任何揭露於此的實施例中的開關促動器,例如圖1中的開關促動器100、圖7中的開關促動器700、圖11中的開關促動器1100、或圖14中的開關促動器1400。除了鍵盤302,輸入裝置308亦可包括一滑鼠、一觸控筆、一聲音輸入裝置、一觸控輸入裝置等。
計算裝置300可包括通訊連接至處理器304及電腦可讀取媒體306之一或多個輸出裝置310,例如一顯示器、喇叭、印表機等。計算裝置300亦可包含允許計算裝置300例如經由一網路,與其他計算裝置314通訊之通訊連接312。
計算裝置300之電腦可讀取媒體306可儲存一作業系統316,並包括程式資料318。程式資料318可包括處理軟體,配置以處理輸入裝置308所接收之信號,例如鍵盤302上一按鍵事件之偵測。
在一些實施例中,處理器304係一微處理單元(MPU)、一中央處理單元(CPU)、或本領域已知之其他處理單元或元件。在其他功能上,處理器304可配置以讀取及執行儲存於電腦可讀取媒體306、或其他電腦可讀儲存媒體中之電腦可讀處理器可存取的指令。通訊連接312允許裝置與其他計算裝置通訊,例如經由一網路。這些網路可以包括有線網路和無線網路。
一或多個處理器304可包括一中央處理單元(CPU)、一圖形處理單元(GPU)、一微處理器、一數位信號處理器等。電腦可讀取媒體306可配置以儲存一或多個軟體及/或韌體模組,其可執行於一或多個處理器304上以實現各種功能。名詞「模組」欲描述說明目的之軟體之範例部分,並不意欲描述任何種類的要求或所需方法、手段或組織。因此,當說明各種「模組」,他們的功能性及/或類似功能可以作不同的安排(例如,組合成一較少數目的模組,分成一較大數目的模組等)。
另外,或此外,於此所說明之功能性可被執行,至少部分地,藉由一或多個硬體邏輯元件。舉例來說,但不限於此,可使用之硬體邏輯元件之說明類型包括現場可編程邏輯閘陣列(FPGA)、特殊應用積體電路(ASIC)、特殊應用標準 產品(ASSP)、系統單晶片(SOC)、複式可程式化邏輯裝置(CPLD)等。
電腦可讀取媒體306包括,包含於一裝置、及/或一裝置之部分或外接至一裝置之硬體元件中之媒體之有形、及/或實體形式,包括但非限定於隨機存取記憶體(RAM)、靜態隨機存取記憶體(SRAM)、動態隨機存取記憶體(DRAM)、唯讀記憶體(ROM)、抹除式可複寫唯讀記憶體(EPROM)、電子抹除式可複寫唯讀記憶體(EEPROM)、相變化記憶體(PRAM)、快閃記憶體、唯讀記憶光碟(CD-ROM)、數位光碟(DVD)、光卡或其他光儲存媒體、磁卡、磁帶、磁碟儲存器、磁卡或其他磁儲存裝置或媒體、固態記憶裝置、儲存陣列、網路附加儲存、儲存區域網路、主電腦儲存或任何其他儲存記憶體、儲存裝置、及/或可用以儲存和維護由一計算裝置存取之資訊之儲存媒體。
雖然電腦可讀取媒體306描述於圖3中為一單個單元,電腦可讀取媒體306(以及於此所說明的所有其他記憶體)可包括電腦儲存媒體、或電腦儲存媒體與其他電腦可讀取媒體之組合。電腦可讀取媒體306可包括電腦儲存媒體及/或通訊媒體。電腦儲存媒體包括為儲存例如電腦可讀取指令、資料結構、程式模組或其他資料等之資訊而實施於任何方法或技術之揮發性及非揮發性、可移動及不可移動媒體。電腦儲存媒體包括,但非限定,相變化記憶體(PRAM)、靜態隨機存取記憶體(SRAM)、動態隨機存取記憶體(DRAM)、任何種類的隨機存取記憶體(RAM)、唯讀記憶體(ROM)、電子抹除式可 複寫唯讀記憶體(EEPROM)、快閃記憶體及其他記憶技術、唯讀記憶光碟(CD-ROM)、數位光碟(DVD)或其他光儲存、磁卡、磁帶、磁碟儲存器或其他磁儲存裝置、或任何其他可用以儲存由一計算裝置存取之資訊之非傳輸媒介。
相反的,通訊媒體可補充電腦可讀取指令、資料結構、程式模組、或在例如一載波或其他傳輸機制之一調制資料訊號中之其他資料。如本文中所定義,電腦儲存媒體不包括通信媒體。
一鍵盤之範例輸入偵測
圖4說明一鍵盤302之開關促動器之輸入偵測之一方塊圖。在說明例中,鍵盤302包括多個開關促動器402(1)、402(2)、402(3)、…、402(N)。每一開關促動器402代表圖1的開關促動器100之一範例實施。舉例來說,開關促動器402(N)可具有一相對應的薄膜電極404,如說明,並且可連接至一高電壓信號源406。與薄膜電極404相對之各個壓電電極408可連接至一相對應的壓電致動器412,其係連接至一基面414,例如圖1的基面110。基面414係連接至一信號接地416。一或多個壓電電極408亦可經由至輸入偵測器410之各輸入線418連接至一高阻抗輸入偵測器410。於向輸入偵測器410之一或多輸入線418增加一突波吸收裝置420(例如變阻器或暫態電壓抑制器)可改善突波保護。在說明例中,每一開關促動器402(1)、402(2)、402(3)、…、402(N)可包括一相對應的薄膜電極404、壓電電極408、壓電致動器412、輸入線418、以及突波吸收裝置420在如說明於上開關促動器402(N)之一 排列中。
圖5說明一鍵盤302之開關促動器之輸入偵測之一方塊圖。在說明例中,鍵盤302包括多個開關促動器502(1)、502(2)、502(3)、…、502(N)。每一開關促動器502代表圖1的開關促動器100之一範例實施。舉例來說,開關促動器502(N)可具有一相對應的薄膜電極504,如說明,並且可連接至一高電壓信號源506。與薄膜電極504相對之各個壓電電極508可連接至一相對應的壓電致動器510。每一壓電致動器510係連接至一相對應的基面512。各個基面512係藉由一相對應的輸入線524連接至一相對應的高阻抗輸入偵測器514。每一基面512亦可經由一相對應的電阻518連接至一共同基面516。因此,每一開關促動器之基面可分別連接至共同基面516。共同基面516係連接至一信號接地520。當高電壓信號源506施加於壓電電極508時,電阻器518的值可選擇以確保輸入偵測器514之一邏輯「高」準位。因為可減少輸入偵測器514之輸入阻抗,且壓電電極508不需佈線,說明例可允許更有效及廉價的製造。於向輸入偵測器514之每一輸入線524增加一突波吸收裝置522(例如變阻器或暫態電壓抑制器)可改善突波保護。在說明例中,每一開關促動器502(1)、502(2)、502(3)、…、502(N)可包括一相對應的薄膜電極504、壓電電極508、壓電致動器510、基面512、電阻器518、突波吸收裝置522、以及輸入線524,在如說明於上開關促動器502(N)之一排列中。
開關促動器之範例時間序列
圖6說明各種開關促動器之時間序列。一電壓信號602顯示在不同時間點上,圖1之壓電電極104上之電壓信號。在說明例中,高電壓信號源(HVP)之電壓係經常設定至「vH」,其可為合適用作一高電壓信號準位之任何電壓準位。當一鍵未被按壓(例如,沒有碰觸壓力施加於壓電電極104上方之彈性薄膜108上),壓電電極上的電壓可為0或近似0。當碰觸壓力之至少一低限值被施加於壓電電極104上方之彈性薄膜108上,其係足夠造成薄膜電極106接觸壓電電極104(例如,一鍵被按壓),薄膜電極106接觸壓電電極104,係造成電壓信號602於tAT 604之上升安定時間中(上升安定時間表示為「tAT」)快速到達「vH」之一值。tAT 604之值係依據壓電致動器102之電容。由於壓電致動器102之低電容和高電阻,以及高電壓信號源(HVP)之低阻抗,tAT 604之值係相對較短。
瞬間或近似瞬間電壓改變係造成壓電致動器102之一快速變形,產生一「按鍵喀嚦」觸覺反饋至手指204。當鍵被釋放(例如碰觸壓力自壓電電極104上方之彈性薄膜108上消除)時,薄膜電極106係與壓電電極104分離,所以高電壓信號不再施加於壓電致動器102上。在說明例中,因為壓電致動器102與輸入偵測器的阻抗相對高,下降安定時間tDK 606(下降安定時間表示為「tDK」)較tAT 604為長。既然tDK 606係較長或基本上長於tAT 604,釋放一鍵而沒有清晰的「按鍵喀嚦」感係可於此觀察。
在另一說明例中,一電壓信號610顯示各個時間點 圖1之壓電電極104上之電壓信號。高電壓信號源之電壓信號608可包含壓電致動器102之一特徵頻率「f0」,其可產生壓電致動器102之一相對大的變形。舉例來說,高電壓信號源之電壓信號608主要可以提供一電壓值「vH」之一高電壓直流信號,電壓信號608係在每一「1/f0」週期有一短下降。當鍵被按壓(例如,碰觸壓力之至少一最小低限值係施加於壓電電極104上方之彈性薄膜108上),薄膜電極106係接觸壓電電極104,其係造成壓電電極102上之電壓信號610以具有tAT 612之一相對短的安定時間。在tAT 612之上升安定時間中,「f0」部分係顯露並增強壓電致動器102之變形,其可造成相對大的接觸與觸覺式反饋。在tAT 612之上升安定時間後,電壓信號610到達一值「vH」,其係高電壓信號源之電壓,以及電壓信號610的一部分,其係由於電壓信號608之「f0」部分係消失、消除或減少至一較小或可忽略量。在一些例子中,這一點,由於壓電致動器102之高阻抗以及高電壓信號源之低阻抗(且亦由於電壓信號610之每一下降之短期間),沒有觸覺反饋被提供或觀察。在其他例子中,一減少的觸覺反饋係由於壓電致動器102之高阻抗、高電壓信號源之低阻抗、以及電壓信號610之每一下降之短期間而提供。測量電容614、測量電容614之交流元件616(改變電流元件)、測量電壓618以及測量電壓618之交流元件620將參考圖11至15詳細說明於後。
範例開關促動器
圖7說明一範例開關促動器700之一分解透視圖, 其係包括局部觸覺式反饋之一壓電致動器702。在說明例中,一開關促動器,類似或相同於圖1之開關促動器,係置於一現有的或常見的鍵盤之基膜704下方。薄膜電極706,位於彈性薄膜708下方,係與一鍵盤之一相對應的鍵頂710對齊,例如鍵盤302(例如,與「A」鍵或「enter」鍵對齊)。在說明例中,鍵頂706係為一種力敏電阻。然而,可使用任何其他合適類型以切換為基礎的機制,例如一膜、圓頂開關、或電容性開關。在說明例中,薄膜電極706可連接至一高電壓信號源(HVP),一基面712係連接至高電壓信號源的地。一壓電電極714係對齊薄膜電極706,並位於壓電致動器702之一頂面。鍵頂706亦具有連接鍵盤302之原編碼器之電極(至Rn及Cm,其係至編碼器之輸入)。一範例編碼器係關於圖9和10詳細說明於後。此外,一定距片716係位於彈性薄膜708和基面712之間,與圖1之開關促動器100之定距片112類似。
圖8A說明開關促動器700沿圖7中之A-A線之一部分側剖面圖,包括基膜704、以及用以彎曲以反應碰觸壓力之彈性薄膜708。在說明例中,薄膜電極706對齊鍵盤302之鍵頂710。定距片716維持一間隙802,類似於圖1之定距片112。
圖8B說明開關促動器700沿圖7中之A-A線之一部分側剖面圖,其係於碰觸壓力實施於鍵頂704上之後,造成薄膜電極接觸上側壓電電極。在說明例中,碰觸壓力之至少一低限量係由手指204施加於鍵頂710,其係造成薄膜電極 706接觸壓電電極714。因此,基膜704和彈性薄膜708皆係彎曲以容許電極接觸,其係造成壓電致動器702產生一「按鍵喀嚦」觸覺反饋至手指204。鍵盤302之一原編碼器仍係進行鍵按壓檢測工作,因此在原鍵盤側與壓電致動器702側之間不需要電性連接。在一些說明例中,電源和接地係可自兩側的電路組合。而且,為簡化製造,基膜704和彈性薄膜708可結合為一製造與組裝過程的一部分。
範例鍵盤編碼器
圖9係說明一鍵盤編碼器902與一鍵盤之開關促動器之一方塊圖,例如圖3之鍵盤302。編碼器902係一編碼器之一範例,可使用合適於開關促動器使用之任何其他的編碼器。在說明例中,一開關促動器904具有一電極或其他電性連接,其編碼器902偵測,以於至少一最小限量的壓力被施加於開關促動器904之一鍵頂時,造成一線路在編碼器902之一行R1信號輸入906與一列C1信號輸入908之間關閉。開關促動器係為任何合適鍵盤編碼器902使用之開關,包括於此所說明之實施例,例如圖1之開關促動器100、圖7之開關促動器700、圖11之開關促動器1100、或圖14之開關促動器1400。因此,多個開關促動器可使用並與鍵盤302結合,藉由結合每一開關促動器904與編碼器902,並將每一開關促動器904與一鍵盤或鍵板之一相對應之鍵頂對齊。
圖10A係說明一開關促動器700之輸入偵測之一方塊圖。在說明例中,多個開關促動器用於鍵盤,例如鍵盤302,每一開關係連接至一共同基面712。在範例中係顯示一範例開 關促動器700之壓電致動器702、壓電電極714與薄膜電極706。在一些說明例中,相同結構係用開關促動器100實施。
圖10B的壓電致動器1102、行電極1104、列電極1106、薄膜電極1112、壓電電極1114以及基面1116將更詳細說明於圖11至13B。圖10C的壓電致動器1402、薄膜電極1404、行電極1406、列電極1408、壓電電極1412、編碼器電極1414以及基面1416更多細節將討論於圖14至15B中。
範例開關促動器
圖11說明一範例開關促動器1100之一分解透視圖,其某些方面係與圖1之開關促動器100相似。在說明例中,開關促動器1100使用電容開關並包括一壓電致動器1102以定位觸覺式反饋。一行電極1104以及一列電極1106可被置於一上彈性薄膜1108與一下彈性薄膜1110之間。行電極1104與列電極1106係與其他電極絕緣。一薄膜電極1112係位於上彈性薄膜1108之下方,並且係於下方開口,以於碰觸壓力施加於薄膜電極1112上方之上彈性薄膜1108上時,允許接觸至一壓電電極1114。
在說明例中,薄膜電極1112係連接至一高電壓信號源(HVP),一基面1116係連接至高電壓信號源的接地(HVG)。行電極1104與列電極1106係連接至例如編碼器902之一編碼器之一相對應位置,以由一鍵盤檢測一鍵按壓。當至少一最小限量的碰觸壓力施加於薄膜電極1112上方之彈性薄膜1108上時(例如以足夠壓力按壓一鍵板或對應至一鍵之區域,以造成薄膜電極1112接觸壓電電極1114),上彈性薄膜 1108與下彈性薄膜1110彎曲,薄膜電極1112和壓電電極1114互相接觸。反應此接觸,壓電致動器1102產生一「按鍵喀嚦」觸覺反饋至手指204。此外,一定距片1118係位於彈性薄膜1110和基面1116之間,類似於圖1之定距片112。
在說明例中,圖12A說明開關促動器1100沿圖11中之A-A線之一部分側剖面圖,包括上彈性薄膜1108和用以彎曲以反應碰觸壓力之下彈性薄膜1110。定距片1118保持一間隙1202,與圖1中的定距片112類似。
圖12B說明開關促動器沿圖11中之A-A線之一部分側剖面圖,其係於碰觸壓力實施於上彈性薄膜1108和下彈性薄膜1110上之後,造成薄膜電極1112接觸壓電電極1114。
範例鍵按壓檢測
圖13A說明一開關促動器之電容性基座鍵按壓檢測之一方塊圖,例如圖11之開關促動器1100。當壓力係未施加於薄膜電極1112上方,例如在圖12A中,因為壓電電極1114係藉由間隙1202和下彈性薄膜1110的厚度而與行電極1104、列電極1106分離,行電極1104和列電極1106係經由壓電電極1114而各具有一弱電容連接1302。
圖13B說明電容性基座鍵按壓檢測之一方塊圖。當碰觸壓力之至少一最低限量施加於薄膜電極1112上方,例如圖12B(例如,當一鍵被按壓),因為間隙1202已不存在或為一最小長度,行電極1104和列電極1106係經由壓電電極1114而各具有一強電容連接1304。因此,一編碼器,例如編碼器902,係偵測電容上之改變並產生一鍵按壓動作(例如,偵測一 鍵按壓)。圖10B係說明一開關促動器1100之輸入偵測之一方塊圖,其係為一鍵板或鍵盤所使用,例如鍵盤302。
測量電容614,關於圖6所介紹,於上,提供開關促動器1100在按鍵和釋放期間,電容上之改變之一說明例。一基於特徵頻率(「f0」)之啟動信號係用於高電壓信號源,因此測量電容614係被信號干擾。薄膜電極1112和壓電電極1114係由高電壓信號源觸發,「f0」部分係供給行電極1104和列電極1106之間之測量電容614。當薄膜電極1112和壓電電極1114連接時,干擾變大。因此,測量電容614之「f0」成分亦可用於鍵按壓檢測。在一些例子中,因為一鍵按壓之電容改變係較因為特徵頻率「f0」之電容改變為慢,所以測量電容614的「f0」成分可藉由自測量電容614取出交流(或高頻)成份而簡單分離。圖6亦說明測量電容614的交流成份616。
開關促動器範例
圖14說明一範例開關促動器1400之一分解透視圖,其某些方面係與圖1之開關促動器100類似。開關促動器1400包括一壓電致動器1402以定位觸覺式反饋。薄膜電極1404、行電極1406和列電極1408係置於彈性薄膜1410之下。一壓電電極1412係位於壓電致動器1402之頂部以及薄膜電極1404下方,一環形編碼器電極1414係位於壓電致動器1402之頂部以及行電極1406與列電極1408下方。因此,壓電電極1412係與薄膜電極1404對齊,編碼器電極1414係與行電極1406和列電極1408對齊。在說明例中,薄膜電極 1404係連接至一高電壓信號源(HVP),一基面1416係連接至高電壓信號源的接地(HVG)。行電極1406和列電極1408係連接至例如編碼器902之一編碼器之一相對應之信號輸入,為了一鍵盤偵測一鍵按壓。此外,一定距片1418係位於彈性薄膜1410和基面1416之間,與圖1之定距片112類似。
圖15A說明開關促動器1400沿圖14中之A-A線之一部分側剖面圖,包括用以彎曲以反應碰觸壓力之一彈性薄膜1410。定距片1418保持一間隙1502,類似圖1之定距片112。圖15B說明在碰觸壓力實施於彈性薄膜1410上之後,開關促動器1400沿圖14中之A-A線之一部分側剖面圖。當碰觸壓力之至少一最低限量係施加於薄膜電極1404上方之彈性薄膜1410上(例如以足夠壓力按壓一鍵板或對應至一鍵之區域,以造成薄膜電極1404接觸壓電電極1412),彈性薄膜1410彎曲,薄膜電極1404和壓電電極1412互相接觸。反應此接觸,壓電致動器1402產生一「按鍵喀嚦」觸覺反饋至手指204。並且,反應施加於薄膜電極1404上方之彈性薄膜1410上之碰觸壓力之至少一最低限量,行電極1406和列電極1408係接觸編碼器電極1414。接觸係造成行電極1406和列電極1408經由編碼器電極1414互相接觸,其係造成一編碼器,例如編碼器902,偵測一鍵按壓動作(例如偵測一鍵按壓)。圖10C係說明一開關促動器1400之一方塊圖,其係用於一鍵板或鍵盤,例如鍵盤302。
測量電壓618,關於圖6所介紹,於上,提供開關促動器1400在按鍵和釋放期間,列電極1408之電壓上之改 變之一說明例。一基於特徵頻率(「f0」)之啟動信號係用於高電壓信號源,因此列電極1408之測量電壓618係被信號干擾。薄膜電極1404和壓電電極1412係由高電壓信號源觸發,「f0」部分係經由薄膜電極1404與列電極1408之間、薄膜電極1404與行電極1406之間、以及壓電電極1412與編碼器電極1414之間之雜散電容供給測量電壓618。當薄膜電極1404和壓電電極1412連接時,干擾變大。因此,測量電壓618之「f0」成分亦可用於鍵按壓檢測。在一些例子中,因為一鍵按壓之電壓改變係較因為特徵頻率「f0」之電壓改變為慢,所以測量電壓618的「f0」成分可藉由自測量電壓618取出交流(或高頻)成份而簡單分離。圖6亦說明測量電壓618的交流成份620。
範例鍵盤
圖16說明一範例鍵盤1600,包括於此揭露之實施例之一或多個開關促動器之範例。鍵盤1600係一鍵盤之一範例,其可與一電腦系統一起使用,例如圖3之鍵盤302。一使用者,例如一打字員,係將他/她的手指1602置於鍵盤1600上休息,例如當受過訓練的打字員無須注視打字的情況下,他/她的手指1602係位於熟悉之一歸屬位置。一鍵按壓事件係直到在一鍵頂部上之一壓力1604(1)-(N)達到或超過一最低限壓力,且被一鍵按壓感測機制所偵測到才被指示。關於偵測或指示在一給定鍵1604(1)-(N)上之一鍵按壓,一壓電致動器,例如圖1之壓電致動器102,可製造一觸碰或觸覺式的回應至鍵按壓事件。如上所述,參照前面的圖示,此回應係被 定位至被按壓之一特定鍵,如此其他在鍵盤1600上休息的手指1602不會感覺到一觸覺。即,只有按壓鍵1604的手指可感覺由力產生機制所造成之觸覺。圖6顯示在按壓指示一鍵按壓之鍵(例如「K」鍵)之後,使用者右手手指600之一感覺觸覺式反饋。應理解的是,使用者同時按壓多個鍵102(1)-(N)(例如SHIFT和「K」),或同時依序,其將造成按壓多個鍵的所有手指1602感覺各個觸覺式反饋。
方法範例
圖17係根據一些實作提供觸覺式反饋之一範例過程1700之一流程圖。由一開關促動器所執行之步驟,例如圖1之開關促動器100。在一些範例中,一或多個步驟係由例如鍵盤302之一鍵盤或鍵板之一或多個鍵所執行。在一些範例中,當一鍵被按壓時,提供一致動信號之元件係機械元件,因此不包括控制邏輯,例如邏輯裝置、及/或係偵測哪一鍵/按鍵開關被按壓以提供一致動信號至一相對應致動器之微控制器。
在步驟1702中,彈性薄膜108的表面接收壓力。舉例來說,手指204施加壓力至薄膜電極106上方的彈性薄膜108上。在1704,若壓力達到或超過一最低限量,則在1706,一第一電極接觸一第二電極。舉例來說,薄膜電極106接觸壓電電極104。在1704,若壓力未達到或超過最低限量,則過程回到1702。在1708,開關促動器100提供一輸入信號並藉由一壓電致動器產生觸覺式反饋。舉例來說,壓電致動器104變形,對手指204造成觸覺式或觸覺反饋。
於此所說明的環境和各個元件當然可包括許多其他的邏輯的、程式的、和實體元件,其中顯示於附圖中僅關於本文所說明之範例。
其他架構可用以實施說明的功能,並意欲包括於本揭露的範圍內。此外,雖然特定責任分配係為了說明之目的而定義於上,各種功能和責任係依情況以不同方式分配和劃分。
結論
最後,雖然各種實施例係以語言特定於結構特徵及/或方法動作說明,應理解的是,定義於附加表述之標的不需限定於所說明之特定特徵或行動。當然,特定特徵和行動係揭露為實施申請標的之範例形式。
100‧‧‧開關促動器
102‧‧‧壓電致電器
104‧‧‧壓電電極故障域
106‧‧‧薄膜電極
108‧‧‧彈性薄膜
110‧‧‧基面
112‧‧‧定距片

Claims (20)

  1. 一鍵盤,其係包括:一彈性薄膜下方之複數個鍵,每一鍵包括:該彈性薄膜下之一第一電極,該第一電極係連接至一高電壓信號源;該第一電極下之一第二電極,該第二電極係連接至一輸入偵測器;一定距片,係用以於有少於一第一低限量之碰觸壓力施加於該第一電極上方之該彈性薄膜之一頂面上時,維持該第一電極與該第二電極之間之至少一低限距離;該第二電極下方之一壓電致動器,該壓電致動器之一頂面連接至該第二電極,其中該壓電致動器係用以變形以反應該第一電極與該第二電極間之接觸;以及該壓電致動器下方之一基面,該基面連接至該壓電致動器之一底面以及一信號接地。
  2. 如請求項1所述之鍵盤,其中該彈性薄膜係用以使該第一電極接觸該第二電極,以反應施加於該第一電極上方之該彈性薄膜之該頂面上之至少一第二低限量之碰觸壓力。
  3. 如請求項1所述之鍵盤,其中該壓電致動器係用以提供觸覺式反饋,以反應該第一電極接觸該第二電極。
  4. 如請求項1所述之鍵盤,每一鍵更包括該彈性薄膜下方 之二附加電極。
  5. 如請求項1所述之鍵盤,其中至少一鍵包括二附加電極,其係用以提供一輸入偵測信號,以反應施加於該彈性薄膜上之一第二低限量之碰觸壓力。
  6. 一電子裝置,包括:一彈性薄膜;該彈性薄膜下之一第一電極,該第一電極係連接至一高電壓信號源;位於該第一電極下方之一第二電極,該第二電極係連接至一輸入偵測器;該第二電極下方之一壓電致動器,該壓電致動器之一頂面連接至該第二電極;以及該壓電致動器下方之一基面,該基面連接至該壓電致動器之一底面以及一信號接地。
  7. 如請求項6所述之電子裝置,其中該彈性薄膜係用以使該第一電極接觸該第二電極,以反應施加於該彈性薄膜上之至少一低限量之碰觸壓力。
  8. 如請求項6所述之電子裝置,其中該壓電致動器係用以變形,以反應該第一電極接觸該第二電極。
  9. 如請求項6所述之電子裝置,其中該壓電致動器係用以提供觸覺反饋,以反應施加於該彈性薄膜上之至少一低限量之碰觸壓力。
  10. 如請求項6所述之電子裝置,其中一基板係位於該彈性薄膜和該基面之間。
  11. 如請求項6所述之電子裝置,更包括該彈性薄膜下方之二附加電極,每一附加電極係用以提供一輸入偵測信號,以反應施加於該彈性薄膜上之一低限量之碰觸壓力。
  12. 如請求項6所述之電子裝置,更包括該彈性薄膜下方之二附加電極,每一附加電極,其中該二附加電極係與該第一電極和該第二電極絕緣。
  13. 如請求項6所述之電子裝置,其中,當有少於一低限量之碰觸壓力施加於該彈性薄膜上時,該第二電極係位於該第一電極下方之至少一低限距離。
  14. 製造一開關促動器之一方法,該開關促動器係用以:於一彈性薄膜之一頂面上接收一低限量之壓力;為反應接收該低限量之壓力,將一第一電極與一第二電極接觸;以及為反應該第一電極接觸該第二電極,藉由一壓電致動 器,產生觸覺式反饋,並藉由一電壓信號源提供一輸入偵測信號。
  15. 如請求項14所述之方法,其中該壓電致動器變形,以反應自該電壓信號源施加於該壓電致動器上之一電壓。
  16. 如請求項14所述之方法,其中該第一電極係連接至一高電壓信號源,該第二電極係連接至一輸入偵測器,以及該壓電致動器係連接至一信號接地。
  17. 如請求項14所述之方法,其中一定距片在沒有施加於該第一電極上方之該彈性薄膜之該頂面上之碰觸壓力下,維持該第一電極與該第二電極之間之至少一低限距離。
  18. 如請求項14所述之方法,其中提供該輸入偵測信號包括,由每一附加電極提供該輸入信號。
  19. 如請求項14所述之方法,其中提供該輸入偵測信號包括,由每一附加電極提供該輸入信號,該二附加電極皆與該第一電極和該第二電極絕緣。
  20. 如請求項14所述之方法,其中提供該輸入偵測信號包括,由二附加電極提供一電容式輸入偵測信號。
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