TWI578359B - 按鍵、鍵盤及其力反饋方法 - Google Patents

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Description

按鍵、鍵盤及其力反饋方法
本發明係提供一種按鍵及其鍵盤，尤指一種具有力反饋的按鍵、鍵盤及其提供使用者感受力反饋之方法。
隨著鍵盤薄型化的趨勢，鍵盤高度顯著縮小，傳統具有較大按壓行程之機械式按鍵結構已難以適用，故目前薄型鍵盤多採用小行程的按鍵或觸碰式按鍵之設計。然而，無論是小行程的按鍵或是觸碰式按鍵，使用者均難以感受到按壓回饋，導致於實際使用時使用者時有無法確認按壓操作是否完成的情況，造成不少操作上的困擾。另外，目前亦有另以震動器產生震動以提供使用者按壓回饋之鍵盤，但此設計多為於原本按鍵結構之外，再加上震動器，如此設計將增加鍵盤厚度，與鍵盤薄型化的趨勢背道而馳。
本發明係提供一種具有力反饋的按鍵與鍵盤、及其提供使用者感受力反饋之方法，以解決上述之問題。
本發明之申請專利範圍係揭露一種應用在一按鍵操作以提供一使用者感受力回饋方法，其包含步驟：(a)當該按鍵被按壓時，觸發一振動源輸出一按壓振動至該按鍵，該按壓振動的維持時間小於或等於一預設時段，該按壓振動讓該使用者感受到該按鍵的振動。力回饋方法另包含步驟：(b)當該預設時段屆滿時，偵測該按鍵狀態。當該按鍵是處於已釋放狀態，回到步驟 (a)；當該按鍵仍是處於按壓中狀態，執行步驟(c)。力回饋方法另包含步驟：(c)當該按鍵被釋放時，該振動源輸出一釋放振動至該按鍵，該釋放振動讓該使用者感受到該按鍵的振動，並回到步驟(a)。
本發明之申請專利範圍另揭露一種具有力回饋功能之按鍵，其包含一振動源、一開關電路以及一控制器。該振動源連接該按鍵。該開關電路可因應該按鍵被按壓與否而選擇性導通。該控制器電連接該開關電路與該振動源。當該開關電路導通時，觸發該控制器輸出一第一驅動訊號給該振動源，該第一驅動訊號使得該振動源輸出一按壓振動給該按鍵。該第一驅動訊號的維持時間小於或等於一預設時段，該按壓振動讓該使用者感受到該按鍵的振動。當該預設時段屆滿，且該開關電路已經中斷時，則該控制器不會因應該開關電路之由導通轉換為中斷的變化而輸出任何驅動訊號給該振動源。當該預設時段屆滿，且該開關電路仍是導通時，則該控制器繼續監視該開關電路是否中斷；且當該開關電路稍後被中斷時，該控制器輸出一第二驅動訊號給該振動源，該第二驅動訊號使得該振動源輸出一釋放振動給該按鍵，該釋放振動讓該使用者感受到該按鍵的振動。
本發明之申請專利範圍另揭露一種應用在一按鍵操作以提供一使用者感受力回饋方法，其包含步驟：(a)當該按鍵被按壓時，一振動源輸出一按壓振動至該按鍵，並觸發一計時器開始計算一連續按壓時間。該按壓振動讓該使用者感受到該按鍵的振動。力回饋方法另包含步驟：(b)當該按鍵被釋放時，觸發該計時器停止計算該連續按壓時間。當該連續按壓時間小於一預設時段，回到步驟(a)；當該連續按壓時間大於或等於該預設時段，執行步驟(c)。力回饋方法另包含步驟：(c)該振動源輸出一釋放振動至該按鍵，該釋放振動讓該使用者感受到該按鍵的振動，並回到步驟(a)。
本發明之申請專利範圍另揭露一種具有力回饋功能之按鍵，其包含一振動源、一開關電路、一控制器以及一計時器。該振動源連接該按鍵。該開關電路可因應該按鍵被按壓與否而選擇性導通。該控制器電連接該開關電路與該振動源。該計時器電連接該控制器。當該開關電路由中斷轉換為導通時，觸發該控制器輸出一第一驅動訊號給該振動源，並觸發該計時器開始計算一連續按壓時間。該第一驅動訊號使得該振動源輸出一按壓振動給該按鍵，該按壓振動讓該使用者感受到該按鍵的振動。當該開關電路由導通轉換為中斷時，觸發該計時器停止計算該連續按壓時間。另外，當該連續按壓時間小於一預設時段，則該控制器不會因應該開關電路”由導通轉換為中斷”變化而輸出任何驅動訊號給該振動源。當該連續按壓時間大於或等於該預設時段，則該控制器輸出一第二驅動訊號給該振動源，該第二驅動訊號使得該振動源輸出一釋放振動給該按鍵，該釋放振動讓該使用者感受到該按鍵的振動。
本發明之具有力回饋功能的按鍵、鍵盤及其實現力回饋之方法係利用開關電路感測按鍵是否被按壓。在按鍵剛被下壓時，控制器可傳送按壓振動給按鍵，讓使用者實際感受到按鍵的反饋力量；按鍵被釋放時，控制器可根據按壓振動的維持時間或第一驅動訊號的維持時間，來判斷是否要輸出釋放振動給按鍵。若使用者點擊按鍵的速度較快，按鍵僅需提供按壓振動的反饋給使用者；若使用者點擊按鍵的速度慢，按鍵便可在按壓及釋放過程分別提供按壓振動和釋放振動，讓使用者感受到兩段式的振動力量，提供類似真實機械式鍵盤的敲打動作的感知力回饋。
10‧‧‧鍵盤
12‧‧‧按鍵
121‧‧‧底座
122‧‧‧鍵帽
14‧‧‧振動源
16‧‧‧開關電路
161‧‧‧感測器
162‧‧‧壓電蜂鳴片
18‧‧‧控制器
20‧‧‧計時器
300、302、304、306、308、310‧‧‧步驟
600、602、604、606、608、610、612‧‧‧步驟
第1圖為本發明實施例之鍵盤之示意圖。
第2圖為本發明實施例之按鍵之功能方塊圖。
第3圖為本發明第一實施例之應用在按鍵以提供力回饋之方法流程圖。
第4圖為本發明實施例之按鍵之結構示意圖。
第5圖為本發明另一實施例之按鍵之功能方塊圖。
第6圖為本發明第二實施例之應用在按鍵以提供力回饋之方法流程圖。
請參閱第1圖，第1圖為本發明實施例之一鍵盤10之示意圖。鍵盤10包含有複數個按鍵12，每一按鍵12代表不同的字元。各按鍵12被持續按壓時，連續按壓時間每增加N個時間單位(例如：秒)，按鍵12會輸出相應的字元訊號一次。請參閱第2圖，第2圖為本發明實施例之按鍵12之功能方塊圖。按鍵12包含有一振動源14、一開關電路16以及一控制器18。每一個按鍵12可具有專屬的振動源14，意即按鍵12之數量對應於振動源14之數量；或者鍵盤10可以僅包含一個振動源14，並同時連接到複數個按鍵12以分別提供多組振動訊號。控制器18電連接於開關電路16與振動源14，用來接收開關電路16之指令以驅動振動源14。開關電路16具有導通模式和不導通模式。根據複數個按鍵12的其中一些按鍵12被按壓與否，開關電路16可以選擇性導通或不導通。導通的開關電路可觸發控制器18啟動振動源14，此時使用者按壓在按鍵12的手指便可感受到來自振動源14的振動波，以獲得較佳的操作手感。
請參閱第3圖，第3圖為本發明第一實施例之應用在按鍵12以提供力回饋之方法流程圖。第3圖所示的力回饋方法可應用在第1圖所示的鍵盤10及其按鍵12。請參閱第4圖，第4圖為本發明實施例之按鍵12之結構示意圖。開關電路16可以是感測器161與壓電蜂鳴片162之組合，感測器161設置在按鍵12之底座121，壓電蜂鳴片162設置在按鍵12之鍵帽122下方。使用者按壓按鍵12時，壓電蜂鳴片162會隨著按鍵12的下壓而彎曲變 形，進一步碰觸到感測器161造成開關電路16之導通，如第4圖之虛線狀態所示。使用者移除施加在按鍵12的外力後，壓電蜂鳴片162隨著按鍵12恢復為初始狀態，壓電蜂鳴片162分離於感測器161，使得開關電路16被切換回不導通(中斷)模式。其中，開關電路16之組成元件可不限於前述實施例所述，端視實際需求而定。
請參閱第3圖，首先，執行步驟300，啟動鍵盤的力回饋功能。接著執行步驟302，控制器18依據各按鍵12下方的開關電路16是否導通，來判斷對應的按鍵12是否被按壓。當控制器18判斷按鍵12沒有被按壓，控制器18將維持在偵測模式以持續偵測按鍵12是否被按壓。另一方面，當某按鍵12下方的開關電路16由中斷狀態切換成導通狀態時，控制器18判斷對應的按鍵12被按壓，然後執行步驟304，控制器18輸出一第一驅動訊號給振動源14。第一驅動訊號可使振動源14輸出一按壓振動給相應的按鍵12，而第一驅動訊號的維持時間可小於或等於一預設時段。透過按鍵12，使用者在該預設時段內可感受到因應該第一驅動訊號所衍生的按壓振動。預設時段屆滿後，控制器18不再輸出第一驅動訊號啟動振動源14，故按壓振動停止；接著，執行步驟306，此時控制器18偵測按鍵12的按壓狀態，以根據使用者的操作情形決定是否要啟動第二階段的振動反饋。
於步驟306，當控制器18偵測到按鍵12是處於已釋放狀態時，開關電路16已經中斷，表示使用者點擊按鍵12的時程小於預設時段，在按壓振動尚未停止或剛停止的極短時間內便鬆開施加在按鍵12的外力，故控制器18不會輸出任何驅動訊號給振動源14，按鍵12不啟動第二階段的振動反饋(釋放按鍵12過程的反饋)；且接著回復到步驟302，偵測按鍵12的下一次操作狀態。
反之於步驟306，當控制器18偵測到按鍵12仍是處於按壓中狀態(開關電路16為導通)時，則執行步驟308以繼續偵測開關電路16是否中斷，以判斷按鍵12是否被放開。當控制器18偵測到按鍵12沒有被放開，表示使用者尚未移除施加在按鍵12的外力，此時控制器18繼續維持在偵測按鍵12的模式，且按鍵12可持續輸出相應的字元訊號。當控制器18偵測到開關電路16稍後被中斷，代表使用者手指雖然可能仍在對應的按鍵12上，但使用者已經開始釋放對應的按鍵12，則執行步驟310，控制器18將輸出一第二驅動訊號給振動源14，第二驅動訊號會使得振動源14輸出一釋放振動給相應的按鍵12，讓使用者在手指離開按鍵12的瞬間能感受到釋放振動反饋。控制器18輸出第二驅動訊號後，可再回復到步驟302，以進行下一階段的按鍵12的操作判斷。
請參閱第5圖，第5圖為本發明另一實施例之按鍵12之功能方塊圖。此實施例中，與前述實施力具有相同編號之元件具有相同的結構與功能，於此不再重複敘明。本實施例與前述實施例之差異在於，本實施例之按鍵12另可包含一計時器20，電連接於控制器18。計時器20係用來計算一連續按壓時間，且控制器18可比較連續按壓時間和預設時段的大小。當連續按壓時間小於預設時段，表示使用者點擊按鍵12的速度較快，控制器18不需因應開關電路16〝由導通轉換為中斷〞變化輸出任何驅動訊號給振動源14，因此按鍵12只提供按壓振動的反饋。當連續按壓時間大於或等於預設時段，使用者點擊按鍵12的時程較長，故在感測到開關電路16〝由導通轉換為中斷〞變化時，控制器18可驅動振動源14，使得按鍵12可在按壓及釋放過程中分別提供按壓振動及釋放振動的反饋。
請參閱第6圖，第6圖為本發明第二實施例之應用在按鍵12以提供力回饋之方法流程圖。第6圖所示的力回饋方法可應用在第5圖所示的按 鍵12。首先，執行步驟600，啟動按鍵12的力回饋功能。接著執行步驟602，控制器18利用開關電路16來判斷按鍵12是否被按壓。當開關電路16在中斷模式時，按鍵12沒有被按壓，控制器18維持在偵測開關電路16的導通/中斷模式的狀態。當開關電路16由中斷模式轉換為導通模式，表示按鍵12被按壓，則執行步驟604，控制器18輸出第一驅動訊號給振動源14，並觸發計時器20計算連續按壓時間。第一驅動訊號使得振動源14輸出按壓振動給按鍵12，讓使用者可感受到按鍵12的振動回饋。
接著，執行步驟606，控制器18利用開關電路16判斷按鍵12是否被放開。若開關電路16維持在導通模式，表示按鍵12沒有被放開，此時控制器18仍維持在偵測按鍵12是否被放開的狀態。當開關電路16由導通模式轉換為中斷模式，可判斷按鍵12已被放開，則執行步驟608，控制器18觸發計時器20停止計算連續按壓時間。接著，執行步驟610，比較連續按壓時間和預設時段。當連續按壓時間小於預設時段，使用者點擊按鍵12的速度較快，回復到步驟602，按鍵12不產生釋放振動的反饋，控制器18繼續判斷按鍵12是否被按壓。當連續按壓時間大於或等於預設時段，執行步驟612，控制器18輸出第二驅動訊號給振動源14，使得振動源14輸出釋放振動給按鍵12，讓使用者感受到按鍵的振動反饋。接著可再回復到步驟602，進行下一階段的按鍵12的操作判斷。
特別一提的是，按壓振動或該釋放振動的執行時間可實質介於10毫秒至200毫秒之間，且介於25毫秒至35毫秒是較佳的選擇。按壓振動與釋放振動可分別是弦波、方波或其它任意波型。任意波型的定義是指一個非週期波與另一個頻率低於500Hz的週期波，經由相乘、相加或相剪等耦合方法所得到的波型。凡可施加在按鍵以提供使用者反饋力量的振動波皆可應用在本發明所述的按壓振動及釋放振動上，並不侷限於前述列舉的幾種實施態 樣。
綜上所述，本發明之具有力回饋功能的按鍵、鍵盤及其實現力回饋之方法係利用開關電路感測按鍵是否被按壓。在按鍵剛被下壓時，控制器可傳送按壓振動給按鍵，讓使用者實際感受到按鍵的反饋力量；按鍵被釋放時，控制器可根據按壓振動的維持時間或第一驅動訊號的維持時間，來判斷是否要輸出釋放振動給按鍵。若使用者點擊按鍵的速度較快，按鍵僅需提供按壓振動的反饋給使用者；若使用者點擊按鍵的速度慢，按鍵便可在按壓及釋放過程分別提供按壓振動和釋放振動，讓使用者感受到兩段式的振動力量，提供類似真實機械式鍵盤的敲打動作的感知力回饋。
300、302、304、306、308、310‧‧‧步驟

Claims (23)

  1. 一種應用在一按鍵操作以提供一使用者感受力回饋方法，該按鍵包含一振動源與一鍵帽，且該鍵帽連接於該振動源，該力回饋方法包含步驟：(a)當該按鍵被按壓時，觸發該振動源輸出一按壓振動至該按鍵之該鍵帽，該按壓振動的維持時間小於或等於一預設時段，該按壓振動讓該使用者感受到該按鍵的振動；(b)當該預設時段屆滿時，偵測該按鍵狀態：(b1)當該按鍵是處於已釋放狀態，回到步驟(a)；(b2)當該按鍵仍是處於按壓中狀態，執行步驟(c)；以及(c)當該按鍵被釋放時，該振動源輸出一釋放振動至該按鍵之該鍵帽，該釋放振動讓該使用者感受到該按鍵的振動，並回到步驟(a)。
  2. 如請求項1所述之力回饋方法，其中該按鍵包含一開關電路，該力回饋方法利用該開關電路是否導通來判斷該按鍵之狀態。
  3. 如請求項2所述之力回饋方法，其中該按鍵在該開關電路導通時為該按壓中狀態，且在該開關電路中斷時為該已釋放狀態。
  4. 如請求項2所述之力回饋方法，其中該按鍵另包含一控制器，該控制器連接該開關電路與該振動源，該力回饋方法在該開關電路由中斷狀態切換成導通狀態時，利用該控制器即時驅動該振動源輸出該按壓振動。
  5. 如請求項1所述之力回饋方法，其中當該按鍵被持續按壓時，則一連續按壓時間每增加N個時間單位，該按鍵輸出相應字元訊號一次。
  6. 如請求項1所述之力回饋方法，其中該振動源輸出該按壓振動或該釋放振動的執行時間實質介於10毫秒至200毫秒之間。
  7. 如請求項1所述之力回饋方法，其中該按壓振動與該釋放振動分別為一弦波、一方波或其他任意波型，其中任意波型是指一非週期波與頻率低於500Hz的週期波經相乘、相加或相剪等耦合方法所得到的波型。
  8. 一種具有力回饋功能之按鍵，其包含：一振動源，連接該按鍵之一鍵帽；一開關電路，可因應該按鍵被按壓與否而選擇性導通；以及一控制器，電連接該開關電路與該振動源，當該開關電路導通時，觸發該控制器輸出一第一驅動訊號給該振動源，該第一驅動訊號使得該振動源輸出一按壓振動給該按鍵之該鍵帽，該第一驅動訊號的維持時間小於或等於一預設時段，該按壓振動讓該使用者感受到該按鍵的振動；當該預設時段屆滿，且該開關電路已經中斷時，則該控制器不會因應該開關電路之由導通轉換為中斷的變化而輸出任何驅動訊號給該振動源；當該預設時段屆滿，且該開關電路仍是導通時，則該控制器繼續監視該開關電路是否中斷；且當該開關電路稍後被中斷時，該控制器輸出一第二驅動訊號給該振動源，該第二驅動訊號使得該振動源輸出一釋放振動給該按鍵之該鍵帽，該釋放振動讓該使用者感受到該按鍵的振動。
  9. 如請求項8所述之按鍵，其中當該按鍵被持續按壓時，則一連續按壓時間每增加N個時間單位，按鍵輸出相應字元訊號一次。
  10. 如請求項8所述之按鍵，其中該振動源輸出該按壓振動或該釋放振動的執行時間實質介於10毫秒至200毫秒之間。
  11. 如請求項8所述之按鍵，其中該控制器驅動該振動源輸出一弦波或一方波或其他任意波型，其中任意波型是指一非週期波與頻率低於500Hz的週期波經相乘、相加或相剪等耦合方法所得到的波型。
  12. 一種具有力回饋功能之鍵盤，其包含：複數個按鍵；一振動源，連接該複數個按鍵之一鍵帽；一開關電路，可因應該複數個按鍵的其中一些按鍵被按壓與否而選擇性導通；以及一控制器，電連接該開關電路與該振動源，當該開關電路導通時，觸發該控制器輸出一第一驅動訊號給該振動源，該第一驅動訊號使得該振動源輸出一按壓振動給該些按鍵之該鍵帽，該第一驅動訊號的維持時間小於或等於一預設時段，該按壓振動讓該使用者感受到該些按鍵的振動；當該預設時段屆滿，且該開關電路已經中斷時，則該控制器不會因應該開關電路之由導通轉換為中斷的變化而輸出任何驅動訊號給該振動源；當該預設時段屆滿，且該開關電路仍是導通時，則該控制器繼續監視該開關電路是否中斷；且當該開關電路稍後被中斷時，該控制器輸出一第二驅動訊號給該振動源，該第二驅動訊號使得該振動源輸出一釋放振動給該些按鍵之該鍵帽，該釋放振動讓該使用者感受到該些按鍵的振動。
  13. 一種應用在一按鍵操作以提供一使用者感受力回饋方法，該按鍵包含一振動源與一鍵帽，且該鍵帽連接於該振動源，該力回饋方法包含步驟：(a)當該按鍵被按壓時，該振動源輸出一按壓振動至該按鍵之該鍵帽，並 觸發一計時器開始計算一連續按壓時間，該按壓振動讓該使用者感受到該按鍵的振動；(b)當該按鍵被釋放時，觸發該計時器停止計算該連續按壓時間，(b1)當該連續按壓時間小於一預設時段，回到步驟(a)；(b2)當該連續按壓時間大於或等於該預設時段，執行步驟(c)；以及(c)該振動源輸出一釋放振動至該按鍵之該鍵帽，該釋放振動讓該使用者感受到該按鍵的振動，並回到步驟(a)。
  14. 如請求項13所述之力回饋方法，其中該按鍵包含一開關電路，該力回饋方法利用該開關電路是否導通來判斷該按鍵之狀態。
  15. 如請求項14所述之力回饋方法，其中該按鍵另包含一控制器，該控制器連接該開關電路、該振動源與該計時器，該力回饋方法在該開關電路由中斷狀態切換成導通狀態時判斷該按鍵被按壓，並利用該控制器即時驅動該振動源輸出該按壓振動。
  16. 如請求項13所述之力回饋方法，其中當該按鍵被持續按壓時，則該連續按壓時間每增加N個時間單位，該按鍵輸出相應字元訊號一次。
  17. 如請求項13所述之力回饋方法，其中該振動源輸出該按壓振動或該釋放振動的執行時間實質介於10毫秒至200毫秒之間。
  18. 如請求項13所述之力回饋方法，其中該按壓振動與該釋放振動分別為一弦波、一方波或其他任意波型，其中任意波型是指一非週期波與頻率低於500Hz的週期波經相乘、相加或相剪等耦合方法所得到的波型。
  19. 一種具有力回饋功能之按鍵，其包含： 一振動源，連接該按鍵之一鍵帽；一開關電路，可因應該按鍵被按壓與否而選擇性導通；一控制器，電連接該開關電路與該振動源；以及一計時器，電連接該控制器；其中當該開關電路由中斷轉換為導通時，觸發該控制器輸出一第一驅動訊號給該振動源，並觸發該計時器開始計算一連續按壓時間，該第一驅動訊號使得該振動源輸出一按壓振動給該按鍵之該鍵帽，該按壓振動讓該使用者感受到該按鍵的振動；其中當該開關電路由導通轉換為中斷時，觸發該計時器停止計算該連續按壓時間，且(1)當該連續按壓時間小於一預設時段，則該控制器不會因應該開關電路”由導通轉換為中斷”變化而輸出任何驅動訊號給該振動源；(2)當該連續按壓時間大於或等於該預設時段，則該控制器輸出一第二驅動訊號給該振動源，該第二驅動訊號使得該振動源輸出一釋放振動給該按鍵之該鍵帽，該釋放振動讓該使用者感受到該按鍵的振動。
  20. 如請求項19所述之按鍵，其中當該按鍵被持續按壓時，則該連續按壓時間每增加N個時間單位，按鍵輸出相應字元訊號一次。
  21. 如請求項19所述之按鍵，其中該振動源輸出該按壓振動或該釋放振動的執行時間實質介於10毫秒至200毫秒之間。
  22. 如請求項19所述之按鍵，其中該控制器驅動該振動源輸出一弦波或一方波或其他任意波型，其中任意波型是指一非週期波與頻率低於500Hz的週期波經相乘、相加或相剪等耦合方法所得到的波型。
  23. 一種具有力回饋功能之鍵盤，其包含：複數個按鍵；一振動源，連接該複數個按鍵之一鍵帽；一開關電路，可因應該複數個按鍵的其中一些按鍵被按壓與否而選擇性導通；一控制器，電連接該開關電路與該振動源；以及一計時器，電連接該控制器；其中當該開關電路由中斷轉換為導通時，觸發該控制器輸出一第一驅動訊號給該振動源，並觸發該計時器開始計算一連續按壓時間，該第一驅動訊號使得該振動源輸出一按壓振動給該些按鍵之該鍵帽，該按壓振動讓該使用者感受到該些按鍵的振動；其中當該開關電路由導通轉換為中斷時，觸發該計時器停止計算該連續按壓時間，且(1)當該連續按壓時間小於一預設時段，則該控制器不會因應該開關電路”由導通轉換為中斷”變化而輸出任何驅動訊號給該振動源；(2)當該連續按壓時間大於或等於該預設時段，則該控制器輸出一第二驅動訊號給該振動源，該第二驅動訊號使得該振動源輸出一釋放振動給該些按鍵之該鍵帽，該釋放振動讓該使用者感受到該些按鍵的振動。
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