包括電容傳感器的按鍵的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明大體涉及一種電子器件，更具體地涉及一種鍵盤按鍵，其具有用于感測手指在鍵帽表面上的位置的集成電容傳感器。
【背景技術】
[0002]可按壓觸摸表面(可以被按壓的觸摸表面)廣泛應用于各種輸入設備，包括作為小型鍵盤或鍵盤的按鍵或按鈕的表面以及作為觸摸板或觸摸屏的表面。期望提高這些輸入系統(tǒng)的可用性。
[0003]圖2顯示了與以金屬彈簧圓頂或橡膠圓頂啟用的許多按鍵中所發(fā)現(xiàn)的“彈鎖(snapover) ”觸覺響應相關聯(lián)的示例性觸覺響應曲線的曲線圖200。具體來說，曲線圖200描述了由按鍵的觸摸表面對用戶施加的力和按鍵位移(相對于未按下位置的移動)的量。對用戶施加的力可以是沿特定方向(諸如正或負按壓方向)的合力或合力的一部分。同樣，按鍵位移量可以是沿特定方向(諸如正或負按壓方向)的按鍵行程的總量或一部分。
[0004]力曲線210顯示了四個按鍵按壓狀態(tài)212、214、216、218，其用四個橡膠圓頂在不同的按鍵位移量的刻畫來描繪。當對按鍵未施加按壓力并且按鍵處于未按壓的位置(即，“準備”位置)時，按鍵處于“未按壓”狀態(tài)212。響應于按壓輸入，按鍵初始對某些按鍵位移和對用戶施加的增加的反作用力做出響應。該反作用力隨著按鍵位移量的增加而增大，直至達到“峰值”狀態(tài)214的局部最大“峰值力”匕為止。在峰值狀態(tài)214，金屬彈簧圓頂即將彈起或橡膠圓頂即將縮回。當鍵帽、彈簧圓頂或橡膠圓頂、或隨著鍵帽一起移動的其他按鍵組件以局部最小“接觸力”F2與按鍵的基部(或附接于基部的組件)形成初始物理接觸時，按鍵處在“接觸”狀態(tài)216。當按鍵經(jīng)過“接觸”狀態(tài)并且諸如通過壓縮橡膠圓頂啟用的按鍵中的橡膠圓頂而發(fā)生機械觸底反彈時，按鍵處在“底部”狀態(tài)218。
[0005]彈鎖響應由反作用力曲線的形狀定義，反作用力曲線受諸如波峰和波谷的變化率和相關的幅值等變量的影響。峰值力F1和接觸力F2之差可以稱之為“彈簧”。“彈簧比率”可以被確定為(F1-F2)/F1 (或者如果需要百分比型的測量值，則可被確定為100X (F1-F2)/F1K
[0006]目前已知的鍵盤按鍵典型地包括附件特征，諸如掛鉤，其形成在按鍵的底面用于附接到平面平移機構，諸如坡道、四桿機構、剪式機構。當電容傳感器基板附接于鍵帽的底面時，傳感器基板典型地包括附件特征延伸穿過的空隙，造成傳感器的電容響應存在局部的不均勻性。
[0007]因此需要克服這些不足的方法和裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]提供了一種電容式觸摸傳感器，其允許在單個按鍵上，例如在諸如空格鍵(spacebar)、回車(Enter)鍵、換擋(Shift)鍵等擴展的(寬的)按鍵上實現(xiàn)多個輸入功能。這可以通過確定在擊鍵過程中手指(或其他輸入方式)在按鍵表面上的位置來實現(xiàn)。相應的圖標可以用來區(qū)分擴展按鍵表面上的一個或多個位置(區(qū)域)。這消除了將諸如空格鍵等擴展按鍵在物理上拆分為多個按鍵以便提供多種輸入功能的需要。
[0009]按鍵組件包括夾在鍵帽的底面與薄膜金屬基板之間的連續(xù)(基本上不間斷的)電容觸摸傳感器基板。通過從鍵帽的底面消除剛性元件和附件特征，傳感器基板可以緊貼鍵帽下面。以前與鍵帽下面相關聯(lián)的附件特征和剛性元件被集成到薄膜金屬上。此外，該薄膜金屬可以接地或保持為恒定的電壓電位，有效地將傳感器基板與對其他電氣部件的不想要的電氣干擾隔離。
【附圖說明】
[0010]下面將結合附圖描述本發(fā)明的示例性實施例，除非另有說明，否則附圖未按比例繪制，在圖中相同的附圖標記表示相同的元件，并且:
[0011]圖1示出了并入根據(jù)文中所述技術構造的基于按鍵的觸摸表面的一個或多個實施方式的示例性鍵盤；
[0012]圖2是作為以金屬彈簧圓頂或橡膠圓頂啟用的許多按鍵的特性的示例性觸覺響應的曲線圖；
[0013]圖3A-3B是根據(jù)文中所述技術構造的第一示例性觸摸表面組件的簡化側視圖；
[0014]圖4示出了根據(jù)文中所述技術的示例性鍵盤的分解圖；
[0015]圖5是根據(jù)文中所述技術的包括可動鍵帽和兩個電容傳感器的示例性擴展按鍵組件的示意性布局圖；
[0016]圖6是根據(jù)文中所述技術的具有卡扣式(snapin)剛性元件的傳統(tǒng)剪式鍵帽的底部(底面)的平面圖；
[0017]圖7是根據(jù)文中所述技術的具有卡扣式剛性元件并且進一步包括從其上伸出用于附接按鍵移動機構的掛鉤的傳統(tǒng)剪式鍵帽的底部(底面)的平面圖；
[0018]圖8是根據(jù)文中所述技術的包括用于容納:i)卡扣式剛性元件和ii)用于附接至按鍵移動連桿的掛鉤的孔的電容傳感器基板的平面圖；
[0019]圖9是根據(jù)文中所述技術的包括鍵帽、連續(xù)電容傳感器以及夾在一起的薄膜金屬層的按鍵組件層疊的分解圖；
[0020]圖10是顯示了根據(jù)文中所述技術的用于按鍵移動連桿的掛鉤和突出的剛性元件的圖8的薄膜金屬層的透視布局圖；
[0021]圖11是完全根據(jù)文中所述技術的組裝而示出的圖8的按鍵組件層疊的透視圖；以及
[0022]圖12是根據(jù)文中所述技術的多功能空格鍵的示意性布局圖。
【具體實施方式】
[0023]以下具體描述實際上僅僅是示例性的，并且無意于限制本發(fā)明或本發(fā)明的應用和使用。
[0024]鍵盤按鍵通常包括附件特征(例如，掛鉤、配合特征等)，其從按鍵的底面伸出用于附接便于擊鍵運動的各種機構。這些機構在薄觸摸應用中可包括坡道和四桿機構，并且在更傳統(tǒng)的鍵盤應用中可包括剪式機構。諸如空格鍵(space bar)和換擋鍵(shift key)等較寬的按鍵還可包括用于卡扣式線材來增強按鍵組件的整體剛度的掛鉤。
[0025]在某些應用中，期望將共形電容觸摸傳感器基板附著到鍵帽的底面以感測手指在鍵帽表面的一個或多個區(qū)域上的位置，特別是對于諸如空格鍵或移位鍵等寬按鍵而言。這就要求傳感器基板包括孔，上述掛鉤延伸穿過該孔以方便附接按鍵運動連桿和剛性元件。傳感器基板的這些不連續(xù)性會在觸摸傳感器的電容響應中產(chǎn)生局部不均勻性。
[0026]為了緩解傳感器基板的非均勻性，各種實施例提供一種連續(xù)的(S卩，無間斷的)傳感器基板和具有順滑的連續(xù)底部表面的鍵帽，該底部表面沒有與目前已知鍵帽相關聯(lián)的掛鉤。這樣的布置允許傳感器基板緊貼鍵帽的底面，導致對手指在按鍵頂面是否存在做出均勻的電容響應。將薄膜金屬基板放置在傳感器基板上，使得傳感器基板夾在鍵帽的底面和薄膜金屬之間。為了容許附接按鍵運動連桿，該薄膜金屬基板包括先前與鍵帽底面相關聯(lián)的附件特征、延伸件和剛性元件。
[0027]本發(fā)明的各種實施例提供了一種輸入設備和方法，其便于實現(xiàn)改進的可用性、更薄的設備、更容易組裝、更低成本、更靈活的工業(yè)設計或其組合。這些輸入設備和方法包括可按壓的觸摸表面，其可被結合在任何數(shù)量的設備中。作為某些實例，可按壓的觸摸表面可以被實施為觸摸板、觸摸屏、按鍵、按鈕的表面以及任何其他適當?shù)妮斎朐O備的表面。這樣，可結合可按壓的觸摸表面的設備的一些非限制性實例包括所有尺寸和形狀的個人計算機，諸如臺式電腦、筆記本電腦、上網(wǎng)本、超級本、平板電腦、電子閱讀器、個人數(shù)字助理(PDA)以及包括智能手機的移動電話。附加示例性設備包括數(shù)據(jù)輸入設備(包括遠程控制、集成鍵盤或諸如在便攜式計算機內(nèi)的鍵盤、或外設鍵盤或諸如在平板電腦蓋中配置的鍵盤、或獨立的鍵盤、控制面板以及計算機鼠標)以及數(shù)據(jù)輸出設備(包括顯示屏和打印機)。其他實例包括遠程終端、自助服務終端、零售點設備、視頻游戲機(例如，視頻游戲控制臺、便攜式游戲設備等)和媒體設備(包括錄音機、編輯器和播放器，諸如電視機、機頂盒、音樂播放器、數(shù)碼相框和數(shù)碼相機)。
[0028]本文的論述主要集中在矩形觸摸表面。然而，許多實施例中的觸摸表面可以包括其他形狀。示例性形狀包括三角形、四邊形、五邊形、具有其他邊數(shù)的多邊形、類似于具有圓角或非線性邊的多邊形的形狀、具有曲線的形狀、細長的圓形或橢圓圈、具有上述任何形狀的一部分的組合現(xiàn)狀、具有凹或凸特征的非平面形狀以及任何其他適當?shù)男螤睢?br>[0029]此外，雖然此處的討論主要集中在觸摸表面位于進行剛體運動的剛體的頂上，一些實施例可包括位于變形的柔性體頂上的觸摸表面?！皠傮w運動”在文中用來表示以整個主體的平移或旋轉為主的運動，其中主體的變形可以忽略不計。因此，觸摸表面的任意兩個給定點之間的距離的變化比主體的平移或旋轉的關聯(lián)量要小得多。
[0030]此外，在各種實施方式中，可按壓的觸摸表面可包括阻擋光通過的不透明部分和允許光通過的半透明或透明部分，或這兩者。
[0031]圖1示出了并入根據(jù)文中所述技術構造的多個(兩個或更多個)基于可按壓按鍵的觸摸表面的示例性鍵盤100。示例性鍵盤100包括不同大小的被鍵盤面板(