專利名稱：基于力模式的感知型輸入鍵盤的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種基于力模式的感知型輸入鍵盤，屬于人機交互設備技術領域。
背景技術：
鍵盤是計算機最基本的輸入設備，是一種基礎的二元信息輸入設備。其基本結構是一種開關陣列，通過鍵碼掃描來獲取開關動作及其位置信號。它被最廣泛的應用于人機交互的各個領域。然而幾十年來，除了外型和結構上的些微變化外，鍵盤輸入設備始終沒有大的發展和變化。尤其是這種輸入設備并不能感知操作動作的力的施加情況，無法分辨操作人動作背后的情緒。這在計算機及網絡技術飛速發展，信息交互速度和數量急劇提升的今天，顯然成了一種落后的輸入方式。
發明內容
本發明的目的是提出一種基于力模式的感知型輸入鍵盤，對已有的計算機用鍵盤的結構作出改進，在兼顧現有鍵盤結構和操作模式的同時，添加力感知結構模塊，以實現在采集開關信號的同時，根據力的施加模式獲取操作力的信息，使計算機能按不同的輸入模式予以反饋。
本發明提出的力感知型輸入鍵盤，有四種不同結構，其中輸入鍵盤的第一種結構，包括按鍵、鍵盤掃描電路膜片、電路板和底板，還包括上電極膜片、壓敏元件和第一柔性基板；所述的鍵盤掃描電路膜片與電路板相互導通；所述的鍵盤掃描電路膜片、上電極膜片、第一柔性基板和底板由上而下依次疊裝在一起；所述的第一柔性基板上設有凹槽和引出電極，引出電極與所述的電路板相互導通，所述的壓敏元件嵌于凹槽內，壓敏元件之間通過電極槽相互導通；所述的按鍵安裝在膠帽上，膠帽通過鍵盤掃描電路膜片和上電極膜片與壓敏元件聯動；所述的上電極膜片上設有印刷電路和引出電極，壓敏元件通過印刷電路相互導通，引出電極與電路板相互導通。
上述第一種輸入鍵盤，還可以包括隔膜片，隔膜片置于上電極膜片與第一柔性基板之間，隔膜片上設有與壓敏元件相對應的圓孔，所述的上電極膜片通過隔膜片上的圓孔與壓敏元件相互導通。
輸入鍵盤的第二種結構，包括按鍵、鍵盤掃描電路膜片、電路板和底板，還包括上電極膜片、定位片、下電極膜片、壓敏元件和第二柔性基板；所述的鍵盤掃描電路膜片與電路板相互導通；所述的鍵盤掃描電路膜片、上電極膜片、定位片、壓敏元件、下電極膜片、第二柔性基板和底板由上而下依次疊裝在一起；所述的定位片上設有與壓敏元件相對應的圓孔，壓敏元件鑲嵌在圓孔內；所述的上、下電極膜片上設有印刷電路和引出電極，引出電極與所述的電路板相互導通，壓敏元件之間通過印刷電路相互導通；所述的按鍵安裝在膠帽上，膠帽通過鍵盤掃描電路膜片、上電極膜片與壓敏元件聯動；上述第二種輸入鍵盤，還可以包括隔膜片，隔膜片置于上電極膜片與定位片之間，隔膜片上設有與壓敏元件相對應的圓孔，所述的上電極膜片通過隔膜片上的圓孔與壓敏元件相互導通。
輸入鍵盤的第三種結構，包括按鍵、鍵盤掃描電路膜片、電路板和底板，其特征在于還包括上電極膜片、上定位片、上層壓敏元件、中電極膜片、下定位片、下層壓敏元件、下電極膜片和第二柔性基板；所述的鍵盤掃描電路膜片與電路板相互導通；所述的鍵盤掃描電路膜片、上電極膜片、上定位片、上層壓敏元件、中電極膜片、下定位片、下層壓敏元件、下電極膜片、第二柔性基板和底板由上而下依次疊裝在一起；所述的上、下定位片上分別設有與上、下層壓敏元件相對應的圓孔，上、下層壓敏元件分別鑲嵌在上、下定位片的圓孔內；所述的中電極膜片的上、下表面分別設有印刷電路和引出電極，中電極膜片的上表面與上層壓敏元件相互導通，下表面與下層壓敏元件導通，引出電極與所述的電路板相互導通；所述的上、下電極膜片上設有印刷電路和引出電極，引出電極與所述的電路板相互導通，上層壓敏元件之間通過上電極膜片上的印刷電路相互導通，下層壓敏元件之間通過下電極膜片上的印刷電路相互導通；所述的按鍵安裝在膠帽上，膠帽通過鍵盤掃描電路膜片和上電極膜片與上層壓敏元件聯動，并進而通過中電極膜片與下層壓敏元件聯動。
上述第三種輸入鍵盤中的上層壓敏元件和下層壓敏元件分別為壓電敏感元件和壓阻敏感元件，也可以分別為壓阻敏感元件和壓電敏感元件。
上述第三種輸入鍵盤中的中電極膜片，可以為一導電膜片，中電極膜片的上表面與上層壓敏元件相互導通，下表面與下層壓敏元件導通。
上述第三種輸入鍵盤，還可以包括隔膜片，隔膜片置于上電極膜片與上定位片之間，隔膜片上設有與上層壓敏元件相對應的圓孔，所述的上電極膜片通過隔膜片上的圓孔與上層壓敏元件相互導通。
輸入鍵盤的第四種結構，包括按鍵、鍵盤掃描電路膜片、電路板和底板，還包括上電極膜片、定位片、下電極膜片、壓敏元件和第二柔性基板；所述的鍵盤掃描電路膜片與電路板相互導通；所述的上電極膜片、定位片、壓敏元件、下電極膜片、鍵盤掃描電路膜片、第二柔性基板和底板由上而下依次疊裝在一起；所述的定位片上設有與壓敏元件相對應的圓孔，壓敏元件鑲嵌在圓孔內；所述的上、下電極膜片上設有印刷電路和引出電極，引出電極與所述的電路板相互導通，壓敏元件之間通過印刷電路相互導通；所述的按鍵安裝在膠帽上，膠帽通過上電極膜片與壓敏元件聯動。
上述第一、二、四種輸入鍵盤中的壓敏元件為壓電陶瓷片、2元系或3元系壓電陶瓷片、1-3型或0-3型壓電復合材料制作的壓電器件、具有壓電效應的聚合物膜片中的任何一種。壓電片的下表面可以貼有金屬片。
本發明提出的力感知型輸入鍵盤，解決了傳統鍵盤無法采集擊鍵力度，無法根據擊鍵力模式不同而做提供不同輸出的問題。為創新性的使用鍵盤這一計算機基礎操作設備提供了一條新途徑。針對這種新型輸入設備，配合適當的軟件解釋和應用設計，用戶可以通過多種操作的力模式搭配組合，形成豐富而個性化的操作控制效果。本發明的輸入鍵盤以現有鍵盤結構和使用方法為原形，封裝形式簡單，加工難度低，易于設備的產品化和量產化。其使用方法與普通鍵盤基本一致，不需要專門學習和訓練，易于被用戶接受，也便于產品的宣傳和推廣，有著良好的市場前景。本發明的輸入鍵盤中，采用壓電類壓敏元件為主要的壓力傳感器元件，其成本低廉，力響應速度高，適合于感應快速變化的力的作用，對應鍵盤的快速擊打特性，從性價比的角度考慮，明顯優于其它的設計方案。
圖1是本發明提出的基于力模式的感知型輸入鍵盤的第一種結構示意圖。
圖2是圖1所示結構的一個實施例。
圖3本發明輸入鍵盤的第二種結構示意圖。
圖4是圖3所示結構的一個實施例。
圖5是本發明輸入鍵盤的第三種結構示意圖。
圖6是圖5所示結構的一個實施例。
圖7是本發明輸入鍵盤的第四種結構示意圖。
圖8是輸入鍵盤中第一種柔性基板的結構示意圖。
圖1～圖8中，1是鍵盤下底板，2是第一柔性基板，3是壓敏元件，其中3a是上層壓敏元件，3b是下層壓敏元件，4是上電極膜片，5是鍵盤掃描電路膜片，6是按鍵膠帽或銅碗，7是按鍵鍵帽，8是電路板，9是隔膜片，10是第二柔性基板，11是下電極膜片，12是定位片，13是下定位片，14是上定位片，15是中電極膜片，16是第一柔性基板凹槽，17是第一柔性基板電極槽，18是第一柔性基板引出電極。
具體實施例方式
本發明提出的力感知型輸入鍵盤，其第一種結構形式如圖1所示，包括按鍵7、鍵盤掃描電路膜片5、電路板8和底板1(即鍵盤外殼)、上電極膜片4、壓敏元件和第一柔性基板2。鍵盤掃描電路膜片5與電路板8相互導通；鍵盤掃描電路膜片5、上電極膜片4、第一柔性基板2和底板1由上而下依次疊裝在一起；第一柔性基板2上設有凹槽16和引出電極18，如圖8所示，引出電極18與電路板8相互導通。壓敏元件3嵌于凹槽16內，壓敏元件3之間通過電極槽17相互導通。按鍵鍵帽7安裝在膠帽6上，膠帽6通過鍵盤掃描電路膜片5和上電極膜片4與壓敏元件3聯動。上電極膜片4上設有印刷電路和引出電極，壓敏元件3通過印刷電路相互導通，引出電極與電路板8相互導通。
上述第一種結構的一個實施例如圖2所示，還包括隔膜片9，該隔膜片9置于上電極膜片4與第一柔性基板2之間，其上設有與壓敏元件3相對應的圓孔，所述的上電極膜片4通過隔膜片上的圓孔與壓敏元件3相互導通。
操作動作發生時，手指擊打力傳遞到鍵帽7上，迫使膠帽6形變，擠壓掃描電路膜片5，實現普通鍵盤的鍵碼掃描。同時壓力繼續向下傳遞至上電極膜片4的相應位置，從而將壓力傳遞到壓敏元件3上，并由壓敏元件3產生壓力信號，經由第一柔性基板2上的電極和上電極膜片4上的電極傳遞至電路板8，由電路板8產生相應的輸出信號。
在圖2所示的實施例的情況下，隔膜片9使壓敏回路處于斷開狀態，只有擊鍵時壓力透過鍵帽7、膠帽6、掃描電路膜片5作用在上電極膜片4上，使上電極膜片4形變透過隔膜片9與壓敏元件3相互導通。
本發明提出的力感知型輸入鍵盤，其第二種結構形式如圖3所示，包括按鍵7、鍵盤掃描電路膜片5、電路板8和底板1(外殼)、上電極膜片4、定位片12、下電極膜片11、壓敏元件3和第二柔性基板10。鍵盤掃描電路膜片5與電路板8相互導通。鍵盤掃描電路膜片5、上電極膜片4、定位片12、壓敏元件3、下電極膜片11、第二柔性基板10和底板1由上而下依次疊裝在一起。定位片12上設有與壓敏元件3相對應的圓孔，壓敏元件3鑲嵌在圓孔內。上電極膜片4、下電極膜片11上設有印刷電路和引出電極，引出電極與所述的電路板8相互導通，壓敏元件3之間通過印刷電路相互導通。按鍵7安裝在膠帽6上，膠帽6通過鍵盤掃描電路膜片5、上電極膜片4與壓敏元件3聯動。
第二種結構的一個實施例如圖4所示，還包括隔膜片9，隔膜片9置于上電極膜片4與定位片12之間，隔膜片9上設有與壓敏元件3相對應的圓孔。上電極膜片4通過隔膜片9上的圓孔與壓敏元件3相互導通。
操作動作發生時，手指擊打力傳遞到鍵帽7上，迫使膠帽6形變，擠壓掃描電路膜片5，實現普通鍵盤的鍵碼掃描。同時壓力繼續向下傳遞至上電極膜片4的相應位置，從而將壓力傳遞到壓敏元件3上，并由壓敏元件3產生壓力信號，經由上電極膜片4和下電極膜片片11上的電極傳遞至電路板8，由電路板8產生相應得輸出信號。
在圖4所示的實施例的情況下，隔膜片9使壓敏回路處于斷開狀態，只有擊鍵時壓力透過鍵帽7、膠帽6、掃描電路膜片5作用在上電極膜片4上，使上電極膜片4形變透過隔膜片9與壓敏元件3相互導通。
本發明提出的力感知型輸入鍵盤，其第三種結構形式如圖5所示，包括按鍵7、鍵盤掃描電路膜片5、電路板8和底板1(外殼)、上電極膜片4、上定位片14、上層壓敏元件3a、中電極膜片15、下定位片13、下層壓敏元件3b、下電極膜片11和第二柔性基板10。鍵盤掃描電路膜片5與電路板8相互導通。鍵盤掃描電路膜片5、上電極膜片4、上定位片14、上層壓敏元件3a、中電極膜片16、下定位片13、下層壓敏元件3b、下電極膜片11、第二柔性基板10和底板1由上而下依次疊裝在一起。上、下定位片14、13上分別設有與上、下層壓敏元件3a、3b相對應的圓孔，上、下層壓敏元件3a、3b分別鑲嵌在上、下定位片14、13的圓孔內。中電極膜片15的上、下表面分別設有印刷電路，中電極膜片15的上表面與上層壓敏元件3a相互導通，下表面與下層壓敏元件3b導通，引出電極與所述的電路板8相互導通。上電極膜片4、下電極膜片上11設有印刷電路和引出電極，引出電極與所述的電路板8相互導通，上層壓敏元件3a之間通過上電極膜片上的印刷電路相互導通，下層壓敏元件3b之間通過下電極膜片上的印刷電路相互導通。按鍵安裝在膠帽上，膠帽通過鍵盤掃描電路膜片和上電極膜片與上層壓敏元件聯動，并進而通過中電極膜片與下層壓敏元件聯動。
在第三種結構形式中，。上層壓敏元件3a和下層壓敏元件3b分別為壓電敏感元件和壓阻敏感元件，或分別為壓阻敏感元件和壓電敏感元件。
作為第三種結構的一個實施例，其中中電極膜片15可以為一導電膜片，中電極膜片的上表面與上層壓敏元件相互導通，下表面與下層壓敏元件導通。
第三種結構的另一個實施例如圖6所示，還包括隔膜片9。隔膜片9置于上電極膜片4與上定位片14之間，隔膜片9上設有與上層壓敏元件3a相對應的圓孔，所述的上電極膜片4通過隔膜片9上的圓孔與上層壓敏元件3a相互導通。
對應于第三種結構形式，操作動作發生時，手指擊打力傳遞到鍵帽7上，迫使膠帽6形變，擠壓掃描電路膜片5，實現普通鍵盤的鍵碼掃描。同時壓力繼續向下傳遞至上電極膜片4的相應位置，從而將壓力傳遞到上層壓敏元件3a上，并由壓敏元件3a產生壓力信號，經由上電極膜片4和中電極膜片15上的電極傳遞至電路板8；同時，壓力透過中電極膜片15向下傳遞至下層壓敏元件3b，壓敏元件3b產生的壓力信號經由中電極膜片15和下電極膜片11上的電極傳遞至電路板8，并由電路板8產生相應的輸出信號。由于上、下層壓敏元件3a、3b分別采用壓電和壓阻壓敏元件，這種方式可以很好的克服壓電元件難以感知緩慢施加的力，壓阻元件難以感知快速變化的力的缺點。
在圖6所示的實施例的情況下，隔膜片9使上層壓敏回路處于斷開狀態，只有擊鍵時壓力透過鍵帽7、膠帽6、掃描電路膜片5作用在上電極膜片4上，使上電極膜片4形變透過隔膜片9與壓敏元件3相互導通。
本發明提出的力感知型輸入鍵盤，其第四種結構形式如圖7所示，包括按鍵7、鍵盤掃描電路膜片5、電路板8和底板1、上電極膜片4、定位片12、下電極膜片11、壓敏元件3和第二柔性基板10。鍵盤掃描電路膜片5與電路板8相互導通。上電極膜片4、定位片12、壓敏元件3、下電極膜片11、鍵盤掃描電路膜片5、第二柔性基板10和底板1由上而下依次疊裝在一起。定位片12上設有與壓敏元件3相對應的圓孔，壓敏元件3鑲嵌在圓孔內。上、下電極膜片4、11上設有印刷電路和引出電極，引出電極與所述的電路板8相互導通，壓敏元件3之間通過印刷電路相互導通。按鍵7安裝在膠帽6上，膠帽6通過上電極膜片4與壓敏元件3聯動。
操作動作發生時，手指擊打力傳遞到鍵帽7上，迫使膠帽6形變，擠壓上電極膜片4的相應位置，從而將壓力傳遞到壓敏元件3上，并由壓敏元件3產生壓力信號，經由上電極膜片4和下電極膜片11上的電極傳遞至電路板8，由電路板8產生相應的輸出信號。同時壓力繼續向下傳遞，擠壓掃描電路膜片5，從而實現普通鍵盤的鍵碼掃描。
本發明提出的力感知型輸入鍵盤，其第一、二、四種結構形式所采用的壓敏元件，以及第三種結構形式所采用的壓電壓敏元件為壓電陶瓷片、2元系或3元系壓電陶瓷片、1-3型或0-3型壓電復合材料制作的壓電器件、具有壓電效應的聚合物膜片中的任何一種。為提升壓敏元件的力感效果，還可以在壓敏元件的下表面貼合金屬片。
權利要求
1.一種力感知型輸入鍵盤，包括按鍵、鍵盤掃描電路膜片、電路板和底板，其特征在于還包括上電極膜片、壓敏元件和第一柔性基板；所述的鍵盤掃描電路膜片與電路板相互導通；所述的鍵盤掃描電路膜片、上電極膜片、第一柔性基板和底板由上而下依次疊裝在一起；所述的第一柔性基板上設有凹槽和引出電極，引出電極與所述的電路板相互導通，所述的壓敏元件嵌于凹槽內，壓敏元件之間通過電極槽相互導通；所述的按鍵安裝在膠帽上，膠帽通過鍵盤掃描電路膜片和上電極膜片與壓敏元件聯動；所述的上電極膜片上設有印刷電路和引出電極，壓敏元件通過印刷電路相互導通，引出電極與電路板相互導通。
2.如權利要求1所述的輸入鍵盤，其特征在于還包括隔膜片，所述的隔膜片置于上電極膜片與第一柔性基板之間，隔膜片上設有與壓敏元件相對應的圓孔，所述的上電極膜片通過隔膜片上的圓孔與壓敏元件相互導通。
3.一種力感知型輸入鍵盤，包括按鍵、鍵盤掃描電路膜片、電路板和底板，其特征在于還包括上電極膜片、定位片、下電極膜片、壓敏元件和第二柔性基板；所述的鍵盤掃描電路膜片與電路板相互導通；所述的鍵盤掃描電路膜片、上電極膜片、定位片、壓敏元件、下電極膜片、第二柔性基板和底板由上而下依次疊裝在一起；所述的定位片上設有與壓敏元件相對應的圓孔，壓敏元件鑲嵌在圓孔內；所述的上、下電極膜片上設有印刷電路和引出電極，引出電極與所述的電路板相互導通，壓敏元件之間通過印刷電路相互導通；所述的按鍵安裝在膠帽上，膠帽通過鍵盤掃描電路膜片、上電極膜片與壓敏元件聯動。
4.如權利要求3所述的輸入鍵盤，其特征在于還包括隔膜片，所述的隔膜片置于上電極膜片與定位片之間，隔膜片上設有與壓敏元件相對應的圓孔，所述的上電極膜片通過隔膜片上的圓孔與壓敏元件相互導通。
5.一種力感知型輸入鍵盤，包括按鍵、鍵盤掃描電路膜片、電路板和底板，其特征在于還包括上電極膜片、上定位片、上層壓敏元件、中電極膜片、下定位片、下層壓敏元件、下電極膜片和第二柔性基板；所述的鍵盤掃描電路膜片與電路板相互導通；所述的鍵盤掃描電路膜片、上電極膜片、上定位片、上層壓敏元件、中電極膜片、下定位片、下層壓敏元件、下電極膜片、第二柔性基板和底板由上而下依次疊裝在一起；所述的上、下定位片上分別設有與上、下層壓敏元件相對應的圓孔，上、下層壓敏元件分別鑲嵌在上、下定位片的圓孔內；所述的中電極膜片的上、下表面分別設有印刷電路和引出電極，中電極膜片的上表面與上層壓敏元件相互導通，下表面與下層壓敏元件導通，引出電極與所述的電路板相互導通；所述的上、下電極膜片上設有印刷電路和引出電極，引出電極與所述的電路板相互導通，上層壓敏元件之間通過上電極膜片上的印刷電路相互導通，下層壓敏元件之間通過下電極膜片上的印刷電路相互導通；所述的按鍵安裝在膠帽上，膠帽通過鍵盤掃描電路膜片和上電極膜片與上層壓敏元件聯動，并進而通過中電極膜片與下層壓敏元件聯動。
6.如權利要求5所述的輸入設備，其特征在于其中所述的上層壓敏元件和下層壓敏元件分別為壓電敏感元件和壓阻敏感元件，或分別為壓阻敏感元件和壓電敏感元件。
7.如權利要求5所述的輸入鍵盤，其特征在于其中所述的中電極膜片為一導電膜片，中電極膜片的上表面與上層壓敏元件相互導通，下表面與下層壓敏元件導通。
8.如權利要求5所述的輸入鍵盤，其特征在于還包括隔膜片，所述的隔膜片置于上電極膜片與上定位片之間，隔膜片上設有與上層壓敏元件相對應的圓孔，所述的上電極膜片通過隔膜片上的圓孔與上層壓敏元件相互導通。
9.一種力感知型輸入鍵盤，包括按鍵、鍵盤掃描電路膜片、電路板和底板，其特征在于還包括上電極膜片、定位片、下電極膜片、壓敏元件和第二柔性基板；所述的鍵盤掃描電路膜片與電路板相互導通；所述的上電極膜片、定位片、壓敏元件、下電極膜片、鍵盤掃描電路膜片、第二柔性基板和底板由上而下依次疊裝在一起；所述的定位片上設有與壓敏元件相對應的圓孔，壓敏元件鑲嵌在圓孔內；所述的上、下電極膜片上設有印刷電路和引出電極，引出電極與所述的電路板相互導通，壓敏元件之間通過印刷電路相互導通；所述的按鍵安裝在膠帽上，膠帽通過上電極膜片與壓敏元件聯動。
10.如權利要求1、3、9所述的輸入鍵盤，其特征在于其中所述的壓敏元件為壓電陶瓷片、2元系或3元系壓電陶瓷片、1-3型或0-3型壓電復合材料制作的壓電器件、具有壓電效應的聚合物膜片中的任何一種。
11.如權利要求10所述的輸入鍵盤，其特征在于其中所述的壓電片的下表面貼有金屬片。
全文摘要
本發明涉及一種基于力模式的感知型輸入鍵盤，屬于人機交互設備技術領域。輸入鍵盤包括按鍵、鍵盤掃描電路膜片、電路板和底板、上電極膜片、壓敏元件和第一柔性基板。鍵盤掃描電路膜片與電路板相互導通。一柔性基板上設有凹槽和引出電極，引出電極與所述的電路板相互導通。壓敏元件嵌于凹槽內，按鍵安裝在膠帽上，膠帽通過鍵盤掃描電路膜片和上電極膜片與壓敏元件聯動。上電極膜片上設有印刷電路和引出電極，壓敏元件通過印刷電路相互導通，引出電極與電路板相互導通。本發明的輸入鍵盤，力響應速度高，適合于感應快速變化的力的作用，而且封裝形式簡單，加工難度低，易于設備的產品化和量產化。
文檔編號G06F3/023GK1758190SQ20051011504
公開日2006年4月12日 申請日期2005年11月25日 優先權日2005年11月25日
發明者劉騰舟 申請人:昆明凱旋利科技有限公司