一種開關排列構造和用於小鍵盤的開關陳列結構的製作方法
2023-10-05 20:23:14 1
專利名稱：一種開關排列構造和用於小鍵盤的開關陳列結構的製作方法
技術領域：
本發明涉及根據權利要求1的前序的開關排列構造。本發明還涉及根據後附的權利要求14的前序的用於小鍵盤的開關陣列結構。本發明進一步涉及根據後附的權利要求21的前序的用於觸發開關排列構造的方法。
根據不同的鍵、小鍵盤和鍵盤，已經知道應用基於光電子學的技術，使用光導和光學波導。
美國專利出版物4,701,747披露了一種基於發光二極體的解決方案，其中，發光二極體探測到從光源中發射和從手指反射的紅外光。該探測對應按鍵，並且為每個鍵構造這樣的系統。美國專利出版物4,931,794又提出一種根據可移動的鍵實現的系統，包括光發射和光接收元件。被按下的鍵基於由該鍵導致的光反射或在光路上導致的陰影被探測到。
光電導體還被用於照亮小鍵盤的鍵帽或照亮顯示屏的背景。美國專利6,026,283提出在墊子下放置並且依靠數個發光二極體被照亮的打孔的光電導體。光從該光電導體逸出並且從下方照亮墊子。該光電導體下面的電路板設置有用於墊子上的鍵的接觸和開關表面。美國專利5,963,434披露了一種相對應的結構，其也包括放置在電路板上面和顯示屏下面的反射表面，以加強光到小鍵盤或者顯示屏的反射。
隨著可攜式的電子設備特別是行動電話變得更小，將部件放置在設備中變得更加困難。特別是與按鍵有關的移動增加了設備的厚度。此外，鍵接觸表面和與其有關的金屬鍵圓頂帽的功能易受腐蝕影響，這損害了它們的可靠性。因此，目標為取消機械結構，並且提供薄的和集成的部件。
已知基於電容功能的各種各樣的薄膜鍵和解決方案，但是它們涉及高能量消耗的問題，在這一點上它們不總是適合於依靠電池運轉的電子設備。
本發明的一個目的是實現現有技術上的改進，以解決以上提出的問題。該目的是為各種各樣的鍵、小鍵盤或者鍵盤構造一種新型的開關結構。從而，各種各樣的電子的，最好是可攜式的設備是待解決的，特別是行動電話和PDA設備或者這些的組合。同樣，開關陣列結構特別針對這些設備提出。
根據本發明的開關排列構造的特徵在於如權利要求1的特徵部分所提出。根據本發明的小鍵盤開關陣列的特徵在於如權利要求14的特徵部分所提出。根據本發明的方法的特徵在於如權利要求21的特徵部分所提出。
接下來將參考附圖，採用本發明的優選實施例作為例子對本發明進行更加詳細的描述，其中
圖1示出了當開關處於靜止狀態時，處於簡化方式的開關排列構造的工作原理和結構，圖2示出了當受到由按壓導致的力作用時的如圖1所示的開關排列構造，圖3示出了當每個開關處於靜止狀態時，數個處於簡化方式的開關形成的開關結構的工作原理和結構的從側面看的視圖。
圖4示出了當其中一個開關受到由按壓導致的力作用時的如圖3所示結構，及圖5示出了小鍵盤部件和開關陣列結構的分解視圖。
圖1和2示出了開關排列構造1，其意在為最好通過按壓觸發的開關。至少一個這樣的開關通常設置為結合要通過按壓觸發的鍵、按鈕、選擇器或者電子設備的其它控制裝置。鍵盤和小鍵盤包括一套這樣的開關，其中，開關對應每個鍵，且因此使得單獨識別被按的鍵成為可能。這種結構和開關對於可攜式的電子設備尤其有用，特別是對行動電話、PDA設備和這些的組合。該設備的控制元件以這樣的方式構造，使得被按的鍵能夠獨立於其它鍵被識別，以及該設備的功能如預期地確定。通常，鍵的按壓也將實現標識的顯示，例如設備的顯示屏上的數字或者字母。
該排列構造1包括光電導體裝置2，具體為被例如LED裝置3照亮的光電導體。光電導體2設置為需要的形狀，並且其尺寸取決於設備的形狀及尺寸。對於單個鍵，該光電導體2通常為平面的和平的，如有必要的話適當的具有柔性，並且其材料和塗層確定為使得光的傳播為對於該應用儘可能優化和適宜。此外，曲線的或者圓形的結構是可行的，因為電子設備的設計也可以變化，且它們的內部結構和空間變化。該光電導體2可以至少部分地例如在反射表面塗覆，或者至少部分地允許光從光電導體2的上表面和下表面逸出，例如，如果使用可見光，用於照亮鍵或者小鍵盤。
該排列構造1還包括導體裝置4，其意在傳送從光電導體裝置2逸出的光。在本實施例中，部件4由透明的，柔性橡膠或者其它適合的塑料材料製成，其由於按壓以另一種方式被部分地壓縮或者形變。使用的塑料或橡膠材料也可以為另一種對使用的光透明的材料，其又可以對於可見光是不可透過的。在這種情況下，特別是所謂的IR黑材料是可用的。該部件的形狀可以是，例如，金字塔形、圓錐形、杆形、球形、或者橡膠片，其可以是平的或者提供有短小的突出部。當由於按壓6使光電導體2，或者導體4或者它們兩者互相向著對方移動時，在光電導體2和導體4之間形成接觸，局部接觸8。在圖2中，該按壓以箭頭6表示，其中，按壓6還表示向下施加的力。在本實施例中，在按壓6之前沒有接觸形成，而是在導體2和4之間有空氣間隙7，其有效地減少了光從光電導體2向特別是導體4逸出。根據接觸8的需要的形狀，該導體4被設計為具有需要的形狀。當接觸8形成時，光可以容易地向特別是導體4逸出，其可以通過結合導體4設置的傳感器5探測到，以探測由接觸8或其變化引起的光特性的亮度或者其它變化，其中，根據實現，該變化也可以為光傳播的開始或者終止。導體4的目的是傳送光到傳感器5。導體裝置4也可以包括傳送光電導體，特別是當傳送距離長或者因為結構上的原因使得其為必要時。
當光電導體2和導體4被靠著對方按壓時，根據導體4的頂端的形狀，接觸區域8的大小和尺寸改變，特別是當導體4的頂端形狀為楔形、圓形、稜柱形或金字塔形時。從而，形成的接觸區域8的尺寸將約束光進入導體4。可以連續地測量光並且限定極限值，當超過該極限值後，該功能被解釋為開關1已經被足夠的力6按下，並且目的是因此觸發一個功能。光電導體2和導體4可以持續地互相接觸，其中，光的引導不取決於接觸8的形成，而是當它們互相向著對方移動時，接觸8的尺寸改變，並且固此改變逸出的光的量，其可以被探測。導體4也可以以這樣的方式布置，即，當其被壓縮時，穿過導體4的光的傳輸距離更短，其也將導致亮度的足夠的增加，這同樣能夠被探測到。該被選擇的實施例根據以下因素確定，例如，使用、傳感器的靈敏度和變化的幅度，以及取決於可利用的部件。
根據本發明的第二個實施例，光電導體2和導體4互相連續接觸，其中，目標為通過局部接觸8將光傳導並傳送到傳感器5。這樣，按壓6將導致光電導體2和導體4互相離開，甚至使接觸8減小，其中光將不再逸出到傳感器5，這將被探測到且根據需要進行解釋。作為選擇的，接觸8的變化將導致亮度的減少或者其它可探測到的變化，但是該變化以與前面段中提出的相反方式表現。這樣，接觸8的尺寸或高度的變化將導致，例如，亮度減少到一個設定的極限值之下，這可以被解釋為開關的按壓6。由此，該變化是逸出光的減少或者其傳播總的終止。
開關1也可以被以這樣的方式布置，即，導體4為單獨的部件，例如，整體的、柔性的板，其不和光電導體2或傳感器5接觸。接觸8首先是由於按壓6而形成，並且光首先逸出到導體4，然後到傳感器5。光也能夠通過單獨的光電導體被引導到傳感器5，其中，傳感器5不需要被放置在光電導體2或其它結構下面，而是，例如，可以放在旁邊，以減少高度。傳感器5的放置更進一步地也必須考慮到使用的電路板上部件的放置。
如果光電導體2意在由於按壓6而嚮導體4移動，或者遠離導體4移動，如有必要，其適合於由柔性物質製造，其支撐於需要的位置。光電導體2可以為例如固體的平坦膜。這樣，保證光電導體2將回到其初始位置，也就是在當小鍵盤或者鍵沒有受到例如手指的力時其所在的靜止位置。
作為選擇的，導體4和傳感器裝置5放置在柔性的電路板或者基板上，該電路板或者基板可以朝向或遠離光電導體2移動。這樣，該電路板上提供有例如杆、支撐結構或者類似物，以使導體4和光電導體2相互保持需要的距離。同時，在大的小鍵盤的情況下，該支撐保證按壓6作用在局部作用且不作用在過於廣泛的區域。接觸的寬度也受使用的材料的柔性和結構的整體尺寸的影響，並且，該按壓最好是局部的，且具有例如小於指尖區域的寬度。這樣，按壓6將不會導致數個導體4同時作用，除非需要如此。這樣，在需要的位置以需要的寬度引起接觸6，例如正好在傳感器5或者導體4處。在光電導體2上，通常有其它層，例如用於保護的平坦的膜或者層，其提供有例如印上的對應行動電話小鍵盤的標識，其中，按壓6能夠準確地對準正確的位置。導體4也可以被直接放置在電路板的頂部上，與傳感器5相鄰，或者如圖1和2所示，直接在傳感器5上，但是仍然在光電導體2和電路板之間。
光電導體2的基本操作同樣為已知，並且其功能是基於可見光或者諸如紅外(IR)光之類的不可見光在導體2中的反射和傳播。導體2的表面層能夠用於影響光從光電導體2逸出。材料的折射率、分界面和接觸，以及影響光的傳播的其它材料特性如所知的用於控制光的傳播，傳送和逸出。
在圖3和4中，圖1和2中的開關1連同更大的小鍵盤17應用，還示出了電路板9，其也可以是具有用於支撐裝置10的穿孔的均勻的薄片狀件。支撐裝置10使導體4和光電導體2如以上提出的那樣互相保持一定的距離。該支撐件10也防止數個接觸同時出現。圖3和4還示出用於照亮光電導體2的裝置3，例如LED部件3。在光電導體2的不同側也可以有數個LED部件3，以在考慮到從光電導體2損失和逸出的光的情況下提供足夠的且均勻的亮度。在本實施例中，部件為平坦的或薄片狀的，但是它們的形狀也能夠根據電子設備的設計和開關或者鍵的放置有更多變化。該部件被這樣的放置在支撐結構11上，其也可以為電子設備的外殼或者另一個主體或者框架結構。此外，支撐結構11可以包括均勻的點陣結構，例如被放置在同樣的部件下的一個均勻的電路板9。更進一步的，點陣結構可以包括不同的支撐件，以支撐不同的結構。圖3和4中所示結構也能夠被放置在特別的安裝框架12中，該安裝框架12在圖5中示出，並且又被放置在電子設備內部。該框架12保持部件在需要的位置內，並且，例如該小鍵盤能夠被作為整體的一個部件安裝。
圖5示出了一個特別的實施例，其為行動電話的小鍵盤部件18。在這種情況下，該結構為平面的，但是它們的形狀能夠根據需要改變，而不會使操作變得複雜。這特別是關係到行動電話外表面的凸面的和圓形形狀，其隨後為外部層13。該外部層13也能夠為透明的或消光的。外部層13提供有行動電話的小鍵盤的標識，以使得圖2和4中所示的按壓6能夠更加準確地被對準到正確的和預期的位置。小鍵盤部件18也包括光電導體裝置2，其操作已經在上面描述過。在這方面，光電導體2是固體的薄層，其為薄片狀的柔性部件。在此實施例中，小鍵盤部件18的不同的平面層為大致平行的或者形狀相同。光電導體2和導體裝置4之間的距離最好為恆定，但是其也可能變化，其中，例如在導體裝置4或可能的支撐裝置的結構中已經考慮到這些。
在這種情況下，導體裝置4通過接觸層4a和光電導體4b構成，其中，可能為小鍵盤18提供特別的光電導體和開關陣列結構4b，其一個特別的實施例在圖5中示出。導體裝置4這樣被提供有結構4b，其結構用於引導光到給定的傳感器5，因為現在有數個傳感器5連接到同一個光電導體4b。傳感器5的選擇取決於按壓的位置，特別是接觸的位置。該陣列4b最好包括直的行4b』和列4b」；換句話說，允許光沿著行4b』或者列4b」直接傳播到傳感器5，例如到達在每行4b』的端部處為每行4b』設置的傳感器5』，以及到達在每列4b」的端部處為每列4b」設置的傳感器5」。
在一個實施例中，按壓導致光只傳導到兩列4b」(或者只有兩行4b』)，其中，功能能夠被解釋成與所述列4b」單獨的或者與行4b』一起的不同的標識。通過傳感器5』和5」，現在可以簡單地探測哪行4b』和列4b」被按壓，其中，可以確定哪個標識的位置被按壓，從而設備的需要的功能能夠被確定，並且按需要的進行解釋。行4b』和列4b」最好互相成直角，其在這樣的情況下以固體材料形成，且光電導體4b通過打孔形成網狀的結構。交叉點的位置意在為打算引起所述接觸的位置，從而允許光沿著列4b」和行4b』儘可能直接地分別傳播到兩個傳感器5』和5」。然而，如果該接觸在例如兩列4b」之間但是還在行4b』上引起，光不能直接傳播到任何列4b」的傳感器5」，從而亮度的變化可能不被探測到或者說該變化量不足。從而，該接觸這樣不能被解釋為任何位置被例如手指有意地按下。圖5所示的小鍵盤部件18特別地基於由按壓形成的接觸，但是其它上述的原理也可能被應用。
光電導體陣列4b被放置在電路板9的頂部上，該電路板還包括其它電子部件，光源3和傳感器5。如有必要，反射層或者膜14被放置在光電導體4b和電路板9之間。電路板9還容納了LED部件15，其意在用於小鍵盤的其它照明，被放置在該陣列結構4b的開口中且與陣列結構4b分離，以及通常在可見光範圍內工作。如有必要，當需要時，上述支撐接觸層4a或光電導體2的支撐結構也放置在這些位置內。在後面的情況下，支撐結構7伸展通過接觸層4a。接觸層4a的功能對應以上提到的關於導體裝置4及涉及局部接觸8的產生的內容。如果接觸層4a也被支撐在陣列光電導體4b之上，其可能提供有第二個但是稍短的支撐結構，其也是伸展通過陣列4b的開口。從而，按壓該開關或者鍵將導致在光從光電導體2逸出到導體裝置4a和4b前在彼此的頂部上產生兩個接觸，導體裝置4a和4b進一步將光傳導到傳感器裝置5。陣列光電導體4b和其它部件被放置在框架12中，其被進一步連接到電路板9，形成用於電子設備的集成的部件，以作為一個單元安裝。
在本實施例中，框架12為矩形，其它部件被放置在其側邊之間，在側邊上可以提供有各種各樣的用於定位的引導槽或者夾具。此外，用於在部件18和設備其它部件之間傳遞電信號的預期的連接器、分界面或者接觸表面被放置在電路板9上。該電子設備被布置為使得其能夠解釋鍵盤的按壓，以及啟動預期的功能。電路板9的結構也可以和提出的不同，其中例如光源3可以放置在除了電路板9的表面上以外的其它位置。更進一步的，該部件可以被放置為使得按壓不被直接對準例如外表面13，而是在結構上有一個普通的小鍵盤，其包括可移動的鍵，該鍵被按下從而傳遞鍵擊。這樣布置鍵，其下部按壓光電導體2，以使其被推動以接觸導體4或者4a。從而，該按壓、鍵或者另一個可移動的結構將導致外力或者力作用，以根據需要進一步觸髮根據本發明的開關。
本發明不單獨地限於以上提出的實施例，而是其能夠在後附的權利要求書的範圍內被修改。
權利要求
1.一種包括要被照亮的光電導體裝置(2)的開關排列構造，其特徵在於，該開關排列構造(1)還包括導體裝置(4，4a，4b)，該導體裝置(4，4a，4b)意在進一步傳送從光電導體裝置(2)逸出並且通過局部接觸(8)被引導到導體裝置(4，4a，4b)的光，其中，所述導體裝置(4，4a，4b)和所述光電導體裝置(2)進一步地被布置為在外力(6)控制下相對於彼此移動，以及導致所述接觸(8)以這樣的形式產生、消失或者變化，即，在引導穿過其的光中導致可探測到的變化。
2.根據權利要求1所述的開關排列構造，其特徵在於，該開關排列構造(1)還包括意在探測來自導體裝置(4，4a，4b)的光的傳感器裝置(5，5』，5」)。
3.根據權利要求1或2所述的開關排列構造，其特徵在於，該導體裝置(4，4a，4b)和光電導體裝置(2)布置為通過力的作用來互相相向或遠離移動，並且在力的作用終止後恢復。
4.根據權利要求1到3中任意一項所述的開關排列構造，其特徵在於，該局部接觸(8)布置為在力的作用下引起或者失去，其中，所述可探測到的變化是光開或者關的切換。
5.根據權利要求1到3中任意一項所述的開關排列構造，其特徵在於，局部接觸(8)的寬度被布置為在力的作用下變化，其中，所述可探測到的變化是光的增加或減少。
6.根據權利要求1到5中任意一項所述的開關排列構造，其特徵在於，開關排列構造(1)還包括電路板(9)，在其表面上放置了所述傳感器裝置(5，5』，5」)，其中，傳感器裝置(5，5』，5」)包括一個或多個光傳感器；和光電導體裝置(2)，其包括板形光電導體，且其被放置在離開所述電路板(9)一段距離；和導體裝置(4，4a，4b)，其包括一個或多個從電路板(9)的方向伸展到該光電導體的接觸裝置，該接觸裝置被布置為充當所述導體裝置(4，4a，4b)，並且將光傳送到結合每個接觸裝置定位的光傳感器。
7.根據權利要求6所述的開關排列構造，其特徵在於，其還包括至少一個光源(3)，其意在照亮所述光電導體裝置(2)。
8.根據權利要求6所述的開關排列構造，其特徵在於，電路板(9)、光電導體裝置(2)和導體裝置(4，4a，4b)被連接到框架(12)，其中，所述部件形成要被安裝的集成的單元。
9.根據權利要求1到8中任意一項所述的開關排列構造，其特徵在於，外力被布置為通過手指按壓鍵或者另外的可移動的結構產生。
10.根據權利要求1到5中任意一項所述的開關排列構造，其特徵在於，導體裝置(4，4a，4b)包括陣列結構(4b)，該陣列結構(4b)包括相交的行(4b』)和列(4b」)，其中，每行(4b』)和每列(4b」)提供有分離的傳感器裝置(5，5』，5」)，並且其中在它們的交叉點形成的接觸(8)被布置為沿著所述行(4b』)和所述列(4b」)兩者引導光。
11.根據權利要求1到5中任意一項所述的開關排列構造，其特徵在於，使用的光為可見光或諸如紅外光之類的非可見光。
12.根據權利要求1到5中任意一項所述的開關排列構造，其特徵在於，該光電導體裝置(2)包括薄片狀的第一光電導體，導體裝置(4，4a，4b)包括薄片狀的光電導體陣列(4b)和薄片狀的接觸板(4a)，其放置在光電導體(2)和光電導體陣列(4b)之間，以及意在將光從光電導體(2)切換到光電導體陣列(4b)，並且進一步到傳感器裝置(5)。
13.根據權利要求1所述的開關排列構造，其特徵在於，其還包括薄片狀的層(13)，該薄片狀的層(13)包括與按壓的功能對應並且被放置在光電導體裝置(2)上的可視標識。
14.一種用於小鍵盤的開關陣列結構，其特徵在於，該結構(18)包括由交叉的行(4b』)和列(4b」)構成的陣列光電導體(4b)，其中，光電導體(4b)布置為沿所述行(4b』)和列(4b」)傳送光到傳感器裝置(5，5』，5」)，該光通過局部接觸(8)引導到所述光電導體(4b)。
15.根據權利要求14所述的開關陣列結構，其特徵在於，其還包括傳感器裝置(5，5』，5」)，用於探測沿每行(4b』)和每列(4b」)傳播的光。
16.根據權利要求14或15所述的開關陣列結構，其特徵在於，該結構被放置在電路板(9)上，該電路板又容納所述傳感器裝置(5，5』，5」)，而且最好還容納至少一個光源(3)。
17.根據權利要求14到16中任意一項所述的開關陣列結構，其特徵在於，該陣列光電導體(4)包括網狀和薄片狀的結構。
18.根據權利要求14到17中任意一項所述的開關陣列結構，其特徵在於，至少一層結構(18)包括被照亮的光電導體(2)，其布置為在外力的控制下形成與陣列光電導體(4b)的接觸(8)，該接觸的目的在於傳導從光電導體(2)逸出的光到陣列光電導體(4b)，並且當外力終止後，其被布置為恢復並失去所述接觸(8)。
19.根據權利要求14到18中任意一項所述的開關陣列結構，其特徵在於，其被放置在行動電話中。
20.根據權利要求14到19中任意一項所述的開關陣列結構，其特徵在於，所述接觸(8)被布置為對準所述行(4b』)和所述列(4b」)之間交叉的位置。
21.一種用於觸發包括要被照亮的光電導體裝置(2)的開關排列構造的方法，其特徵在於，通過導體裝置(4，4a，4b)傳送從光電導體裝置(2)中逸出的光，通過局部接觸(8)將光引導到導體裝置(4，4a，4b)，其中，同時通過外力作用(6)，以這樣的方式在引導的光中引起可探測到的變化，即，所述導體裝置(4，4a，4b)和所述光電導體裝置(2)相對於彼此移動，從而導致所述接觸(8)產生、消失或者變化。
22.根據權利要求21所述的方法，其特徵在於，傳感器裝置(5，5』，5」)用於探測來自導體裝置(4，4a，4b)的光及其變化。
全文摘要
本發明涉及一種開關排列構造，其包括要被照亮的光電導體裝置(2)。該開關排列構造還包括導體裝置(4，4a，4b)，該導體裝置(4，4a，4b)意在更進一步地傳送從光電導體裝置(2)中逸出的光，且通過局部接觸(8)引導到導體裝置(4，4a，4b)，其中，所述導體裝置(4，4a，4b)和所述光電導體裝置(2)進一步布置為在外力(8)控制下相對於彼此移動，以及導致所述接觸(8)以這樣一種方式產生、消失或者變化，即，可以在通過其傳導的光中導致可探測到的變化。
文檔編號H03K17/94GK1647379SQ03808267
公開日2005年7月27日 申請日期2003年4月8日 優先權日2002年4月12日
發明者E·梅泰, J·紹科, H·韋海－伊皮埃 申請人:諾基亞有限公司