用於鍵盤接近和跟蹤傳感器的電極布置的製作方法

2023-06-25 07:21:36

用於鍵盤接近和跟蹤傳感器的電極布置的製作方法
【專利摘要】一種鍵盤組件包括用於在組件的一個或多個鍵之上生成電場的發射機電極和一個或多個接收機電極。第一電極位於鍵盤組件的第一水平面上並且第二電極位於鍵盤組件的第二水平面上。第一水平面可以對應於組件的支撐板並且第二水平面可以對應於第二電極耦合到的印刷電路板的表面。可替代地，第一和第二水平面可以對應於鍵盤組件的框架的不同側。可以檢測在電場中的擾動來執行包括或耦合到鍵盤組件的主機設備的控制操作。
【專利說明】用於鍵盤接近和跟蹤傳感器的電極布置

【技術領域】
[0001] 本文描述的一個或多個實施例涉及電場檢測。

【背景技術】
[0002] 電場接近傳感器通過檢測在電場中的擾動來操作。通過發射電極和接收電極生成 場，並且基於它們之間的分隔距離來確定傳感器的範圍。當對象在場中呈現或者移動通過 場時，檢測相應的場擾動，這繼而允許跟蹤對象。該類型的傳感器的通過非傳導性材料進行 檢測的能力允許傳感器被完全地隱藏並且使其適合於各種家庭自動化、汽車和遊戲應用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0003] 圖1示出了用於鍵盤的電場傳感器的實施例。
[0004] 圖2示出了具有特定形狀的發射機電極的實施例。
[0005] 圖3示出了具有矩陣形狀的接收機電極的實施例。
[0006] 圖4示出了傳感器的檢測範圍的示例。
[0007] 圖5不出了相對於鍵盤鍵布置的傳感器電極。
[0008] 圖6示出了針對鍵盤鍵的傳感器電極的另一實施例。
[0009] 圖7示出了用於具有單個檢測區的傳感器的控制電路。
[0010] 圖8示出了具有相對於相同鍵盤布置的多個檢測區的傳感器的實施例。
[0011] 圖9示出了具有多個發射機電極的傳感器的不同檢測區的示例。
[0012] 圖10示出了用於具有多個檢測區的傳感器的控制電路，該傳感器具有多個發射 機電極。
[0013] 圖11示出了用於鍵盤的電場傳感器的另一實施例。

【具體實施方式】
[0014] 圖1示出了併入到鍵盤中的電場（E場)接近傳感器的一個實施例。鍵盤可以被包 括在筆記本或膝上式計算機、智慧型電話或具有輸入鍵的另外類型的電子設備中。鍵盤可以 是包括字母數字字母的鍵盤、數字小鍵盤，或者具有用於執行功能和/或將數據輸入到設 備中的一個或多個鍵或按鈕的另外類型的輸入設備。針對臺式實現，傳感器可以併入到耦 合到例如計算機的中央處理單元的外殼的鍵盤中。
[0015] 傳感器可以包括至少一個發射機電極10和預定數量的接收機電極20。為了將傳 感器集成到鍵盤結構中，在鍵盤的金屬支撐板30上或者通過鍵盤的金屬支撐板30形成發 射機電極10,並且在印刷電路板40的頂表面處(或者上）安裝接收機電極20。可以通過支 撐板30來支撐發射機電極10。可以通過印刷電路板40來支撐接收機電極。在圖1中，發 射機電極10被不出為對應於鍵盤的整個金屬支撐板。
[0016] 在替代實施例中，鍵盤的支撐板30可以由非傳導性材料製成，並且可以在支撐板 的表面上(或者處）形成一個或多個分立的發射機電極。例如，在圖2中，支撐板30被示出 由非傳導性材料製成，並且發射機電極60被示出在具有預定形狀的支撐板的上表面上(或 者處）形成。在圖2中，該形狀是與接收機電極20的相應的那些重疊的環形。在另一實施 例中，可以以相對於接收機電極的列、行或者矩陣來布置多個發射機電極段。
[0017] 此外，在圖1中，接收機電極20被示出在數量上對應於鍵盤的鍵的相應數量。在 該布置中，接收機電極與在印刷電路板中的孔25相關聯，其中每個孔對應於或者否則容納 鍵盤的分別的鍵。在替代實施例中，可以針對整個鍵盤提供一個接收機電極。可以以矩陣 的形式布置這樣的接收機電極，其中一個或多個相應發射機電極被布置為重疊該接收機電 極。
[0018] 圖3示出了該替代布置的示例，其中接收機電極120被布置成矩陣並且隔開在鍵 盤的金屬支撐板30之上。在變型中，支撐板可以由在其上具有一個或多個發射機電極的非 傳導性材料製成。發射機電極甚至可以與接收機電極的形狀相同或者類似。在矩陣形狀的 接收機電極中的孔可以對應於在鍵盤中的分別的鍵。
[0019] 返回到圖1，可以將印刷電路板40直接放置在鍵盤的金屬支撐板上，或者可以通 過一個或多個介入層將印刷電路板40從金屬支撐板分隔。當印刷電路板與鍵盤的金屬支 撐板直接接觸時，在發射機電極和接收機電極之間的分隔距離包括或者對應於印刷電路板 的厚度（AT pcb)。
[0020] 當通過一個或多個介入層分隔印刷電路板和金屬支撐板時，介入層可以包括間隔 層、多個分立間隔元件中的任何一個和/或非傳導性絕緣層。在該實現中，可以將發射機電 極和接收機電極分隔一距離，該距離包括印刷電路板的厚度（Λ TrcB)和一個或多個介入層 的厚度（Λ TINT)之和，或者分隔距離=Λ TrcB+ Λ TINT。
[0021] 在發射機和接收機電極之間的分隔距離可以確定傳感器的檢測範圍。根據一個實 施例，分隔距離可以足夠來在鍵盤之上預定距離生成檢測範圍，從而允許在該範圍之內的 接近檢測和手勢的跟蹤。
[0022] 圖4示出了通過在對應於金屬支撐板30的發射機電極10和在包含孔25的印刷 電路板40上形成的接收機電極之間的分隔距離建立的檢測範圍的示例。在該示例中，鍵盤 對應於在圖1中示出的沿著剖面線Α-Α'截取的鍵盤。
[0023] 給定該分隔距離(其在該情況下對應於印刷電路板的厚度，Λ TrcB)，在位於鍵盤之 上的檢測範圍400內生成電場。通過該間隔距離確定該範圍的高度，並且該範圍的寬度或 者橫向尺寸基於在發射機和接收機電極之間的重疊的一個或多個區域。 分隔距離 檢測範圍高度 0. 5 mm 3-4 cm L 0 mm 5 cm L 6 mm 8-10 cm〇
[0024] 在操作中，通過接收機電極檢測在電場中的擾動來執行涉及接近和手的跟蹤的操 作。在一個實施例中，用戶的手或者手指的某些位置和移動可以生成在電場中的特定擾動 或者擾亂，這些擾動或者擾亂被檢測並且和存儲的信息進行比較來允許識別該位置或者移 動。存儲的信息可以與主機設備的一個或多個操作一致地預先存儲在控制和存儲器電路 中。
[0025] 例如，在檢測範圍之內的在相對於鍵盤的某個位置處的揮手可以生成對應於光標 的移動或者圖標、菜單項目的選擇或者涉及光標位置的其他功能的電場擾動。在檢測範圍 中的另一手或手指的姿勢、移動或者位置可以開啟或關閉主機設備、打開預定窗口或應用、 使電話呼叫（如果主機設備是智慧型電話）或者執行預先編程到設備中的多個其他操作或功 能中的任何一個。
[0026] 圖5以橫截面示出了鍵盤的一個鍵的放大視圖以及可以如何相對於該鍵布置傳 感器的電極。在該橫截面圖中，提供鍵401 (其在該說明性示例中對應於字母"F"）來往復 地移入和移出在鍵盤的框架530中的孔525。鍵盤框架由非傳導性材料製成，以便防止對在 檢測範圍中的電場的形成的幹擾或阻礙。
[0027] 鍵盤框架位於對應於或者包括一個或多個發射機電極10的支撐板10之上。如果 支撐板10是鍵盤的金屬支撐板，則整個金屬支撐板可以對應於發射機電極。印刷電路板40 包括接收機電極，所述接收機電極可以位於印刷電路板的頂表面之內或者上，並且可以被 鍵盤框架整體地或者部分地重疊。框架的孔525與在印刷電路板中的相應的孔40對準。
[0028] 圖6以橫截面不出了鍵盤的一個鍵的放大視圖以及在另一實施例中可以如何相 對於該鍵布置傳感器的電極。除印刷電路板是不同的以外，該實施例可以類似於在圖5中 的實施例。在圖5中，印刷電路板是剛性板；然而，在圖6中印刷電路板是比圖5的電路板 更薄的柔性印刷電路板。
[0029] 根據一個示例，柔性印刷電路板具有0. 15 mm的厚度。當接收機電極在該柔性板 的頂表面上(或者處）時，板的較小的厚度減小在發射機和接收機電極之間的分隔距離。因 此，電場檢測範圍可以小於在圖5中的情況。因為該較小的範圍，所以該柔性印刷電路板實 施例對於在智慧型電話、移動終端、遊戲系統控制器和較小大小的其他設備中使用可以是特 別有吸引力的。
[0030] 在其他實施例中，印刷電路板的厚度可以具有不同的值。例如，柔性板可以具有至 少基本上等於鍵盤的在下面的支撐板的厚度的厚度。在其他實施例中，板可以比支撐板更 薄或者比支撐板厚預定倍數。
[0031] 圖7示出了用於本文描述的傳感器的單個發射機電極實施例的一個可能的控制 電路700。該控制電路可以被包括在鍵盤的外殼之內或者可以被包括在主機設備的外殼中， 以基於來自鍵盤和傳感器的信號被操作。在一個替代實施例中，鍵盤和傳感器可以通過包 括但不限於藍牙、WiFi或另外無線標準的無線連接與主機設備的控制器通信。
[0032] 如在圖7中示出的，控制電路包括生成具有預定特性(例如預定頻率、幅度、調製 和/或其他性質）的發射機信號的驅動器701。將發射機信號發送到發射機電極702來在 鍵盤之上或者在發射機和接收機電極被對準的其他位置處的檢測區內生成電場。
[0033] 通過與發射機電極對準的一個或多個接收機電極703接收由發射機電極生成的 電場。電場在發射機電極和接收機電極的分別的接收機電極之間延伸，如通過場線710說 明性地示出的。在來自接收機電極的接收機信號中反映(通過在檢測範圍中的手或者其他 對象的存在或移動引起的）在場線中的擾動，並且檢測器704在廣生擾動後生成場的譜。 [0034] 該譜被用作用於形成接近或跟蹤信號的基礎，其被輸出到主機設備的控制器。主 機設備包括存儲器來存儲在不同類型的接近或跟蹤信號與要在主機設備上執行的預定信 息、操作或功能之間的預定關係。
[0035] 圖8示出了具有相對於相同的鍵盤布置的多個電場檢測區的傳感器的實施例。除 提供兩個發射機電極801和802用於在鍵盤之上生成不同的檢測區以外，該實施例具有類 似於那些先前描述的特徵中的許多特徵。將發射機電極隔開至少預定的最小距離以便防止 在電極之間的短路。
[0036] 根據一種實現，鍵盤支撐可以對應於兩個分隔的金屬板，其中發射機電極對應於 這些板中相應的板。在圖8的實施例中，通過可以由金屬或另外的材料製成的另一支撐803 在預定定向上支撐和稱合對應於發射機電極的金屬支撐板。在對應於發射機電極的金屬板 之間的分隔區被示出為與鍵810對準。然而，在其他實施例中，在金屬發射機電極板之間的 分隔區可以與鍵盤框架530或者鍵盤的另一特徵對準。
[0037] 對應於發射機電極801和802的金屬支撐板在鍵盤之上生成不同的檢測區。當板 具有相同大小和尺寸時，檢測區可以具有相同的高度或者其他尺寸屬性。當板具有不同大 小（例如佔相對於鍵盤的不同的區域）時，檢測區的高度和/或橫向尺寸可以是不同的。在 檢測區的位置或大小中的差異也可以起因於不同的布置、對應於發射機電極中的分別的發 射機電極的接收機電極的數量或位置。因此，實際上，不同的檢測區可以具有相同的或不同 的檢測範圍。
[0038] 為了防止一個區錯誤地檢測在其他區中的手或其他對象的接近或移動，可以由不 同信號驅動發射機電極。例如，不同的信號可以具有不同的頻率或調製，以便允許基於來自 被提供用於那些區的接收機電極的信號來區分在這些區中的分別的區中的擾動。
[0039] 多個檢測區可以向包括鍵盤的主機電子設備提供附加的或增強的功能性。例如， 在一個區中的手的接近或移動可以對應於第一類別的功能或操作，並且在另一區中的手的 接近或移動可以對應於主機電子設備的第二類別的功能或操作。雖然在該實施例中示出了 兩個發射機電極，但是在其他實施例中可以相對於鍵盤提供多於兩個的發射機電極以便生 成相稱數量的檢測區。
[0040] 圖9示出了可以在多個發射機電極實施例中生成的不同檢測區的示例。在該示例 中，發射機電極801與相應的接收機電極形成電場來形成第一檢測區901，並且發射機電極 802與相應的接收機電極形成電場來形成在鍵盤上的第二檢測區902。作為發射機電極的 位置和大小的結果，檢測區被示出至少在它們的橫向尺寸方面具有不同的範圍。在其他實 施例中，這些範圍可以是相同的或者可以不同於在圖9中示出的示例。
[0041] 圖10示出了用於具有多個檢測區的傳感器的一個可能的控制電路1000。該控制 電路可以被包括在鍵盤的外殼之內或者可以被包括在主機設備的外殼中，以基於來自鍵盤 和傳感器的信號被操作。在一個替代實施例中，鍵盤和傳感器可以通過包括但不限於藍牙、 WiFi或另外的標準的無線連接與主機設備的控制器通信。
[0042] 根據一種實現，控制電路1000包括生成用於發射機電極1002中分別的發射機電 極的多個發射機信號的驅動器1001。發射機信號可以具有相同或不同的特性。根據一種實 現，用於每個發射機電極的發射機信號具有不同的特性(例如預定頻率、幅度、調製和/或 其他性質)，以便改進檢測能力並且防止在不同檢測區中的錯誤。
[0043] 發送到發射機電極的發射機信號在鍵盤之上的分別的檢測區內生成電場。分別將 針對每個區的場線標記為1010和1011。雖然在該實現中針對發射機電極使用相同的驅動 器，但是在另一實現中可以針對每個發射機電極使用不同的驅動器。
[0044] 由與發射機電極對準的一個或多個接收機電極1003接收由每個發射機電極生成 的電場。電場在發射機電極和接收機電極的分別的接收機電極之間延伸。在來自接收機電 極的接收機信號中反映(通過在檢測範圍中的手或者其他對象的存在或移動引起的）在場 線中的擾動，並且檢測器1004在每個檢測區中產生擾動後生成場的譜。
[0045] 可以單獨地分析在每個區中的譜來映射在該區中的對象的接近或移動。然後可以 將得到的接近或跟蹤信號輸出到主機設備的控制器1005。附加地或者可替代地，可以將針 對每個區的譜處理成單個的譜來生成集成的接近或跟蹤信號用於輸出到主機設備的控制 器。主機設備包括存儲器來存儲在不同類型的接近或跟蹤信號與要在主機設備上執行的預 定的信息、操作或功能之間的預定關係。
[0046] 圖11示出了用於跟蹤在相對於鍵盤的檢測區中的手或其他對象的接近和/或移 動的傳感器的另一實施例。該實施例包括往復地移入和移出在鍵盤框架530中的孔的鍵 1104。該實施例也包括支撐板1103。然而，不同於先前的實施例的是，發射機電極1101和 一個或多個接收機電極1102由傳導性塗料形成。
[0047] 根據一種實現，在鍵盤框架530的底表面上形成塗料後的發射機電極1101，並且 在該相同框架的頂表面上形成一個或多個接收機電極。在該實現中的發射機和接收機電極 之間的分隔距離可以對應於鍵盤框架的厚度。在該實現中，支撐板1103可以由金屬製成並 且因此不是在鍵盤框架和支撐板之間的印刷電路板。墊、引線或其他傳導性連接可以將發 射機和接收機電極耦合到驅動和檢測電路。
[0048] 在該實施例的另一實現中，支撐板1103可以由非傳導性材料製成並且可以將對 應於發射機電極的傳導性塗料塗到支撐板。在任何一個上述的實現中，可以將傳導性塗料 連續地塗到鍵盤框架的頂表面的預定區域的全部或者一部分來形成接收機電極，或者可以 以傳導性塗料對鍵盤框架的頂表面的分立區域進行塗料來形成相應數量的接收機電極。 [0049] 同樣，可以將鍵盤框架的底表面(或者可替代地，非傳導性支撐板的頂表面）連續 地塗敷傳導性塗料以形成具有在鍵盤的相應位置之上的一個檢測區的單個發射機電極，或 者在分立區域中塗敷傳導性塗料以形成多個分隔的發射機電極來形成多個檢測區。因為在 這些實施例中除去了印刷電路板，所以可以向較薄的鍵盤提供電場接近/跟蹤傳感器。
[0050] 雖然在圖11中的傳感器被示出對應於鍵盤的一個或多個鍵，但是在替代實現中 可以將傳導性塗料塗到鍵盤、鍵盤框架和/或甚至包括鍵盤的主機電子設備的外殼的其他 非傳導性表面。例如，可以將傳導性塗料塗到由非傳導性材料製成的鍵盤框架的拐角。通 過將一個或多個鍵盤拐角（沒有鍵位於那裡）的頂和底表面塗敷傳導性塗料來形成發射機 和接收機電極，可以形成不同的或者附加的檢測區。
[0051] 附加地或者可替代地，可以將筆記本、平板型、吊艙型（pod-type)或者個人計算機 (PC)機架的非傳導性框架的不同表面塗敷傳導性塗料來形成用於執行PC的各種功能的電 場接近/跟蹤傳感器。
[0052] 在上述的實現中，傳導性塗料可以是透明的或者是對眼睛不可見的特定顏色的， 或者可以將另外的顏色塗料塗在鍵盤框架或機架的頂表面上的傳導性塗料上來混合在一 個或多個電極中或者以其他方式隱藏一個或多個電極。附加地或者可替代地，可以將一個 或多個非傳導性保護塗層或結構塗在傳導性塗料上來延長電極的有用壽命和/或防止它 們在使用期間受損。
[0053] 此外，如本文描述的，先前討論的傳導性塗料可以被理解為包括塗料的傳導層、傳 導性墨水、傳導性粉或者傳導性膜。
[0054] 在本說明書中對"實施例"的任何引用意味著結合該實施例描述的特定特徵、結構 或特性被包括在本發明的至少一個實施例中。在說明書中各處出現的這樣的短語並不必然 全都指相同的實施例。此外，當結合任何實施例來描述特定特徵、結構或特性時，被認為是 在本領域技術人員的理解範圍內的是，結合其他一些實施例來影響這樣的特徵、結構或特 性。此外，可以將本文描述的任何一個實施例的特徵與一個或多個其他實施例的特徵相組 合來形成附加的實施例。
[0055] 此外，為了便於理解，某些功能塊可能已被描繪為分隔的塊；然而，這些分隔地描 繪的塊並不必然應該被解釋為按討論它們或者以其他方式在本文中呈現它們的次序。例 如，能夠以替代的次序、同時地等等執行某些塊。
[〇〇56] 雖然本文已經參考多個說明性實施例描述了本發明，但是應理解本領域技術人員 可以設計將落入本發明的原理的精神和範圍內的許多其他修改和實施例。更特別地，在不 偏離本發明的精神的情況下，在上述公開、附圖和所附權利要求的範圍內的主題組合布置 的部件部分和/或布置中的合理的變型和修改是可能的。除在部件部分和/或布置中的變 型和修改以外，替代使用對於本領域技術人員也將是清楚的。
【權利要求】
1. 一種裝置，其包括： 第一電極，用於發射信號；以及 至少一個第二電極，用於接收信號，其中： 第一電極位於鍵盤組件的第一水平面上， 第二電極位於鍵盤組件的第二水平面上， 信號的傳輸在第一和第二電極之間生成電場，電場基於在第一和第二電極之間的距離 在鍵盤組件之上生成。
2. 如權利要求1所述的裝置，其中在第一和第二電極之間的電場對應於第一檢測範 圍，用於檢測在鍵盤組件之上的對象的接近或移動。
3. 如權利要求1所述的裝置，其中第一水平面對應於鍵盤組件的支撐板，並且第二水 平面對應於在支撐板之上的鍵盤組件的表面。
4. 如權利要求1所述的裝置，其中第一電極是鍵盤組件的金屬支撐板，並且第二電極 在支撐板之上的鍵盤組件的印刷電路板處。
5. 如權利要求1所述的裝置，其中第一電極在鍵盤組件的支撐板的表面處，並且第二 電極位於支撐板之上。
6. 如權利要求1所述的裝置，其中第一電極是在鍵盤組件的框架的第一表面處的傳導 層，並且第二電極是在鍵盤組件的框架的第二表面處的傳導層。
7. 如權利要求6所述的裝置，其中第一傳導層或者第二傳導層中的至少一個是傳導性 塗料層。
8. 如權利要求1所述的裝置，其中在第一和第二電極之間的距離對應於第二電極耦合 到的印刷電路板的厚度。
9. 如權利要求1所述的裝置，其中： 第二電極被設置為相鄰於鍵盤組件的至少一個鍵，並且 第一電極被設置為至少部分地在所述至少一個鍵和第二電極之下。
10. 如權利要求1所述的裝置，其中在第一和第二電極之間的電場在鍵盤組件的至少 一個鍵之上延伸。
11. 如權利要求1所述的裝置，進一步包括： 第三電極，用於發射信號；以及 至少一個第四電極，用於接收信號，其中： 在第三和第四電極之間的信號的傳輸在第三和第四電極之間生成電場， 在第一和第二電極之間的電場對應於第一檢測範圍，用於檢測在鍵盤組件之上的對象 的接近或移動，並且 在第三和第四電極之間的電場對應於第二檢測範圍，用於檢測在鍵盤組件之上的相同 或另一對象的接近或移動。
12. 如權利要求11所述的裝置，其中第一檢測範圍不同於第二檢測範圍。
13. 如權利要求1所述的裝置，其中範圍基於第一電極的大小。
14. 一種鍵盤組件，其包括： 至少一個鍵； 第一電極，用於發射信號；以及 至少一個第二電極，用於接收信號，其中： 第一電極被設置為至少部分地在第二電極之下並且至少部分地在所述至少一個鍵之 下， 第二電極在所述至少一個鍵處，並且 信號的傳輸在第一和第二電極之間生成電場，電場基於在第一和第二電極之間的距離 在鍵盤組件之上生成。
15. 如權利要求14所述的鍵盤組件，其中在第一和第二電極之間的電場對應於第一檢 測範圍，用於檢測在鍵盤組件之上的對象的接近或移動。
16. 如權利要求14所述的鍵盤組件，其中第一電極對應於鍵盤組件的金屬支撐板，並 且第二電極耦合到在支撐板之上的鍵盤組件的表面。
17. 如權利要求16所述的鍵盤組件，其中第二電極耦合到的表面是在支撐板之上的印 刷電路板的表面。
18. 如權利要求14所述的鍵盤組件，進一步包括： 框架，其中： 第一電極是在框架的第一表面處的傳導層，並且 第二電極是在框架的第二表面處的傳導層。
19. 如權利要求18所述的鍵盤組件，其中第一傳導層或第二傳導層中的至少一個是傳 導性塗料層。
20. 如權利要求14所述的鍵盤組件，其中在第一和第二電極之間的距離對應於第二電 極耦合到的印刷電路板的厚度。
21. 如權利要求14所述的鍵盤組件，其中在第一和第二電極之間的電場在鍵盤組件的 所述至少一個鍵之上延伸。
22. 如權利要求14所述的鍵盤組件，其中： 所述至少一個鍵延伸通過在印刷電路板中的孔， 第一電極位於所述孔之下，並且 第二電極耦合到印刷電路板的相鄰於所述孔的位置。
【文檔編號】G06F1/16GK104067198SQ201380004530
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2013年9月25日 優先權日:2012年12月10日
【發明者】史蒂文·貝特曼, 詹姆斯·奧庫利, 羅恩·埃格 申請人:英特爾公司