专利名称：基于力模式的感知型输入键盘的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种基于力模式的感知型输入键盘，属于人机交互设备技术领域。
背景技术：
键盘是计算机最基本的输入设备，是一种基础的二元信息输入设备。其基本结构是一种开关阵列，通过键码扫描来获取开关动作及其位置信号。它被最广泛的应用于人机交互的各个领域。然而几十年来，除了外型和结构上的些微变化外，键盘输入设备始终没有大的发展和变化。尤其是这种输入设备并不能感知操作动作的力的施加情况，无法分辨操作人动作背后的情绪。这在计算机及网络技术飞速发展，信息交互速度和数量急剧提升的今天，显然成了一种落后的输入方式。
发明内容
本发明的目的是提出一种基于力模式的感知型输入键盘，对已有的计算机用键盘的结构作出改进，在兼顾现有键盘结构和操作模式的同时，添加力感知结构模块，以实现在采集开关信号的同时，根据力的施加模式获取操作力的信息，使计算机能按不同的输入模式予以反馈。
本发明提出的力感知型输入键盘，有四种不同结构，其中输入键盘的第一种结构，包括按键、键盘扫描电路膜片、电路板和底板，还包括上电极膜片、压敏元件和第一柔性基板；所述的键盘扫描电路膜片与电路板相互导通；所述的键盘扫描电路膜片、上电极膜片、第一柔性基板和底板由上而下依次叠装在一起；所述的第一柔性基板上设有凹槽和引出电极，引出电极与所述的电路板相互导通，所述的压敏元件嵌于凹槽内，压敏元件之间通过电极槽相互导通；所述的按键安装在胶帽上，胶帽通过键盘扫描电路膜片和上电极膜片与压敏元件联动；所述的上电极膜片上设有印刷电路和引出电极，压敏元件通过印刷电路相互导通，引出电极与电路板相互导通。
上述第一种输入键盘，还可以包括隔膜片，隔膜片置于上电极膜片与第一柔性基板之间，隔膜片上设有与压敏元件相对应的圆孔，所述的上电极膜片通过隔膜片上的圆孔与压敏元件相互导通。
输入键盘的第二种结构，包括按键、键盘扫描电路膜片、电路板和底板，还包括上电极膜片、定位片、下电极膜片、压敏元件和第二柔性基板；所述的键盘扫描电路膜片与电路板相互导通；所述的键盘扫描电路膜片、上电极膜片、定位片、压敏元件、下电极膜片、第二柔性基板和底板由上而下依次叠装在一起；所述的定位片上设有与压敏元件相对应的圆孔，压敏元件镶嵌在圆孔内；所述的上、下电极膜片上设有印刷电路和引出电极，引出电极与所述的电路板相互导通，压敏元件之间通过印刷电路相互导通；所述的按键安装在胶帽上，胶帽通过键盘扫描电路膜片、上电极膜片与压敏元件联动；上述第二种输入键盘，还可以包括隔膜片，隔膜片置于上电极膜片与定位片之间，隔膜片上设有与压敏元件相对应的圆孔，所述的上电极膜片通过隔膜片上的圆孔与压敏元件相互导通。
输入键盘的第三种结构，包括按键、键盘扫描电路膜片、电路板和底板，其特征在于还包括上电极膜片、上定位片、上层压敏元件、中电极膜片、下定位片、下层压敏元件、下电极膜片和第二柔性基板；所述的键盘扫描电路膜片与电路板相互导通；所述的键盘扫描电路膜片、上电极膜片、上定位片、上层压敏元件、中电极膜片、下定位片、下层压敏元件、下电极膜片、第二柔性基板和底板由上而下依次叠装在一起；所述的上、下定位片上分别设有与上、下层压敏元件相对应的圆孔，上、下层压敏元件分别镶嵌在上、下定位片的圆孔内；所述的中电极膜片的上、下表面分别设有印刷电路和引出电极，中电极膜片的上表面与上层压敏元件相互导通，下表面与下层压敏元件导通，引出电极与所述的电路板相互导通；所述的上、下电极膜片上设有印刷电路和引出电极，引出电极与所述的电路板相互导通，上层压敏元件之间通过上电极膜片上的印刷电路相互导通，下层压敏元件之间通过下电极膜片上的印刷电路相互导通；所述的按键安装在胶帽上，胶帽通过键盘扫描电路膜片和上电极膜片与上层压敏元件联动，并进而通过中电极膜片与下层压敏元件联动。
上述第三种输入键盘中的上层压敏元件和下层压敏元件分别为压电敏感元件和压阻敏感元件，也可以分别为压阻敏感元件和压电敏感元件。
上述第三种输入键盘中的中电极膜片，可以为一导电膜片，中电极膜片的上表面与上层压敏元件相互导通，下表面与下层压敏元件导通。
上述第三种输入键盘，还可以包括隔膜片，隔膜片置于上电极膜片与上定位片之间，隔膜片上设有与上层压敏元件相对应的圆孔，所述的上电极膜片通过隔膜片上的圆孔与上层压敏元件相互导通。
输入键盘的第四种结构，包括按键、键盘扫描电路膜片、电路板和底板，还包括上电极膜片、定位片、下电极膜片、压敏元件和第二柔性基板；所述的键盘扫描电路膜片与电路板相互导通；所述的上电极膜片、定位片、压敏元件、下电极膜片、键盘扫描电路膜片、第二柔性基板和底板由上而下依次叠装在一起；所述的定位片上设有与压敏元件相对应的圆孔，压敏元件镶嵌在圆孔内；所述的上、下电极膜片上设有印刷电路和引出电极，引出电极与所述的电路板相互导通，压敏元件之间通过印刷电路相互导通；所述的按键安装在胶帽上，胶帽通过上电极膜片与压敏元件联动。
上述第一、二、四种输入键盘中的压敏元件为压电陶瓷片、2元系或3元系压电陶瓷片、1-3型或0-3型压电复合材料制作的压电器件、具有压电效应的聚合物膜片中的任何一种。压电片的下表面可以贴有金属片。
本发明提出的力感知型输入键盘，解决了传统键盘无法采集击键力度，无法根据击键力模式不同而做提供不同输出的问题。为创新性的使用键盘这一计算机基础操作设备提供了一条新途径。针对这种新型输入设备，配合适当的软件解释和应用设计，用户可以通过多种操作的力模式搭配组合，形成丰富而个性化的操作控制效果。本发明的输入键盘以现有键盘结构和使用方法为原形，封装形式简单，加工难度低，易于设备的产品化和量产化。其使用方法与普通键盘基本一致，不需要专门学习和训练，易于被用户接受，也便于产品的宣传和推广，有着良好的市场前景。本发明的输入键盘中，采用压电类压敏元件为主要的压力传感器元件，其成本低廉，力响应速度高，适合于感应快速变化的力的作用，对应键盘的快速击打特性，从性价比的角度考虑，明显优于其它的设计方案。
图1是本发明提出的基于力模式的感知型输入键盘的第一种结构示意图。
图2是图1所示结构的一个实施例。
图3本发明输入键盘的第二种结构示意图。
图4是图3所示结构的一个实施例。
图5是本发明输入键盘的第三种结构示意图。
图6是图5所示结构的一个实施例。
图7是本发明输入键盘的第四种结构示意图。
图8是输入键盘中第一种柔性基板的结构示意图。
图1～图8中，1是键盘下底板，2是第一柔性基板，3是压敏元件，其中3a是上层压敏元件，3b是下层压敏元件，4是上电极膜片，5是键盘扫描电路膜片，6是按键胶帽或铜碗，7是按键键帽，8是电路板，9是隔膜片，10是第二柔性基板，11是下电极膜片，12是定位片，13是下定位片，14是上定位片，15是中电极膜片，16是第一柔性基板凹槽，17是第一柔性基板电极槽，18是第一柔性基板引出电极。
具体实施例方式
本发明提出的力感知型输入键盘，其第一种结构形式如图1所示，包括按键7、键盘扫描电路膜片5、电路板8和底板1(即键盘外壳)、上电极膜片4、压敏元件和第一柔性基板2。键盘扫描电路膜片5与电路板8相互导通；键盘扫描电路膜片5、上电极膜片4、第一柔性基板2和底板1由上而下依次叠装在一起；第一柔性基板2上设有凹槽16和引出电极18，如图8所示，引出电极18与电路板8相互导通。压敏元件3嵌于凹槽16内，压敏元件3之间通过电极槽17相互导通。按键键帽7安装在胶帽6上，胶帽6通过键盘扫描电路膜片5和上电极膜片4与压敏元件3联动。上电极膜片4上设有印刷电路和引出电极，压敏元件3通过印刷电路相互导通，引出电极与电路板8相互导通。
上述第一种结构的一个实施例如图2所示，还包括隔膜片9，该隔膜片9置于上电极膜片4与第一柔性基板2之间，其上设有与压敏元件3相对应的圆孔，所述的上电极膜片4通过隔膜片上的圆孔与压敏元件3相互导通。
操作动作发生时，手指击打力传递到键帽7上，迫使胶帽6形变，挤压扫描电路膜片5，实现普通键盘的键码扫描。同时压力继续向下传递至上电极膜片4的相应位置，从而将压力传递到压敏元件3上，并由压敏元件3产生压力信号，经由第一柔性基板2上的电极和上电极膜片4上的电极传递至电路板8，由电路板8产生相应的输出信号。
在图2所示的实施例的情况下，隔膜片9使压敏回路处于断开状态，只有击键时压力透过键帽7、胶帽6、扫描电路膜片5作用在上电极膜片4上，使上电极膜片4形变透过隔膜片9与压敏元件3相互导通。
本发明提出的力感知型输入键盘，其第二种结构形式如图3所示，包括按键7、键盘扫描电路膜片5、电路板8和底板1(外壳)、上电极膜片4、定位片12、下电极膜片11、压敏元件3和第二柔性基板10。键盘扫描电路膜片5与电路板8相互导通。键盘扫描电路膜片5、上电极膜片4、定位片12、压敏元件3、下电极膜片11、第二柔性基板10和底板1由上而下依次叠装在一起。定位片12上设有与压敏元件3相对应的圆孔，压敏元件3镶嵌在圆孔内。上电极膜片4、下电极膜片11上设有印刷电路和引出电极，引出电极与所述的电路板8相互导通，压敏元件3之间通过印刷电路相互导通。按键7安装在胶帽6上，胶帽6通过键盘扫描电路膜片5、上电极膜片4与压敏元件3联动。
第二种结构的一个实施例如图4所示，还包括隔膜片9，隔膜片9置于上电极膜片4与定位片12之间，隔膜片9上设有与压敏元件3相对应的圆孔。上电极膜片4通过隔膜片9上的圆孔与压敏元件3相互导通。
操作动作发生时，手指击打力传递到键帽7上，迫使胶帽6形变，挤压扫描电路膜片5，实现普通键盘的键码扫描。同时压力继续向下传递至上电极膜片4的相应位置，从而将压力传递到压敏元件3上，并由压敏元件3产生压力信号，经由上电极膜片4和下电极膜片片11上的电极传递至电路板8，由电路板8产生相应得输出信号。
在图4所示的实施例的情况下，隔膜片9使压敏回路处于断开状态，只有击键时压力透过键帽7、胶帽6、扫描电路膜片5作用在上电极膜片4上，使上电极膜片4形变透过隔膜片9与压敏元件3相互导通。
本发明提出的力感知型输入键盘，其第三种结构形式如图5所示，包括按键7、键盘扫描电路膜片5、电路板8和底板1(外壳)、上电极膜片4、上定位片14、上层压敏元件3a、中电极膜片15、下定位片13、下层压敏元件3b、下电极膜片11和第二柔性基板10。键盘扫描电路膜片5与电路板8相互导通。键盘扫描电路膜片5、上电极膜片4、上定位片14、上层压敏元件3a、中电极膜片16、下定位片13、下层压敏元件3b、下电极膜片11、第二柔性基板10和底板1由上而下依次叠装在一起。上、下定位片14、13上分别设有与上、下层压敏元件3a、3b相对应的圆孔，上、下层压敏元件3a、3b分别镶嵌在上、下定位片14、13的圆孔内。中电极膜片15的上、下表面分别设有印刷电路，中电极膜片15的上表面与上层压敏元件3a相互导通，下表面与下层压敏元件3b导通，引出电极与所述的电路板8相互导通。上电极膜片4、下电极膜片上11设有印刷电路和引出电极，引出电极与所述的电路板8相互导通，上层压敏元件3a之间通过上电极膜片上的印刷电路相互导通，下层压敏元件3b之间通过下电极膜片上的印刷电路相互导通。按键安装在胶帽上，胶帽通过键盘扫描电路膜片和上电极膜片与上层压敏元件联动，并进而通过中电极膜片与下层压敏元件联动。
在第三种结构形式中，。上层压敏元件3a和下层压敏元件3b分别为压电敏感元件和压阻敏感元件，或分别为压阻敏感元件和压电敏感元件。
作为第三种结构的一个实施例，其中中电极膜片15可以为一导电膜片，中电极膜片的上表面与上层压敏元件相互导通，下表面与下层压敏元件导通。
第三种结构的另一个实施例如图6所示，还包括隔膜片9。隔膜片9置于上电极膜片4与上定位片14之间，隔膜片9上设有与上层压敏元件3a相对应的圆孔，所述的上电极膜片4通过隔膜片9上的圆孔与上层压敏元件3a相互导通。
对应于第三种结构形式，操作动作发生时，手指击打力传递到键帽7上，迫使胶帽6形变，挤压扫描电路膜片5，实现普通键盘的键码扫描。同时压力继续向下传递至上电极膜片4的相应位置，从而将压力传递到上层压敏元件3a上，并由压敏元件3a产生压力信号，经由上电极膜片4和中电极膜片15上的电极传递至电路板8；同时，压力透过中电极膜片15向下传递至下层压敏元件3b，压敏元件3b产生的压力信号经由中电极膜片15和下电极膜片11上的电极传递至电路板8，并由电路板8产生相应的输出信号。由于上、下层压敏元件3a、3b分别采用压电和压阻压敏元件，这种方式可以很好的克服压电元件难以感知缓慢施加的力，压阻元件难以感知快速变化的力的缺点。
在图6所示的实施例的情况下，隔膜片9使上层压敏回路处于断开状态，只有击键时压力透过键帽7、胶帽6、扫描电路膜片5作用在上电极膜片4上，使上电极膜片4形变透过隔膜片9与压敏元件3相互导通。
本发明提出的力感知型输入键盘，其第四种结构形式如图7所示，包括按键7、键盘扫描电路膜片5、电路板8和底板1、上电极膜片4、定位片12、下电极膜片11、压敏元件3和第二柔性基板10。键盘扫描电路膜片5与电路板8相互导通。上电极膜片4、定位片12、压敏元件3、下电极膜片11、键盘扫描电路膜片5、第二柔性基板10和底板1由上而下依次叠装在一起。定位片12上设有与压敏元件3相对应的圆孔，压敏元件3镶嵌在圆孔内。上、下电极膜片4、11上设有印刷电路和引出电极，引出电极与所述的电路板8相互导通，压敏元件3之间通过印刷电路相互导通。按键7安装在胶帽6上，胶帽6通过上电极膜片4与压敏元件3联动。
操作动作发生时，手指击打力传递到键帽7上，迫使胶帽6形变，挤压上电极膜片4的相应位置，从而将压力传递到压敏元件3上，并由压敏元件3产生压力信号，经由上电极膜片4和下电极膜片11上的电极传递至电路板8，由电路板8产生相应的输出信号。同时压力继续向下传递，挤压扫描电路膜片5，从而实现普通键盘的键码扫描。
本发明提出的力感知型输入键盘，其第一、二、四种结构形式所采用的压敏元件，以及第三种结构形式所采用的压电压敏元件为压电陶瓷片、2元系或3元系压电陶瓷片、1-3型或0-3型压电复合材料制作的压电器件、具有压电效应的聚合物膜片中的任何一种。为提升压敏元件的力感效果，还可以在压敏元件的下表面贴合金属片。
权利要求
1.一种力感知型输入键盘，包括按键、键盘扫描电路膜片、电路板和底板，其特征在于还包括上电极膜片、压敏元件和第一柔性基板；所述的键盘扫描电路膜片与电路板相互导通；所述的键盘扫描电路膜片、上电极膜片、第一柔性基板和底板由上而下依次叠装在一起；所述的第一柔性基板上设有凹槽和引出电极，引出电极与所述的电路板相互导通，所述的压敏元件嵌于凹槽内，压敏元件之间通过电极槽相互导通；所述的按键安装在胶帽上，胶帽通过键盘扫描电路膜片和上电极膜片与压敏元件联动；所述的上电极膜片上设有印刷电路和引出电极，压敏元件通过印刷电路相互导通，引出电极与电路板相互导通。
2.如权利要求1所述的输入键盘，其特征在于还包括隔膜片，所述的隔膜片置于上电极膜片与第一柔性基板之间，隔膜片上设有与压敏元件相对应的圆孔，所述的上电极膜片通过隔膜片上的圆孔与压敏元件相互导通。
3.一种力感知型输入键盘，包括按键、键盘扫描电路膜片、电路板和底板，其特征在于还包括上电极膜片、定位片、下电极膜片、压敏元件和第二柔性基板；所述的键盘扫描电路膜片与电路板相互导通；所述的键盘扫描电路膜片、上电极膜片、定位片、压敏元件、下电极膜片、第二柔性基板和底板由上而下依次叠装在一起；所述的定位片上设有与压敏元件相对应的圆孔，压敏元件镶嵌在圆孔内；所述的上、下电极膜片上设有印刷电路和引出电极，引出电极与所述的电路板相互导通，压敏元件之间通过印刷电路相互导通；所述的按键安装在胶帽上，胶帽通过键盘扫描电路膜片、上电极膜片与压敏元件联动。
4.如权利要求3所述的输入键盘，其特征在于还包括隔膜片，所述的隔膜片置于上电极膜片与定位片之间，隔膜片上设有与压敏元件相对应的圆孔，所述的上电极膜片通过隔膜片上的圆孔与压敏元件相互导通。
5.一种力感知型输入键盘，包括按键、键盘扫描电路膜片、电路板和底板，其特征在于还包括上电极膜片、上定位片、上层压敏元件、中电极膜片、下定位片、下层压敏元件、下电极膜片和第二柔性基板；所述的键盘扫描电路膜片与电路板相互导通；所述的键盘扫描电路膜片、上电极膜片、上定位片、上层压敏元件、中电极膜片、下定位片、下层压敏元件、下电极膜片、第二柔性基板和底板由上而下依次叠装在一起；所述的上、下定位片上分别设有与上、下层压敏元件相对应的圆孔，上、下层压敏元件分别镶嵌在上、下定位片的圆孔内；所述的中电极膜片的上、下表面分别设有印刷电路和引出电极，中电极膜片的上表面与上层压敏元件相互导通，下表面与下层压敏元件导通，引出电极与所述的电路板相互导通；所述的上、下电极膜片上设有印刷电路和引出电极，引出电极与所述的电路板相互导通，上层压敏元件之间通过上电极膜片上的印刷电路相互导通，下层压敏元件之间通过下电极膜片上的印刷电路相互导通；所述的按键安装在胶帽上，胶帽通过键盘扫描电路膜片和上电极膜片与上层压敏元件联动，并进而通过中电极膜片与下层压敏元件联动。
6.如权利要求5所述的输入设备，其特征在于其中所述的上层压敏元件和下层压敏元件分别为压电敏感元件和压阻敏感元件，或分别为压阻敏感元件和压电敏感元件。
7.如权利要求5所述的输入键盘，其特征在于其中所述的中电极膜片为一导电膜片，中电极膜片的上表面与上层压敏元件相互导通，下表面与下层压敏元件导通。
8.如权利要求5所述的输入键盘，其特征在于还包括隔膜片，所述的隔膜片置于上电极膜片与上定位片之间，隔膜片上设有与上层压敏元件相对应的圆孔，所述的上电极膜片通过隔膜片上的圆孔与上层压敏元件相互导通。
9.一种力感知型输入键盘，包括按键、键盘扫描电路膜片、电路板和底板，其特征在于还包括上电极膜片、定位片、下电极膜片、压敏元件和第二柔性基板；所述的键盘扫描电路膜片与电路板相互导通；所述的上电极膜片、定位片、压敏元件、下电极膜片、键盘扫描电路膜片、第二柔性基板和底板由上而下依次叠装在一起；所述的定位片上设有与压敏元件相对应的圆孔，压敏元件镶嵌在圆孔内；所述的上、下电极膜片上设有印刷电路和引出电极，引出电极与所述的电路板相互导通，压敏元件之间通过印刷电路相互导通；所述的按键安装在胶帽上，胶帽通过上电极膜片与压敏元件联动。
10.如权利要求1、3、9所述的输入键盘，其特征在于其中所述的压敏元件为压电陶瓷片、2元系或3元系压电陶瓷片、1-3型或0-3型压电复合材料制作的压电器件、具有压电效应的聚合物膜片中的任何一种。
11.如权利要求10所述的输入键盘，其特征在于其中所述的压电片的下表面贴有金属片。
全文摘要
本发明涉及一种基于力模式的感知型输入键盘，属于人机交互设备技术领域。输入键盘包括按键、键盘扫描电路膜片、电路板和底板、上电极膜片、压敏元件和第一柔性基板。键盘扫描电路膜片与电路板相互导通。一柔性基板上设有凹槽和引出电极，引出电极与所述的电路板相互导通。压敏元件嵌于凹槽内，按键安装在胶帽上，胶帽通过键盘扫描电路膜片和上电极膜片与压敏元件联动。上电极膜片上设有印刷电路和引出电极，压敏元件通过印刷电路相互导通，引出电极与电路板相互导通。本发明的输入键盘，力响应速度高，适合于感应快速变化的力的作用，而且封装形式简单，加工难度低，易于设备的产品化和量产化。
文档编号G06F3/023GK1758190SQ20051011504
公开日2006年4月12日 申请日期2005年11月25日 优先权日2005年11月25日
发明者刘腾舟 申请人:昆明凯旋利科技有限公司