专利名称：一种具有键盘输入功能的装置和输入方法
技术领域：
本发明属于键盘、计算机、手持电话机等具有信息输入功能设备的技术。
背景技术：
现有的键盘(包括微型计算机、手机等设备上的键盘)不是体积过大(按键较多，输入速度较快)，不便于携带，就是体积虽小(按键较少)但操作方式复杂，输入速度慢。
为了解决这个矛盾，人们提出多种方案，都不能令人满意。例如，在CN 2192910Y给出的键盘方案里，设计了一种可以前后拨动的按钮，可以将键盘按键占用的面积减少一些，但增加了手指操作的难度，效果并不好。其他使用较少按键的方案，如CN 1264982A、CN 1365041A、CN 1348127A、CN 1288318A里的方案，一个字符或文字往往需要更多次或更复杂的操作才能输入。
有人建议利用能提供点击力大小信号的开关作为按键或按键叠加的一部分来提高按键的输入能力(U.S.Pat.5,995,026)，但这种开关或设计构造复杂，成本高，可靠性稳定性差，若用于键盘，需要使用与按键数量同样多的能测应力的传感器，造价会增加数倍，且其信号难于布线传输和处理，在技术和经济上很不合理，也难于微型化，多年来这些问题一直未能解决，无法实用化。
发明内容
本发明的目的在于提出一种全新的技术方案，可以用十分简捷而廉价的措施使相关装置的键盘能更方便地输入更多种类的信息，或使键盘的键数目减少，缩小其体积，同时不增加输入时的击键次数，并减少使用功能键带来的的麻烦，大大提高带微型键盘的装置的使用效率。下面进行具体说明。
本发明包括一种具有键盘输入功能的装置，由结构体以及若干键等部分组成，所述结构体为构架或壳体或两者的结合，承载所述的键，所述的键为按键或触摸键，为依靠按压或触摸改变开关状态或电平状况从而提供开关信号的键；其特征在于所述结构体包含至少一个承载多个或一组所述键的承载体，其承载体整体具有一定的刚性或具有一定的弹性，可平衡和传递在输入时所承载的不同的键所受触压或点击全部或部分的力或作用，承载体自身受到所述结构体其余部分或部件或其他物体的支撑；所述承载体或所述结构体直接或间接支撑承载体的某个或某些部位或部件，自身就是或者含有或附带有可以反映其所承载的键受到触压或点击时该承载体所受应力变化的应力或应变传感器或敏感元件，该应力或应变传感器或敏感元件可以与相应的信号传输线路相连接，可给出相应的应力或应变测量信号或状态信号。
所述应力或应变传感器或敏感元件的所在位置或数目不仅不需要与所述各个键一一对应或相同，其数目还可以大大少于键的数目，在某些情况下，甚至可以仅仅使用一个应力或应变传感器。
实际上，按压按键或触摸键的力会完全或部分传递给承载各个键的承载体整体，承载体整体所受应力会向承载体受到支撑的部位以及结构体支撑承载体的某些部位或部件传递，因此，这些部位或部件上的应力传感器或敏感元件都可以给出与承载体整体所受应力相关因而也与按压按键或触摸键的力相关的的应力测量信号。
有时键盘(如某些手机键盘)的各个按键或触摸键的底部可以是一个共同的底板或印刷电路板。需要时，所述承载体可以仅仅承载各个键的底部或与各个键的底板为一体，承受各个键受触压时传递到底部或底板的力。有时键帽或键的其他部分也可以通过橡胶或其他弹性材料或配件与结构体的其他部位相连接，并分散部分所受压力，此时，承载体承受的以及相关的传感器反映的可能只是按压该键的力的一部分，在信号处理时应该加以考虑。
所述装置的承载体可以设置为自身就是或在内部含有或其下面附带有或铺衬有板状或薄板状应力传感器或敏感器件。此类应力传感器或敏感器件可以由带有压敏电阻材料夹层的两层导电材料构成，也可以由带有弹性绝缘材料夹层的两层导电材料构成，也可以由对压力敏感的微开关矩阵触摸膜或触摸屏材料构成，可以设计为具有一定弹性的甚至带有一定柔性，便于设置在键组的下面，测量键受到的点击力。一组键的承载体一般使用一个板状或薄板状应力传感器或敏感器件即可。
所述装置所述可以反映承载体所承载的键受到触压或点击时该承载体所受应力变化的应力或应变敏感元件，也可以是可以提供开关信号的应力或应变敏感开关元件。这样，当承载体所承载的键所受到的点击力超过规定范围时，所述应力或应变敏感开关元件会给出额外的开关信号，加上原来键受到的点击开关信号，可以按照预先安排代表输入另外一种信息。
所述的装置可以带有内置的或外接的信号处理线路或元件或处理器或接口或其他线路，可以将所述传感器或敏感元件的应力信号放大或整理或汇总或转换或计算或编码或进行其他处理；或者可以根据传感器或敏感元件的应力信号，得到每次键受到触压时相关的测量部位或部件所受应力或应力汇总值或其对应信号或对应信号汇总值或相应的处理数据或它们的最大值或增量值，可以根据这些数值或信号值的变化或不同，并同时根据所述不同键给出的开关信号，按照预先安排得到所对应的输入信息。
实际上，输入的信息是什么不仅取决于按的是哪个键，还可以取决于触压该键的力量，因此，使用者可以在任一个键上用一次点击或触摸输入更多种类的信息。
需要时，所述的承载体可以在有一定相互距离的接受支撑的2个或3个或4个部位分别带有应力传感器或敏感元件。这样安排有利于应力测量和简化点击力计算。
有时候，由于承载体的结构、支撑承载体的结构或相关的应力或应变传感器或敏感元件结构、数目、位置的缘故，用同样的力点击同一承载体上不同位置的键，会得到不同的点击力相关测量信号或数据。此时，要想反映某一位置的键的受力大小，可以根据该键的位置或开关信号对测量信号或数据作进一步的处理或运算或不同的修正或补偿，也可以预先安排在判断输入信息时，根据不同的键的开关信号，参照应力相关测量信号时依照适当的不同标准。
显然，按照本装置的安排，所述的很少量的应力传感器就可以反映所述各个键中任何一个所受的点击力或作用的大小，不仅仅结构简单，成本低，其信号也更容易汇总和处理。
所述的结构体上可以有对所述的应力或应变传感器或敏感元件给出的应力测量信号或其误差进行直接或间接调节或校正或补偿操作或发出其指令的旋钮或键。这样，如果所述应力传感器的输出特性或其他部件发生变化，可以方便地消除不利影响。
在特别简单的设计线路中，使用的应力传感器可以是廉价的应力敏感电阻，其电阻值随着应力的增加而减小。可以将分散分布的几个应力敏感电阻以并联或串联方式联结，以其总电阻值的变化反映各应力之和的变化，更便于处理或计算。
使用的应力传感器还可以是廉价的压力敏感电容，其电容值随着压力的增加而增加或减少。可以将分散分布的几个压力敏感电容以并联或串联方式联结，以其总电容值的变化反映各应力之和的变化，更便于处理或计算。
所述的装置可以带有内置的或外接的信号处理线路或处理器或其他线路或计算装置，可将每次某一键受到触压时所述传感器或敏感元件的应力信号或其汇总值或其放大值或其计算数据或处理值与此前没有任何键受到触压时的相应信号或数值或数据进行比较，得到其差值或增量或它们的最大值，可以据此并同时根据所述不同的键给出的开关信号，得到所对应的输入信息。
用差值或增量或它们的最大值作参考输入信息，有利于减少传感器或其他元件特性漂移以及某些机械作用变化可能带来的对测量或输入准确率的不利影响。
需要时，可以将上述传感器输出的模拟信号经A/D变换元件转换成数字信号，再输入处理器按程序进行求和、存储、修正、比较、判断、编码及其他运算和处理。
所述的装置可以带有内置或外接的音响信号或光学信号发生部分，可以利用音响的力度或音调或音色等特征或者发光的亮度或颜色或图形或发光位置的变化，来提示或反映或表达或响应各个键或承载体所受触压力大小或变化或不同，或者所触压的键位置的不同，或者提示所输入的为何种信息。
本发明可以包括具有上述键盘输入功能的装置的外接键盘、便携式或笔记本电脑、电子图书或词典、个人数字助理、手机、无绳电话、控制器或遥控器。
所述的装置可以带有向外接的计算机或其他装置或设备输送所输入信号所需的编码线路或接口线路及其他线路或元件。
所述的装置可以带有液晶或其他类型显示器以及微处理器、存储器、接口、电池等笔记本式或手持式或便携式电脑或微型数据处理装置所需的各种元件和线路。
所述的装置可以带有微型显示器以及信号接收发送线路和元件微处理器、存储器、拾音器、扬声器、电池等手持电话机或其他通信装置所需的元件和线路。
所述的装置可以带有可以向其他设备发送红外线信号或超声波信号或电磁波信号或有线信号进行遥控的控制器所需的相应线路和红外线窗口或超声波发生器或电磁波天线或电缆接口等元件。
本发明还包括一种利用键盘输入信息的方法，包括(i)设置具有键盘输入功能的装置，由结构体以及若干键等部分组成，所述结构体为构架或壳体或两者的结合，承载所述的键，所述的键为按键或触摸键，为依靠按压或触摸改变开关状态或电平状况从而提供开关信号的键；令所述结构体包含至少一个承载多个或一组所述键的承载体，其承载体整体具有一定的刚性或具有一定的弹性，可平衡和传递在输入时所承载的不同的键所受触压或点击全部或部分的力或作用，承载体自身受到所述结构体其余部分或部件或其他物体的支撑；令所述承载体或所述结构体直接或间接支撑承载体的某个或某些部位或部件，自身就是或者含有或附带有可以反映其所承载的键受到触压或点击时该承载体所受应力变化的应力或应变传感器或敏感元件，该应力或应变传感器或敏感元件可以与相应的信号传输线路相连接，可给出相应的应力或应变测量信号或状态信号。
(ii)利用该装置内置的或外接的信号处理线路或处理器或其他线路或其他具有计算功能的装置，根据上述的传感器或敏感元件给出的应力测量信号，得到每次键受到触压时相关的测量部位或部件所受应力或应力汇总值或其对应信号或对应信号汇总值或相应处理数据或它们的最大值或增量值，根据这些数值或信号值并进一步根据上述不同的键给出的开关信号，按照软件或硬件的预先设定得到所对应的输入信息。
在上述方法的基础上，可以将每次某一键受到触压时所述传感器或敏感元件的应力信号或其汇总值或其放大值或其计算数据或处理值与此前没有任何键受到触压时的相应信号或数值或数据进行比较，得到其差值或增量或它们的最大值，可以据此并同时根据所述不同的键给出的开关信号，按照预先的设定得到所对应的输入信息。
从以上说明可以看出，本发明与传统键盘不同，不仅能通过开关信号识别哪个键受到了触动，而且能通过与键承载体相关的很少几个甚至一个应力传感器的不同应力信号识别所有相关的键所受触压力的不同。因此，在不需要点击功能键或其他键的情况下，利用点击力的不同，一次点击同一个键，就可以输入几种不同字符或信息。例如，对某一键的点击力较小时输入的是“A”，点击力稍大时输入的是“1”，点击力更大时输入的是某个标点符号。这样，可以用键数较少的键盘，代替键数很多的键盘，或者大大增加同样键数键盘的输入功能，十分有利于键盘及带键盘电器或IT产品的微型化。特别是，做到这些仅仅需要增加几个测量承载体所受应力的简单传感器或力敏元件及十分简单的线路或程序，技术简单可靠，成本很低，因而，本发明具有明显的先进性和实用性。
图1为本装置的实施例1放大的局部剖视示意图。
图2为本装置的实施例2放大的局部剖视示意图。
图3为本装置的实施例3放大的示意图。
其中，(1)为键(按键)，(2)为承载体，(3)为结构体，(4)为应力传感器，(5)为键盘外接电缆(局部)，(6)为按键的导电橡胶端部，(7)为橡胶薄膜，(8)为印刷电路板导电膜，(9)为粘合层，(10)功能按键，(11)为手表手机显示屏。
图4为实施例1的输入字符确定方式的示意图表。
其中，“键编号”指的是所点击的键的顺序，“触压力”指的是点击力的大小，“输入字符”指的是相应点击所输入的字符。
图5为实施例1的电路原理框图。
其中包括应力传感器(4)，放大器(12)，多路传输转换器(13)，A/D转换器(14)，微处理器(15)，接口(16)，外接电缆(5)；按键(1)，启动开关(17)。
具体实施例方式实施例1(图1)为本技术的一种微型外接键盘，其30个键为按键，由1个承载体承载，在结构体底板与承载体底部之间有4个应力传感器(可以是类似于霍尼维尔公司的标准触力传感器)，任一按键受到的点击力都可以传递到这4个传感器上。该键盘内部的信号处理线路和处理器(在附图1中省略未画出)可以将这4个传感器的受力信号随时求和(合力信号值)，并计算出某一按键受到触压时合力信号在单次点击过程中的瞬间最大值及其与没有按键受到触压时的合力信号值的差值，根据此差值的大小以及相应按键的开关信号，按照预先设定的程序确定该点击代表的字符或信息，经过接口和外接电缆，将相关信息输送到相关设备。
除了少量功能键，本键盘的各个按键(如图4所示)受到较小的力时就会被按下，输入各种字母；受力稍大时，输入各种阿拉伯数字或标点符号；受力更大时，输入大写字母或特殊符号或指令。具体的输入方式预置在处理器的程序中，图4仅仅列举了其中5个按键作为例了说明受到点击时会输入哪种字符。可以看出，“1°”号键受到较小力的点击时将输入“a”，力稍大时将输入“1”，受到较大力时将输入“A”；“5°”号键受到较小力的点击时将输入“e”，力稍大时将输入“5”，受到较大力时将输入“E”；其他键的输入方式依此类推。
受力不同时，该键盘内置的发声装置会发出不同音调的声音信号，以提示触压力的不同。该键盘十分方便单手操作，靠单次点击可以输入80种信息或指令，工作效率高，便于携带。
该实施例电路原理主要构成(参考图5)为4个应力传感器(4)，与之相连的放大器(12)以及多路传输转换器(13)和A/D转换器(14)，与其联结的微处理器(15)及接口(16)和外接电缆(5)；各个按键(1)以及将其与微处理器联结的开关信号传输线路；还有可使电路进入工作状态的启动开关(17)。
其信号处理的逻辑顺序为(i)打开启动开关，装置开始工作；(ii)各应力传感器在无点击状态下的信号经放大器放大后，再经多路传输转换器和A/D转换器变为数字信号进入微处理器，求其和作为基准参考值存储；(iii)某按键受到点击；(iv)与该按键相关的开关信号经传输线路进入微处理器，该处理器识别并存储其键编号；(v)各应力传感器在该次点击状态下的信号经放大器放大后，再经多路传输转换器和A/D转换器变为数字信号进入微处理器，微处理器按预定程序计算出该信号值的和(单次点击过程中的最大值)与前述基准参考值的差值，并以此确定点击力大小的所属范围(较小或稍大或较大)；(vi)按预定程序，微处理器在预置的如图4所示的输入字符确定方式的存储内容中，检索出既符合键编号又符合点击力大小所属范围的输入字符或其他信息，经接口和电缆将其输送相关设备。
实施例2(见图2)为本技术的一种手机。其键盘上有18个按键(1)，其键帽通过结构体(壳体)上部的孔露出，各按键由橡胶薄膜(7)连接，该橡皮膜的局部经粘合层(9)连接在壳体上。按键的下部为按键的导电橡胶端部(6)，按键受到触压时，导电橡胶端部将会与板状承载体(与印刷电路板合为一体)上的印刷电路板导电膜(8)接触，接通开关电路，同时将压力传递给板状承载体(2)。板状承载体与结构体(壳体)的底板之间为4个应力传感器(4)，该传感器可以是廉价的压力敏感电阻，其电阻值随着压力的增加而减小。板状承载体所受压力由这些敏感电阻值反映，其开关信号和应力信号处理工作原理与实施例1相似。该手机的处理器除了通讯数据还兼顾处理应力信号和开关信号，其识别的输入字符或信息在处理器内直接得到进一步的运用。其处理器和其他电子器件线路未在附图中标示。
按预置的程序，该手机在字符输入状态时，其12个字符键在受到轻重3种不同的单次触压时，可以分别输入A、D、G、J、M、P、T、W，B、E、H、K、N、Q、U、X，C、F、I、L、O、R、V、Y、S、Z等字符及其他符号或指令；该手机处于拨号状态时，轻触按键时，仅仅显示号码，触力增大时该号码才会被输入。触力不同时，手机会发出不同的提示音。
实施例3为本技术的一种手表手机，其键盘工作原理与实施例2相似，但除了功能按键(10)外，只有5个字符按键在该手机的一侧成直线排列。在它们的下面是长条形的板状承载体，该承载体依靠两端的2个应力传感器支撑在结构体(壳体)的底板上。其字符按键的下部为导电橡胶端部，按键受到触压时，导电橡胶端部将会与板状承载体(与印刷电路板合为一体)上的印刷电路板导电膜接触，接通开关电路。
其键盘的开关信号和压力信号的处理方式和硬件同实施例2基本相似，但有关输入信息的预置程序有所不同。在拨号工作状态下，所述5个字符按键受到轻触时，分别输入1、3、5、7、9；受到中等的触压时输入的分别是2、4、6、8、0；触压较重时，将输入各种功能指令。输入文字的方法与普通手机类似，但输入不同的字母可能需要按不同的键或使用不同的力(小、大)或按不同的次数(1次或2次或3次)。触力不同时，该手表手机也可以发出不同的提示音。本技术非常有利于靠键盘输入的手表手机的微型化。
实施例4为本装置的一种平板式笔记本电脑。该电脑表面的大部分为液晶显示屏，其一侧为触摸式鼠标和本技术的键盘，仅仅占用该电脑表面的四分之一。其键盘有40个键，它的工作方式与实施例1基本相同。
权利要求
1.一种具有键盘输入功能的装置，由结构体以及若干键等部分组成，所述结构体为构架或壳体或两者的结合，承载所述的键，所述的键为按键或触摸键，为依靠按压或触摸改变开关状态或电平状况从而提供开关信号的键；其特征在于所述结构体包含至少一个承载多个或一组所述键的承载体，其承载体整体具有一定的刚性或具有一定的弹性，可平衡和传递在输入时所承载的不同的键所受触压或点击全部或部分的力或作用，承载体自身受到所述结构体其余部分或部件或其他物体的支撑；所述承载体或所述结构体直接或间接支撑承载体的某个或某些部位或部件，自身就是或者含有或附带有可以反映其所承载的键受到触压或点击时该承载体所受应力变化的应力或应变传感器或敏感元件，该应力或应变传感器或敏感元件可以与相应的信号传输线路相连接，可给出相应的应力或应变测量信号或状态信号。
2.按照权利要求1所述的装置，其特征在于所述承载体可以仅仅承载各个键的底部或与各个键的底板为一体，承受各个键受触压时传递到底部或底板的力。
3.按照权利要求1或2所述的装置，其特征在于所述承载体自身就是或在内部含有或其下面附带有或铺衬有板状或薄板状应力传感器或敏感器件。
4.按照权利要求1所述的装置，其特征在于所述可以反映承载体所承载的键受到触压或点击时该承载体所受应力变化的应力或应变敏感元件为可以提供开关信号的应力或应变敏感开关元件。
5.按照权利要求1或2所述的装置，其特征在于其可以带有内置的或外接的信号处理线路或元件或处理器或接口或其他线路，可以将所述传感器或敏感元件的应力信号放大或整理或汇总或转换或计算或编码或进行其他处理；或者可以根据传感器或敏感元件的应力信号，得到每次键受到触压时相关的测量部位或部件所受应力或应力汇总值或其对应信号或对应信号汇总值或相应的处理数据或它们的最大值或增量值，可以根据这些数值或信号值的变化或不同，并同时根据所述不同键给出的开关信号，按照预先安排得到所对应的输入信息。
6.按照权利要求1所述的装置，其特征在于所述的结构体上可以有对所述的应力或应变传感器或敏感元件给出的应力测量信号或其误差进行直接或间接调节或校正或补偿操作或发出其指令的旋钮或键。
7.按照权利要求1或2或3或4或5所述的装置，其特征在于带有内置或外接的音响信号或光学信号发生部分，可以利用音响的力度或音调或音色等特征或者发光的亮度或颜色或图形或发光位置的变化，来提示或反映或表达或响应各个键或承载体所受触压力大小或变化或不同，或者所触压的键位置的不同，或者提示所输入的为何种信息。
8.一种利用键盘输入信息的方法，包括(i)设置具有键盘输入功能的装置，由结构体以及若干键等部分组成，所述结构体为构架或壳体或两者的结合，承载所述的键，所述的键为按键或触摸键，为依靠按压或触摸改变开关状态或电平状况从而提供开关信号的键；令所述结构体包含至少一个承载多个或一组所述键的承载体，其承载体整体具有一定的刚性或具有一定的弹性，可平衡和传递在输入时所承载的不同的键所受触压或点击全部或部分的力或作用，承载体自身受到所述结构体其余部分或部件或其他物体的支撑；令所述承载体或所述结构体直接或间接支撑承载体的某个或某些部位或部件，自身就是或者含有或附带有可以反映其所承载的键受到触压或点击时该承载体所受应力变化的应力或应变传感器或敏感元件，该应力或应变传感器或敏感元件可以与相应的信号传输线路相连接，可给出相应的应力或应变测量信号或状态信号。(ii)利用该装置内置的或外接的信号处理线路或处理器或其他线路或其他具有计算功能的装置，根据上述的传感器或敏感元件给出的应力测量信号，得到每次键受到触压时相关的测量部位或部件所受应力或应力汇总值或其对应信号或对应信号汇总值或相应处理数据或它们的最大值或增量值，根据这些数值或信号值并进一步根据上述不同的键给出的开关信号，按照软件或硬件的预先设定得到所对应的输入信息；
9.按照权利要求8所述的方法，可以将每次某一键受到触压时所述传感器或敏感元件的应力信号或其汇总值或其放大值或其计算数据或处理值与此前没有任何键受到触压时的相应信号或数值或数据进行比较，得到其差值或增量或它们的最大值，可以据此并同时根据所述不同的键给出的开关信号，按照预先的设定得到所对应的输入信息。
10.包括如权利要求1或2或3或4或5或6或7或8所述的具有键盘输入功能的装置的外接键盘、便携式或笔记本电脑、电子图书或词典、个人数字助理、手机、无绳电话、控制器或遥控器。
全文摘要
一种具有键盘输入功能的装置和输入方法，其结构体包含一个承载多个开关键的承载体，可平衡和传递键所受触压的力或作用，承载体自身受到支撑，带有可以反映其所受应力连续变化的应力传感器；信号处理线路可以将应力信号汇总或处理，得到键的点击受力值或最大值或增量值，据此同时根据相应键给出的开关信号，按照预先安排确定对应信息，每次点击同一键可以输入不同信息。
文档编号H01H13/14GK1655097SQ200510004830
公开日2005年8月17日 申请日期2005年2月2日 优先权日2004年2月10日
发明者刘二中 申请人:刘二中