具有对垂直行程的平面平移响应性的调平触摸表面的制作方法

具有对垂直行程的平面平移响应性的调平触摸表面的制作方法
【专利摘要】本文所述的是与具有对垂直行程的平面平移响应性的调平触摸表面相关的技术。触摸表面的示例包括键盘的按键、膝上型电脑的触摸板或者智能电话或平板计算机的触摸屏。通过本文所述的技术，触摸表面被限制到水平取向，并且在用户按压例如按钮或按键等的触摸表面的同时保持稳定。另外，通过本文所述的技术，平面平移实行机构在触摸表面随用户按压触摸表面而垂直地(例如向下)行进时，向触摸表面赋予平面平移。应当理解，本“摘要”的提供并不是用于解释或限制权利要求书的范围或含意。
【专利说明】具有对垂直行程的平面平移响应性的调平触摸表面
[0001]相关申请
本申请要求2011年I月4日提交的美国临时专利申请序号61/429749以及2011年4月3日提交的美国临时专利申请序号61/471186的优先权益，通过引用将其公开结合到本文中。
【背景技术】
[0002]图1示出典型计算机系统的常规键盘的简化按键机械结构100的侧视图。精简到其基本要素，常规按键机械结构100包括按键110、可折叠弹性柱塞(即，“橡胶圆头”)120、剪式机构130和底座140。
[0003]橡胶圆头120在用户按压按键以啮合按钮110下面和底座140之上或之中的开关时，向用户提供熟悉的弹锁感觉。剪式机构130的主要目的是在键按压期间调平按键110。
[0004]通常，剪式机构130包括至少一对互锁刚性(例如塑料或金属)片(132、134)，其将按键110连接到底座140和/或键盘的主体。互锁片在按键110沿其垂直路径行进(如Z方向箭头150所示)时按照“剪”式方式移动。当用户压下按键110时，剪式机构130的布置减小按键顶部(即，“键顶”)112的摆动、摇动或倾斜。
[0005]当剪式机构130提供对键顶的某种调平时，它没有消除键顶112的摆动、摇动和倾斜。另外，剪式机构130对键盘组件和维修增加机械复杂度。此外，按键下面的机构(例如剪式机构130和橡胶圆头120)遮掩按键110下面的背光，并且限制可将键盘构造成多薄。存在关于橡胶圆头120和/或剪式机构130在键按压的熟悉弹锁感觉变为无效和/或被不利地影响之前能够是多薄的限制。
[0006]常规键盘已经达到使用现有方式来构造这类键盘的薄度阈值。橡胶圆头、剪式机构等已经减小到技术上可能的最薄比例，同时仍然保持具有熟悉并且令人满意的弹锁感觉的水平键按压。

【发明内容】

[0007]本文所述的是与具有对垂直行程的平面平移响应性的调平触摸表面相关的技术。触摸表面的示例包括键盘的按键、膝上型电脑的触摸板或者智能电话或平板计算机的触摸屏。通过本文所述的技术，触摸表面被限制到水平取向，并且在用户按压例如按钮或按键等的触摸表面的同时保持稳定。另外，通过本文所述的技术，平面平移实行机构在触摸表面随用户按压触摸表面而垂直地(例如向下)行进时，向触摸表面赋予平面平移。
[0008]要理解，本
【发明内容】
的提供将不是用于解释或限制权利要求书的范围或含意。本
【发明内容】
不是要确定要求保护主题的关键特征或必要特征，也不是要用作帮助确定要求保护主题的范围。
【专利附图】

【附图说明】
[0009]图1是典型计算机系统的常规键盘的简化按键机械结构的侧视图。[0010]图2A是按照本文所述技术所配置以提供具有对垂直行程的平面平移响应性的调平触摸表面的令人满意触觉用户体验的触摸表面的第一实现的正视图。第一实现是处于准备好按压位置(即，就绪位置)的简化示范按键组件，其中所示示范按键组件按照本文所述技术来配置。
[0011]图2B是图2A的第一实现的正视图，但是在键按压期间的中途示出。
[0012]图2C是图2A和图2B的第一实现的正视图，但是以完全压下来示出。
[0013]图3是按照本文所述技术所配置以提供具有对垂直行程的平面平移响应性的调平触摸表面的令人满意触觉用户体验的第二实现的立体图。第二实现是处于准备好按压位置(即，就绪位置)的示范按键组件，其中所示示范按键组件按照本文所述技术来配置。
[0014]图4是示出具有对垂直行程的平面平移响应性的调平触摸表面的第二实现的俯视图。
[0015]图5是示出具有对垂直行程的平面平移响应性的调平触摸表面的第二实现的侧视图。
[0016]图6是示出具有对垂直行程的平面平移响应性的调平触摸表面的第二实现的分解立体图。
[0017]图7A和图8A的每个是图4的相同俯视图，其中按键组件在就绪位置示出。图7A和图8A具有示出截取截面的位置来获取图7B和图8B所示视图的线条。图7B和图8B的每个是示出具有对垂直行程的平面平移响应性的调平触摸表面的第二实现的截面图。图7A中的线条A-A示出为获取图7B所示截面图来截取截面的位置。图8A中的线条B-B示出为获取图8B所示截面图来截取截面的位置。
[0018]图9A和图1OA的每个是图4的相同俯视图，除了按键组件在完全压下位置示出。图9A和图1OA具有示出截取截面的位置来获取图9B和图1OB所示视图的线条。图9B和图1OB的每个是示出具有对垂直行程的平面平移响应性的调平触摸表面的第二实现的截面图。图9A中的线条A-A示出为获取图9B所示截面图来截取截面的位置。图1OA中的线条B-B示出为获取图1OB所示截面图来截取截面的位置。
[0019]图11示出斜坡剖面的若干示例，其最低程度地描述调平触摸表面并且对其赋予平面平移的实现的机构的有效形状。
[0020]图12A、图12B和图12C是薄键盘的三个不同视图，其结合按照本文所述技术来配置的触摸表面(例如按键)的一个或多个实现。图12A是键盘的立体图。图5是键盘的俯视图。图6是键盘的侧视图。
[0021]图13是按照本文所述技术所配置以提供具有对垂直行程的平面平移响应性的调平触摸表面的令人满意触觉用户体验的第三实现的立体图。第三实现是处于准备好按压位置(即，就绪位置)的示范按键组件，其中所示示范按键组件按照本文所述技术来配置。
[0022]图14是示出具有对垂直行程的平面平移响应性的调平触摸表面的第三实现的俯视图。
[0023]图15是示出具有对垂直行程的平面平移响应性的调平触摸表面的第三实现的侧视图。
[0024]图16是示出具有对垂直行程的平面平移响应性的调平触摸表面的第三实现的分解立体图。[0025]图17是示出具有对垂直行程的平面平移响应性的调平触摸表面的第三实现的截面图。
[0026]图18A和图18B示出如图17中圈出的第三实现的剖面部分。图18A示出处于其就绪位置的示范按键组件。图18B示出处于其完全压下位置的示范按键组件。
[0027]图19是按照本文所述技术所配置以提供具有对垂直行程的平面平移响应性的调平触摸表面的令人满意触觉用户体验的第四实现的立体图。第四实现是处于其完全压下位置的示范按键组件，其中所示示范按键组件按照本文所述技术来配置。
[0028]图20是示出具有对垂直行程的平面平移响应性的调平触摸表面的第四实现的俯视图。
[0029]图21是示出具有对垂直行程的平面平移响应性的调平触摸表面的第四实现的分解立体图。
[0030]图22A、图22B和图22C示出具有对垂直行程的平面平移响应性的调平触摸表面的第五实现的不同视图。图22A中示出俯视图。图22B和图22C示出第五实现的不同正视图。
[0031]图23示出具有对垂直行程的平面平移响应性的调平触摸表面的第六实现的自由体受力图。
[0032]图24示出适合于本文所述技术的一个或多个实现的示范计算环境。
[0033]【具体实施方式】参照附图。附图中，参考标号最左边的数字标识首次出现该参考标号的附图。相同标号在各个附图中用于表示相似特征和部件。
【具体实施方式】
[0034]本文所述的是与具有对垂直行程的平面平移响应性的调平触摸表面相关的一种或多种技术。键盘的按键是本文所述一个或多个实现的触摸表面的一个示例。触摸表面的其它示例包括触摸板、控制面板上的按钮和触摸屏。
[0035]本文所述的至少一个实现涉及超薄键盘，其中带有具有对垂直行程的平面平移响应性的调平按键。当用户按压按键时，按键在其垂直行程期间在其取向上保持水平。也就是说，按键(特别是其键顶)在其Z方向行程期间保持相对水平。本文所述的调平技术降低或消除键按压期间的按键的任何摆动、摇摆或倾斜。
[0036]与常规方式的剪式机构不同，按键在其周边得到完全支承，使得按键在其下行行程期间的路径限制成保持相对水平。例如，在对常规现有技术按键以及对按照本文所述技术所构建的实现的原型所执行的一个倾斜偏转测试中，常规按键偏转0.231 mm,而原型按键仅偏转0.036 mm。在那个测试中，40克的力施加到各按键的一侧。测量两侧上的偏转，以及将一个从另一个中减去以计算倾斜偏转。通过这个测试，原型按键遇到常规按键的倾斜偏转的大约1/6。也就是说，本文所述的调平技术调平按键比常规按键调平方式要好大约六倍。
[0037]此外，不是如常规方式那样只垂直行进，该触摸表面而是按照能够称作对角线的方式移动。也就是说，触摸表面在保持水平而没有旋转的同时以对角线方式移动。因为这个对角线移动包括在触摸表面保持水平的同时的垂直(上和/或下)以及平面(左右和/或前后)分量，所以平面分量在本文中可称作“平面平移”。由于平面平移响应触摸表面的垂直行程而发生，所以它可称作触摸表面的“对垂直行程的平面平移响应性”(或者“垂直行程平面平移响应性”)。
[0038]对垂直行程的平面平移响应性的平面(即，横向)分量产生触摸表面行进的垂直距离比它实际行进的要大的触觉幻觉。此外，在触摸表面的下压之后，触摸表面使用例如磁力来返回到其就绪位置。按键返回到其就绪位置时按键相对用户手指的移动也帮助该幻觉。
[0039]例如，当用户按压键盘上采用本文所述的垂直行程平面平移响应性技术的示范按键时，按键沿Z方向(例如向下)行进短距离(例如0.5至1.0毫米)并且在被松开时返回那个相同距离。在其Z方向(例如向下)行程期间，这个示范按键还沿横向或平面方向(例如X/Y方向)行进大致相同距离。当然，与Z方向行程成比例的行程的平面方向可随不同实现而改变。
[0040]虽然按键仅沿Z方向行进很短距离，但是用户感知示范按键沿Z方向行进大许多的距离。对于用户，感觉就像示范按钮沿Z方向行进的距离是按键实际行进的距离的两至三倍。额外Z行程的那种感知在很大程度上归因于Z方向键按压期间按键的横向或平面平移对用户指尖所赋予的切向力。
[0041]垂直行程平面平移响应性技术利用触觉感知幻觉，其中某个人将其指尖的非典型力体验误解为典型力体验。例如，当某个人按压和松开键盘的按键时，此人将垂直于其指尖的力感觉为按键仅沿Z方向(例如上和下)移动时回推其手指，以及非预计切向力被误解为法向力。这样，此人得到键盘的按键的的典型按键行程的“感觉”。情况至少部分是这样，因为人们无法感知充分小运动的方向性，但是仍然能够感知因皮肤剪力(skin shear)引起的力的相对变化。
[0042]随着计算机及其部件的尺寸持续减小，需要薄键盘。在便携计算机(例如膝上型电脑或平板计算机)的上下文中明显感受这种需要。但是，按键行程距离限制常规键盘在没有牺牲键盘的“感觉”(例如，按照国际标准化组织(ISO)，典型和优选按键行程是“2.0mm与4.0 mm之间”)的情况下能够变得多薄。
[0043]通过本文所述的垂直行程平面平移响应性技术，在键按压期间对用户指尖所施加的法向和横向力的组合骗得此人认为该按键沿Z方向行进比其实际行进的要远得多。例如，仅具有大约0.8 mm的Z方向按键行程的按键可能感觉该按键沿Z方向行进2.0 mm或更多。因此，可构造超薄键盘(例如薄度小于3.0 mm)，而无需牺牲质量全行程键盘的“感觉”。
[0044]此外，本文所述的技术采用设计成将按键保持、保留和/或悬浮在某个位置-在这个位置按键准备好由用户按压并且在用户提起其手指以便不再提供将按键完全压下的充分力之后还使按键返回到其准备好按压(即就绪位置)-的就绪/返回机构。对于本文所述的至少一个实现，这通过采用排列成相互吸引的一组磁体来实现。磁体将按键保持在就绪位置，并且当不再存在保持按键完全压下的充分向下力之后将按键拉回到就绪位置。
[0045]虽然本文所述的实现主要集中于按键和键盘，但是本领域的技术人员应当理解，也可采用其它实现。这类实现的示例包括触摸板、控制面板、触摸屏或者用于人一计算机交互的任何其它表面。
[0046]示范按键组件 图2A示出处于准备好按压位置(即，就绪位置)的简化示范按键组件200的正视图。图2B和图2C示出处于向完全压下位置前进的相同按键组件200。按键组件200配置成实现本文所述的技术，以便提供具有调平、对垂直行程的平面平移响应性的触摸表面(例如按键)的令人满意触觉用户体验。
[0047]按键组件200包括按键210、就绪/返回机构220 (具有静止磁体222和按键磁体224)、调平/平面平移实行机构230和底座240。按键210是用户触摸以与计算机进行交互的触摸表面的一个特定实现。在其它实现中，触摸表面可以是用户触摸的其它东西，例如触摸屏、触摸板等。
[0048]就绪/返回机构220配置成将按键210保持在其就绪位置，使得按键刚:准备好由用户按压。另外，就绪/返回机构220在按键被压下之后使按键210返回到其就绪位置。如所示，就绪/返回机构220通过使用设置成相互吸引的至少一对磁体来实现这些任务。具体来说，静止磁体222内置到限定在按键210被压下时接纳按键210的孔或空间(在图2A-2C中未示出)的挡板(bezel)或壳体的周长中。按键磁体224按照与静止磁体222对应的方式以及按照使得两个磁体相互吸引的方式来定位在按键210之中和/或下面。磁体的相互吸引力将按键210保持在其就绪位置，如图2A所示。当然，备选实现可采用不同机构或者机构的组合来实现相同或相似功能性。例如，备选实现可采用弹簧、液压、气动、弹性材料等。
[0049]调平/平面平移实行机构230位于按键210下面，并且执行两种功能之一或两者:调平按键，和/或在按键被压下时向其赋予平面平移。调平/平面平移实行机构230包括多个倾斜平面或斜坡(其中的两个在图2A-2C中示出)。斜坡按照使得在向下力施加于按键时均匀支承按键的方式来分布在按键210下侧的视野测量周围。这样，按键组件200在键按压期间进行调平。
[0050]在至少一个实现中，矩形按键可具有定位在按键各角下面的四个斜坡之一。也就是说，斜坡更像方桌的四条腿，其在各角之中和周围支承桌子以使得桌子不可能摆动、倾斜、翻转等。在一些实现中，斜坡可沿按键210下侧内部来定位，以便为按键表面提供附加内部支承。在其它实现中，斜坡可定位在按键周边外部，使得附连到按键的支臂倚靠/搁置在斜坡上。在又一些其它实现中，一个或多个附加斜坡或者其它结构可定位在按键210下侧周边内部，以便向按键提供附加支承。
[0051]如图2B所示并且如在被按压时具有按键特点，按键210在向下力250施加到键顶时沿Z方向移动。但是，按键210按照非典型以及实际上新的方式来响应键按压。如图2B所示，按键210还沿横向或平面方向(如所示,其为X方向)以及向下移动。按键210在键按压期间顺调平/平面平移实行机构230的斜坡而下。在这样做时，斜坡将横向或平面力赋予到按键210上，如平面矢量252所表示。
[0052]另外，图2B和图2C示出就绪/返回机构220的磁体(222、224)响应按键210的向下和平面平移而分离。磁体的吸引力提供对初始键按压的附加程度的阻力。磁体的这个初始阻力和最终拉脱有助于传统全行程按键的弹锁感觉的转折部分的感觉。参见2011年I月4日提交的共同拥有美国临时专利申请序号61/429749中的传统全行程按键的弹锁感觉的论述，通过引用将其结合到本文中。
[0053]图2C示出被完全压下并且压在底座240上的按键210。虽然大概存在底座与按键(在被压下时)之间的按键开关，但是在这里未示出。按键开关指示按键被压下/选择。任何适当按键开关可用于本文所述的技术。
[0054]当按键210被完全压下之后用户从按键210提起其手指时，不再存在按键上保持其被压下的充分向下力。在那种情况下，就绪/返回机构220使按键210返回到其就绪位置，如图2A所示。磁体(222、224)之间的吸引力沿调平/平面平移实行机构230的斜坡向上拉回按键210。一旦磁体(222、224)返回到其原始位置，按键210处于其就绪位置(如图2A所示)，并且按键准备好再次被压下。对于备选实现，弹簧或偏置弹性材料可推送或拉取按键210，使得它返回到其就绪位置。
[0055]图3是配置成实现本文所述技术以提供具有对垂直行程的平面平移响应性的调平触摸表面的令人满意触觉用户体验的另一个示范按键组件300的立体图。按键组件300包括按键墩座310和按键320。如所示，按键320相对于墩座310在其就绪位置示出。在就绪位置，按键320位于墩座310上方。实际上，按键320悬浮在墩座310的键孔312 (为键形空腔)之上和/或至少部分在键孔312之内。按键墩座又可称作键架或挡板。
[0056]由上至下，按键组件300大约为2.5 mm厚。按键墩座310大约为1.5 mm厚，以及按键320大约为0.75 mm厚。按键320大约为19 mmX19 mm，以及键孔略大，为19 mmX20_。当然，尺寸对于其它实现可有所不同。
[0057]如图3所示的双箭头X/Y/Z的每个表示熟悉的三维笛卡尔坐标系的方向。本文中，横向或平面平移或者方向通过图3的X和Y方向箭头来表示。另外，本文中，法向、向上或向下移动或者方向与如图3所示Z方向箭头一致。
[0058]图4是具有其墩座310和按键320的按键组件300的俯视图。如从以上看到，键孔312贴合地(snuggly)适合按键，除了呈现大约1.0 mm的横向移动间隙314的一侧之夕卜。键孔312中的这个间隙允许按键320的横向行程的空间。在一个或多个实现中，间隙的尺寸刚好足以允许平面平移。示出X/Y方向箭头，并且虚线圆圈表示通过按键320传出的Z方向(例如上和下)。
[0059]图5是具有其墩座310和按键320的按键组件300的侧视图。
[0060]图6是具有其墩座310、按键320和键孔312的按键组件300的分解图。此图展示按键导轨610、墩座磁体620、按键磁体630和按键底垫(即，键垫)640。
[0061]按键导轨610设计成契合(例如卡入)墩座310中和/或在其下面。按键导轨610的导轨安装蝶片612和614契合到墩座310的对应蝶片接纳空腔中。这类空腔之一在图6的615处是可见的。
[0062]墩座磁体620通过将磁体贴合地契合到按键导轨610与按键墩座310之间所形成的适体凹口 626，来安装到墩座310中。如所有磁体那样，墩座磁体620具有两个磁极，其示为不同加阴影段622和624。墩座磁体620按照使得向键孔312内部在磁性上暴露一个磁极(例如624)的方式来安装。
[0063]虽然图6中只有一个磁体示为墩座磁体620的组成部分，但是可采用多于一个磁体。一般来说，一个或多个墩座磁体可称作“墩座磁体布置”，因为磁体位于按键组件300的墩座中。在其它实现中，在墩座磁体布置中可存在堆叠在一起的两个、三个或者更多磁体。其它这类实现可包括放置在键孔312周长周围的各个位置以及在键孔中的各个Z位置处的多个磁体。这各个多磁体布置可在按键的向下(或向上)按键行程期间赋予按键的多个横向移动。
[0064]虽然图6中未示出，但是按键磁体630贴合地安装/插入位于按键320下面和/或之中的适体凹口中。像所有磁体一样,这个按键磁体630具有两个磁极出32、634)。当按键320处于键孔312之中和/或之上(例如处于就绪位置)时，一个磁极(632)在磁性上暴露于键孔312的内壁。
[0065]虽然图6中只有一个磁体示为按键磁体630的组成部分，但是可采用多于一个磁体。一般来说，一个或多个按键磁体可称作“按键磁体布置”，因为磁体位于按键组件300的按键320中。在其它实现中，可存在放置在按键周长周围的各个位置以对应于墩座磁体布置中的一个或多个磁体的两个、三个或者更多磁体。这各个多磁体布置可在向下(或向上)按键行程期间赋予按键的多个横向移动。
[0066]按键磁体布置和墩座磁体布置共同工作，以便将按键保持在就绪位置和/或使按键返回到就绪位置。因此，这些磁体布置或者实现相同功能的其它实现可称作就绪/返回机构。另外，磁体布置提供对键按压的初始向下力的某种程度的阻力。这样，磁体布置有助于键盘的全行程按键的弹锁的令人满意近似。因此，这些磁体布置或者实现相同功能的其它实现可称作“模拟弹锁感觉的一个或多个机构”。
[0067]按键底垫640附连到按键320的下侧和中心。通常，底垫640具有双重目的。第一，底垫640帮助在键按压底部进行与按键开关(未示出)的清洁可靠接触。键垫640提供具有充分程度的弹力的无阻平坦区域(即，衬垫)，以便确保传统隔膜按键开关的可靠开关封闭体。第二，底垫640在键按压底部提供预定量的(或者没有)减震，以便提供键盘的全行程按键的弹锁的令人满意近似。
[0068]按键320具有一组按键保持蝶片661、662、663、664，它们设计成将按键保持在键孔312之中和/或之上的可操作位置(B卩，在就绪位置)。当按键320放置在键孔312之中和/或之上时，按键安装蝶片661、662、663、664契合到墩座310与按键导轨610之间的所形成空腔的对应蝶片接纳空腔中。这类空腔其中三个的部分在图6的616、618和619是可见的。空腔616和618设计成接纳按键保持蝶片661和662。空腔619设计成接纳按键保持蝶片664。墩座310形成这些空腔之上的顶篷/顶盖，并且“俘获”(capture)其中的蝶片。因此，按键320可能停留在键孔312之中和/或之上的位置(例如，在就绪位置)。
[0069]按键导轨610具有其中内置的按键导引机构或结构650。按键导引机构650又可称作调平/平面平移实行机构。按键导引机构650包括按键导引斜坡652、654、656和658。这些斜坡朝按键导轨610的四个角定位。图6中未示出，相反和互补斜坡或者斜切段(即，“斜面”)内置于按键320下侧。
[0070]按键的斜面一起协同工作，在向下键按压期间沿按键导引斜坡向下滑动。与按键320上用户按压的位置无关，各角的斜面-斜坡组对在键按压期间使按键320保持稳定和水平。因此，斜面-斜坡组对调平按键320。因此，按键导引机构650又可称作调平结构或机构，或者只称作按键调平器。
[0071]诸如导轨和轨道系统之类的结构可用于进一步限制按键320沿X或Y方向的移动和/或围绕Z轴的旋转。按键导轨610的支臂结构670用作轨道系统，以便限制X方向或Y方向以及围绕Z轴的旋转。
[0072]—般来说，按键调平器的目的是重新分布施加到按键320的偏心力，使得按键在其Z方向行程期间保持相对水平。也就是说，按键调平器降低或消除键按压期间的按键的任何摆动、摇摆或倾斜。在按键组件300中，支臂结构670以及匹配按键保持蝶片和空腔至少部分起作用以防止按键沿Z轴的旋转。
[0073]另外，斜面-斜坡组对将用户的向下力的至少一部分有效地转化为横向力。因此，斜面-斜坡组对将按键320的Z方向力转换为Z方向和X/Y方向(即，平面或横向)移动。由于按键导引机构650还将Z方向(B卩，垂直)力转化为X/Y方向(即，平面)移动，所以按键导引机构650又可称作垂直-平面力转化器。
[0074]图7B和图8B是按键组件300的截面图，其中按键320在其就绪位置示出。图7B示出在按键组件的中心附近所截取的截面(其沿如图7A所示的线条A-A)。图SB示出在按键组件的偏心所截取的截面(其沿如图8A所示的线条B-B)。对于上下文，在这些附图中，用户的手指710示为悬浮在按键320上方，预期在按键上按下。
[0075]图6中示出图7A、图7B、图8A和图8B所示组件300的部分和部件的绝大多数。截面图示出那些已经示出的部分和部件的布置。
[0076]如图6和图7B两者所示，按键磁体630的暴露端632的磁极具有与墩座磁体620的暴露端624相反的极性。由于这种布置，按键320的磁体630被吸引到墩座310的磁体620。因此，磁性吸引力将按键320紧密地保持在墩座310上并且按照悬臂方式保持在其就绪位置。按键320的就绪位置的这种悬臂布置至少在图7B中示出。
[0077]除了图6所示的组件300的部分和部件之外，图7B还示出具有一个或多个光发射器722的背光系统720。如所示，背光系统720的光源能够使用任何适当技术来实现。作为举例而不是限制，光源能够使用LED、使用LED的光管、光纤垫、LCD或者其它显示器和/或电致发光面板来实现，只例举几种。例如，一些键盘使用薄片/膜，其中光发射器在薄片/膜侧，以及光扩散器位于各按键下面。
[0078]采用本文所述技术的键盘的按键的背光与常规方式的不同之处在于，在光源(例如背光系统720)与按键320之间存在即使有也极少的挡光阻碍。因此，从按键320下面发出的光线在没有大阻抗的情况下到达按键320的键顶。在常规方式中，通常存在许多障碍物(例如橡胶圆头和剪式机构)，它们阻挡通过键顶的切实有效发光。
[0079]这能够例如允许为用户照亮按键图例。在过去，因趋向于阻挡光线的诸如圆头和剪式机构之类的各种致动结构的存在，背光键盘已被证明是困难的。
[0080]图8B以截面示出内置到按键320下侧中的斜面其中两个。斜面810是按键导轨610的斜坡658的反转，并且面向斜坡658。类似地，斜面812是按键导轨610的斜坡654的反转，并且面向斜坡654。当向下力例如由手指710施加于按键320时，按键顺按键导轨610而下到达键孔312的底部。更准确来说，共同工作的斜面和斜坡将按键320上的向下(即，Z方向)力的至少一部分转换为按键320上的平面或线性(即，X/Y方向)力。因此，按键320在线性移入横向移动间隙314中时，还向下移入键孔312中。
[0081]备选地，按键320可具有针状物来代替斜面。在那种情况下，各针状物将沿按键导轨610的斜坡前行。又备选地，按键导轨610可具有针状物(或者类似结构)供按键320的斜面倚靠。对于前一种备选情况，所有按键能够是相同的，从而节省设计和加工成本。对于后一种备选情况，可产生不同的按键，其中斜面具有不同的斜坡剖面，从而通过换出按键来实现可重新配置剖面。[0082]图9B和图1OB是按键组件300的截面图，其中按键320在向下键按压之后的下位置示出。图9B示出在按键组件的中心附近所截取的截面(其沿如图9A所示的线条A-A)。图1OB示出在按键组件的偏心所截取的截面(其沿如图1OA所示的线条B-B)。对于上下文，在这些附图中，用户的手指710示为按下按键320进入键孔312。
[0083]图9A、图9B、图1OA和图1OB分别对应于图7A、图7B、图8A和图8B。虽然图7A、图7B、图8A和图SB示出处于预期键按压的就绪位置(其中按键定位在键孔312之上和/或之中)的按键320，图9A、图9B、图1OA和图1OB示出在键按压底部并且因而在键孔312底部的按键320。为了简洁起见，背光系统仅在图7B和图9B中示出。
[0084]如图9B和图1OB所示，由手指710施加到按键320上的Z方向力(如矢量920所示)也对按键赋予X/Y方向力(如矢量922所示)。X/Y方向(即，横向或平面)力产生于垂直-平面力转化器，在这里如通过按键320与按键导轨610的斜面-斜坡关系所实现。
[0085]当用户从按键320提起其手指710时，不存在将按键保持在键孔312中的向下力。按键与墩座磁体(630和620)的相反磁极(632和624)之间的磁性吸引力沿斜坡向上拉回按键320，直至按键返回到其就绪位置。也就是说，没有对按键320的向下力，按键从图9A、图9B、图1OA和图1OB所示的位置移动到图7A、图7B、图8A和图8B所示的就绪位置。
[0086]如上所述，按键导轨610固定在墩座310下面，使得按键320在用户向下按压按键时(以及当按键返回到其就绪位置时)横向地(X/Y方向)以及垂直地(Z方向)移动。当然，按键320顺按键导引机 构650的斜坡(例如，652、654、656、658)向下和向上前行，使得斜坡向按键赋予横向运动。
[0087]备选地，按键导轨610可配置成在按键320被限制成基本上垂直移动时横向地移动。对于这种备选情况，对按键320的向下按压在按键的移动被限制到垂直时推送按键导轨610以便经由按键导轨610的斜坡(例如，652、654、656、658)横向地移动。弹簧、磁体组合或者类似部件在按键320返回到其就绪位置之后使按键导轨610返回到其原始位置。
[0088]这种备选实现可特别适合于触摸表面是触摸板的情况。在那种情况下，用户可在触摸板上按下，以便选择屏幕上按钮、图标、动作等。对此进行响应，触摸板基本上垂直地平移，并且推送具有斜坡的偏置导轨，使得它沿横向滑动。当移开充分向下力时，导轨的偏置又迫使其返回到其原始位置，并且垂直地向上推回触摸板。
[0089]示范斜坡剖面
图11示出可在各个实现中使用的斜坡剖面的各个示例。实际上，单个键盘和单个按键可采用不同的斜坡剖面，以便实现不同的感觉和/或效果。斜坡剖面是用于调平/平面平移实行机构的斜坡和/或斜面的有效表面的轮廓或外形。由于按键倚靠通过其剖面来描述的斜坡表面，所以斜坡剖面告知或描述在按键向下平面平移和其返回期间的按键的运动。
[0090]图11示出具有单锐角斜面的第一示范斜坡剖面1110、具有滚降斜面的第二示范斜坡剖面1120、具有阶梯斜面的第三示范斜坡剖面1130、具有凹陷斜面的第四示范斜坡剖面1140以及具有福射形斜面(radius slope)的第五示范斜坡剖面1150。
[0091]第一示范斜坡剖面1110提供触摸表面的整个向下行程期间的均匀和稳定的平面运动。底座与斜坡的倾斜表面之间的角度1112可设置在35与65度之间，但是它通常可设置成45度。角度112设置成越浅(shallow)，则赋予越多的平面平移。当然，如果角度太浅，则可能难以使用户在触摸表面上按下时有效地移动触摸表面。相反，如果角度1112太陡，则按键的调平可能受到损害。
[0092]第二示范斜坡剖面(或者翻转剖面)1120在斜坡的翻转部分提供比具有第一示范斜坡剖面1110的斜坡所感觉到的要大的弹锁或拉脱感觉。具有第三示范斜坡剖面(或阶梯剖面)1130的斜坡的感觉与第二示范斜坡剖面1120的感觉相似，但是弹锁或拉脱感觉更为强烈。
[0093]如与具有第一示范斜坡剖面1110的斜坡的感觉相比，使用第四示范斜坡剖面(或者凹陷剖面)1140的斜坡的感觉更柔软，并且也许“像海绵”。使用第五示范斜坡剖面(或者辐射形剖面)1150的斜坡的感觉与阶梯剖面1130的感觉相似，但是具有更平滑的过渡。也就是说，存在较小弹锁感觉。
[0094]图11所示的剖面告知使用这类剖面的触摸表面的平面平移响应性的行为和/或感觉。当然，存在所示剖面的多个备选变化和组合。另外，许多备选剖面与所示剖面显著不同。
[0095]示范键盘
图12A-12C提供配置成实现本文所述技术的示范键盘1200的三个不同视图。图12A是示范键盘1200的立体图。图12B是示范键盘1200的俯视图。图12C是示范键盘1200的侧视图。如所示，示范键盘1200具有壳体1202和按键阵列1204。
[0096]如通过从图12A-12C所提供的三个观察点查看示范键盘1200能够看到，示范键盘与具有常规全行程按键的键盘相比特别薄(即，低剖面)。常规键盘通常为12-30 _厚(从键盘壳体的底部到键帽顶部所测量)。这类键盘的示例能够在如下美国专利号的附图中看到:D278239、D292801、D284574、D527004和D312623。与这些传统键盘不同，示范键盘1200具有厚度1206，该厚度不到4.0 mm厚(从键盘壳体底部到键帽顶部所测量)。对于其它实现，键盘可小于3.0 mm或者甚至2.0 mm。
[0097]示范键盘1200可采用按键1204下面的常规按键开关矩阵，该矩阵设置成在用户稳固地按下其关联按键时发信号通知关于键按压。备选地，示范键盘1200可采用新的和非常规按键开关矩阵。
[0098]示范键盘1200是独立键盘而不是与计算机集成的键盘-例如膝上型计算机的键盘。当然，备选实现可具有集成在计算机的壳体或机箱中或者其它装置部件中的键盘。下面是可使用或者包括例如示范键盘1200等键盘的装置和系统的示例(作为举例而不是限制):移动电话、电子书、计算机、膝上型电脑、平板计算机、独立键盘、输入装置、配件(例如具有内置键盘的平板机壳)、监视器、电子广告亭、游戏装置、自动柜员机(ATM)、车辆仪表板、控制面板、医疗工作站和工业工作站。
[0099]在常规膝上型计算机中，键盘集成到装置本身。键盘的按键通常通过膝上型电脑的壳体突出。为了避免在键盘的屏幕/盖板闭合的同时对键盘的机械部件的不必要磨损，常规膝上型电脑的按键通常凹进所谓的键盘槽中。遗憾的是，键盘的机械结构对液体污染(例如溢出的咖啡)特别敏感，因为液体自然流入例如键盘槽等凹陷部分。因此，常规膝上型电脑的键盘槽有助于液体污染渗入其键盘机械结构中。
[0100]与常规膝上型电脑的键盘不同，采用本文所述技术的键盘无需放置在例如键盘槽等污染收集凹陷部分中。如图12的示范键盘1200所示，按键1204没有位于凹陷部分或槽中。实际上，示范键盘1200可与膝上型电脑-其中具有在膝上型电脑的盖板闭合时使按键1204落入其相应键孔中的机构-相集成。这种机构可包括系链，该系链将各按键从其就绪位置拉入其键孔中。备选地，这种机构可涉及将各按键的墩座磁体移位或移动成使得这种磁体不再保持按键。因此，各按键将落入其相应键孔中。
[0101]这样做对按键没有产生过度机械磨损。与常规方式不同，示范键盘1200没有因长期滥用而丧失其弹性、偏置或弹力的部分。类似地，按键1204的磁体将不会通过被压入其键孔中而丧失其磁性能力。当屏幕/盖板被提起时，按键1204在系链的张力被释放和/或墩座磁体恢复到其原始位置时立即卡入其就绪位置。
[0102]其它示范按键组件
图13是配置成实现本文所述技术以使用无源触觉响应来提供令人满意触觉用户体验的又一个示范按键组件1300的立体图。按键组件1300包括按键墩座1310和按键1320。注意，按键1320位于墩座1300上方。实际上，按键1320悬浮于墩座1310的按键形状孔1312( “键孔”)上方(和/或部分在其之中)。按键墩座又可称作键架或挡板。
[0103]由上至下，按键组件1300大约为2.5 mm厚。按键墩座1310大约为1.5 mm厚，以及按键1320大约为0.75 mm厚。按键1320大约为19 mmX19 mm，以及键孔略大，为19mmX20 _。当然，尺寸对于其它实现可有所不同。
[0104]图14是具有其墩座1310和按键1320的按键组件1300的俯视图。如从以上看到，按键形状孔1312贴合地适合按键，除了留下大约1.0 mm的间隙的一侧之外。键孔1312中的这个间隙允许按键1310的横向行程的空间。示出X/Y方向箭头，并且虚线圆圈表示通过按键1320传出的Z方向(例如向上和向下)。
[0105]图15是具有其墩座1310和按键1320的按键组件1300的侧视图。
[0106]图16是具有其墩座1310和按键1320的按键组件1300的分解图。
[0107]图17是按键组件1300的截面，其中截面在按键组件中心附近所截取。对于上下文，用户的手指1710示为悬浮在按键1320上方，预期在按键上按下。
[0108]图16和图17的视图示出三个磁体(1610、1620、1630)，其在组件1300的先前视图中未展示。磁体1610和1620堆叠在一起，并且贴合地安装到/插入按键墩座1310的适体凹口 1314中。如图16和图17所示，磁体1620堆叠在磁体1610顶部，其中一个磁体的磁极(1622、1624)直接在相反磁极(1612、1614)之上。当然，因为磁体的相反磁极相互吸引，所以使用这种布置。
[0109]墩座磁体安装到墩座1310中，以便使磁体堆叠的上磁体1620的一个磁极(例如1622)和下磁体1610的相反磁极(例如1614)在磁性上暴露于键孔1312的内部。
[0110]两个磁体1610和1620可共同称作“墩座磁体布置”,因为磁体位于按键组件1300的墩座中。虽然这个实现将两个磁体用于墩座磁体布置，但是一个备选实现可以只采用一个磁体。在那种实现中，单个磁体垂直地设置，使得两个磁极在磁性上暴露于键孔的内部。
[0111]在又一些其它实现中，在墩座磁体布置中可存在不只两个磁体。一种这样的实现可包括堆叠中的三个或更多磁体。其它这类实现可包括放置在键孔1312周长周围的各个位置以及在键孔中的各个Z位置的多个磁体。这各个多磁体布置可在向下(或向上)按键行程期间赋予按键的多个横向移动。
[0112]如图16和图17两者所示，按键1320包括键帽1322和键座1324。键座1324包括按键调平器1326。在一些实现中，可偏置按键调平器1326。按键调平器1326的目的是重新分布施加到按键的偏心力，使得按键在其Z方向行程期间保持相对水平。当然，在备选实现中可采用其它调平机构和方式。在一个备选方案中，其它磁体可分布于键孔1312的周边周围，以便保持按键1320并且响应向下力而均匀地拉脱。
[0113]按键磁体1630贴合地安装到/插入键座1324的适体凹口 1328中。凹口 1328在图16中不出。像所有磁体一样，这个按键磁体1630具有两个磁极(1632、1634)。一个磁极(1634)在磁性上暴露于键孔1312的内壁。
[0114]为了本文所述的垂直行程平面平移响应性技术，按键磁体的暴露端的磁极与墩座磁体布置的顶磁体的暴露端相反。如图16和图17两者所不,按键磁体1630的磁极1634与墩座磁体布置的顶磁体1620的磁极1622相反。由于这种布置，按键1320的磁体1630被吸引到墩座1310的磁体1620。因此，磁性吸引力将按键1320紧密地保持在墩座1310上并且按照悬臂方式保持在键孔1312之上和/或部分在其中。这种悬臂布置在图17中清楚地示出。
[0115]按键磁体布置和墩座磁体布置共同工作，以便将按键保持在就绪位置并且使按键返回到就绪位置。因此，这些磁体布置或者实现相同功能的其它实现可称作就绪/返回机构。另外，磁体布置提供对键按压的初始向下力的某种程度的阻力。这样，磁体布置有助于键盘的全行程按键的弹锁的令人满意近似。因此，这些磁体布置或者实现相同功能的其它实现可称作“模拟弹锁感觉的一个或多个机构”。
[0116]图18A和图18B示出如图17中圈出的剖面部分1720。图18A示出按键组件1300的部件，它们正如在图17中设置那样。按键1320经由磁性吸引力在操作上关联(例如连接、耦合、链接等)到按键墩座1310。按键磁体1630和顶墩座磁体1620的相反磁极(1634、1622)之间的吸引力1810通过它们之间的闪电符号集合(y)来表不。
[0117]图18B示出组件1300的相同部件，但是在由用户的手指对按键1320赋予向下力(由矢量1820表示)之后。向下力中断按键磁体1630与顶墩座磁体1620之间的吸引力1810。中断磁性耦合所需的向下力的量能够基于所涉及磁体的大小、类型、形状和定位来定制。拉脱力的范围通常从40至100克。
[0118]当按键1320向下(其为Z方向)行进时，它还被按键磁体1630与下墩座磁体1610的相同磁极(1634、1614)之间的磁性排斥力横向地推送。磁体之间的斥力1822在图18b中由箭头和闪电符号集合(#)来表示。
[0119]通过这种布置，键按压的用户体验与如2011年I月4日提交的美国临时专利申请序号61/429749(通过引用将其结合到本文中)中所述的弹锁的感觉相似。在键按压期间，按键1320从磁性保持中释放就像转折点，其作为常规橡胶圆头按键的橡胶圆头折叠时的感觉。
[0120]键孔1312的侧壁在按键的Z方向行程(例如向下和/或向上)期间充当按键1320的导轨。键孔1312的远端远离其中安装了墩座磁体的壁。在键孔1312的远端存在附加空间，该附加空间允许按键1320在键按压的向下行程期间横向地行进。按键调平器1326可接触或碰撞键孔1312的远端的壁。备选地，与前一个实现(按键组件300)中所述相似的按键导轨系统能够用于帮助按键调平和横向位移。
[0121]图19是配置成实现本文所述技术以使用无源触觉响应来提供令人满意触觉用户体验的又一个示范键盘组件1900的立体图。按键组件1900包括按键墩座1910和按键1920。按键1920悬浮于墩座1910的按键形状孔1912( “键孔”)上方(和/或部分在其之中)。按键墩座又可称作键架或挡板。
[0122]图20是具有相同按键墩座1910和按键1920的示范按键组件1900的俯视图。
[0123]图21是具有相同按键墩座1910和按键1920的示范按键组件1900的分解图。图21还示出的是按键底垫2010。
[0124]如图19-21所示，这个按键组件1900与按键组件1300(图13_18所示)的不同之处在于磁体的布置和结构的内含物，其中按键和墩座设计成将横向力赋予到按键上并且对按键提供调平。
[0125]按键组件1900的墩座磁体布置包括两个或更多堆叠磁体，其中各磁体的磁极进行交替。对于这个组件1900,墩座磁体布置包括一个单一磁体1930。单一非堆叠磁体布置能够在图21中清楚地看到。这个唯一磁体水平地放置成使得只有一个磁极暴露到键孔1912中。与组件1900相似，磁体1930的暴露磁极与按键磁体1940 (图21所示)的暴露磁极相反(并且因而在磁性上与其相互吸引)。
[0126]如在图20和图21中看到，墩座1910具有内置于键孔1912的各角的斜坡或者倾斜平面(1980a、1980b、1980c、1980d)。反转和互补斜坡或斜面内置到按键1920中。两个这种互补斜坡(1960c和1960d)在图20和图21中看到。
[0127]按键的斜坡协同工作在向下键按压期间沿墩座斜坡向下滑动。与按键1920上用户按压的位置无关，各角的斜坡组对在键按压期间使按键1920保持稳定和水平。因此，斜坡组对调平按键1920。
[0128]另外，斜坡组对将用户的向下力的至少一部分有效地转化为横向力。因此，斜坡组对将按键1920的Z方向移动转换为Z方向和横向移动两者。因此，不要求按键组件1900的下墩座磁体的磁性排斥力将横向力赋予到按键上。因此，与按键组件1300不同，不存在按键组件1900中使用的下墩座磁体。但是，备选实现可采用下墩座磁体来帮助斜坡的平面平移实行动作。
[0129]另外，存在这个按键组件1900中存在的、但在本文已经论述的实现中没有存在的附加结构方面。按键具有四个凸缘或凸起，其中两个标记为1980a和1980b，并且在图20中清楚地看到。另外两个凸起标记为1960c和1960d，并且在图19和图20中清楚地看到。由于这些凸起上具有按键斜坡中的两个，所以这些凸起先前示出并且标记为斜坡。本文中，标号1960c和1960d表不共同结构,但是那种结构可描述为执行不同功能。
[0130]如在图19、图20和图21中看到，墩座1910具有四个凸起接纳凹口 1980a、1980b、1980c和1980d，其由键孔1912的壁的部分所形成。顾名思义，这些凹口 1980a、1980b、1980c和1980d的每个配置成接纳按键凸起的对应凸起。图19-21示出具有凸起的磁性耦合按键1920，这些凸起契合其对应凹口。
[0131]在这种布置中，修整层(未示出)可遍布墩座1910并且遍布凹口，以便圈闭(trap)下面的凸起。这样，修整层将按键1920保持在悬浮于键孔1912之上和/或之中的位置。修整层可由任何充分强和结实的适当材料来制成。这种材料可包括(但不限于)金属箔、橡胶、硅、弹性体、塑料、乙烯基等。
[0132]按键底垫2010附连到按键1920的下侧和中心。通常，底垫2010具有双重目的。第一，底垫2010帮助在键按压底部进行与按键开关(未示出)的清洁可靠接触。键垫2010提供具有充分程度的弹力的无阻平坦区域(即，衬垫)，以便确保传统隔膜按键开关的可靠开关封闭体。第二，底垫2010在键按压底部提供预定量的(或者没有)减震，以便提供键盘的全行程按键的弹锁的令人满意近似。
[0133]磁体
用于本文所述实现的磁体是永磁体，以及具体来说是商业永磁体。这类磁体的最常见类型包括:
-钕铁硼；
-钐钴；
-磁钢；以及 -陶瓷。
[0134]上述列表按照从最强到最弱的典型磁强的顺序。
[0135]由于其较小尺寸和令人印象深刻的磁强，本文所述的实现利用稀土磁体，其是由稀土元素的合金所制成的强永磁体。稀土磁体通常产生超过1.4特斯拉的磁场，其超过相当的铁氧或陶瓷磁体50%至200%。实现的至少一个使用钕基磁体。
[0136]备选实现可采用电磁体。
[0137]对垂直行程的平面平移响应性
图22A、图22B和图22C的每个示出适合于本文所述技术的一个或多个实现的示范触摸表面2200的一部分的简化和摘要形式的不同视图。为了说明的简洁起见，触摸表面2200示为具有比深度(即，Z维)要大的宽度和广度(即，X/Y维)的刚性矩形体。又为了说明的简洁起见，未示出提供触摸表面的调平、垂直行程平面平移响应性和/或其它功能性及操作的基础结构和机构。
[0138]图22A中，触摸表面2200以俯视图示出。图22B和图22C以不同正视图示出触摸表面2200。如这些附图中的禁止象形图(即，带斜杠的圆圈)所示，触摸表面被阻止围绕全部三个轴(即，X、Y和Z)旋转。也就是说，触摸表面2200完全被阻止旋转。
[0139]但是，允许并且使触摸表面2200能够沿Z方向(即，垂直地、向下和/或向上)移动。另外，允许触摸表面2200在X/Y平面中沿平面方向移动。也就是说，触摸表面2200在X/Y平面中沿X、Y或者其组合的一个方向移动。实际上，触摸表面2200配置成沿平面方向移动，同时还沿垂直方向移动。沿这两个方向的移动的组合可称作“对角线”。此外，由于触摸表面2200在移动的同时没有旋转，所以这种移动在本文中称作“平移”。因此，触摸表面2200的全运动在本文中称作“垂直行程平面平移响应性”。
[0140]另一个示范组件的自由体受力图
图23示出适合于本文所述技术的一个或多个实现的示范触摸表面组件230的简化和摘要形式的自由体受力图。为了说明的简洁起见，只示出组件2300的部件其中两个:斜坡2310和斜面2320。斜坡2310简化地表示按键导轨的斜坡(与图6所示按键导轨610的斜坡相似)的一个或多个。类似地，斜面2320简化地表示触摸表面的斜面(与如图3-10所示的按键320的斜面相似)的一个或多个。又为了说明的简洁起见，未示出提供组件的其它功能性和操作的其它结构和机构。
[0141]由于图23是自由体受力图，所以它示出作用于斜面2320和/或斜坡2310的几个力矢量(如箭头所表示)。那些矢量包括磁力矢量(Fmagnrt) 2330、用户按压力矢量(Fpress) 2332、重力矢量(Fgravity) 2334、斜坡面法向力矢量(Fj) 2336、摩擦力矢量(Ffriction) 2338以及斜坡面平行力矢量(Fi) 2340。斜坡2310的角(α)在2312示出。在本描述中，μ是已知摩擦系数，以及g是重力常数。
[0142]如所示，斜坡面平行力矢量(Fi) 2340是在沿(即，平行于)斜坡2310的斜坡面2314的方向作用于斜面2320的所示力之和。斜坡面平行力矢量(Fi) 2340包括磁力(Fmagnet) 2330、摩擦力(FfrietiJ 2338 以及用户按压力(Fpress) 2332 和重力(Fgravity) 2334 的分量-至少在其沿平行于斜坡面2314的方向起作用时。如所示，磁力(Fmagnet) 2330沿斜坡2310向上指向，同时用户按压力(Fpress) 2332和重力(Fgravity) 2334的斜坡平行分量沿斜坡向下起作用。摩擦力(FftietiJ 2338沿远离运动的方向指向。也就是说，当斜面2320沿斜坡面2314向下移动时，摩擦力沿斜坡2310向上指向。相反，当斜面沿斜坡向上移动时，摩擦力沿斜坡向下指向。当这些力矢量(Fi) 2340之和沿斜坡2310向上指向时，斜面2320将向上移动，直到例如它在就绪位置停止。当这些力矢量(FJ2340之和向下指向时，斜面2320将沿斜坡2310向下移动，直至例如它到达底部的挡板。
[0143]在其就绪位置，斜面2320保持在斜坡2310的顶部处或者附近，因为斜坡面平行力(Fj)沿斜坡面2314向上指向。这主要归因于组件中的磁体的相互吸引力(但是在这里未示出)。那个相互吸引的力通过磁力矢量(Fmagnet) 2230来表示。摩擦力(Ffrietim) 2338还起作用以将斜面2320保持在其当前位置，和/或减慢斜面的运动。斜面2320将保持在这个位置，直到斜坡面平行力矢量(FD2340沿斜坡面2314向下指向。这在向下斜坡平行力之和(其为Fi)大于磁力(Fmagnet) 2330和摩擦力(FfrietiJ 2338之和时发生。
[0144]为了计算摩擦力 (FfrietiJ2338，确定斜坡面法向力(Fj) 2336。如所示，力(Fj)是具有朝(即，正交于)斜坡面2314起作用的分量的力之和。如在说明中能够看到，用户按压力矢量(Fpress) 2332和重力矢量(Fgravity) 2334的每个具有沿正交于斜坡面2314的方向的分量。这些法向力矢量的幅值可例如按照下式通过斜坡角(a )2312的余弦来确定:Fj= (Fpress+Fgravity) *cos ( α )。摩擦力(Ffrietim) 2338则能够计算为法向力和斜坡2310与斜面2320之间的摩擦系数(μ)的乘积=Ffriction=Fj* μ。
[0145]类似地，能够计算斜坡面平行力矢量(Fi) 2340。向下斜坡面平行力矢量是用户按压力(Fpress) 2332和重力(Fgravity) 2334之和乘以斜坡角(a )2312的正弦。如先前所述并且如所示，磁力(Fmagnet) 2330沿斜坡2310向上方向指向，同时摩擦力(FfrietiJ 2338沿与运动方向相反的方向起作用。这能够按照这些方式来表示:
-在顺斜坡向下移动时=Fi= (Fpress+Fgravity) *sin ( α ) -Ffriction-Fmagnet,以及
-在顺斜坡向上移动时=Fi= (Fpress+Fgravity) *sin ( α ) +Ffrictim-Fmagnet。
[0146]在许多产品设计和应用中，触摸表面(例如按键)的重量相对于用户按压力(Fpress)和磁力(Fmagnrt)将较小。在这些情况下，对于Fi的两个等式，重力分量均能够忽略。因此，如果摩擦力(Fftirfim)的等式代入斜坡面平行力(Fi)的等式并且忽略重力，则产生:
-在顺斜坡向下移动时:Fi=Fpress^sin ( a ) -Fpress*cos ( α ) * μ -Fmagnet,以及
-在顺斜坡向上移动时=Fi=FpresJsin ( a ) +Fpress*cos ( α ) * μ -Fniagneto
[0147]这些简化等式能够用于计算作为用户按压力(Fpress) 2332、磁力(Fmagnet) 2330、斜坡角(a )2312和摩擦系数(μ )的函数、作用于斜面2320的力。[0148]对于所示的示范触摸表面组件2300，斜坡角(α)2312为45度。仅为了便于说明(而不是限制)，斜坡2310和斜面2320的每个由缩醛树脂(例如DuPont ?牌Delrin?)组成。本领域的技术人员知道，两个缩醛树脂表面的摩擦系数(μ)为0.2。在这个示例的情况下，沿斜坡面平行方向作用于斜面2320的力为
-在下斜坡移动期间=Fi = U *.717)*Fpress-Ffflagnet -在上斜坡移动期间=Fi = (1.2 *.717)*Fpress-Ffflagnet
这些等式还能够用于确定作为就绪位置和终点挡板两者处的磁力的函数的拉脱和返回力:
-为了拉脱:Fpress>l.77Fmagnet (在就绪位置)
-为了返回:Fpress〈l.ISFmagnrt (在终点挡板)
因此，通过选择适当磁力(Fmagnrt)2330，系统能够设计成满足所指定用户按压力(Fpress) 2332。例如，对于预期60克拉脱力，磁力矢量Fmagnet可以是大约35克。
[0149]示范计算系统和环境
图22示出其中如本文所述可(完全或部分地)实现一个或多个实现的适当计算环境2200的示例。示范计算环境2200只是计算环境的一个示例，而不是意在暗示关于计算机和网络架构的使用或功能性的范围的任何限制。计算环境2200也不应当被理解为具有与示范计算环境2200中所示的任何一个部件或者部件的组合相关的任何相关性或要求。
[0150]如本文所述的一个或多个实现可在由处理器所执行的诸如程序模块之类的处理器可执行指令的一般上下文中描述。一般来说，程序模块包括执行特定工作或者实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、部件、数据结构等。
[0151]计算环境2200包括采取计算机2202的形式的通用计算装置。计算机2202的部件可包括但不限于一个或多个处理器或处理单元2204、系统存储器2206以及将包括处理器2204的各种系统部件耦合到系统存储器2206的系统总线2208。
[0152]系统总线2208表示若干类型的总线结构的任何一个或多个，其中包括采用多种总线架构的任一种的存储器总线或存储控制器、外围总线、加速图形端口以及处理器或局部总线。
[0153]计算机2202通常包括多种处理器可读介质。这类介质可以是任何可用介质，其是计算机2202可访问的，并且包括易失性和非易失性介质、可拆卸和不可拆卸介质。
[0154]系统存储器2206包括采取诸如随机存取存储器(RAM) 2210之类的易失性存储器和/或诸如只读存储器(ROM) 2212之类的非易失性存储器的形式的处理器可读介质。包含基本例程-基本例程例如在启动期间帮助在计算机2202中的元件之间传送信息-的基本输入/输出系统(BIOS) 2214存储在ROM 2212中。RAM 2210通常包含数据和/或程序模块，数据和/或程序模块是由处理单元2204直接可访问的和/或当前由其来操作的。
[0155]计算机202还可包括其它可拆卸/不可拆卸、易失性/非易失性计算机存储介质。作为举例，图22示出:硬盘驱动器2216，用于从不可拆卸、非易失性磁介质(未示出)进行读取和对其进行写入；磁盘驱动器2218，用于从可拆卸、非易失性闪速存储器数据存储装置2220(例如“闪存驱动器”)进行读取和对其进行写入；以及光盘驱动器2222，用于从诸如⑶-ROM、DVD-ROM或者其它光介质之类的可拆卸、非易失性光盘2224进行读取和/或对其进行写入。硬盘驱动器2216、闪存驱动器2218和光盘驱动器2222各通过一个或多个数据介质接口 2226来连接到系统总线2208。备选地，硬盘驱动器2216、磁盘驱动器2218和光盘驱动器2222可通过一个或多个接口(未示出)来连接到系统总线2208。
[0156]驱动器及其关联的处理器可读介质提供对计算机2202的处理器可读指令、数据结构、程序模块和其它数据的非易失性存储。虽然本示例示出硬盘2216、可拆卸磁盘2220和可拆卸光盘2224，但是要理解，其它类型的处理器可读介质(例如磁带盒或其它磁存储装置、闪速存储卡、软盘、致密光盘(CD)、数字多功能光盘(DVD)或者其它光存储、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦可编程只读存储器(EEPROM)等)-其可存储由计算机可访问的数据-也可用于实现示范计算系统和环境。
[0157]任何数量的程序模块可存储在硬盘2216、磁盘2220、光盘2224、ROM 2212和/或RAM 2210中，作为举例包括操作系统2228、一个或多个应用程序2230、其它程序模块2232和程序数据2234。
[0158]用户可经由诸如键盘2236和一个或多个指针装置、例如鼠标2238或触摸板2240之类的输入装置将命令和信息输入计算机2202。其它输入装置2238(未具体示出)可包括话筒、操纵杆、游戏手柄、照相装置、串行端口、扫描仪等。这些及其它输入装置经由输入/输出接口 2242 -其耦合到系统总线2208 -来连接到处理单元2204，但是可通过其它接口和总线结构来连接，例如并行端口、游戏端口、通用串行总线(USB)或者诸如蓝牙之类的无线连接。
[0159]监视器2244或者其它类型的显示装置也可经由诸如视频适配器2246之类的接口连接到系统总线2208。除了监视器2244之外，其它输出外围装置还可包括诸如喇叭(未示出)和打印机2248之类的部件，其可经由输入/输出接口 2242连接到计算机2202。
[0160]计算机2202可在使用到一个或多个远程计算机、例如远程计算装置2250的逻辑连接的组网环境中进行操作。作为举例，远程计算装置2250可以是个人计算机、便携计算机、服务器、路由器、网络计算机、对等装置或者其它公共网络节点等。远程计算装置2250示为便携计算机，其可包括本文相对于计算机2202所述的元件和特征中的许多或全部。类似地，远程计算装置2250可具有其上运行的远程应用程序2258。
[0161]计算机2202与远程计算机2250之间的逻辑连接示为局域网(LAN) 2252和一般广域网(WAN) 2254。这种组网环境是办公、企业范围的计算机网络、内联网和因特网中常见的。
[0162]在LAN组网环境中实现时，计算机2202经由网络接口或适配器2256连接到有线或无线局域网2252。在WAN组网环境中实现时，计算机2202通常包括用于通过广域网2254来建立通信的某种部件。要理解，所示网络连接是示范性的，并且可采用建立计算机2202与2250之间的通信链路的其它部件。
[0163]在诸如采用计算环境2200所示之类的组网环境中，相对于计算机2202或者其部分所示的程序模块可存储在远程存储器存储装置中。
[0164]附加和备选实现注释
虽然本文所述触摸表面的实现主要集中于键盘的按键，但是具有对垂直行程的平面平移响应性的调平触摸表面的其它实现是可用并且合乎需要的。例如，实现本文所述新技术的触摸表面可以是(为了便于说明而不是限制而列示)触摸屏、触摸板、指针装置以及具有人们触摸的人机接口(HMI)的任何装置。适当HMI装置的示例包括(作为说明而不是限制)键盘、小键盘、指针装置、鼠标、轨迹球、触摸板、操纵杆、指点杆、游戏控制器、游戏手柄、操作杆、笔、触控笔、触摸屏、触摸板、脚用鼠标、方向盘、转点通、驾驶杆、定向板和跳舞毯。
[0165]可采用按照本文所述技术所构成的HMI装置的计算系统的示例包括(但不限于):蜂窝电话、智能电话(例如iPhone?)、平板计算机(例如iPad?)、监视器、控制面板、车辆仪表盘面板、膝上型计算机、笔记本计算机、上网本计算机、台式计算机、服务器计算机、游戏装置、电子广告亭、自动柜员机(ATM)、组网电器、销售点工作站、医疗工作站和工业工作站。
[0166]例如，平板计算机或智能电话的触摸屏可按照本文所述技术来构成。如果是这样的话，用户可能通过在触摸屏上按压来选择屏幕上图标或按钮。作为响应，触摸屏可向下和横向地移动，并且给予用户屏幕大得多的向下移动的印象。
[0167]另外，假定膝上型计算机具有按照本文所述技术所构成的触摸板。无需按压任何其它机械按钮，用户可通过在触摸板上按下，来选择屏幕上图标或按钮。作为响应，触摸板可向下和横向地平移，并且给予用户屏幕大得多的向下移动的印象。备选地，触摸板可以只基本上垂直地向下移动，同时推送偏置导轨以沿横向滑动。
[0168]在一些实现中，示范触摸表面(例如按键、触摸屏、触摸板)可以是不透明的。在其它实现中，示范触摸表面可以是完全或部分半透明或透明的。
[0169]通过引用将以下美国专利申请完整地结合到本文中:
【权利要求】
1.一种按键组件，包括: 按键，呈现给用户以便由所述用户压下； 调平机构，在操作上与所述按键关联，所述调平机构配置成在所述按键由所述用户压下时将所述按键限制到水平取向； 平面平移实行机构，在操作上与所述按键关联，所述平面平移实行机构配置成在所述按键随着被所述用户压下而向下行进时向所述按键赋予平面平移。
2.如权利要求1所述的按键组件，其中，所述调平机构包括定位在所述按键下面和/或周围的多个支承，以便在所述按键随所述用户压下所述按键而向下行进时改善和/或消除所述按键的摆动、摇动和/或倾斜。
3.如权利要求1所述的按键组件，其中，所述调平机构包括沿所述按键下侧周边、沿所述按键的周长和/或所述按键周边外部所排列的多个支承。
4.如权利要求1所述的按键组件，其中，所述平面平移实行机构包括沿所述按键下侧周边、沿所述按键的周长和/或所述按键周边外部所排列的多个斜坡。
5.如权利要求1所述的按键组件，其中，所述调平机构包括所述平面平移实行机构。
6.如权利要求1所述的按键组件，还包括在操作上与所述按键关联的就绪/返回机构，所述就绪/返回机构配置成将所述按键保持在就绪位置，其中所述按键准备好由所述用户压下，以及在所述按键被压 下并且所述用户不再充分压下所述按键以将所述按键保持在完全压下状态之后，使所述按键返回到所述就绪位置。
7.如权利要求6所述的按键组件，其中，所述就绪/返回机构包括至少一对磁体，所述至少一对磁体配置成相互磁性吸引，以便将所述按键保持在就绪位置，其中所述按键准备好由所述用户压下，以及在所述按键被压下并且所述用户不再充分压下所述按键以将所述按键保持在完全压下状态之后，使所述按键返回到所述就绪位置。
8.如权利要求6所述的按键组件，其中，所述就绪/返回机构包括配置成迫使所述按键回到其就绪位置的一个或多个触觉圆头。
9.如权利要求1所述的按键组件，还包括配置成透过所述按键和/或在其周围传送光线的背光系统。
10.一种人机交互(HMI)设备，包括: 触摸表面，呈现给用户以便通过所述用户压下所述触摸表面来至少部分促进通过所述触摸表面的人一计算机交互； 调平机构，在操作上与所述触摸表面关联，所述调平机构配置成在所述触摸表面随所述用户压下所述触摸表面而向下行进时将所述触摸表面限制到水平取向。
11.如权利要求10所述的HMI设备，其中，所述调平机构包括定位在所述触摸表面下面和/或周围的一个或多个支承，以便在所述触摸表面随所述用户压下所述触摸表面而向下行进时改善和/或消除所述触摸表面的摆动、摇动和/或倾斜。
12.如权利要求10所述的HMI设备，其中，所述调平机构包括沿所述触摸表面下侧周边、沿所述触摸表面的周长和/或所述触摸表面周边外部所排列的多个支承。
13.如权利要求10所述的HMI设备，还包括在操作上与所述触摸表面关联的平面平移实行机构，所述平面平移实行机构配置成在所述触摸表面随所述用户压下所述触摸表面而向下行进时向所述触摸表面赋予平面平移。
14.如权利要求13所述的HMI设备，其中，所述平面平移实行机构包括沿所述触摸表面下侧周边、沿所述触摸表面的周长和/或所述触摸表面周边外部所排列的多个斜坡。
15.如权利要求13所述的HMI设备，其中，所述平面平移实行机构包括定位在所述触摸表面中并且定位在所述触摸表面周边外部的一组磁体，以便在所述触摸表面随用户压下所述触摸表面而向下行进时吸引和/或排斥所述触摸表面。
16.如权利要求13所述的HMI设备，其中，所述调平机构包括所述平面平移实行机构。
17.如权利要求10所述的HMI设备，还包括: 在操作上与所述触摸表面关联的就绪机构，所述就绪机构配置成将所述触摸表面保持在就绪位置，其中所述触摸表面准备好由所述用户压下； 在操作上与所述触摸表面关联的返回机构，所述返回机构配置成在所述触摸表面被压下并且所述用户不再充分压下所述触摸表面以将所述触摸表面保持在完全压下状态之后，使所述触摸表面返回到所述就绪位置。
18.如权利要求17所述的设备，其中，所述就绪机构包括至少一对磁体，所述至少一对磁体配置成相互磁性吸引，以便将所述触摸表面保持在就绪位置，其中所述触摸表面准备好由所述用户压下。
19.如权利要求17所述的HMI设备，其中，所述返回机构包括至少一对磁体，所述至少一对磁体配置成相互磁性吸引，以便在所述触摸表面被压下并且所述用户不再压下所述触摸表面之后，使所述触摸表面返回到所述就绪位置。
20.如权利要求17所述的HMI设备，其中，所述返回机构包括配置成迫使所述触摸表面回到其就绪位置的一个或多个触觉圆头。
21.如权利要求17所述的HMI设备，其中，所述就绪机构包括所述返回机构。`
22.一种包括如权利要求10所述的HMI设备的计算装置，其中，所述计算装置从由平板计算机、移动电话、智能电话、控制面板、膝上型计算机、上网本计算机、服务器和台式计算机所组成的组中选取。
23.如权利要求10所述的HMI设备，其中，所述HMI设备具有从由下列项所组成的组中选取的形状因数:键盘、小键盘、指针装置、鼠标、轨迹球、触摸板、触摸板按钮、操纵杆、指点杆、游戏控制器、游戏手柄、操作杆、笔、触控笔、触摸屏、脚用鼠标、方向盘、转点通、杆、定向板和跳舞經。
24.一种人机交互(HMI)设备，包括: 触摸表面，呈现给用户以便通过所述用户压下所述触摸表面来至少部分促进通过所述触摸表面的人一计算机交互； 在操作上与所述触摸表面关联的调平机构，所述调平机构配置成在所述触摸表面随所述用户压下所述触摸表面而向下行进时将所述触摸表面限制到水平取向，其中所述调平机构包括定位在所述触摸表面下面和/或周围的多个支承，以便在所述触摸表面随所述用户压下所述触摸表面而向下行进时改善和/或消除所述触摸表面的摆动、摇动和/或倾斜。
25.如权利要求24所述的HMI设备，还包括在操作上与所述触摸表面关联的平面平移实行机构，所述平面平移实行机构配置成在所述触摸表面垂直行进时向所述触摸表面赋予平面平移，其中所述平面平移实行机构包括倾斜平面，所述触摸表面在随所述用户压下所述触摸表面而向下行进时顺所述倾斜平面向下前行。
26.如权利要求24所述的HMI设备，还包括在操作上与所述触摸表面关联的就绪/返回机构，所述就绪/返回机构配置成将所述触摸表面保持在就绪位置，其中所述触摸表面准备好由所述用户压下，以及在所述触摸表面被压下并且所述用户不再压下所述触摸表面之后，使所述触摸表面返回到所述就绪位置，其中所述就绪/返回机构包括至少一对磁体，所述至少一对磁体配置成相互磁性吸引，以便将所述触摸表面保持在就绪位置，其中所述触摸表面准备好由所述用户压下，以及在所述触摸表面被压下并且所述用户不再充分压下所述触摸 表面以将所述触摸表面保持在完全压下状态之后，使所述触摸表面返回到所述就绪位置。
【文档编号】H01H13/14GK103765540SQ201280027170
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2012年4月2日 优先权日:2011年4月3日
【发明者】C.G.彼得森, D.M.克伦佩尔曼 申请人:辛纳普蒂克斯公司