专利名称：集成到键盘的键帽中用于改善用户交互的触摸板的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及触摸板和集成光标操纵设备。具体上，本发明 描述了一种触摸板，其被集成到键盘的单个按键中，从而提供方便的 触摸板功能，而不必将手指从键盘移开。
背景技术：
为了在电子设备的显示屏幕上进行光标控制，存在提供这种类型 功能的各种设备。例如，在当今的许多膝上型计算机中，存在两种不 同的集成指示设备，其使得用户可以控制光标移动。这些设备的第一种是小的"指示棒"或者"思考棒，，设备，其被布置 在QWERTY键盘布局的中间某处。这个指示棒可以被认为是很小的 游戏棒，用户"倚靠，，其来使得光标在由用户向指示棒所施加的力的方 向上移动。所述指示棒很小，并且被布置在键盘的几个按键之间。指 示棒通常被软橡胶板覆盖，以便当手指施加力时，所述软橡胶板垫着 用户的手指。所述指示棒甚至被制造在单独键盘中，以向台式计算机 用户提供这同一功能。指示棒的主要优点之一是，其使得用户能够执行指示操作，而不 用将手指或者手移开键盘以便接触执行光标操纵功能的另一个指示 设备。除了指示棒之外，其他的光标操纵设备包括触摸板、计算机鼠标和跟踪球。有意思的是注意到，在膝上型计算机中指示棒型设备不像 触摸板那样常见或流行，或者当使用单独键盘时不像计算机鼠标那样 常见。类似地，跟踪球还没有得到广泛使用。虽然指示棒类型的光标控制设备具有被布置在键盘中间的优点，但是其设计固有一些缺点。例如，指示棒的物理结构是非常小的棒的 结构。指示棒可具有尖锐边缘，所述尖锐边缘作为推动会感到疼的刺 激物。即使所述边缘是磨圆的，其仍然会仅仅因为其小尺寸而较尖锐。 而且，通常被布置在指示棒上部的软橡胶覆盖物或者软橡胶小块迅速 磨损，并且会容易脱离并丢失。如果用户手边没有多余的小块，则用 户没有选择只能直接顶着指示棒，而没有任何垫来保护手指。指示棒的另一个缺点是，难于尝试和执行到光标位置的精细调 整，因为用户必须4艮小心地控制所施加的压力的量和方向。 一些用户 实在不能控制在控制光标移动所需的压力上的很细微差别。因此，所需要的是一种可以被集成到键盘中的设备，其不需要用 户将手指或者手从键盘移开以便进行光标操纵。另一个优点是，提供 了一种除了光标控制之外还执行其他功能的设备，所述其他功能诸如 通常与触摸板相关的那些功能，诸如滚动。为了理解在本发明中使用的触摸板技术，有益的是，查看这样的 技术的一种实施例。本发明的重要方面是使用电容感测技术，用于通过键帽来进行接近感测。CIRQUE A《的触摸板技术已经适合于执 行这个功能。但是，应当记住，可以对于本具体发明进一步修改所述 触摸板技术。CIRQUE ^>3的触摸板是互电容感测设备，以及一个示例被示 出为图1中的方框图。在这个触摸板IO中，X (12)和Y (14)个电 极的电极栅和感测电极16用于限定触摸板的触敏区域18。通常，触 摸板10是大致16x12个电极的矩形栅，或者当有空间限制时是8x6 个电极的矩形栅。单个感测电极16与这些X (12)和Y (14)个(或 者行和列)电极交织。通过感测电极16来进行所有的位置测量。(311^1;￡@公司的触摸板10测量感测线16上的电荷的不平衡。当在触摸板10上或者附近没有指示物体时，触摸板电路20处于平衡 状态，并且在感测线16上没有电荷不平衡。当所述物体接近或者接 触接触表面(触摸板10的感测区域18)时，指示物体因为电容耦合 而产生不平衡时，在电极12、 14上发生电容改变。所测量的是电容 的改变，而不是电极12、 14上的绝对电容值。触摸板10通过测量必 须注入到感测线16以重建或者重获感测线上的电荷平衡的电荷的量， 来确定电容的改变。上述系统被用来如下确定触摸板10上或附近的手指的位置。这 个示例描述了行电极12，并且以相同的方式对于列电极14重复。从 行和列电极测量获得的值确定作为触摸板10上或者附近的指示物体 的形心的交叉点。在第一步骤中，用来自P、 N发生器22的笫一信号来驱动第一 组行电极12，并且用来自P、 N发生器的第二信号来驱动不同但是相 邻的第二组行电极。触摸板电路20使用互电容测量设备26从感测线 16获得一个值，指示哪个行电极最接近指示物体。但是，在某个微控 制器28控制下的触摸板电路20还不能确定指示物体位于所述行电极 的哪一侧，并且触摸板电路20也不能确定指示物体与所述电极相距 刚好多远。因此，所述系统将要驱动的一组电极12移动一个电极。 换句话说，增加在所述组的一侧上的电极，同时不再驱动在所述组的 相对侧上的电极。然后通过P、 N发生器22来驱动所述新的组，并且 进行感测线16的第二次测量。从这两次测量，有可能确定指示物体位于所述行电极的哪一侧上 以及距离多远。然后通过使用比较所测量的两个信号的幅度的方程， 来进行指示物体位置确定。CIRQUE⑧公司的触摸板的灵敏度或分辨率比行和列电极的 16x12电极栅隐含的高得多。分辨率通常在每英寸大约960个计数或 者更大。通过部件的灵敏度、同一行和列上的电极12、 14之间的空 间和对于本发明不必要的其他因素，来确定精确分辨率。使用P、 N发生器24对Y或者列电极14重复上迷处理。虽然如上所述的CIRQUE⑧触摸板使用X和Y电极12、 14的电 极栅和独立单个感测电极16，但是所述感测电极实际上通过使用复用 可以是X或Y电极12、 14。任何一种设计都能够使得本发明起作用。发明内容本发明的一个目的是，在键盘的单个键帽内布置触摸板，而不必 修改典型的键盘布局。本发明的另 一个目的是，使得键帽触摸板能够提供多个标准触摸 板功能，包括光标控制、滚动能力和通过网页导航。在一个优选实施例中，本发明是布置在键盘中的单个键帽的表面 下的微型触摸板，其中，所述键帽触摸板提供通过键帽材料到键帽表 面的接近感测，其中，用户在键帽表面上移动手指以便操纵显示屏幕 上的光标、滚动通过列表中的项目、通过网页导航或者进行通常与全 功能触摸板相关的其他功能。在本发明的第一方面，在键帽底面上布置键帽触摸板，由此使能 通过键帽到键帽表面的接近感测。在本发明的另 一个方面，键帽触摸板操作的第 一模式使得能够使 用手指在键帽表面上的较小移动来进行大幅度激励，并且操作的第二 模式使得能够使用手指的同样较小移动来进行较小幅度激励。通过下面结合附图的详细说明，本发明的这些和其他方面、特征、 优点和替代方面将对于本领域内的技术人员变得显然。
图1是作为现有技术并且被适配通过本发明起作用的触摸板的 方框图。图2是键盘的透视图，所述键盘具有直接布置在键帽下的键帽触 摸板，以使得能够进行通过键帽的接近感测。图3是示出通过任何方便手段(诸如粘合剂)附接到键帽底面的 键帽触摸板的键帽底面的靠近透视图。图4是H键帽的顶部表面的另一个透视图，其中可以看到，触 摸板基片的柔性部分从键帽内部向外延伸。图5是在其中布置了键帽触摸板的键帽上移动的手指的透视图。
具体实施方式
现在参见附图，其中，本发明的各个元件被提供数字标号，并且 其中，讨论本发明以便使得本领域内的技术人员能够建立和使用本发 明。应当明白，下面的说明仅仅是本发明的原理的示例，不应当被认 为使得所附的权利要求范围变窄。可以使用用于图1中所述的X和Y电极栅的不同类型的基片来 实现用于提供本发明的触摸板功能的电容敏感触摸板。第一种基片由 PC板材料制成。所述X和Y电极被布置在所述PC板材料上和/或所 述PC板材料内的各层内。所述PC板材料是刚性的，因此替代的基 片材料将可能更适合用于本发明，因为键帽表面更可能略微弯曲。因此，可以如在美国专利6,680,731中所述那样使用柔性基片材 料。在被转让给CIRQUE⑧公司的该专利中，用于X和Y电极栅的柔 性基片使得电容敏感触摸板能够与弓形表面的轮廓相符。因此，以柔 性基片制造的电容敏感触摸板可以容易地布置在如上所述的本发明 的键帽的底面上。图1是一小部分按键(以下被称为"键帽，，以表示物理结构)并因 此是QWERTY键盘的键盘布局的顶视图。键帽30被示出为从较小 的顶部表面32到较宽的底座34而逐渐变宽。应当注意，这个图示仅 仅是一个示例，本发明不要求如此。必要的是可以进入至少一个键帽 30的底面，以便可以在其上布置键帽触摸板。键帽30通常是键盘上的模制按键，其通常在顶部表面32上印有 字母。键帽30的顶部表面32可以略微凹进以形成弓形表面，或者其 可以较平坦。键帽30不仅仅限于字母，而是可以布置在键盘上的任 何按鍵，其可以具有较方、较圆、形成椭圆或者被拉伸以形成矩形的 顶部表面。注意在图2中，在以字母"J"指定的键帽30上可见小线36。线 36通常被突出，以便用户在键盘上移动手指时可以感觉到那个线。字 母"J，，被如此指定是因为其是右手的"原位"键。"J"键帽30也是用作 用于本发明的键帽触摸板的按键的可能候选者。但是，应当记住，可 以使用任何键帽30，包括非字母键帽30。应当注意，没有关于在键帽30内存在键帽触摸板的外部指示， 除非例如通过改变其颜色、标注顶部表面或者任何其他可视手段来有 意地将注意力引向所述键帽。而且，可以改变键帽30以提供与附近 的键帽30相比不同的触觉，以进一步帮助用户不必看着键盘而定位 键帽触摸板。图3示出了在本发明的键帽30内的键帽触摸板的物理布局的更 多细节。在这个实施例中，在键帽30的底面40上布置小于通常的触 摸板的触摸板。在其一侧示出键帽30，以便将键帽的底面40露出观 看。键帽触摸板50被一般地示出为具有多个暴露示出的X和Y电极 12、 14。电极12、 14#:示出为引向触摸板电路20，所述触摸板电路 20被布置在第二基片42上，所述第二基片42与在其上布置电极12、 14的基片44分离。电极12、 14从柔性基片44经由柔性基片46移向 触摸板电路20，所述柔性基片46使得触摸板电路20与电极12、 14 接近，但是不直接相邻。注意，如果键帽足够大，则触摸板电路20及其基片42有可能被 安装在键帽30内。另外，取决于所使用的键帽30，基片44可以由柔 性或者刚性基片构成。如果键帽表面32是弓形的，则柔性基片44特 别有益。这样的触摸板类似于已经由<:11^1;￡@公司制造的触摸板。使用粘合剂或者其他机械手段将键帽触摸板50耦接到键帽30的底面。机械方案的一个示例是可以紧密地安装在空间中的物理楔形 物或者其他堵塞物，并且所述物理楔形物或者其他堵塞物也允许基片46延伸通过所述阻塞物而到达触摸板电路20。触摸板电路20通常位于一组集成电路中，所述一组集成电路布 置在用于触摸板基片44的材料上。触摸板电路20通常被固定到键盘 内的键盘基片(未示出)。图4是另 一个透视图，即"J"键帽30的键帽表面32的透视图， 其中，可以看到柔性基片46从键帽下部伸出。触摸板电路20被示出 位于其本身的基片42上。触摸板电路20可以被布置在刚性或者柔性 基片上。由本发明教导的键帽触摸板50的使用是简明的。如图5中所示， 用户的手指60触摸键帽30的顶部表面32。键帽30的底面上布置有 键帽触摸板50。在这个示例中，键帽30具有弓形顶部表面32和相应 的弓形底面(未示出)。在这个实施例中，键帽触摸板50的基片42 是柔性的，由此使得所述键帽触摸板与键帽30的弓形底面相符。可以想象，键帽触摸板50不是绝对定位系统，而是相对定位系 统。换句话说，如果键帽触摸板50被用于控制光标在显示屏幕上的 移动，则键帽30的顶部表面32通常用于使得光标通过下述重复动作 而移动1)将手指向下放在键帽表面32上，2)沿着键帽表面在光 标的期望移动方向上移动手指。如果在完成步骤1和2之后光标未到达其在显示屏幕上的期望位 置，则用户3)将手指从键帽表面32抬起，4)将手指移动到键帽表 面的新位置之上，然后5)重复上述步骤1和2，直到光标到达期望注意到典型键帽30的表面面积与用于例如笔记本电脑的典型触 摸板相比较小。因此，可以调整通过手指60在键帽表面32上的移动 而引起的光标的移动程度。因此，可以使得手指60的较小移动对应 于光标的大得多的移动程度。可以想象，可以期望对于用户具有多个定义的移动程度。换句话 说，可以期望操作键帽触摸板50，使得在一个模式下可以进行光标的 大移动，但是然后提供切换到第二模式的能力，在第二模式下，用户 可以获得更大的精度。因此，可以想象，向用户提供简单的命令或者12切换，其中，用户可以快速地在光标灵敏度的第一模式和第二模式之间进行切换。在第一模式下，用户可以响应于手指在键帽表面32上 的很小移动而将光标移动大的距离。但是，在第二操作模式下，用户 可以响应于手指60在键帽表面32上的相同的小移动而将光标移动小 得多的距离。以这种方式，本发明使得当期望时能够进行快速光标移 动和小光标移动。可以将用于在键帽触摸板50操作的第一模式和第二模式之间进 行切换的手段实现为硬件开关或者软件开关。例如，可以通过按下指 定的功能键来进行切换。键帽触摸板的一个重要方面是，所述触摸板至少提供通常与全功 能触摸板相关的一个功能，并且将可能包括许多不同的触摸板功能。 这些功能包括但不应当被认为限于光标控制、滚动、网页导航、指紋 识别等。应当注意，这个小键帽触摸板50不限于被布置在键盘的键帽30 内。存在许多设备，诸如便携式电子电器，包括摄像机、摄像机、个 人数字助理、移动电话等，它们都可以利用可以提供多个不同层级的 触摸板功能的小型触摸板。键帽触摸板50的其他功能包括执行触摸板功能而不必从键盘移 开手指或者手的能力。另外，像在指示棒的情况中那样，不需要键盘 的特殊重新设计或者修改。有益的是，键帽触摸板50通过塑料或者 其他材料的键帽30进行操作。对于键帽材料的唯一限制是，其不干 扰由键帽触摸板50执行的电容敏感测量。在现有的CRIQUE⑧公司的触摸板设计中的修改包括因为键帽 触摸板50所占用的更小物理面积而减少所存在的电极的总数。也需 要固件修改，以便进行精确的位置感测。应当注意，可以通过使得单个键帽能够提供触摸板功能的任何触 摸板技术来实现本发明。因此，可以使用电容感测技术、压力感测技 术、红外线技术、光学技术和使得能够确定接触或者接近鍵帽表面的 物体的位置的其他触摸板技术来实现本发明。应当明白，上述的方案仅仅是说明本发明的原理的应用。在不脱 离本发明的精神和范围的情况下，本领域内的技术人员可以设计多种 修改和替代方案。所附的权利要求意欲涵盖这样的修改和方案。
权利要求
1.一种键帽触摸板，包括键帽，其是使用不干扰触摸板的电容测量的材料制造的；电容敏感键帽触摸板，其耦接到所述键帽的底面，从而执行在所述键帽表面上或附近的物体的接近感测；触摸板传感器电路，其耦接到所述键帽触摸板；以及固件，其与所述触摸板相关，用于提供至少一个触摸板功能。
2. 按照权利要求l的键帽触摸板，其中，所述键帽还构成键盘，其中，所述键帽被布置在鍵盘内，以及其中，所述键帽提供作为键帽触摸板和作为键盘按键的双重功能，当其被按下时，导致像在通常键 盘操作中那样发送与按键相关的字符或者命令。
3. 按照权利要求l的键帽触摸板，其中，所述键帽还构成键盘， 其中，所述键帽被布置在键盘内，并且其中，所述键帽提供键帽触摸 板的专用功能。
4. 按照权利要求i的键帽触摸板，其中，所述键帽触摸板还包 括激活电路，其中，能够使用所述激活电路使得所述键帽触摸板在失 活状态和激活状态之间进行切换。
5. 按照权利要求4的键帽触摸板，其中，所述激活电路还包括专用开关，用于在失活状态和激活状态之间进行切换。
6. 按照权利要求1的键帽触摸板，其中，所述鍵帽触摸板还包括粘合剂，其中，所述粘合剂将所述电容敏感触摸板的感测表面耦接 到所述键帽的底面。
7. 按照权利要求1的键帽触摸板，其中，所述键帽触摸板还包 括机械楔形物，其中，所述机械楔形物将所述电容敏感触摸板抵在所 述键帽的底面上。
8. 按照权利要求1的键帽触摸板，其中，所述电容敏感触摸板 还包括所述键帽的弓形表面和对应的弓形底面；以及所述电容敏感触摸板的柔性基片，其与所述键帽的所述弓形底面相符。
9. 按照权利要求1的键帽触摸板，其中，所述电容敏感触摸板 还包括所述键帽的平坦表面和对应的平坦底面；以及 所述电容敏感触摸板的平坦基片，其与所述键帽的平坦底面相符。
10. —种用于使用键盘的单个键帽来执行至少一个触摸板功能的 方法，所述方法包括下列步骤(1) 提供键帽；电容敏感键帽触摸板，其耦接到所述键帽的 底面，从而执行在所述键帽上或附近的物体的接近感测；触摸板传感 器电路，其耦接到所述电容敏感触摸板；以及与所述键帽相关的固件， 用于提供至少一个触摸板功能；以及(2) 在所述键帽表面上移动手指，从而执行所述至少一个触摸 板功能。
11. 按照权利要求10的方法，其中，所述方法还包括步骤(1) 在键盘中布置所述键帽；以及(2) 向所述键帽提供作为键帽触摸板和作为键盘按键的双重功 能，当其被按下时，导致像在通常的键盘操作中那样发送与按键相关 的字符或者命令。
12. 按照权利要求10的方法，其中，所述方法还包括步骤(1) 将所述键帽布置在键盘中；以及(2) 提供所述键帽的专用功能，使得所述键帽专有地提供键帽 触摸板的功能。
13. 按照权利要求10的方法，其中，所述方法包括步骤包括 激活电路，以控制所述键帽触摸板的启动，其中，能够使用所述激活 电路将所述键帽触摸板在失活状态和激活状态之间进行切换。
14. 按照权利要求13的方法，其中，提供激活电路的所述步骤 还包括步骤提供专用开关，用于在所述激活状态和所述失活状态之间进行切换。
15. 按照权利要求10的方法，其中，所述方法还包括步骤使 用粘合剂将所述键帽触摸板的感测表面耦接到所述键帽的底面。
16. 按照权利要求10的方法，其中，所述方法还包括通过使
17. 按照权利要求10的方法，其中，所述方法还包括步骤(1) 使用弓形表面和对应的弓形底面来形成所述键帽；(2) 提供用于所述键帽触摸板的柔性基片，其与所述键帽的弓 形底面相符。
18. 按照权利要求10的方法，其中，所述方法还包括步骤(1) 使用平坦表面和对应的平坦底面来形成所述键帽；(2) 提供用于所述键帽触摸板的基片，其与所述键帽的平坦底 面相符。
19. 按照权利要求10的方法，其中，所述方法还包括步骤使 得所述键帽触摸板能够提供显示屏幕上的光标控制的触摸板功能。
20. 按照权利要求19的方法，其中，提供光标控制的所述步骤 还包括下列步骤(1) 提供键帽触摸板操作的第一模式，其中，手指在所述键帽 表面上的移动引起光标在显示屏幕上的较大移动；以及(2) 提供键帽触摸板操作的第二模式，其中，手指在所述键帽 表面上的移动引起光标在显示屏幕上的较小移动。
21. 按照权利要求20的方法，其中，所述方法还包括步骤提 供切换部件，用于使得用户能够在键帽触摸板操作的所述第 一模式和 所述笫二模式之间迅速切换。
22. 按照权利要求10的方法，其中，所述方法还包括步骤使 得所述键帽触摸板能够提供滚动通过在显示屏幕上显示的列表的触 摸板功能。
23. 按照权利要求22的方法，其中，提供滚动控制的步骤还包 括下列步骤(1) 提供键帽触摸板操作的第一模式，其中，手指在所述键帽表面上的移动引起所述显示屏幕上所示的列表内的较快移动；以及(2) 提供键帽触摸板操作的第二模式，其中，手指在所述键帽 表面上的移动引起所述显示屏幕上所示的列表内的较小移动。
24.按照权利要求23的方法，其中，所述方法还包括步骤提 供切换部件，用于使得用户能够在键帽触摸板操作的所述第 一模式和 所述第二模式之间迅速地切换。
全文摘要
一种微型触摸板，布置在位于键盘中的单个键帽的表面下，其中，所述键帽触摸板提供通过所述键帽材料到所述键帽表面的接近感测，其中，用户在所述键帽表面上移动手指，以操纵显示屏幕上的光标、滚动通过列表中的项、导航通过网页或者进行通常与全功能触摸板相关的其他功能。
文档编号G06F3/041GK101326531SQ200680007955
公开日2008年12月17日 申请日期2006年2月9日 优先权日2005年2月9日
发明者理查德·伍利 申请人:西奎公司