本发明的实施方式一般地涉及输入装置。更具体地，系统和装置涉及用于输入装置的改进的集成键板系统。
背景技术：
输入装置在现代文化中普遍存在，并且通常用于将结合输入装置进行的人造模拟输入(例如，触摸、点击、运动、触摸手势、按钮按压、滚轮旋转等)转换成用于计算机处理的数字信号。输入装置可以包括能够向计算系统提供数据和控制信号的任意装置。输入装置的一些非限制性示例包括计算机鼠标、键板、遥控器、游戏控制器、操纵杆、轨迹球等。计算系统的一些非限制性示例包括桌上型计算机、膝上型计算机、平板计算机和“平板手机”计算机、智能电话、个人数字助理(pda)、可穿戴装置(例如，智能手表、眼镜)等。
一些输入装置被设计为符合人群对基本的低成本的功能设计的一般需求。然而，基本功能可能无法为更有辨识力的用户提供足够的功用。计算机游戏社区中的人们通常期望高性能输入装置以在延长期使用中的特征、功能、人体工程学、可靠性和精度方面满足他们的期望。在该市场空间需要更好的产品。
技术实现要素：
在某些实施方式中，输入装置包括：底座；壳体，其耦接至底座并且形成输入装置的顶表面；可按压键板，其与壳体的一部分集成并且形成壳体的一部分；偏置机构(例如，弹簧)，其被设置在壳体内并且耦接至键板的底部；以及力传感器(例如，致动器)，其被设置在底座中并且与键板的底部接触。在一些情况下，力传感器可以响应于由键板的底部接收到阈值力而被启动，偏置机构可以在键板上提供向下力，并且键板可以包括底部和形成输入装置的上表面的一部分的顶部。键板可以响应于在顶表面上接收到至少按压力而被压下，并且由偏置机构提供的向下力基本上等于按压力。
在一些实施方式中，壳体还可以包括指关节支承区域，其中，键板可以是悬臂梁，使得键板相对于壳体的指关节支承区域被压下。输入装置还可以包括被设置在壳体下方的支承组件，该支承组件包括耦接至指关节支承区域中的壳体的底部的第一支承端和延伸至键板的底部而不接触键板的底部的第二支承端，其中，偏置机构可以进一步耦接至第二支承端，以提供用于在键板上提供向下力的锚点。在一些情况下，偏置机构可以进一步耦接至底座以提供用于在键板上提供向下力的锚点。
在另外的实施方式中，输入装置可以包括：第二可按压键板，其与壳体的一部分集成并且形成壳体的一部分，该第二键板包括底部和形成输入装置的顶表面的第二部分的顶部；第二偏置机构，其被设置在壳体内并且耦接至第二键板的底部，该第二偏置机构用于在第二键板上提供向下力；以及第二力传感器，其被设置在底座中并且与第二键板的底部接触，该第二力传感器用于响应于由第二键板的底部接收到第二阈值力来启动。在一些实施方案中，第二键板响应于在顶表面上接收到至少第二按压力而被压下，并且由第二偏置机构提供的向下力可以基本上等于第二预定按压力。在一些情况下，按压力与第二按压力可以不是基本上相等的。
在一些实施方式中，一种设备，包括：壳体，其耦接至计算机鼠标的底座，该壳体形成计算机鼠标的顶表面；可按压键板，其与壳体的一部分集成并且形成壳体的一部分，该键板包括底部和形成计算机鼠标的顶表面的一部分的顶部；以及偏置机构(例如，弹簧)，其被设置在壳体内并且耦接至键板的底部，该偏置机构用于在键板上提供向下力。在一些情况下，当壳体耦接至底座时，键板的底部接触被设置在底座中的力传感器(例如，致动器)。键板可以响应于在顶表面上接收到至少按压力而被压下，并且由偏置机构提供的向下力可以基本上等于按压力。在某些实施方式中，壳体还可以包括指关节支承区域，其中，键板可以是悬臂梁，使得键板相对于壳体的指关节支承区域被压下。该设备还可以包括被设置在壳体下方的支承组件，该支承组件包括被耦接至指关节支承区域中的壳体的底部的第一支承端和延伸至键板的底部而不接触键板的底部的第二支承端，其中，偏置机构可以进一步耦接至第二支承端，以提供用于在键板上提供向下力的锚点。可替选地或另外地，偏置机构可以被配置成耦接至底座以提供用于在键板上提供向下力的锚点。
在某些实施方式中，计算机鼠标包括：底座；壳体，其耦接至底座并且形成计算机鼠标的顶表面；可按压键板，其与壳体的一部分集成并且形成壳体的一部分，该键板包括底部和形成输入装置的顶表面的一部分的顶部；弹簧机构，其被设置在壳体内并且耦接至键板的底部，该弹簧机构用于在键板上提供向下力；以及致动器，其被设置在底座中并且与键板的底部接触，致动器用于响应于由键板的底表面接收到阈值力来启动。键板可以响应于在顶表面上接收到至少按压力而被压下。在一些情况下，由弹簧机构提供的向下力可以基本上等于按压力。
附图说明
图1示出了根据某些实施方式的计算机系统的简化图。
图2示出了根据某些实施方式的用于操作输入装置的系统的简化框图。
图3示出了根据某些实施方式的具有游戏级独立键板系统的输入装置。
图4a示出了根据某些实施方式的具有改进的集成键板系统的输入装置。
图4b示出了根据某些实施方式的具有改进的集成键板系统的输入装置。
图5示出了根据某些实施方式的具有集成键板系统的输入装置。
图6a示出了根据某些实施方式的耦接至用于输入装置的集成键板系统的壳体的支承组件。
图6b示出了根据某些实施方式的支承组件和壳体的顶部的近视图。
图6c示出了根据某些实施方式的使用单个支承臂的替代支承组件系统。
图7示出了根据某些实施方式的具有集成键板系统的输入装置的剖面侧视图。
图8示出了根据某些实施方式的具有集成键板系统的输入装置。
图9示出了图示出根据某些实施方式的预行程对用户体验的影响的曲线图。
图10示出了根据某些实施方式的具有集成键板系统的输入装置。
图11示出了图示出根据某些实施方式的经调节的集成键板系统中的键板性能的曲线图。
图12示出了根据某些实施方式的应用于滚轮组件的改进的集成预加载系统的应用的示例。
图13示出了根据某些实施方式的应用于滚轮组件的改进的集成预加载系统的应用的示例。
具体实施方式
本发明的实施方式一般地涉及输入装置。更具体地，系统和装置涉及用于输入装置的改进的集成键板系统。
在下面的描述中，出于说明的目的，阐述了许多示例和细节，以便提供对本发明的实施方式的理解。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，可以在没有这些细节中的一些细节的情况下实践某些实施方式，或者可以通过其修改或等同物来实践某些实施方式。
本发明的某些实施方式包括具有至少一个高精度按钮(例如，键板)的输入装置(例如，计算机鼠标)，所述至少一个高精度按钮在数万小时的使用或多于数万小时的使用内表现出一致和可靠的性能特征。在一些方面，按钮按压之间的一致性部分地通过偏置机构(例如，弹簧)成为可能。在常规设计中，当键板未被按下(例如，默认设置)时，键板配置通常包括键板与下面的致动器(例如，开关)之间的空间。在这种设计中，需要一定量的按压力以使键板向下偏转以接触致动器，并且可能需要额外量的力来使致动器启动(例如，生成控制信号)。导致键板向下偏转、横过空间并接触致动器所需的力的量可以基于与键板的刚性或柔性、组装公差等相关联的制造公差而变化。在某些实施方式中，偏置机构可以以使键板正常(即，默认方式)接触致动器(例如，力传感器、开关)的向下力来预加载键板，使得可以有效地规避使键板向下偏转所需的力以及输入装置之间其相应的固有变异性。因此，因为键板按压力被预加载弹簧减小，所以这样的实施方式可以提供一致和可靠的按钮按压性能，留下较少的启动致动器所需的力，这可能具有相对较小的变化(例如，连续启动之间大约+/-15g的变化)。
输入装置的一些实施方案可以包括：底座；耦接至底座的壳体，其形成输入装置的顶表面；可按压键板，其与壳体的一部分集成并且形成壳体的一部分；偏置机构(例如，弹簧)，其被设置在壳体内并且耦接至键板的底部以在键板上提供向下力；以及力传感器(例如，致动器)，其被设置在底座中并且与键板的底部接触，以响应于通过键板的底表面接收阈值力(例如，60gf+/-15gf)来启动。键板可以响应于在顶表面上接收至少按压力而被压下。在一些情况下，由偏置机构提供的向下力可以基本上等于按压力。
在某些实施方式中，壳体还可以包括指关节支承区域。键板可以是悬臂梁，使得键板相对于壳体的指关节支承区域(即，键板附接至壳体的位置)而被压下。支承组件可以设置在壳体下方，其包括耦接至指关节支承区域中的壳体的底部的第一支承端和延伸至键板的底部而不接触键板的底部的第二支承端，其中，偏置机构进一步耦接至第二支承端，以提供用于在键板上提供向下力的锚点。偏置机构可以进一步耦接至底座，以提供用于在键板上提供向下力的锚点。
图1是根据某些实施方式的计算机系统100的简化图。计算机系统100可以包括计算机110、监视器120、输入装置130和键盘140。在一些实施方式中，输入装置130可以是计算机鼠标、遥控装置、游戏控制器(例如，游戏手柄、操纵杆、游戏控制器等)、移动装置或可以用于将模拟输入转换成用于计算机处理的数字信号的任意其他合适的装置。对于计算机系统100，输入装置130可以被配置成控制计算机110和监视器120的各个方面。
计算机110可以是任何合适的计算装置，其包括但不限于桌上型计算机、膝上型计算机、平板计算机或“平板手机”计算机、智能电话、pda、可穿戴装置(例如，智能手表、智能眼镜)等。在一些实施方式中，输入装置130可以被配置成提供用于以下项的控制信号：运动跟踪(例如，平面表面上的xy运动、三维“空中”运动等)、触摸和/或手势检测、抬升检测、定向检测、电力管理能力、输入检测(例如，按钮、滚轮等)、输出功能(例如，led控制、触觉反馈等)或者本领域普通技术人员将理解的大量附加特征中的一些。计算机110可以包括被配置成存储计算机代码例如鼠标驱动器软件的机器可读介质(未示出)，其中，计算机代码可以由计算机110的处理器(参见例如，处理器210)执行，以经由输入装置130和/或键盘140来控制计算机110的各方面。本文中所描述的各种实施方式通常将输入装置130称为计算机鼠标或类似的输入装置，然而，应当理解的是，输入装置130可以是任何合适的输入/输出(i/o)装置(例如，用户接口装置、控制装置、输入单元等)，其可以适于利用本文描述和/或预期的新颖实施方式。
图2示出了根据某些实施方式的用于操作输入装置130的系统200的简化框图。系统200可以包括(一个或更多个)处理器210、输入检测块220、运动跟踪块230、电力管理块240和通信块250。系统块220至250中的每一个可以与处理器210进行电通信。系统200还可以包括未示出或被讨论用于防止使本文中所描述的新颖特征混淆的附加系统。
在某些实施方式中，(一个或更多个)处理器210可以包括一个或更多个微处理器(μc)并且可以被配置成控制系统200的操作。可替选地，如本领域的普通技术人员所理解的那样，处理器210可以包括具有支承硬件、固件(例如，存储器、可编程i/o等)和/或软件的一个或更多个微控制器(mcu)、数字信号处理器(dsp)等。可替选地，mcu、μc、dsp等可以被配置在系统200的其他系统块中。例如，通信块250可以包括本地处理器，以控制与计算机110进行的通信(例如经由蓝牙、蓝牙le、rf、ir、硬连线、zigbee、zwave、罗技优联(logitechunifying)或其他通信协议)。在一些实施方式中，多个处理器可以在系统200中使得能够实现增强的性能特性(例如，速度和带宽)。应当注意，虽然多个处理器可以提高系统性能，但多个处理器不是本文描述的实施方式的操作所需要的，也不与本文描述的实施方式的操作密切相关。
输入检测块220可以控制对按钮启动(例如，主按钮、侧按钮、滚轮按钮等)、滚轮和/或轨迹球操纵(例如，旋转检测)、滑动条、开关、触摸传感器(例如，一维和/或二维触摸板)等的检测。在一些实施方式中，输入检测块220可以在用足够的力(例如，阈值力)按压键板(例如，键板320)时进行检测，使得它接触并启动力传感器(例如，致动器)。力传感器可以生成相应的控制信号(例如，人机接口装置(hid)信号)，以控制通信上耦接至输入装置的计算装置(例如，计算机110)(例如，例示计算机上的“左击”)。在一些实施方案中，输入检测块220(或其他合适的块例如(一个或更多个)处理器210)可以控制偏置机构(例如，弹簧770)。例如，如下面参照图7进一步讨论的，偏置机构可以是可调节的，并且可以自动地(和/或手动地)控制(例如，经由软件)来调节力的量以启动力传感器。在一些情况下，如图7所示的力传感器(例如开关)可以由处理器210和/或输入检测块220控制。可替选地，输入检测块220的功能可以包括在处理器210中或与处理器210组合。
在一些实施方式中，输入检测块220可以检测输入装置130上的一个或更多个触敏表面上的触摸或触摸手势。输入检测块220可以包括一个或更多个触敏表面或触摸传感器。触摸传感器通常包括适于检测信号(例如直接接触、电磁场或静电场或电磁辐射束)的感测元件。触摸传感器通常可以检测接收到的信号的变化、信号的存在或信号的不存在。触摸传感器可以包括用于发射所检测的信号的源，或者信号可以由次级源生成。触摸传感器可以被配置成检测下述项的存在：在距参考区或点一定距离(例如，<5mm)处的对象、与参考区或点的接触或其组合。输入装置130的某些实施方式可以使用或者可以不使用触摸检测或触摸感测能力。
输入检测块220可以包括触摸和/或接近感测能力。触摸/接近传感器的类型的一些示例包括但不限于电阻式传感器(例如，基于标准气隙4线，基于装载碳的塑料，装载碳的塑料具有取决于压力的不同电特性(fsr)、内插fsr等)、电容式传感器(例如，表面电容、自电容、互电容等)、光学传感器(例如，可以测量光路的飞行时间的与光检测器耦接的基于激光的二极管、红外光屏障矩阵等)、声传感器(例如，与一些麦克风耦接以对与触摸点有关的波传播模式的修改进行检测的压电蜂鸣器等)等。
运动跟踪块230可以被配置成跟踪输入装置130的运动。运动跟踪块230可以使用光学传感器例如发光二极管(led)或光电二极管的成像阵列来检测输入装置130相对于下垫面的运动。输入装置130可以可选地包括使用相干光(激光)的运动跟踪硬件。在某些实施方式中，一个或更多个光学传感器被布置在输入装置130的底侧上(未示出)。运动跟踪块230可以提供位置数据(例如，xy坐标数据)或抬升检测数据。例如，光学传感器可以检测用户何时将输入装置130抬离工作表面并且可以将该数据发送给处理器210以用于进一步处理。
在某些实施方式中，加速度计可以用于运动检测。加速度计可以是被配置成测量加速力(例如，静态力和动态力)的机电装置(例如，微机电系统(mems)装置)。一个或更多个加速度计可以用于检测三维(3d)定位。例如，3d跟踪可以使用三轴加速度计或两个双轴加速度计(例如，在“3d空气鼠标”中)。加速度计还可以确定输入装置130是否已被抬离表面并且提供可以包括输入装置130的速度、物理定向和加速度的运动数据。在一些实施方式中，(一个或更多个)陀螺仪可以替代(一个或更多个)加速度计或与(一个或更多个)加速度计结合使用，以确定运动或输入装置定向。
电力管理块240可以被配置成管理输入装置130的电力分配、再充电、电力效率等。在一些实施方式中，电力管理块240可以包括电池(未示出)、针对电池的基于usb的再充电系统(未示出)、电力管理装置(例如低压差稳压器——未示出)以及用于向每个子系统(例如，通信块250等)提供电力的系统200内的电网。在某些实施方式中，由电力管理块240提供的功能可以被并入到(一个或更多个)处理器210中。可替选地，一些实施方式可以不包括专用电力管理块。例如，电力管理块240的功能方面可以包括在另一个块(例如，(一个或更多个)处理器210)中或与另一个块组合。
根据某些实施方式，通信块250可以被配置成提供与计算机110或其他装置和/或外围装置进行通信的能力。通信块250可以被配置成向计算机110或其他无线装置提供无线连接(例如，射频(rf)、蓝牙、ble、红外(ir)、zigbee、z-wave、罗技优联等)。系统200可以包括与计算机110的硬连线连接(例如，usb、火线(firewire)等)。例如，输入装置130可以被配置成容纳通用串行总线(usb)电缆，以使得能够与计算机110或其他外部装置进行双向电子通信。一些实施方式可以使用不同类型的电缆或连接协议标准来建立与其他实体的硬连线通信。
虽然可能没有明确地讨论某些系统，但如本领域普通技术人员所理解的那样，某些系统应当被认为是系统200的一部分。例如，系统200可以包括总线系统，以向系统200中的不同系统传输电力和/或数据以及从系统200中的不同系统传输电力和/或数据。在一些实施方式中，系统200可以包括存储子系统(未示出)。存储子系统可以存储要由处理器(例如，在(一个或更多个)处理器210中)执行的一个或更多个软件程序。应当理解，“软件”可以指的是在由(一个或更多个)处理单元(例如，处理器、处理装置等)执行时使系统200执行软件程序的某些操作的指令序列。指令可以被存储为驻留在只读存储器(rom)中的固件和/或可以被读取到存储器中以由处理装置处理的存储在介质存储装置中的应用程序。软件可以被实现为单个程序或单独程序的集合，并且可以被存储在非易失性存储装置中，并且在程序执行期间全部或部分地被复制到易失性工作存储器。处理装置可以从存储子系统中检索用于执行的程序指令，以便执行如本文中所描述的各种操作(例如，软件控制的弹簧自动调整等)。
应当理解，如本领域普通技术人员所理解的那样，系统200意指为说明性的，并且许多变体和修改是可能的。系统200可以包括文中未特别描述的其他功能或能力(例如，移动电话、全球定位系统(gps)、电力管理、一个或更多个摄像装置、用于连接外部装置或配件的各种连接端口等)。尽管参照特定块(例如，输入检测块220)描述了系统200，但应当理解，这些块被限定用于理解本发明的某些实施方式并且不旨在暗示实施方式限于组成部件的特定的物理布置。各个块不需要与物理上不同的部件对应。块可以被配置成例如通过对处理器进行编程或提供适当的处理来执行各种操作，并且各个块取决于如何获得初始配置可以是可重新配置的或可以不是可重新配置的。本发明的实施方式可以在包括电子装置(其使用电路和软件的任何组合实现)的各种设备中实现。此外，系统200的各方面和/或部分可以根据设计通知与其他子系统组合或由其他子系统操作。例如，电力管理240可以与(一个或更多个)处理器210集成而不用作单独的实体。
改进的“游戏级”键板系统——独立键板
在一些实施方式中，高性能输入装置例如计算机鼠标可以使用游戏级键板组件(例如，左和右鼠标按钮)来提供长期使用期间一致的高精度的性能。这可以取决于精确地控制键致动器高度相对于下面的开关的位置的能力。如果高度不对齐，则可能存在太多预行程，这可能降低按键响应度，或者存在太多预加载，这可能导致干扰和意外按键。这两种情况在游戏级装置中是不希望的。以下进一步讨论预行程和预加载条件。
图3所示的一个示例包括根据某些实施方式的具有游戏级独立键板系统的输入装置300。输入装置300可以包括底座305和耦接至底座305的壳体310。壳体310可以包括手掌区域312、指关节支承区域314、左键板320和右键板330。如本领域普通技术人员将理解的，输入装置300还可以包括滚轮340和按钮345以及任意其他合适的输入元件(例如，另外的按钮、滚轮、触摸传感器等)或输出元件(例如，发光二极管(led)、显示器等)。指关节支承区域314可以与在输入装置300的典型使用期间用户的指关节的下侧搁置或放置的壳体310的顶表面上的区域对应。手掌支承区域可以与在输入装置300的典型使用期间用户的手掌搁置或放置的壳体310的顶表面上的区域对应。
在一些实施方式中，左键板320和右键板330可以与壳体310和底座305均分离，形成独立的结构。输入装置300可以包括隐藏在输入装置内的每个独立的键板组件的塑料铰链。一些实施方式可以利用具有由偏置机构(例如，弹簧)提供的可调节铰链力的平铰链来改变(通常减小)按压键板并使下面的力传感器(例如，开关)被启动(即，通过控制键致动器高度相对于下面的开关的位置)所需的总体力的量。这在美国专利申请#15/145,186中被描述，出于所有目的将其全部内容通过引用并入本文中。一些系统可以将启动力传感器所需的力的量减少约6-10gf。如本领域普通技术人员在本公开内容的权益内将理解的，范围可以根据偏置机构的类型、其在键板组件内的配置等而变化。
虽然独立的键板组件(也称为“标准键”)可以提供优异的性能特征，但由于键板320、330中的每一个与指关节区域314之间的间隙，它们可能限制关于在输入装置的顶部上放置图案、徽标、图形等的营销选项。例如，由于键板与指关节区域之间的间隙，输入装置上的丝印图像可能是困难的或不是成本有效的。
改进的“游戏级”键板系统——集成键板
在某些实施方式中，一个或更多个键板可以与指关节区域集成以形成例如整体主体。因为在键板和/或指关节区域之间可以没有间隙，所以集成键板系统可以允许在输入装置的顶部上的大得多的连续表面积。因此，显著增加的表面积可以允许图案、设计和徽标(例如，经由丝印、贴花、染色、涂画等)的更容易得多和成本有效的应用。尽管集成键板系统具有审美优势，但在实现游戏级性能特征方面也存在挑战。
例如，集成键的铰链通常并入并取决于部件(例如，组合键板和指关节区域)的外部工业设计(即，形状、几何形状)，这可以导致键板之间的性能变化——特别是当键板的尺寸不相同时。键板的较大曲率可能导致更大的需求力来启动力传感器(例如，致动器、开关)。与较窄的键板相比，较宽的键板倾向于需要更多的按压力。通常，集成键板具有在20克力(gf)至30克力范围内的铰链力(即，按压键板的力)，对有辨识力的用户(例如，玩家)，这可被认为是相对较高的。因此，使用两个或更多个键板的实施方式可以在铰链设计(即，键板设计)上具有一些差异，使得一个键板可以具有比相邻的键板更高的对应的启动力(例如，启动开关的力的量)。集成键的另一挑战是它们通常较长并且使用较长的部件，使得控制键致动器相对于相应开关的位置(下面至少参照图6a至图7来讨论)难以校准(例如，将键致动器与开关之间的距离设置成接近零)。
某些高性能输入装置的目标是在具有集成键板组件的实施方式上实现游戏级主键点击体验。这可以取决于精确地控制键致动器高度相对于下面的开关的位置的能力。如果高度不对齐，则可能存在太多预行程，这可能降低按键响应度，或者存在太多预加载，这可能导致干扰和意外按键。这两种情况在游戏级装置中是不希望的。
由于上述原因，与标准键实现相比，键致动器的高度和下面的开关可能更难以在集成键板系统中进行控制。然而，优选实施方式可以被配置成消除或大大减少预行程和/或预加载条件。预行程可以是键板及其对应的键致动器(例如，参见图6的键致动器657、659)当在接触下面的力传感器(例如，开关、致动器、“开关致动器”)之前被压下时需要行进的距离。由于第一力导致键板被压下并且需要额外的更大的力来按压开关，所以预行程条件可能为用户产生不均匀或不连续的感觉(例如，参见图9)。因此，预行程(即，键板按压)力与开关按压力之间的感知过渡可能会降低用户体验。用于游戏级性能的良好的预行程距离通常可以在0.0mm至0.3mm的范围内。因为消除了通过预行程间隙压下键板的力，所以零或接近零的预行程可以使键致动更积极响应、更快并且更一致。此外，因为上面讨论的键板性能变化的许多因素(例如，键板长度、宽度等)在键板启动的预行程阶段(即按键事件)期间可能倾向于具有更大的有害影响，所以这些因素可以大大减少或有效地消除。
预加载可以是在默认(即，静止)条件下施加至键板的力的量。例如，偏置机构(例如，弹簧)可以直接或间接地耦接至键板，以施加向下力(例如，朝向下方的力传感器)，以例如减少或消除预行程。然而，过多的预加载可能导致意外的按键事件。例如，如果偏置机构提供太大的向下力，那么可能超过克服预行程的力和启动下面的开关所需的另外的力中的一些或全部，这可能导致无意的按钮按压，即使当用户将手指简单地搁置在键板上时，或者在某些情况下根本未触摸键板。因此，不良校正的预加载可以克服不期望的预行程条件，然而也可能产生不可靠的用户体验。
因此，本文描述的实施方式被配置成具有尽可能接近于零的预行程(即，由键致动器(参见例如，图7的键致动器759)与开关致动器(参见例如，图7的开关柱塞782)之间通常接近0.1mm或小于0.1mm的间隙以及受控的预加载条件(例如，经由偏置机构)导致)，使得键致动器不会过度按压开关致动器(例如，60gf开关)而创建无意或不一致的键启动。
图4a和图4b示出了根据某些实施方式的具有改进的集成键板系统的输入装置400。输入装置400可以包括底座405和耦接至底座405的壳体410。壳体410可以包括手掌区域412、指关节区域414、左键板420和右键板430，其可以被集成到单个整体主体中。输入装置400还可以包括滚轮440和按钮445。输入装置400可以包括任意数量的另外的按钮、滚轮、触摸传感器等。
指关节支承区域414可以与在输入装置400的典型使用期间用户的指关节的下侧搁置的壳体410的顶表面上的区域对应。手掌支承区域412可以与在输入装置400的典型使用期间用户的手掌搁置的壳体410的顶表面上的区域对应。
左键板420和右键板430可以与壳体410集成，从而形成单元结构。左键板420(例如，第一键板)可以由任意合适的材料构成，使得它在阈值力施加至其顶表面时(例如，当用户按下键板时)偏转。在一些实施方式中，键铰链力应尽可能低。对于集成键，键铰链力可以约为10gf至15gf。替选实施方式可以具有一个键板、三个键板或其他数量的键板。键板420、430可以具有任意尺寸、尺度以及/或者输入装置400上的位置(其包括壳体410上以及另外或可替选地底座405上的任意位置)。键板420、430可以是基本上相同的尺寸(例如，具有相似的尺度的5mm2表面积内)或者可以在尺寸上不同(例如，键板420可以大于键板430)。在一些实施方式中，如下面进一步讨论的，键板420、430可以操作为悬臂梁，使得键板相对于壳体410的不移动区域(例如，指关节支承区域414)被压下。
集成键板系统和支承组件
某些实施方式可以利用附接至(一个或更多个)集成键的简单机构(“支承组件”)，来提供可以控制键板系统中的预行程和预加载的量的力(例如，经由弹簧)。在示例性实施方式中，机构和弹簧可以提供足够的向下力来克服铰链力(例如，使键板向下偏转的力的量)，在键致动器与下面的开关之间创建零间隙，并且保持可接受的预加载条件，该可接受的预加载条件未克服可以根据设计而变化(例如，开关启动力通常为30gf至70gf并且在特定实施方式中为60gf+/-15gf)的开关柱塞最小力(例如，用于开关启动的45gf)。在一些情况下，取决于特定系统的预加载弹簧设计，偏置机构可以提供约10gf至30gf，并且在示例性实施方式中提供20gf。
在概念上，支承组件的主要功能是提供固定结构以锚定偏置机构(例如，弹簧)，以在对应的键板上提供力来控制预行程和预加载设置。取决于具体的配置，偏置机构可以将键板朝向力传感器向下推或向下拉。力传递(即，推或拉)的任意一种方法都可以是有效的并且在本文中被考虑，然而，本文档中描述和示出的实施方式主要针对向下推键板的一部分的偏置机构。
任意固定结构可以用作偏置机构的锚点，只要其优选地不移动。在一些情况下，底座可以提供固定结构以锚定偏置机构。可替选地或另外地，壳体的固定部分可以提供示例性锚点。例如，当按压一个或更多个键板时，指关节区域和/或手掌区域是固定的和/或不明显移动的。将偏置机构尽可能靠近键致动器(即，接触力传感器的键板的部分)锚定可能是有利的，因为这通常是可以像悬臂梁使用的键板上的相对高的杠杆的点。相对高的杠杆的点可以允许较小量的向下力以消除相应键板中的预行程。由于偏置机构的锚点从相对较高的杠杆的点移得更远，所以需要更多的力来实现相同的键板偏转。因此，将偏置机构锚定在具有较高杠杆点的位置处通常允许使用较小的部件(例如，较小的弹簧)，这可以提供成本优势和空间经济性两者。
如上所述，支承结构可以耦接至(即锚定至)壳体的固定部分。根据某些实施方式，壳体最接近的固定部分可以是指关节支承区域。然而，指关节支承区域可以距离键致动器相对较远，这可能是非最佳杠杆点。因此，某些实施方式包括如下支承臂(例如，每个键板一个)，其从支承结构的与壳体的指关节支承区域的耦接点延伸至用于改进的杠杆点的键致动器的位置处或附近的点。支承臂可以是刚性的并且具有“浮动”布置，使得当键板处于静止状态并完全被压下时，支承臂可以沿着键板的长度延伸而不与其接触。偏置机构可以锚定至支承臂(“支承端”)的端部并且在键致动器处或附近耦接至键板以提供向下力(例如，20gf至40gf)，以减少或消除预行程，并且在键板上提供可接受的预加载。
如上所述，支承组件可以设置在壳体下方(例如，经由硬件、摩擦/机械配合和/或粘合剂耦接至壳体)，并且可以包括：第一支承端，其在耦接至指关节支承区域中的壳体的底部的支承臂上；以及在第二支承臂上的第二支承端，该第二支承端延伸至键板的底部而不接触键板的底部。偏置机构可以耦接至键板的底部并且耦接至第二支承端，以提供用于在键板上提供向下力的锚点。在替选实施方式中，偏置机构可以耦接至底座而不是支承组件。
图5示出了根据某些实施方式的具有集成键板系统的输入装置500。输入装置500包括底座505和与其耦接的壳体510。壳体510包括左键板520、右键板530、指关节区域和手掌区域，并且示出为具有透明表面以暴露输入装置500的内部部件。支承组件550包括本体551、支承臂552、支承臂554、偏置机构锚点(“锚点”)556和锚点558。支承组件550的本体551可以使用硬件(例如，螺钉、销、耳片等)、摩擦或机械连接、粘合剂或其组合在指关节支承区域处或附近耦接至壳体510。支承臂552、554从本体551延伸至左键板520、右键板530上的键致动器处或附近的位置。如下面进一步描述的，锚点556、558被配置成装配在从键板的底表面延伸并包络锚点556、558的支承臂壳体(“壳体”)内部，以提供用于偏置机构向下推的表面。
图6a示出了根据某些实施方式的耦接至用于输入装置的集成键板系统的壳体610的支承组件650。壳体610包括左键板620、右键板630、指关节区域614和手掌区域(未标记)。支承组件650包括本体651、支承臂652、支承臂654、致动器壳体616和致动器壳体618。致动器壳体616、618可以包括分别设置在其上的键致动器657、659。当键致动器相应的键板被压下时，键致动器接触力传感器。支承组件650的本体651可以使用硬件(例如，螺钉、销、耳片等)、摩擦或机械耦接、粘合剂或其组合在指关节支承区域处耦接至壳体610。支承臂652、654从本体651延伸至左键板620、右键板630上的键致动器处或附近的位置。如下面进一步讨论的，致动器壳体616、618各自包括相应的键致动器657、659和锚点656、658以附接偏置机构。
图6b示出了根据某些实施方式的支承组件650和壳体610的顶部的近视图。致动器壳体616、618以透明的视图示出，以暴露位于(插入)其中的锚点(出于讨论目的)。也就是说，支承臂654的锚点658可以位于致动器壳体618内部，该致动器壳体618可以耦接至键板630或与键板630集成。类似地，支承臂652的锚点656可以位于致动器壳体616内，该致动器壳体616可以耦接至键板620或与键板620集成。图6c示出了根据某些实施方式的使用单个支承臂的替选支承组件系统。
图7示出了根据某些实施方式的具有集成键板系统的输入装置的剖面侧视图。输入装置700可以包括底座705和与其耦接的壳体710。壳体710可以包括键板730和致动器壳体718。致动器壳体718可以包括键致动器759。输入装置700还可以包括具有开关柱塞782(或等同功件)的力传感器780和支承组件的支承臂754(未全部示出——参见图6a以供参考)。开关柱塞782可以是力传感器780的经由键致动器759接纳键板730(即，由键板730直接或间接接触)的部分。偏置机构770可以在第一端处的支承组件的锚点758处耦接至支承臂754，并且在第二端处耦接至致动器壳体718，以提供向下推动致动器壳体718以及通过延伸向下推动键板730的向下力。可替选地或另外地，偏置机构770可以在第一端处的支承组件的锚点758处耦接至支承臂754，并且在第二端处的键板730的底部处耦接至耦接点731，以提供向下拉键板730的向下力。本领域普通技术人员将了解其可以通过拉或推(或两者)键板730来提供向下力的许多变化、修改和替选实施方式。如上所述，在非压下状态(例如，默认状态、静止状态)下向键板730添加向下力可以减少或消除预行程，以及/或者控制预加载条件，如下面参照图8至图11所描述的。
图8示出了根据某些实施方式的具有集成键板系统的输入装置800。如上面参照图7所讨论的，输入装置800包括键板730、偏置机构770(例如，耦接至锚点755和致动器壳体658)、力传感器(例如，柱塞)782。偏置机构770可以在键板830上提供向下力。在一些实施方式中，可以通过调节由偏置机构770提供的向下力来控制预行程和预加载条件。一些实施方式可以在制造期间被调节。在一些情况下，偏置机构770可以通过软件、通过手动控制(例如，经由可调螺钉)或其组合来调节。可替选地，偏置机构770可能不可调节。返回参考图8，因为预行程条件859存在于非压下状态(例如，默认状态、静止状态)下，所以偏置机构770没有被最优地调节。预行程条件可以表示以下偏置机构，其不提供足够的向下力以使键板730克服使键板730接触力传感器780的开关柱塞782所需的力的量。
图9示出了图示出根据某些实施方式的预行程对用户体验的影响的曲线图900。图9与具有预行程条件859的输入装置800对应。曲线图900绘制以gf(克力)为单位的按键力920与以mm为单位的键行程路径(910)的对比，这可以与向下键板偏转对应。与区域940对应的预行程条件包括键位移(即，键板730的移动约0.1mm)，但是由于键致动器759与力传感器780(例如，开关柱塞782)之间没有接触，所以力没有可观增长。在约0.125mm的行程中，键致动器759与力传感器780接触，并且随着开关柱塞782被压下约0.25mm(或其他合适的配置)，线性力分布随之发生。预行程区域940与线性力传感器区域930之间的突然过渡可能对用户来说是显而易见的并且可能显著地降低用户体验。在区域950处，力的突然减小可以与克服所需力之后的开关柱塞782压下对应。参照图9，所需的力可以是约40gf。典型的实施方式可以利用响应于接收60gf+/-20gf而启动的力传感器。
图10示出了根据某些实施方式的具有集成键板系统的输入装置1000。输入装置1000可以类似于图8的实施方式，但是在正常(例如，默认、不使用)状态下没有预行程。也就是说，偏置机构770在键板730上提供至少足够的向下力，以克服使键板730接触开关柱塞782的预行程距离。
图11示出了图示出根据某些实施方式的经调节的集成键板系统中的键板性能的曲线图1100。图11可以与具有零预行程条件1159的输入装置1000对应。曲线图1100绘制以gf(克力)为单位的按键力1120与以mm为单位的键行程路径(1110)的对比，其可以与向下的键板偏转对应。与图8至图9所示的预行程条件不同，图10中不存在预行程条件，并且曲线图1100通过示出力(例如，按下键板730以指示按键的力的量)与按键距离的近似线性图来反映这一点。线性或近线性性能曲线提供了最佳的用户体验，其表现为平滑和一致的按键感觉。在区域1150处，力的突然减小可以与在克服所需的力之后的开关柱塞782压下对应。参考图11，所需的力可以是约40gf。图10所示的配置是示例性的，并且示出了用于调节偏置机构770以消除预行程而未过度补偿有预加载的良好平衡。尽管在图11中未示出，但不期望的预加载条件可能导致区域1150以低得多的施加力(例如，20gf)出现，这很可能导致键板730过度敏感，这进而可能导致无意的按键按压。
因此，说明书和附图被认为是说明性的而不是限制性意义的。然而，将显而易见的是，在不脱离如权利要求所阐述的本公开的更广泛的精神和范围的情况下，可以对本公开进行各种修改和变型。
其他变型在本公开内容的精神内。因此，尽管所公开的技术易于进行各种修改和替代构造，但是其某些所示实施方式在附图中示出并且已经在上面进行了详细描述。然而，应当理解，并不意图将本公开限于所公开的(一种或多种)特定形式，相反地，本发明旨在覆盖落入如所附权利要求所限定的本公开的精神和范围内的所有修改、替代构造和等同物。此外，本文所述的任意实施方式及其组件和配置可以以任意合适的方式组合。例如，图1至图10可以指单个实施方式或几个不同的实施方式(例如，具有不同的预行程、预加载条件)。本领域普通技术人员将理解其许多变化、修改和替选实施方式。
使用预加载系统的替选应用
除了应用将系统预加载至输入装置上的按钮的原理之外，其他应用也是可行的。例如，在计算机鼠标上的常规滚轮中的一些常见的抱怨包括噪音操作、咔嗒声和差的性能，这部分由于从轮致动器到轮按钮的预行程。上面至少参照图4a至图11描述的预加载原理可以应用于滚轮，以改善其操作并且减少和/或消除这些问题。
图12和图13示出了根据某些实施方式的应用于滚轮组件1200的改进的集成预加载系统的应用的示例。滚轮组件1200可以包括滚轮1210、轮轴1220、预加载弹簧1230、中间按钮开关1240、机械编码器1250和开关致动器1260(图13所示)。在操作中，预加载弹簧1230推动到轮轴1220上，从而迫使轮轴1220到开关致动器1260上。轮轴1220的一侧可以插入至机械编码器1250中以感测轮的旋转。轮轴1220的相对侧可以被配置成启动中间按钮开关1240。因此，预加载弹簧1230向下推动轮轴1220，使得轮轴1220经由开关致动器1260推挤中间按钮开关1240。如图13所示，预加载弹簧1230被示出在预加载位置和静止位置。尽管未明确示出，但如本领域普通技术人员将理解的，预加载弹簧1230的相对侧可以耦接至底座或其他合适的锚定位置的一部分。该设计可以带来与集成预加载键板对主键的益处类似的益处，包括没有预行程(或减少的预行程)、改进的对用户输入的响应性以及具有更少的噪音和咔嗒声的改进的用户体验。本领域的普通技术人员将理解其许多变化、修改和替选实施方式，所述许多变化、修改和替选实施方式延伸超出仅仅按钮和滚轮，而可以应用于在致动器/开关装置中具有不期望的预行程条件的任意系统。
在描述所公开的实施方式的上下文中(特别是在所附权利要求的上下文中)，除非在本文中另有指示或与上下文明显矛盾，否则术语“一”、“一个”和“该”以及类似指示词的使用应被解释为覆盖单数和复数。除非另有说明，否则术语“包括”、“具有”、“包含”和“含有”应被解释为开放式术语(即是指“包括但不限于”)。即使存在一些介于中间的结构，但是术语“连接”应被解释为部分地或完全地包含在内、附接至或接合在一起。短语“基于”应当被理解为开放式的，并且不以任何方式限制，并且在适当的情况下旨在被解释为或以其他方式理解为“至少部分地基于”。除非本文另有指示，否则本文中数值范围的记载仅旨在用作单独提及落在范围内的每个独立值的简单写法，并且每个独立值被并入本说明书中，如同其在本文中被单独列举出来一样。
本文描述了本公开的优选实施方式，包括发明人已知的用于实现本公开的最佳模式。这些优选实施方式的变型对于本领域普通技术人员来说在阅读前面的描述之后是显而易见的。发明人期望技术人员适当地采用这样的变型，并且发明人意图以不同于本文具体描述的方式来实施本公开。因此，本公开包括如适用法律所允许的在所附权利要求中所述的主题的所有修改和等同物。此外，除非本文另有指示或另外与上下文明显矛盾，否则本公开包括上述元件在其所有可能变型中的任何组合。