按键结构和电子设备的制作方法

本发明涉及指纹识别领域，特别涉及一种按键结构和电子设备。

背景技术：

指纹识别技术通过指纹成像模组采集到人体的指纹图像，然后与指纹识别系统里已有指纹成像信息进行比对，以实现身份识别。由于使用的方便性，以及人体指纹的唯一性，指纹识别技术已经大量应用于各个领域，比如：公安局、海关等安检领域，楼宇的门禁系统，以及个人电脑和手机等消费品领域等等。

指纹识别技术中所采用的指纹识别模组的成像方式有光学式、电容式、超声式等多种方式。其中，一种是通过光学的方式采集人体的指纹图像。光学指纹识别模组的工作原理是：人的手指按压在感测面上时，光源发出的光在感测面上发生反射和折射，形成携带有指纹信息的成像光，图像传感器采集所述成像光，经光电转换后获得指纹图像，所述指纹图像用于进行身份识别。

另一方面，大到用于进行输入操作的计算机键盘，小到用于实现汽车上锁解锁的汽车钥匙，按键是现有电子设备中一种重要的输入操作装置。将按键与指纹识别模组相结合的做法，既能够扩展按键功能、提高电子设备安全性，还能够尽量减小指纹识别模组的加入对电子设备内部空间的占用。

但是现有技术中，具有指纹识别功能的按键结构往往强度较弱，难以承受按键多次按压的需要。

技术实现要素：

本发明解决的问题是提供一种按键结构和电子设备，以提高所述按键结构的强度，更好的实现按压功能和指纹识别功能的兼顾。

为解决上述问题，本发明提供一种按键结构，包括：

键帽，所述键帽具有顶板，所述顶板包括相背设置的按压面和底面；光学指纹识别模组，所述光学指纹识别模组位于所述顶板的一侧，所述光学指纹识别模组包括图像传感器，所述图像传感器贴合于所述顶板的底面上。

可选的，所述顶板的厚度大于0.5mm。

可选的，所述顶板的厚度小于或等于2mm。

可选的，所述顶板材料的透光率大于15％。

可选的，所述顶板材料为金属或者塑料。

可选的，所述光学指纹识别模组还包括：光源；所述光源所产生的光线在所述按压面上形成携带有指纹信息的感测光，所述图像传感器采集所述感测光以进行指纹识别。

可选的，所述光源为点光源。

可选的，所述光源为1个led。

可选的，所述光学指纹识别模组还包括：连接层，所述连接层位于所述图像传感器远离所述顶板的一侧，所述连接层与所述光源和所述图像传感器电连接。

可选的，所述键帽还包括：侧壁，所述侧壁与所述键帽相连；底板，所述底板与所述顶板间隔设置；所述顶板、所述侧壁以及所述底板围成内腔，所述光学指纹识别模组至少部分位于所述内腔内。

可选的，所述顶板、所述侧壁以及所述底板为一体结构。

可选的，还包括：按压探测结构，所述按压探测结构位于所述光学指纹识别模组远离所述顶板的一侧，用于探测所述按压面上的压力。

可选的，所述按压探测结构包括：压力信号层，所述压力信号层位于所述光学指纹识别模组远离所述顶板的一侧；压力感应层，所述压力感应层与所述压力信号层平行相对间隔设置；所述压力感应层和所述压力信号层中的一个与所述光学指纹识别模组相连。

可选的，所述按压探测结构包括：填充层，所述填充层填充于所述压力感应层和所述压力信号层之间。

可选的，所述按压探测结构还包括：支撑件，所述支撑件位于所述压力信号层和所述压力感应层之间，所述支撑件用于在所述压力信号层和所述压力感应层之间形成间隔。

可选的，还包括：提醒装置，所述提醒装置与所述按压探测结构相连，在所述按压面上压力超过预设值时，产生按压反馈信号。

可选的，所述提醒装置包括振动器，所述振动器与所述键帽相接触；所述按压反馈信号用于使所述键帽振动。

相应的，本发明还提供一种电子设备，包括：

一个或多个加密按钮，所述加密按钮具有本发明所提供的按键结构。

可选的，所述电子设备为汽车钥匙，所述电子设备包括：解锁按钮和锁车按钮，至少所述解锁按钮为所述加密按钮。

可选的，所述电子设备包括键盘，所述键盘包括所述加密按钮。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

本发明技术方案中，通过在键帽内设置的光学指纹识别模组对按压键帽的手指进行指纹识别，从而使所述按键结构实现指纹识别功能的兼顾；而且光学指纹识别模组的采用，特别是使所述图像传感器贴合于所述顶板的底面上，能够有效增大所述图像传感器与所述按压面之间的距离，从而使增大所述顶板厚度成为可能，顶板厚度的增大能够有效的提高所述按键结构的强度，使所述按键结构更好的兼容按压功能和指纹识别的功能。

本发明可选方案中，所述光学指纹识别模组的光源为点光源，所述点光源为1个led。点光源所产生光线的一致性较高，杂散光较少，因此所述点光源的采用能够有效的提高所述图像传感器所获得的指纹图像的质量，有利于指纹识别成功率的提高；而且led体积小，颜色选择多，将所述点光源设置为1个led能够有效减小所述光学指纹识别模组的体积，不仅能够使所述光学指纹识别模组更好的集成于所述键帽内，还能够有效改善所述键帽结构的外观。

本发明可选方案中，所述键帽还包括侧壁和底板，所述侧壁、所述底板以及所述顶板为一体结构。将所述侧壁、所述底板和所述顶板设置为一体结构的做法，能够有效提高所述键帽的强度，有利于更好的实现按压功能和指纹识别功能的兼顾。

本发明可选方案中，按键结构还包括：按压探测结构，所述按压探测结构用于探测所述按压面上的压力，以实现所述按键结构的按压功能。通过所述按压探测结构对按压面上压力的探测实现所述按键结构的按键功能，能够有效提高所述按键结构的按键敏感度，能够有效降低按压功能对所述按键结构的冲击，有利于提高所述按键结构的稳定性，使所述按键结构更好的兼容按压功能和指纹识别的功能。

附图说明

图1是一种具有指纹识别功能的按键结构；

图2是本发明按键结构第一实施例的剖面结构示意图；

图3是本发明按键结构第二实施例的剖面结构示意图；

图4是图3所示实施例中所述内腔214内结构的放大示意图；

图5是本发明按键结构第三实施例的剖面结构示意图；

图6是本发明电子设备一实施例的俯视结构示意图；

图7是图6所示实施例中沿a1a2线的剖面结构示意图。

具体实施方式

由背景技术可知，现有技术中具有指纹识别功能的按键结构往往存在强度过低的问题。现结合一种具有指纹识别功能的按键结构分析其强度较弱问题的原因：

参考图1，示出了一种具有指纹识别功能的按键结构。

所述按键结构包括：键帽11，所述键帽11具有顶板12，所述顶板12具有相背设置的按压面12a和底面12b，所述按压面12a用于接受触摸按压；指纹识别模组13，所述指纹识别模组13贴合于所述顶板12的底面12a上。

所述指纹识别模组13通常为电容式指纹识别芯片，是通过采集携带有指纹信息的电容信号获得指纹图像以进行身份识别的，因此为了获得清晰的指纹图像，所述指纹识别模组13与感测面之间的距离相对较小，所以用于接受触摸按压的按压面12a与所述指纹识别模组13之间的距离不能太大，即所述键帽11顶板12的厚度较小。所述顶板12厚度的减小，会使所述顶板12的强度减弱，从而影响了整个按键结构的强度。

为解决所述技术问题，本发明提供一种按键结构和电子设备，通过光学指纹识别模组的采用，使增大所述顶板厚度成为可能，从而能够有效的提高所述按键结构的强度，使所述按键结构更好的兼容按压功能和指纹识别的功能。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

参考图2，示出了本发明按键结构第一实施例的剖面结构示意图。

所述按键结构包括：

键帽110，所述键帽110具有顶板111，所述顶板111包括相背设置的按压面111a和底面111b；光学指纹识别模组120，所述光学指纹识别模组120位于所述顶板111的一侧，所述光学指纹识别模组120包括图像传感器121，所述图像传感器121贴合于所述顶板111的底面111b上。

通过在键帽内设置的光学指纹识别模组120对按压键帽110的手指进行指纹识别，从而使所述按键结构实现指纹识别功能的兼顾；而且光学指纹识别模组120的采用，特别是使所述图像传感器121贴合于所述顶板111的底面上，能够有效增大所述图像传感器121与所述按压面111a之间的距离，从而使增大所述顶板111厚度成为可能，所述顶板111厚度的增大能够有效的提高所述按键结构的强度，使所述按键结构更好的兼容按压功能和指纹识别的功能。

所述键帽110用于承受按压，以实现按键功能；所述顶板111的按压面111a用于与手指直接接触，以接受按压，因此所述顶板111的按压面111a在指纹识别过程中起感测面的作用。

本实施例中，所述顶板111的厚度大于0.5mm。由于所述顶板111与按压手指直接接触，因此在按压过程中，所述顶部111会受到直接的机械冲击。所述顶板111的厚度越大，强度越大，受到冲击而损坏的可能性越低，因此将所述顶板111的厚度设置为大于0.5mm的做法，能够有效保证所述顶板111的强度，有利于提高所述键帽110的强度，减少所述键帽110受损的可能。

另一方，本实施例中，所述顶板111的厚度小于或等于2mm。所述顶板厚度越大，指纹识别过程中，透射至所述按压面111a的光线的光路以及所述按压面111a上所形成的光线的光路均会延长，较长的光路会使光线受到较强的散射作用，从而影响所获得指纹图像的质量；而且顶板111厚度过大，也会增大所述键帽110的高度，不利于集成度的提高。

此外，本实施例中，所述顶板111材料的透光率大于15％。指纹识别过程中，透射至所述按压面111a的光线以及所述按压面111a上所形成的光线均需要透射所述顶板111，所述顶板111材料透射率过小，会影响光线透射，从而影响所获得指纹图像的质量，影响指纹识别的成功率。

具体的，所述顶板111材料为金属或者塑料。所述顶板111的材料可以设置为适宜于作为键帽的塑料或者金属，以达到键帽结构所需要的机械性能要求，并控制所述键帽结构的制造成本。

需要说明的是，本实施例中，所述键帽110还包括：侧壁112，所述侧壁112与所述键帽的侧面相连；底板113，所述底板113与所述顶板111间隔设置；所述顶板111、所述侧112壁以及所述底板113围成内腔114，所述光学指纹识别模组至少部分位于所述内腔内。

所述侧壁112和所述底板113与所述顶板111相配合，用于围成所述内腔114；所述内腔114用于容纳所述光学指纹识别模组；所述底板113还用于为所述光学指纹识别模组提供机械支撑，以起到保护作用。

其中，所述内腔114的高度大于或等于0.6mm，即所述顶板111和所述底板113之间间隔的距离大于或等于0.6mm。所述内腔114的高度如果太小，则内部空间过小，对所述光学指纹识别模组120的厚度要求过高，可能造成工艺难度过大、制造成本上升、制造良率下降的问题。

本实施例中，所述顶板111和所述侧壁112为一体结构，所述底板113的侧壁与所述侧壁112的表面相连。但是本发明其他实施例中，所述顶板、所述侧壁以及所述底板为一体结构，以增强所述键帽的强度，从而提高所述按键结构的可靠性，有利于更好的实现按压功能和指纹识别功能的兼顾。

所述光学指纹识别模组120用于对按压所述键帽结构的手指进行指纹识别。

所述图像传感器121用于采集携带有指纹信息的光线并对所述光线进行光电转换以获得指纹图像。所述图像传感器121直接贴合于所述顶板111的底面111b，以减小所述图像传感器121与所述按压面111a之间的距离，使增大所述顶板111的厚度成为可能，从而保证所述顶板111的强度，减少按键结构受损的可能，提高所述按键结构的可靠性，使所述按键结构更好的兼容按压功能和指纹识别的功能。

而且将所述图像传感器121直接贴合于所述顶板111的底面111b上，还能够固定所述图像传感器121和所述按压面111a之间的相对位置关系，从而提高所述光学指纹识别模组光路的精度，有利于高质量指纹图像的获得，有利于指纹识别成功率的提高，使所述按键结构更好的兼容按压功能和指纹识别的功能。

具体的，所述光学指纹识别模组120还包括：光源122；所述光源122所产生的光线在所述按压面111a上形成携带有指纹信息的感测光，所述图像传感器采集所述感测光以进行指纹识别。

本实施例中，所述光源122为点光源。具体的，所述光源为1个led。点光源所产生光线的一致性较高，杂散光较少，因此所述点光源的采用能够有效的提高所述图像传感器所获的指纹图像的质量，有利于指纹识别成功率的提高；而且点光源的采用，光线一致性的提高，能够增大所述图像传感器121和所述按压面111a之间的距离，从而使增大所述顶部111厚度成为可能，也有利于提高所述按键结构的可靠性，从而使所述按键结构更好的兼容按压功能和指纹识别的功能。

而且led体积小，颜色选择多，将所述点光源设置为1个led能够有效减小所述光学指纹识别模组120的体积，不仅能够使所述光学指纹识别模组120更好的集成于所述键帽内，还能够有效改善所述键帽结构的外观。

此外，如图2所示，所述光学指纹识别模组120还包括：连接层123，所述连接层123位于所述图像传感器121远离所述顶板111的一侧，所述连接层123与所述光源122和所述图像传感器121电连接。

所述连接层123用于实现所述图像传感器121和所述光源122与外部电路的连接，以实现供电和信号输出。

本实施例中，所述连接层123为印刷电路板。印刷电路板具有一定的强度，能够为所述图像传感器121提供额外的机械支撑和保护，从而为高质量指纹图像的获得提供保证，有利于提供所述光学指纹识别模组120的识别成功率，有利于使所述按键结构更好的兼容按压功能和指纹识别的功能。本发明其他实施例中，所述连接层也可以为柔性电路板，以减小所述光学指纹识别模组的整体厚度，提高所述按键结构的集成度。

需要说明的是，本实施例中，所述连接层123上还设置有微控制单元(microcontrollerunit；mcu)(图中未示出)，用于控制所述光源122的供电以及所述图像传感器121的信号采集，还用于处理所述图像传感器121所获得的指纹图像并进行身份识别。所以本实施例中，整个所述光学指纹识别模组120位于所述内腔114内。

本发明其他实施例中，所述微控制单元也可以设置于外部电路上，通过所述连接层实现与所述光源和所述图像传感器的连接。这种情况下，所述光学指纹识别模组仅部分位于所述内腔内。

还需要说明的是，本实施例中，所述按键结构还包括按键触点140，所述按键触点140位于所述光学式指纹识别模组120远离所述顶板111的一侧，用于为所述键帽110提供可动的支撑，并感受所述键帽所受到的按压以实现其按键功能。

参考图3，示出了本发明按键结构第二实施例的剖面结构示意图。

本实施例与第一实施例相同之处，本发明在此不再赘述。本实施例与第一实施例不同的是，本实施例中，所述按键结构还包括：按压探测结构230，所述按压探测结构230位于所述光学指纹识别模组220远离所述顶板211的一侧，用于探测所述按压面211a上的压力。

所述按压探测结构230能够探测所述按压面221a上的压力，从而能够替代按压触点，以实现按键功能。通过所述按压探测结构230对所述按压面211a上压力的探测实现所述按键结构的按键功能，能够有效提高所述按键结构的按键敏感度，能够有效降低按压功能对所述按键结构的冲击，有利于提高所述按键结构的稳定性，使所述按键结构更好的兼容按压功能和指纹识别的功能。

此外，本实施例中，由于所述按键结构是否受到按压能够利用所述按压探测结构230通过所述按压面211a上压力获得，因此本实施例中，所述按键结构中所述键帽210的位置是固定的，也就是说，所述键帽210并不会因为受到按压而下降或按压撤出而回弹，这种做法能够有效提高所述按键结构的密封性能，有利于防水功能的实现，有利于更好的兼容按压功能和指纹识别的功能。

具体的，结合参考图4，示出了图3所示实施例中所述内腔214内结构的放大示意图。

本实施例中，所述按压探测结构230包括：压力信号层231，所述压力信号层231位于所述光学指纹识别模组220远离所述顶板211的一侧；压力感应层232，所述压力感应层232与所述压力信号层231平行相对间隔设置；所述压力感应层231和所述压力信号层232中的一个与所述光学指纹识别模组220相连。

所述压力信号层231和所述压力感应层232之间相隔离，从而能够形成电容结构。所述压力信号层231和所述压力感应层232之间电容结构的电容值与所述压力信号层231和所述压力感应层232之间距离相关。因此在所述按压面211a受到触摸时，所述按压面211a所受到的压力会引起所述压力信号层231和所述压力感应层232之间距离发生变化，从而引起所述压力信号层231和所述压力感应层232之间电容值发生变化；根据所述电容值的大小可以获得所述按压面211a所受到压力的大小。

本实施例中，所述压力信号层231位于所述压力感应层232和所述光学指纹识别模组220之间，因此，所述压力信号层231贴合于所述光学指纹识别模组背向所述顶板211的表面；所述压力感应层232贴合于所述底板213上。

本发明其他实施例中，也可以使所述压力感应层位于所述压力信号层和所述光学指纹识别模组之间，因此，所述压力感应层贴合于所述光学指纹识别模组背向所述顶板的表面。

本实施例中，所述压力信号层231和所述压力感应层232之间距离小于或等于1mm。所述压力信号层231和所述压力感应层232之间间隔的距离不宜太大。所述压力信号层231和所述压力感应层232之间距离如果太大，则不利于减小所述按压探测结构230的体积，不利于提高所述按键结构的集成度，而且所述压力信号层231和所述压力感应层232之间距离太大，会使所述压力信号层231和所述压力感应层232之间所形成电容结构的电容值过小，不利于提高所述按压探测结构230的灵敏度和准确性。

本实施例中，所述按压探测结构230还包括：支撑件233，位于所述压力信号层231和所述压力感应层232之间，用于在所述压力信号层231和所述压力感应层232之间形成间隔。

所述支撑件233位于所述压力信号层231和所述压力感应层232之间，从而在所述压力信号层231和所述压力感应层232之间形成间隔，为所述压力信号层231和所述压力感应层232之间间隔距离变化提供空间，并且实现所述压力信号层231和所述压力感应层232之间的电隔离。

所述支撑件233的材料需要具有一定的机械强度，从而能够形成厚度相对稳定的间隔，形成形状稳定的间隔能够有效改善所述按压探测结构230的探测性能。本实施例中，所述支撑件233的材料为混合有刚性颗粒的环氧树脂。其中，所述刚性颗粒为硅球和玻璃粉末中的一种或两种。

需要说明的是，本实施例中，所述按压探测结构230中，设置有所述支撑件233以实现所述压力信号层231和所述压力感应层232之间的间隔。本发明其他实施例中，也可以通过将所述压力信号层和所述压力感应层分别贴合于所述光学指纹识别模组和底板上，以形成所述间隔。

此外，本实施例中，所述按键结构还包括：提醒装置240，所述提醒装置240与所述按压探测结构230相连，在所述按压面211上压力超过预设值时，产生按压反馈信号。具体的，所述提醒装置240包括振动器，所述振动器与所述键帽210相接触；所述按压反馈信号用于使所述键帽210振动。

本实施例中，所述键帽210的位置是固定的，因此所述提醒装置240的设置，所述按压反馈信号的产生，能够通过所述键帽210的振动标示所述按键结构受到按压，所述按键结构的按键功能已经触发，能够有效降低所述键帽210受到过大压力的几率，能够有效减少所述按键结构受损的可能，使所述按键结构更好的兼容按压功能和指纹识别的功能。

参考图5，示出了本发明按键结构第三实施例的剖面结构示意图。

本实施例与前述实施例相同之处，本发明在此不再赘述。本实施例与前述实施例不同的是，本实施例中，所述按压探测结构(图中未标示)还包括：填充层334，所述填充层334填充于所述压力感应层(图中未标示)和所述压力信号层(图中未标示)之间。

所述填充层334填充满所述压力感应层和所述压力信号层之间的间隙，从而能够有效避免所述压力感应层和所述压力信号层之间空气层的存储，能够有效提高所述按压探测结构的强度，有利于降低所述光学指纹识别模组320以及所述键帽310受损的可能，有利于提高所述按键结构的可靠性，从而使所述按键结构更好的兼容按压功能和指纹识别的功能。

由于所述压力感应层和所述压力信号层之间的间隙距离需要发生改变以实现所述按压面上压力的探测，所以为了降低所述填充层334对压力探测功能造成影响，所述填充层334的材料需要具有一定的弹性，能够实现变形。本实施例中，所述填充层334的材料为环氧树脂。

相应的，本发明还提供一种电子设备。

参考图6和图7，示出了本发明电子设备一实施例的结构示意图，其中图6是所述电子设备的俯视结构示意图；图7是图6所示实施例中沿a1a2线的剖面结构示意图。

所述电子设备包括：一个或多个加密按钮，所述加密按钮具有本发明所提供的按键结构。

具体的，本实施例中，所述电子设备为汽车钥匙。因此所述电子设备包括：解锁按钮420和锁车按钮410，其中，至少所述解锁按钮420为所述加密按钮。

所述电子设备还包括：供电电源403，所述供电电源403与电路板422电连接；信号发射器402，所述信号发生器402连接于所述电路板422上，在所述供电电源的供电下发送上锁信号和解锁信号；所述锁车按钮410用于控制所述信号发射器402发送上锁信号；所述解锁按钮420用于控制所述信号发射器402发送解锁信号。

如图6和图7所示，所述解锁按钮420为所述加密按钮，即所述解锁按钮410具有本发明所提供的按键结构，所述解锁按钮420包括键帽以及位于所述键帽内的光学指纹识别模组，所述光学指纹识别模组的微控制单元401固定于所述电路板422上，且与所述电路板422电连接。

所述解锁按钮420的光学指纹识别模组通过柔性电路板421与所述电路板422相连，进而实现与所述微控制单元401电连接。通过所述微控制单元401对接触所述解锁按钮420的手指的指纹进行判定，如果符合实现录入的指纹，则所述微控制单元401使用加密规则生成加密信号，所述加密信号用于控制所述信号发射器402产生解锁信号；所述信号发生器402产生加密的信号，与汽车的信号接收装置以及内部解码器相匹配，从而达到解锁汽车的目的。其中，所述信号发生器402可以为射频芯片。

由于所述解锁按钮420具有指纹识别模组，因此只有通过指纹判断才能够实现解锁信号的发送，所以能够有效的提高所述汽车钥匙解锁的安全性，进而提高汽车的安全性，提高了汽车的防盗能力；而且所述解锁按钮420为本发明按键结构的加密按钮，因此所述解锁按钮420的可靠性较高，在日常使用中出现损坏的几率较小，能够有效改善所述电子设备的使用体验。

需要说明的是，为了保证指纹识别的精度，提高汽车钥匙解锁的安全性，本实施例中，所述光学指纹识别模组的图像传感器的感光面面积大于或等于16mm²。图像传感器感光面面积足够大，才能够保证所述图像传感器获得指纹图像的面积，保证所述指纹图像具有足够多的特征信息以进行指纹判定。

还需要说明的是，本实施例中，所述电子设备为汽车钥匙仅为一示例。本发明其他实施例中，所述电子设备还以为其他电子产品，所述电子设备包括键盘，所述键盘包括所述加密按钮，即所述键盘中的一个或多个按键具有本发明所提供的按键结构，以提高所述电子设备的安全性，并保证所述按键具有足够的可靠性以承受日常生活中的多次冲击。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。