CN107154319B - 具有距离感测功能的按键与键盘 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有距离感测功能的按键及其键盘，其中该按键包含有一键帽、一底板、一支撑件、一复位元件以及一距离感测单元。该底板具有一导槽结构。该支撑件具有相对的一第一端与一第二端。该第一端连接于该键帽，该第二端以可活动方式结合该导槽结构。该复位元件设置在该支撑件与该导槽结构之间。该距离感测单元可拆卸地设置于该底板上。该距离感测单元系侦测该键帽相对于该底板之位移，以判断该按键是否被致发。

Description

具有距离感测功能的按键与键盘

技术领域

本发明系提供一种按键与键盘，尤指一种具有距离感测功能的按键与键盘。

背景技术

传统的机械式按键包含有底板、键帽、复位件以及致动弹片。复位件设置在底板，键帽则装设在复位件上，以使键帽可相对底板产生垂直按压作动。致动弹片位于键帽的旁侧，键帽相对底板移动到特定位置时会碰触到致动弹片，致动弹片便会致发电子开关，输出对应于该机械式按键的控制指令，且致动弹片另会施加弹性回复力给键帽以提供操作手感。然而，传统机械式按键系透过按压键帽所产生的致动弹片变形去致发电子开关，键帽相对于底板的移动需超过特定长度才能驱使致动弹片产生足够的变形量，意即机械式按键的操作行程较长，整体机构的体积也较大，不适于应用在消费性电子产品。

发明内容

本发明系提供一种具有距离感测功能的按键与键盘，以解决上述之问题。

本发明之申请专利范围系揭露一种具有距离感测功能的按键，其包含有一键帽、一底板、一支撑件、一复位元件以及一距离感测单元。该底板具有一导槽结构。该支撑件具有相对的一第一端与一第二端。该第一端连接于该键帽，该第二端以可活动方式结合该导槽结构。该复位元件设置在该支撑件与该导槽结构之间。该距离感测单元可拆卸地设置于该底板上。该距离感测单元系侦测该键帽相对于该底板之位移，以判断该按键是否被致发。

本发明之申请专利范围另揭露一种具有距离感测功能的键盘，其包含有一底板以及复数个按键。该底板具有复数个导槽结构。该复数个按键设置在该底板上。各按键包含有一键帽、一支撑件、一复位元件以及一距离感测单元。该底板具有一导槽结构。该支撑件具有相对的一第一端与一第二端。该第一端连接于该键帽，该第二端以可活动方式结合一对应导槽结构。该复位元件设置在该支撑件与该对应导槽结构之间。该距离感测单元可拆卸地设置于该底板上。该距离感测单元系侦测该键帽相对于该底板之位移，以判断各按键是否被致发。

本发明的按键及其键盘系利用具有距离感测功能的距离感测单元侦测键帽与底板之间的相对位移，位移量低于门槛时表示按键被误触，位移量高于门槛则表示按键被致发；因此本发明可藉由调整门槛的数值大小，控制按键之距离感测功能的侦测敏感度，例如门槛较小表示轻触按键即能致发，门槛较大表示要重压按键才可相应致发。再者，由于距离感测单元可精确取得键帽与底板之相对位移的数值及其变化，本发明进一步还能利用距离感测单元分析该位移的变化量和/或停顿时点，判断使用者系长时间施压按键、瞬间点击按键、或间歇性点击按键，据此触发按键输出对应于不同点击频率的控制指令，提供丰富的多样操作手感。

此外，本发明的键盘上系设置有复数个按键，每一个按键都能提供距离感测功能。距离感测功能的侦测精度/敏感度是根据距离感测单元的预设门槛(门槛用以比对于键帽之位移量)而定，故使用者可任意设定门槛值来决定按键的侦测精度/敏感度，且较佳会在使用前/出厂前利用校正机制将所有距离感测单元的侦测精度/敏感度同步调整成一致，使能提供较佳的用户体验。相较先前技术，本发明以距离感测单元取代传统机械式按键的致动弹片，除了能够自行调整按键受致发的侦测精度/敏感度之外，还能大幅减少按键的结构体积，更适用于消费性薄型电子产品。

附图说明

图1为本发明实施例之键盘之示意图。

图2与图3分别为本发明第一实施例之按键在不同操作阶段之结构剖视图。

图4与图5分别为本发明第二实施例之按键在不同操作阶段之结构剖视图。

图6为本发明第二实施例之按键于另一变形态样之结构剖视图。

图7与图8分别为本发明第三实施例之按键在不同操作阶段之结构剖视图。

附图标号说明：

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

请参阅图1至图3，图1为本发明实施例之键盘10之示意图，图2与图3分别为本发明第一实施例之按键12在不同操作阶段之结构剖视图。键盘10上可设置复数个按键12，该些按键12具有距离感测功能、且可视设计需求而有不同的实施态样。按键12包含有底板14、键帽16、支撑件18、复位元件20、距离感测单元22以及屏蔽件28。底板14为键盘10内部的电路板。键帽16为使用者按压的界面，键帽16上会印刷符号标志，以供辨别按键12代表的符号指令；键帽16的结构还可部分由透光材料制作。支撑件18具有相对的第一端181与第二端182。支撑件18系穿透屏蔽件28，使其第一端181连接于键帽16，第二端182以可活动方式结合底板14上对应的导槽结构24，使得键帽16可相对底板14进行上下移动。

复位元件20设置在支撑件18和导槽结构24之间，通常为一种压缩弹簧，然不限于此；当使用者施加到键帽16的外力移除时，复位元件20的弹性恢复力可将键帽16推回初始位置。距离感测单元22以可拆卸方式设置在底板14上，使用者可根据按键12之侦测敏感度之需求任意替换不同规格的距离感测单元22。距离感测单元22系用来侦测键帽16相对于底板14的位移变化，例如在键帽16的位移量达到预设门槛时判定按键12被致发；或在键帽16的位移量没有达到预设门槛时判定按键12仅被误触而未被致发，因此按键12的侦测敏感度也可透过距离感测单元22进行调整。第一实施例中，距离感测单元22是一种光感测元件，设置在导槽结构24内、且距离感测单元22之侦测面221系朝向支撑件18的底面。支撑件18之底面被定义为工作面25，工作面25上具有特征图案；随着支撑件18在导槽结构24内之移动，距离感测单元22可根据侦测所得之特征图案的变形量，判断键帽16相对于底板14的位移。

除了以光感测方式执行距离感测单元22的距离感测功能，本发明另可使用电阻式感测元件或电容式感测元件作为距离感测单元22。具有电阻式感测功能的距离感测单元22可在支撑件18接近时，感应支撑件18之底面(工作面25)上的电极是否导通而致发按键12；具有电容式感测功能的距离感测单元22则于支撑件18接近时，依其电容变化所产生诱导电流来判断是否致发按键12。

如图2所示，键帽16未受到外力按压，复位元件20将支撑件18承托于初始位置(较高处)，工作面25间隔距离感测单元22较远，距离感测单元22系侦测到小面积的特征图案；如图3所示，键帽16受到外力按压而带动支撑件18相对底板14下降，工作面25接近距离感测单元22，距离感测单元22便会侦测到大面积的特征图案。如此一来，距离感测单元22即能依特征图案的变形量去判断键帽16与底板14的相对位移。其中，键盘10可具备独立的运算处理单元，用来接收所有距离感测单元22的侦测资料以进行分析；或者每一个距离感测单元22各自都具有运算处理功能，用以执行特征图案的自主侦测及运算分析。

本发明的键盘10可透过光感测功能决定按键12何时为误触、或是被正确致发；此外，按键12还兼具发光功能，能根据各按键12是否被按压、及键盘10上方的使用者手势而决定发光特性之变化。详细来说，支撑件18可选择以导光材质制作而成，此时距离感测单元22除了侦测工作面25上的特征图案变化，还能够通过具导光特性的支撑件18接收到键帽16外的环境亮度变化，例如环境亮度从亮转暗时表示有外部物件移动到按键12上方，环境亮度由暗转亮则表示外部物件远离了按键12。除此之外，按键12另可选择性包含光导部件26，其一端系对准于距离感测单元22，另一端穿过屏蔽件28以指向键帽16上方。距离感测单元22可经由光导部件26接收键帽16外的环境亮度变化，以判断外部物件相对于按键12的位置关系。

一般来说，按键12仅需择一选择其中一种设计特征(意即导光材质制作的支撑件18和光导部件26)就能得到环境光侦测功能，然或可视实际情况同时配置该两种设计特征。请再参照图1，键盘10的所有按键12较佳都具备环境光侦测功能，当使用者手势从键盘10上悬空通过时，以阵列形式摆放的复数个按键可分别侦测到使用者手势通过键盘10上方产生的环境明暗变化，意即可辨识出使用者手势的方向、速度与移动轨迹，以产生相应的控制指令。

按键12另可包含导光件30以及发光单元32。导光件30之一端插设于屏蔽件28的开孔281，发光单元32设置在底板14上且对齐导光件30之另一端；因此，发光单元32产生的光线可经由导光件30射出屏蔽件28，让使用者可从按键12上方看到该些光线。再者，按键12还可包含透光结构34，其系设置于底板14且延伸到屏蔽件28外。发光单元32亦对齐透光结构34，故发光单元32产生的光线也会经由透光结构34射出底板14，让使用者可从相邻按键12间的缝隙看到该些光线。结合前述的手势侦测功能，本发明可根据使用者手势通过键盘10上方的移动轨迹，驱使特定按键12发出提示光线/装饰光线，例如从各按键12的键帽16上透出提示光线/装饰光线、或从相邻按键12间的底板上透出提示光线/装饰光线。

于本发明第一实施例中，除了侦测支撑件18之工作面25上的特征图案，距离感测单元22(光感测元件)还可依据工作面25的反射亮度变化来判断键帽16相对于底板14的位移。举例来说，工作面25远离距离感测单元22时，如图2所示，工作面25的反射亮度减弱；工作面25接近距离感测单元22时，如图3所示，工作面25的反射亮度增强。距离感测单元22能藉由分析工作面25的反射亮度变化取得键帽16与底板14的相对位移，进而判断按键12是否被致发。

请参阅图4与图5，图4与图5分别为本发明第二实施例之按键12’在不同操作阶段之结构剖视图。第二实施例中，与第一实施例具有相同编号的元件具有相同的结构与功能。第二实施例与第一实施例之差异在于，支撑件18具有延伸部36，且工作面25形成在延伸部36上；按键12’的距离感测单元22’位于导槽结构24外，距离感测单元22’之侦测面221’系朝向延伸部36上的工作面25。按键12受压使支撑件18相对于导槽结构24移动时，距离感测单元22’会侦测到工作面25上之特征图案的移动量变化，由此取得键帽12与底板14的相对位移信息。按键12’的发光单元32’系设置在底板14的导槽结构24内。发光单元32’对齐于支撑件18，让发光单元32’产生的光线能经由支撑件18(由导光材质制作)射出键帽16。或者请参阅图6，图6为本发明第二实施例之按键12’于另一变形态样之结构剖视图，发光单元32’还可选择性设置在支撑件18的第二端182，发光单元32’会随着支撑件18相对导槽结构24上下移动，用于通过支撑件18(由导光材质制作)将光线导出键帽16。

请参阅图7与图8，图7与图8分别为本发明第三实施例之按键12”在不同操作阶段之结构剖视图。第三实施例中，与前述实施例具有相同编号的元件具有相同的结构与功能。第三实施例与前述实施例之差异在于，按键12”另包含弹力元件38，设置在底板14上且邻近支撑件18；支撑件18具有推抵部40，其系以可分离方式接触弹力元件38。工作面25形成于弹力元件38上，距离感测单元22”的侦测面221”朝向弹力元件38的工作面25，并随着弹力元件38之弹性变形来侦测工作面25上特征图案的移动量。当键帽16没有受到外力按压时，如图7所示，推抵部40系可未直接接触弹力元件38、或是仅触及弹力元件38但没有造成弹力元件38发生弹性变形；键帽16被外力施压后，如图8所示，键帽16与支撑件18随同下移，推抵部40压附弹力元件38以产生弹性恢复力，此时工作面25的位置改变，距离感测单元22”可根据工作面25上特征图案的移动量，判断键帽16相对于底板14的位移。在弹力元件38的变形过程中，弹力元件38的弹性恢复力会通过推抵部40施加于支撑件18，让使用者按压按键12时能感受到反馈的操作手感。

按键12”的发光单元32’可设置在底板14或支撑件18的第二端182上，以通过导光材质制作的支撑件18将光线射出键帽16。或者，第二实施例的按键12’与第三实施例的按键12”都可选择性配设第一实施例所述之光导部件26、导光件30和/或透光结构34，用来将发光单元32’产生的光线导出键帽16或底板14。

综上所述，本发明的按键及其键盘系利用具有距离感测功能的距离感测单元侦测键帽与底板之间的相对位移，位移量低于门槛时表示按键被误触，位移量高于门槛则表示按键被致发；因此本发明可藉由调整门槛的数值大小，控制按键之距离感测功能的侦测敏感度，例如门槛较小表示轻触按键即能致发，门槛较大表示要重压按键才可相应致发。再者，由于距离感测单元可精确取得键帽与底板之相对位移的数值及其变化，本发明进一步还能利用距离感测单元分析该位移的变化量和/或停顿时点，判断使用者系长时间施压按键、瞬间点击按键、或间歇性点击按键，据此触发按键输出对应于不同点击频率的控制指令，提供丰富的多样操作手感。

还需一提的是，本发明的键盘上系设置有复数个按键，每一个按键都能提供距离感测功能。距离感测功能的侦测精度/敏感度是根据距离感测单元的预设门槛(门槛用以比对于键帽之位移量)而定，故使用者可任意设定门槛值来决定按键的侦测精度/敏感度，且较佳会在使用前/出厂前利用校正机制将所有距离感测单元的侦测精度/敏感度同步调整成一致，使能提供较佳的用户体验。相较先前技术，本发明以距离感测单元取代传统机械式按键的致动弹片，除了能够自行调整按键受致发的侦测精度/敏感度之外，还能大幅减少按键的结构体积，更适用于消费性薄型电子产品。

以上所述仅为本发明之较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做之均等变化与修饰，皆应属本发明之涵盖范围。

Claims (23)

1.一种具有距离感测功能的按键，其特征在于，其包含有：

一键帽；

一底板，具有一导槽结构；

一支撑件，具有相对的一第一端与一第二端，该第一端连接于该键帽，该第二端以可活动方式结合该导槽结构；

一复位元件，设置在该支撑件与该导槽结构之间；以及

一距离感测单元，可拆卸地设置于该底板上，该距离感测单元系侦测该键帽相对于该底板之位移，以判断该按键是否被致发；

其中该距离感测单元为一光感测元件，该光感测元件侦测一工作面上的一特征图案，并根据该特征图案之一移动量或一变形量、或该工作面之反射亮度变化判断该键帽相对于该底板之该位移。

2.如权利要求1所述之按键，其特征在于，其中该光感测元件另经由一光导部件接收该键帽外之环境亮度变化，藉此判断一外部物件是否位于该键帽上方。

3.如权利要求1所述之按键，其特征在于，其中该工作面形成于该支撑件之一底面，该距离感测单元位于该导槽结构内，且该距离感测单元之一侦测面系朝向该底面。

4.如权利要求1所述之按键，其特征在于，其中该支撑件另具有一延伸部，该工作面形成于该延伸部上，该距离感测单元之一侦测面系朝向该延伸部。

5.如权利要求1所述之按键，其特征在于，其中该支撑件另具有一推抵部，该按键另包含有一弹力元件，设置于该底板且可分离地接触该推抵部，该弹力元件系通过该推抵部施加一弹性恢复力予该支撑件。

6.如权利要求5所述之按键，其特征在于，其中该工作面形成于该弹力元件上，该距离感测单元之一侦测面系朝向该弹力元件。

7.如权利要求1所述之按键，其特征在于，另包含有：

一透光结构，设置于该底板上；以及

一发光单元，对齐该透光结构，该发光单元产生的光线经由该透光结构射出该底板。

8.如权利要求1所述之按键，其特征在于，其中该支撑件由导光材质组成，该按键另包含有一发光单元，对齐于该支撑件，该发光单元产生的光线经由该支撑件射出该键帽。

9.如权利要求8所述之按键，其特征在于，其中该发光单元设置于该底板上、或设置于该支撑件之该第二端。

10.如权利要求1所述之按键，其特征在于，另包含有：

一屏蔽件，设置于该底板上，该支撑件穿过该屏蔽件以结合该导槽结构；

一导光件，该导光件之一端系插设于该屏蔽件之一开孔；以及

一发光单元，对齐该导光件之另一端，该发光单元产生的光线经由该导光件射出该屏蔽件。

11.如权利要求1所述之按键，其特征在于，其中该距离感测单元根据该位移的变化量或停顿时点分别致发该按键的不同控制指令。

12.一种具有距离感测功能的键盘，其特征在于，其包含有：

一底板，具有复数个导槽结构；以及

复数个按键，设置在该底板上，各按键包含有：

一键帽；

一支撑件，具有相对的一第一端与一第二端，该第一端连接于该键帽，该第二端以可活动方式结合一对应导槽结构；

一复位元件，设置在该支撑件与该对应导槽结构之间；以及

一距离感测单元，可拆卸地设置于该底板上，该距离感测单元系侦测该键帽相对于该底板之位移，以判断各按键是否被致发；

其中该距离感测单元为一光感测元件，该光感测元件侦测一工作面上的一特征图案，并根据该特征图案之一移动量或一变形量、或该工作面之反射亮度变化判断该键帽相对于该底板之该位移。

13.如权利要求12所述之键盘，其特征在于，其中该光感测元件另经由一光导部件接收该键帽外之环境亮度变化，藉此判断一外部物件是否位于该键帽上方。

14.如权利要求12所述之键盘，其特征在于，其中该工作面形成于该支撑件之一底面，该距离感测单元位于该对应导槽结构内，且该距离感测单元之一侦测面系朝向该底面。

15.如权利要求12所述之键盘，其特征在于，其中该支撑件另具有一延伸部，该工作面形成于该延伸部上，该距离感测单元之一侦测面系朝向该延伸部。

16.如权利要求12所述之键盘，其特征在于，其中该支撑件另具有一推抵部，各按键另包含有一弹力元件，设置于该底板且可分离地接触该推抵部，该弹力元件系通过该推抵部施加一弹性恢复力予该支撑件。

17.如权利要求16所述之键盘，其特征在于，其中该工作面形成于该弹力元件上，该距离感测单元之一侦测面系朝向该弹力元件。

18.如权利要求12所述之键盘，其特征在于，其中各按键另包含有：

一透光结构，设置于该底板上；以及

一发光单元，对齐该透光结构，该发光单元产生的光线经由该透光结构射出该底板。

19.如权利要求12所述之键盘，其特征在于，其中该支撑件由导光材质组成，各按键另包含有一发光单元，对齐于该支撑件，该发光单元产生的光线经由该支撑件射出该键帽。

20.如权利要求19所述之键盘，其特征在于，其中该发光单元设置于该底板上、或设置于该支撑件之该第二端。

21.如权利要求12所述之键盘，其特征在于，其中各按键另包含有：

一屏蔽件，设置于该底板上，该支撑件穿过该屏蔽件以结合该对应导槽结构；

一导光件，该导光件之一端系插设于该屏蔽件之一开孔；以及

一发光单元，对齐该导光件之另一端，该发光单元产生的光线经由该导光件射出该屏蔽件。

22.如权利要求12所述之键盘，其特征在于，其中该距离感测单元根据该位移的变化量或停顿时点分别致发各按键的不同控制指令。

23.如权利要求12所述之键盘，其特征在于，其中该复数个按键利用校正机制同步调整该些距离感测单元的侦测精度。