CN1815411A - 一种便携式电子设备的信息输入装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种便携式电子设备的信息输入装置，包括触摸单元、触摸输入处理单元、键盘按键和键盘控制器；还包括连接键盘控制器的输入方式切换单元；所述触摸单元与键盘按键形成层叠结构；所述键盘控制器接收输入方式切换单元的信号，并根据该信号择一处理来自键盘按键和触摸输入处理单元的输入信息。本发明还公开了一种便携式电子设备的信息输入方法。

Description

一种便携式电子设备的信息输入装置及方法

技术领域

本发明涉及便携式电子设备的位置输入技术，尤其是涉及一种便携式电子设备的信息输入装置及方法。

背景技术

在计算机技术的迅猛发展过程中，键盘和鼠标的发明为人们带来很多方便，并且得到充分的应用，键盘和鼠标本身的技术也随之发生变化。对于最早源自于机械式英文字母打字机的键盘来说，虽然其基本格局、原理上都没有太多的变化，例如主要原理还是XY阵列扫描方式，或者是机械接触式或电容感应式，但是在体积、使用感觉、寿命、轻量化、成本等方面都发生了很大的变化。对于最早源自于XY轴图像输入仪的鼠标来说，从最开始的X/Y轴机械式鼠标到光电反射式鼠标、光电编码机械轮转动鼠标、再到现在的光图像位置传感器鼠标，鼠标的性能、可靠性、精度等都得到长足发展。鼠标的功能也有较大的扩展，比如增加滚***作等。

随着信息技术的发展以及对移动计算的需求的上升，人们对移动型或者便携式计算机的位置输入装置提出了新的需求，就是在便携式计算机中，位置输入装置的体积需要比较小，适合携带；并且和便携式计算机构成一个整体，这样就不需要在使用便携式计算机的时候有插拔的动作，也无需外部挂着的连线，使得外观比较整齐和干净。

因为鼠标本身(尤其是滚动的球)体积太大，在便携式计算机上集成鼠标以及鼠标的变种比如轨迹球等受到制约，因此限制了在笔记本型计算机整体上的应用，但是就鼠标本身而言，还是非常符合人性化设计的：首先是非常适合手的操作，手指自然弯曲，在手腕移动的时候，手指不需要用力；其次是移动范围很大，移动精度高而非常灵敏。所以在一些需要精确定位的场合，比如制图，打游戏等，还是需要鼠标之类的位置输入装置。

通过现有技术来考察键盘和鼠标的发展历史，可以发现键盘和鼠标的发展是循着各自的轨迹来进行的，相互之间没有太多的联系，或者将两者简单地合二为一，相互利用各自的优势，但是没有从本质上将这两个重要的人机交互设备进行整合。

现有技术中，键盘和鼠标结合的技术方案可以参考专利文献WO 02077964，US 2003001822，WO 03041049，CN 1466033等。所述现有技术将键盘整体和鼠标结合，比如上面是键盘，键盘下方或旁边为鼠标，或者通过缩减键盘按键的数量，通过按键组合的方式来达到单手控制的目的。但是这些现有技术存在一些缺陷：一方面，和现有键盘、鼠标使用***的一块平面来让鼠标在上面移动，所以在移动办公的时候受到很多限制，比如在机场等飞机的时候，一般机场的乘客等候的座位上没有配备小平台，这使得滚动移动类鼠标定位装置的应用大受影响；另外，键盘鼠标连接在一起，还是需要和主机进行有线的连接，如果全部采用无线的方式的话，成本会相对比较高。

在目前的便携式计算机中，除了插接普通鼠标之外，比较常用的集成位置输入装置主要有三类：第一类，轨迹杆(TRACK POINT)，在键盘中间的某个位置，嵌入一个轨迹杆，根据手指在轨迹杆上的摇动，产生位置信号，通过检测这些信号的变化，确定光标在显示器上的位置；第二类，触控板(TRACKPAD)，在键盘下方或附近设置一个小的触摸窗口，手指在窗口上移动，通过窗口下层的电阻、电容或电感的变化感知手指位置的变化；第三类，触摸板(TOUCH PANEL)，一般在显示屏幕的下方设置感知装置层，一般也分电阻式、电容式、电感式、红外式等，还有采用铁笔、磁笔、光笔等辅助定位装置的方案。

其中，轨迹杆的好处是体积很小，杆的面积比键盘的按键还小，但是由于使用习惯的问题，操作不是很方便；而且在鼠标移动过程中，手指一直要用力；由于根据手指的用力大小来判定光标的位移距离和位移速度，定位不是很准确；而且控制用的按键距离轨迹杆距离比较远，这使得使用者必须张开手指(拇指和食指)来操作或者两手操作。

触摸板则比较直观，直接在图像显示画面上操作，但是精度不是很准确，比较适合平板电脑，PDA(个人数字助理)等没有键盘的场合，虽然可以实现手写输入，但就目前的技术而言输入速度远不如键盘与鼠标组合的输入速度。

触控板的操控性比较好，可以单手操作，而且比较直观，体积也较小，比较耐用，因此目前在笔记本型计算机中应用较广。触控板一般分电阻式和电容式，电容式位置检测方法在各方面性能都相对较佳。

请参阅图1，为电容式位置检测方法的原理图。其中，触控板包括底层板2、表面绝缘层3和传感器条4、5。传感器条4和5采用标准的PCB(印刷电路板)或软性电路技术构成固定传感器阵列，电压作用在触控板的四角并形成一个固定电场，当手指1在表面层移动时，离手指1最近的传感器条的电容发生变化，通过这个电容值的变化，使电场引发电流，经由控制器(图未示)测定，根据电流距离四个角落的比例不同，即可以计算出手指1的位置。具体的原理如图2所示。计算公式为X＝i₂/I*a；Y＝i₃/I*b；I＝i₁+i₂+i₃+i₄。其中，a和b分别代表长和宽。

需要指出的是，电容式触控板只对手指、手掌等都有反应，但是对指甲没有反应，也就是说电容式触控板的特点是对人体电容灵敏，但是对接触的面积不敏感。这是因为电容式克服带有静电所产生的杂波的影响，对大面积的接触面积都在消除杂波的时候去掉了，只记录接触面积的中心点的位置，所以无法区分一个手指或整个手掌在上面的移动。

现有技术中，一种触控板被揭示于申请号为JP 20000336810的日本专利文献揭示的技术方案中，在触控板的不同位置设置不同功能，可以在一定程度上提高触控板的操作便利程度，同时实现很多功能，比如翻滚、窗口操作等，还可以自定义功能。请参阅图3，触控板10包括触控区域34，位于四个角落的定义不同功能的区域38a、38b、38c和38d，两个按键18，具上下翻滚功能的区域36和触控板的开关33，以及触控板的指示灯35。

因为触控板的扩展功能范围很大，随着触控板的面积的适当增大，还可以增加很多附加扩展的功能，比如上下翻滚，左右移动，浏览器前进后退等；还可以有很多快捷键；这是普通鼠标和轨迹杆所无法提供的，因为如果想要在普通鼠标和轨迹杆上增加新功能只能通过增加按键来处理，从而在体积上提出更多的要求。正因为触控板提供了这种便利性，使得在今后的便携型计算机上会有更长远的发展。

尽管触控板在笔记本型计算机上最流行，但是从操控性上讲，确实还存在不如普通鼠标的地方，这也是很多笔记本型计算机在销售过程中随机赠送一个鼠标的很重要的原因。

触控板操控性不佳主要来自以下的因素：首先是位置问题，触控板一般位于键盘的下方，靠近空格键的位置，而空格键一般是由大拇指来进行按键操作的，在实际的操作中，大拇指往往容易碰到触控板，导致光标位置移动，并且因为触控板较为灵敏，如果不注意的话，容易导致误操作而在错误的位置上输入，影响键盘输入的效率；其次是单手操作不容易，因为按键和触控板之间的位置不适合单只手操作，而且和普通鼠标的使用习惯也不相同，因此想要用触控板来完成一些比较复杂的光标按键操作是比较困难的，比如打游戏、画图等，还是不如普通鼠标方便灵活；再次是定位部分离开键盘太远，在频繁键盘和触控板交替操作的时候移动距离比较远，而且每次在从触控板移到键盘上时，手指需要重新定位，比如找到键盘按键上有突起标记的F键和J键，所以还是很麻烦的。

此外，触控板和键盘的配合情况不如轨迹杆，在体积安排上也不如轨迹杆，这是因为现有技术中的键盘和触控板是并排平行放置的，受笔记本体积的限制，因此想进一步缩小体积就会比较困难。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明解决的技术问题在于提供一种便携式电子设备的信息输入装置及方法，既可以通过键盘进行输入也可以在较少的切换移动距离范围内进行触控板方式的输入，可以增加信息输入的方便性，并且进一步缩小便携式电子设备的体积。

为此，本发明解决技术问题的技术方案是：提供一种便携式电子设备的信息输入装置，包括触摸单元、触摸输入处理单元、键盘按键和键盘控制器；还包括连接键盘控制器的输入方式切换单元；所述触摸单元与键盘按键形成层叠结构；所述键盘控制器接收输入方式切换单元的信号，并根据该信号择一处理来自键盘按键和触摸输入处理单元的输入信息。

优选地，所述层叠结构还包括触摸单元和键盘按键之间的粘贴层或者支撑所述触摸单元的固定支架。

优选地，所述键盘按键中包括共享按键，所述键盘控制器在处理输入信息时根据输入方式切换单元的状态转换该共享按键的信号。

优选地，还包括触摸单元控制按键，用于配合触摸单元以提供扩展功能。

优选地，所述输入方式切换单元包括红外探测器或者机械式切换开关。

优选地，还包括输入选择单元，用于解析所述输入方式切换开关的信号，择一向所述键盘控制器传送来自键盘按键和触摸输入处理单元的输入信息。

本发明还提供一种便携式电子设备的信息输入方法，包括步骤：

1)键盘控制器判断当前时间的输入方式；如果是键盘方式输入，则进入步骤2)；如果是触摸方式输入，则进入步骤3)；

2)进行键盘扫描，将检测到键盘扫描码转换成主机可识别的信号并发送到主机；

3)触摸方式处理单元接收来自触摸单元的输入，产生相应的信号；所述键盘控制器接收并解析来自该触摸方式处理单元的信号，将其转换为主机可识别的信号并发送到主机。

优选地，在所述步骤3)中还包括所述触摸方式处理单元接收来自触摸单元控制按键的输入，产生相应的信号。

优选地，在所述步骤3)中还包括所述键盘控制器将检测到的键盘按键中的共享按键信号转换成触摸方式的输入信号并发送到主机。

相对于现有技术，本发明的有益效果是：由于本发明基于用户的操作特点及操作***的处理特性，将触摸单元和键盘按键在空间上形成层叠结构，而通过输入方式切换开关来实现两种输入方式在时间上的区分，可以进一步缩小便携式电子设备的体积，方便携带；同时不会引起误操作；还可以缩短键盘字符输入和触控板位置输入切换时的手指移动距离，使得图文输入更加方便灵活。

并且，当本发明应用于笔记本型计算机时可以压缩笔记本型计算机C面的面积，使得模具设计更加简单，机壳整体性强，外观更加简洁，结构结实牢固。

此外，在本发明的优选方案中，可以在层叠结构的基础上适当增大触控方式的面积，从而通过触摸单元控制按键来增加很多附加扩展的功能，比如上下翻滚，左右移动，浏览器前进后退等。

在本发明的优选方案中，可以采用键盘按键中的共享部分来替代触摸单元控制按键，从而进一步减小体积和成本。

附图说明

图1是电容式位置检测方法的原理图；

图2是电容式位置检测方法的电路示意图；

图3是现有技术中的一种触控板的立体图；

图4是本发明信息输入装置第一实施方式的框图；

图5是本发明实施方式中键盘按键和触摸单元层叠结构示意图；

图6是图4所示信息输入装置的整体视图；

图7是本实施方式中信息输入方法的流程图；

图8是本发明信息输入装置第二实施方式的框图；

图9是本发明信息输入装置第三实施方式的框图；

图10是本发明信息输入装置第三实施方式的整体视图；

图11是本发明第三实施方式中处理键盘共享部分的信号的流程图。

具体实施方式

本发明的主要构思在于：将触控板和键盘重叠在一起，通过切换开关来区分触控板操作和键盘操作，以节省便携式电子设备的空间，减少字符输入和位置输入的切换的时候手指的移动距离。也就是说与现有技术将键盘操作和触控板操作同时在时间和空间上分开的做法不同，本发明将键盘输入方式和触控板输入方式在时间上分开，而空间上重叠在一起。

本发明的构思源自仔细的观察，发现笔记本型计算机的使用者的操作动作有以下的特点：在进行字符输入的时候不进行位置的输入，在进行位置输入的时候不进行字符的输入，就是说，键盘的字符输入和触控板方式的位置输入不同时进行，即使是全部使用键盘上的按键进行光标位置移动，也是如此的操作特点。一方面是因为键盘输入操作和触控板的位置输入操作都由使用者的手来完成；另一方面是因为操作***的原因，不可能让使用者在移动光标的同时输入字符，就是说在即将要输入的位置没有确定之前，是无法进行文字的输入的，这两者在同一时刻只能取其一，即使同时发出命令，也是顺序执行的(即使在打游戏的时候也是顺序处理的，只不过有些场合位置和字符命令切换更快而已。比较经典的如俄罗斯方块游戏，在进行旋转操作的时候是不能同时进行按快速下移的动作，即使按了，也要等前一个旋转动作结束后，再进行下一个动作)。因为键盘字符输入和触控板位置输入的这些特点，导致文字字符的输入和位置的输入的切换的动作比较频繁，尤其是在准备图文并茂的文档的或者制图的时候。

请参阅图4，是本发明信息输入装置第一实施方式的框图。

该信息输入装置包括触摸单元110、触摸单元控制按键120、触摸输入处理单元130、键盘按键140、键盘控制器(EC)150、输入方式切换开关160；所述触摸单元110放置在键盘按键140上方，在空间上相互重叠(图5参照)。

其中，触摸单元110感知用户的触摸并产生相应的信号；触摸单元控制按键120类似于鼠标的左右两键，在用户触碰时产生相应的按键信号，当然也可以是具有其他扩展功能的按键信号；触摸输入处理单元130则接收所述信号和/或按键信号，将其转换为触摸方式的输入信号并传送至键盘控制器150。

键盘按键140用于实现键盘方式的输入操作；键盘控制器150则用于接收来自所述触摸输入处理单元130的触摸方式的输入信号和来自键盘按键140的键盘方式的输入信号，进行相应处理后传送至笔记本型计算机的主机(图未示)。

所述输入方式切换开关160用于实现输入方式的切换，使得键盘控制器150在不同的时间段处理不同输入方式的信号，实现触控板输入方式和键盘输入方式在时间上的区分。

请参阅图6，是图4所示信息输入装置的整体视图。

触摸单元110放置在键盘按键140上方，并且紧贴键盘按键140；触摸单元110可以采用软性PCB(印刷电路板)材料制成，有足够的挠度，使得在进行键盘文字输入的时候施加在触摸单元110上的力量也能传递到触摸单元110下方的键盘按键140，产生正常的按键动作。

所述触摸单元110采用ALPS(阿尔派思，日本公司名)或SYNACTICS(思奈泰科，美国公司名)都可以。

在一个实例中，在键盘按键的中间区域，大致在F键和J键之间的中心位置上，将触摸单元110的软性PCB固定在键盘上，本实例中的固定方式采用粘贴方式。触摸单元110虽然薄，但还是有一定厚度的，为了防止触摸单元110由于具有一定厚度给手指带来不舒适感，可以将固定触摸单元110的部分键盘按键140做得薄一些，图6中的G，F键，以及R，T，Y，U，I，F，J，C，V，B，N的部分，使得粘贴完触摸单元110后，和没有触摸单元110的键盘按键水平持平，这样就不会有突起感。

需要说明的是，触摸单原110的材料应尽量选用弹性好、延展性好的软性材料，同时键盘按键140也要选择行程短的按键，以防止触摸单元110材料过度变形而影响使用寿命。优选地，触摸单元110的中间部分尽量不和键盘按键140粘合，而只是触摸单元110的周边部位与其粘合，保证粘合强度即可。

触摸单元控制按键120相当于鼠标的左右键设置在键盘按键140的附近，本实施方式在手指能方便够到的地方设置触摸单元按键120。

优选地，可以将触摸单元控制按键120放置在空格键的下方，使用者的大拇指能很轻松地进行操作。

为了配合触模单元110，一般需要处理位置计算的芯片，即触摸输入处理单元130，通常是放置在触摸单元110的下方。在本发明中，由于触摸单元110放置在键盘按键140上方后，和键盘按键140的位置冲突，因此需要将芯片放置在键盘按键的下面。触摸单元110的引线(图未示)通过键盘按键140之间的空隙引到触摸输入处理单元130。

键盘按键140可以采用普通的笔记本型计算机的键盘，键盘按键140放置在触摸单元110的下方，为了能够进行正常的输入字符的操作，在触摸单元110挡住键盘按键140的部分画上相应的键盘符号。

所述在触摸单元110上画出的相应的键盘符号保持和原来的键盘字符排列顺序一致。

输入方式切换开关160设置在手指方便够到的位置上，其特点是二选一开关，即触控板工作时，键盘对按键动作不响应；反过来，在键盘工作时，触控板对手指在其上的移动不做任何反应。也就是说触控板和键盘不能同时工作，以免引起重叠部分的输入错误。

本发明的实施方式中，在键盘范围内或附近设置输入方式切换开关160，输入方式切换开关160的形式有多种，可以是按键式、感应式等，此不赘述。所述输入方式切换开关160连接到键盘控制器150上。

在一个实例中，输入方式切换开关160是在触摸单元110的左右两侧，在键盘按键140的缝隙中(如图6所示)设置的红外探测器，左键大致在D、F、R三个键中间，右键在J、K、I三个键中间，这两个红外探测器可以选用常用的人体红外探测器，但是探测距离要短，较佳的是只能在贴近键盘按键的时候才感应，稍微离开键盘2-3mm就不感应，然后将两个红外测器的信号相或后，输出给键盘控制器150，作为键盘和触摸输入方式切换的条件。

为达到本发明的目的，键盘控制器150需要在传统的键盘控制器的基础上进行相应的部分修改，主要是增加一些功能，即：监控输入方式切换开关160的状态，根据输入方式切换开关160的状态来进行控制，将键盘的输出和触控板的输出做二选一逻辑选择后输出给主机(图未示)。

请参阅图7，是本实施方式中信息输入方法的流程图。

步骤S711，判断输入方式切换开关的状态，是否开启触摸方式输入；如果是，则进入步骤S712；如果否，则进入步骤S715；

步骤S712，触摸单元感应用户的触摸并产生相应的信号；或者触摸单元控制按键产生相应的控制信号；

步骤S713，触摸输入处理单元进行位置计算或者触摸单元按键盘断；

步骤S714，键盘控制器接收触摸处理单元采用PS/2输出的信号，进行相应处理后发送到主机；

步骤S715，接收键盘扫描信号；

步骤S716，将检测到的键盘扫描码转换成主机可以识别的信号；

步骤S717，将所述信号发送到主机，完成键盘方式的信息输入。

需要说明的是，键盘控制器150增加的功能可以用软件来实现，本领域的技术人员熟知，可以通过修改键盘控制器150内部的程序来完成所述流程，以扩展前述功能，此不赘述。

当然，也可以采用硬件的方式来实现，如图8所示，是本发明第二实施方式的框图。该实施方式采用现有的键盘控制器，但是增加输入选择单元170，用于监控输入方式切换开关160的状态，根据输入方式切换开关160的状态来进行控制，将键盘的输出和触控板的输出做二选一逻辑选择后输出给键盘控制器。

请一并参阅图9和图10，是本发明信息输入装置的第三实施方式。

本实施方式与第一实施方式大致相同，不同之处在于：首先，本实施方式中，触摸单元110的固定安装采用在四个角落部位的弹性支架180来实现，这样可以减轻对触摸单元110的弹性的要求，由于触摸单元110和键盘按键140之间是分离的，工作寿命更长。

其次，没有采用第一实施方式的触摸单元控制按键120，而是采用键盘的按键C、V、B、N四个按键190中任选两个或四个来代替。

再次，将输入方式切换开关160的位置移到空格键的下方，并且输入方式切换开关160也改为按键式开关，供大拇指控制使用，这样可以达到键盘按键的重复使用率高、节省成本的目的，同时也进一步缩小了体积。

本实施方式中，输入方式切换开关160可以由大拇指来控制，而C、V、B、N这四个按键则可以由食指和另外一个手的大拇指来一起控制，因此每个手指的移动距离都比较短。

请参考图11，键盘控制器150的控制软件中针对按键共享部分要做适当修改。

步骤S111，判断输入方式切换开关是否按下；如果是，则进入步骤S112；如果否，则进入步骤S116；

步骤S112，关闭键盘方式的输出；

步骤S113，键盘扫描继续工作；

步骤S114，将检测到的C、V、B、N这四个按键的信号变换成触摸单元控制按键的信号；

步骤S115，将触模方式的输入信息发送到主机；

步骤S116，关闭触摸方式的输出；

步骤S117，键盘扫描继续工作；

步骤S118，将检测到的键值键盘扫描码翻译成ASCII码或MAK码；

步骤S119，将所述键盘方式的信息发送到主机。

可以理解，本发明不仅适用于笔记本型计算机，还可以应用于其他类似的便携式电子设备，从而实现将键盘输入方式和触控板输入方式在空间上进行叠加，在时间上进行区分，从而减小便携式电子设备的体积，降低误操作的几率，使得图文输入更加方便。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种便携式电子设备的信息输入装置，包括触摸单元、触摸输入处理单元、键盘按键和键盘控制器；其特征在于：还包括连接键盘控制器的输入方式切换单元；所述触摸单元与键盘按键形成层叠结构；所述键盘控制器接收输入方式切换单元的信号，并根据该信号择一处理来自键盘按键和触摸输入处理单元的输入信息。

2.根据权利要求1所述的便携式电子设备的信息输入装置，其特征在于：所述层叠结构还包括触摸单元和键盘按键之间的粘贴层或者支撑所述触摸单元的固定支架。

3.根据权利要求1或2所述的便携式电子设备的信息输入装置，其特征在于：所述键盘按键中包括共享按键，所述键盘控制器在处理输入信息时根据输入方式切换单元的状态转换该共享按键的信号。

4.根据权利要求1或2所述的便携式电子设备的信息输入装置，其特征在于：还包括触摸单元控制按键，用于配合触摸单元以提供扩展功能。

5.根据权利要求1所述的便携式电子设备的信息输入装置，其特征在于：所述输入方式切换单元包括红外探测器或者机械式切换开关。

6.根据权利要求1或2所述的便携式电子设备的信息输入装置，其特征在于：还包括输入选择单元，用于解析所述输入方式切换开关的信号，择一向所述键盘控制器传送来自键盘按键和触摸输入处理单元的输入信息。

7.一种便携式电子设备的信息输入方法，其特征在于，包括步骤：

1)键盘控制器判断当前时间的输入方式；如果是键盘方式输入，则进入步骤2)；如果是触摸方式输入，则进入步骤3)；

2)进行键盘扫描，将检测到键盘扫描码转换成主机可识别的信号并发送到主机；

3)触摸方式处理单元接收来自触摸单元的输入，产生相应的信号；所述键盘控制器接收并解析来自该触摸方式处理单元的信号，将其转换为主机可识别的信号并发送到主机。

8.根据权利要求7所述的便携式电子设备的信息输入方法，其特征在于：在所述步骤3)中还包括所述触摸方式处理单元接收来自触摸单元控制按键的输入，产生相应的信号。

9.根据权利要求7所述的便携式电子设备的信息输入方法，其特征在于，在所述步骤3)中还包括所述键盘控制器将检测到的键盘按键中的共享按键信号转换成触摸方式的输入信号并发送到主机。

Images