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摘要
申請專利號:

CN201110251057.5

申請日:

2011.08.29

公開號:

CN102386007B

公開日:

2015.01.28

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):H01H 13/04申請日:20110829|||公開
IPC分類號: H01H13/04; H01H13/70 主分類號: H01H13/04
申請人: 江蘇惠通集團有限責任公司
發明人: 龍濤; 劉正東; 龍江; 姚理覺; 陶冬冬
地址: 212003 江蘇省鎮江市桃花塢新村二區24號
優先權:
專利代理機構: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227 代理人: 駱蘇華
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201110251057.5

授權公告號:

102386007B||||||

法律狀態公告日:

2015.01.28|||2012.05.02|||2012.03.21

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

一種按鍵系統,包括:按鍵面板,包括設有多個金屬按鍵的第一表面和相對于所述第一表面的第二表面,所述第二表面具有多個分別對應所述金屬按鍵的凹槽;與所述按鍵面板結合的偵測板,所述按鍵面板和偵測板之間絕緣;所述偵測板設有多個分別對應所述金屬按鍵的感應元件。所述按鍵系統在按鍵位置容易發生形變,且系統能夠檢測到按鍵位置的微小形變。

權利要求書

1.一種按鍵系統,其特征在于,包括:
按鍵面板,所述按鍵面板包括設有多個金屬按鍵的第一表面和相對于所
述第一表面的第二表面,所述第二表面具有多個分別對應所述金屬按鍵的凹
槽;
與所述按鍵面板結合的偵測板,所述按鍵面板和偵測板之間絕緣,所述
偵測板設有多個分別對應所述金屬按鍵的感應元件。
2.根據權利要求1所述的按鍵系統,其特征在于,所述按鍵面板包括:
第一面板,包括所述第一表面和相對于所述第一表面的第三表面;
第二面板,包括多個通孔、所述第二表面和相對于所述第二表面的第四
表面,所述多個通孔分別對應所述第一表面的金屬按鍵,所述第四表面與所
述第三表面貼合。
3.根據權利要求2所述的按鍵系統,其特征在于,所述第一面板的材料為
柔性金屬,所述第二面板的材料為剛性材料。
4.根據權利要求3所述的按鍵系統,其特征在于,所述第一面板的材料為
鋁或銅,所述第二面板的材料為鋼或陶瓷。
5.根據權利要求2所述的按鍵系統,其特征在于,所述第一面板的厚度小
于或等于所述第二面板的厚度。
6.根據權利要求2所述的按鍵系統,其特征在于,所述第一面板的厚度為
0.2~0.6mm,所述第二面板的厚度為0.6~0.8mm。
7.根據權利要求2至6任一項所述的按鍵系統,其特征在于,所述第一面
板的金屬按鍵區域部分鏤空。
8.根據權利要求1所述的按鍵系統,其特征在于,所述感應元件為霍爾傳
感器或超聲波傳感器。
9.根據權利要求1所述的按鍵系統,其特征在于,還包括:與所述感應元
件相連的檢測電路。
10.根據權利要求9所述的按鍵系統,其特征在于,所述檢測電路包括:微
控制器和開關單元,所述開關單元連接在所述感應元件和微控制器之間。

說明書

按鍵系統

技術領域

本發明涉及電子技術領域,特別是涉及一種按鍵系統。

背景技術

隨著電子技術的不斷發展,按鍵由于其操作簡單方便、反應快而廣泛應
用于家用電器或者消費型電子產品中,從而用戶使用按鍵進行操作的機會也
越來越多。例如,用戶可以通過移動終端的鍵盤按鍵撥打電話或者編輯短信,
通過電視遙控器上的按鍵進行電視頻道或者音量的選擇,通過DVD遙控器上
的按鍵進行快進、后退或者音量的選擇等等。

傳統機械式按鍵的使用壽命有限和操控體驗差,而且其突兀外觀顯然不
美觀和不易清潔,因此,觸摸式按鍵作為傳統機械式按鍵的一種替代方案,
越來越多地應用在各種電子產品上,不但可以提高可靠性,而且有助于實現
完全密封和富于現代感的設計。

觸摸按鍵面板一般是塑料的,在塑料面板的覆蓋之下,觸摸在偵測板的
電極的正上方就可以被檢測到,使用塑料來做面板材料需要嚴格控制面板中
的金屬成分,否則容易引起錯位的觸發。隨著人們對外觀質感和操控體驗等
要求的提高,金屬材料開始被用來作為按鍵產品的外觀面板,但如果按鍵面
板是金屬材質或含金屬成分則觸摸在面板的任何位置都有可能觸發按鍵,這
就很難區分各個按鍵位置且也很難確定某一次的觸發是屬于哪一個按鍵。

公告號為CN201515361U的中國實用新型專利中公開一種電感感應式觸
摸按鍵,包括面板和分布有感應線圈的電路板,面板和電路板通過螺絲或粘
接劑固定在一起。當在按鍵位置按壓面板后,面板會產生微小彎曲變形,使
面板向電路板上的感應線圈靠攏,導致面板與電路板之間的磁通量發生變化。

然而,為了不引起錯位觸發,如何使金屬按鍵面板在按鍵位置容易發生
形變以使系統能夠檢測到按鍵位置的微小形變,則是目前采用金屬按鍵面板
實現觸摸或輕壓力按鍵一直未能很好解決的問題,在上述專利中也未涉及此
問題。

發明內容

本發明實施方式解決的問題是提供一種按鍵系統,以使面板在按鍵位置
容易發生形變,且系統能夠檢測到按鍵位置的微小形變。

為解決上述問題,本發明實施方式還提供一種按鍵系統,包括:按鍵面
板,所述按鍵面板包括設有多個金屬按鍵的第一表面和相對于所述第一表面
的第二表面,所述第二表面具有多個分別對應所述金屬按鍵的凹槽;與所述
按鍵面板結合的偵測板,所述按鍵面板和偵測板之間絕緣,所述偵測板設有
多個分別對應所述金屬按鍵的感應元件。

可選的,所述按鍵面板包括:第一面板,包括所述第一表面和相對于所
述第一表面的第三表面;第二面板,包括多個通孔、所述第二表面和相對于
所述第二表面的第四表面,所述多個通孔分別對應所述第一表面的金屬按鍵,
所述第四表面與所述第三表面貼合。

可選的,所述第一面板的材料為柔性金屬,所述第二面板的材料為剛性
材料。

可選的,所述第一面板的材料為鋁或銅,所述第二面板的材料為鋼或陶
瓷。

可選的,所述第一面板的厚度小于或等于所述第二面板的厚度。

可選的,所述第一面板的厚度為0.2~0.6mm,所述第二面板的厚度為
0.6~0.8mm。

可選的,所述第一面板的金屬按鍵區域部分鏤空。

可選的,所述感應元件為霍爾傳感器或超聲波傳感器。

可選的,所述按鍵系統還包括:與所述感應元件相連的檢測電路。

可選的,所述檢測電路包括:微控制器和開關單元,所述開關單元連接
在所述感應元件和微控制器之間。

與現有技術相比,上述技術方案具有以下優點:

按鍵面板的第二表面具有對應于金屬按鍵的凹槽,也就是將金屬按鍵區
域的面板減薄,使得金屬按鍵位置的面板厚度比周圍的面板厚度薄,因此金
屬按鍵位置的面板相對于周圍的面板更容易發生形變,進而使得偵測板上的
感應元件很容易感應按鍵位置的微小形變。由于在按鍵位置更容易發生形變,
即使微小形變也能被檢測到,因此避免了誤觸發,提高了按鍵檢測的抗干擾
能力。

按鍵面板包括第一面板和第二面板,第一面板的金屬按鍵與第二面板的
通孔對應,由于金屬按鍵區域具有空隙(即通孔),則面板在按鍵位置容易發
生形變;而第一面板的金屬按鍵區域以外的其他區域由于被第二面板支撐,
則面板在非按鍵位置不易發生形變。

第一面板采用柔性金屬,在觸摸或輕壓力下也容易產生形變,第二面板
采用剛性材料,不容易形變且具有較大的支撐強度,并且,第二面板的厚度
大于第一面板的厚度,使得面板在按鍵位置更易發生形變,在非按鍵位置則
不會發生形變,即僅在按鍵位置會發生形變,進一步避免了誤觸發,提高了
按鍵檢測的抗干擾能力。

將金屬按鍵區域部分鏤空可以提高按鍵區域的金屬柔性,使得金屬面板
在按鍵位置更容易發生形變。

附圖說明

圖1是本發明實施例的按鍵系統的結構示意圖;

圖2是本發明實施例的按鍵面板的結構示意圖;

圖3是圖2所示按鍵面板沿A-A線的剖面示意圖;

圖4是本發明實施例的按鍵系統的立體分解示意圖;

圖5是本發明按鍵面板的金屬按鍵區域的一實施例示意圖;

圖6是本發明按鍵面板的金屬按鍵區域的另一實施例示意圖;

圖7是圖1所示按鍵系統的一個按鍵被觸摸時的示意圖;

圖8是本發明按鍵系統的感應元件與檢測電路相連的實施例示意圖。

具體實施方式

本發明實施方式的按鍵系統包括:按鍵面板,與所述按鍵面板結合的偵
測板,所述按鍵面板和偵測板之間絕緣。所述按鍵面板包括:設有多個金屬
按鍵的第一表面和相對于所述第一表面的第二表面,所述第二表面具有多個
分別對應所述金屬按鍵的凹槽。所述偵測板設有多個感應元件,所述多個感
應元件分別對應所述金屬按鍵。所述按鍵面板與偵測板結合后,在金屬按鍵
位置,按鍵面板和偵測板之間具有間隙(凹槽部分),利用按鍵位置的金屬形
變和偵測板的感應元件可以檢測出被觸摸的按鍵。

下面結合附圖和實施例對按鍵系統進行詳細說明。

請參考圖1所示的本實施例的按鍵系統的結構示意圖,所述按鍵系統包
括:按鍵面板1,偵測板4,位于按鍵面板1和偵測板4之間絕緣板3。

按鍵面板1可以為全金屬面板,其形狀可以根據實際需求而設計,通常
為方形面板。按鍵面板1可以為一體成型的金屬面板,在一個實施例中,如
圖2和圖3所示,其中,圖3為圖2所示按鍵面板沿A-A線的剖面示意圖,
按鍵面板1包括:設有多個金屬按鍵10a的第一表面11和相對于第一表面11
的第二表面12,第二表面12具有多個凹槽12a,所述多個凹槽12a分別對應
所述第一表面11的金屬按鍵10a,即第二表面12的凹槽12a與第一表面11
的金屬按鍵10a一一對應,例如圖示有5個金屬按鍵10a,對應地,凹槽12a
也有5個。由于在第二表面12對應第一表面11的金屬按鍵10a的區域具有凹
槽12a,使得金屬按鍵位置的面板厚度比周圍的面板厚度薄,因此金屬按鍵位
置的面板相對于周圍的面板更容易發生形變。按鍵面板1上的金屬按鍵10a
為觸摸式按鍵,即第一表面的金屬按鍵10a區域和其他區域基本在同一平面
上,只需輕觸金屬按鍵區域(或者說在金屬按鍵上施加輕壓力),系統即可以
檢測到按鍵觸發,實現相應的按鍵功能。

與第一表面相對的第二表面上的凹槽可以通過機械加工開設形成,然而
由于凹槽的深度不易控制,為了加工方便和提高生產效率,本實施例的按鍵
面板1請參考圖4,圖4是本實施例的按鍵系統的立體分解示意圖,圖1可以
看做是圖4所示按鍵系統的各部分結合后沿B-B線的剖面示意圖。如圖4所
示,按鍵面板1包括:第一面板10和第二面板20。

第一面板10,包括第一表面11和相對于第一表面11的第三表面13,第
一表面11上設有多個金屬按鍵區域,金屬按鍵10a設置在所述金屬按鍵區域
內。本實施例中,金屬按鍵區域為圓形區域,金屬按鍵10a為圓形,直徑略
小于或等于金屬按鍵區域的直徑,但不限于此,也可以根據需要設計為其他
形狀,在實際應用中,還可以在金屬按鍵區域內用金屬字作為金屬按鍵以提
示相應地按鍵功能,參考圖5所示的金屬按鍵10b。

第二面板20,包括多個通孔20a、第二表面12和相對于第二表面12的
第四表面14,多個通孔20a分別對應第一表面11的金屬按鍵10a,例如,圖
示的金屬按鍵10a有5個,通孔20a也有5個,與金屬按鍵10a一一對應。通
孔20a的形狀和大小與金屬按鍵區域基本相同,本實施例中,通孔20a為圓形,
與金屬按鍵區域一一對應。由于通孔加工方便,因此提高了生產效率,更適
于批量生產。

第一面板10的第三表面13和第二面板20的第四表面14貼合,使第一
面板10和第二面板20結合在一起形成按鍵面板,第二面板20上的通孔20a
即為按鍵面板上的凹槽。

第一面板10和第二面板20可以通過邊緣點焊或黏膠的方式緊密結合成
一體,使第二面板20對第一面板10提供較強的支撐力,這樣,第一面板10
的金屬按鍵區域以外的其他區域(即被第二面板支撐的區域)不易發生形變,
而金屬按鍵區域由于具有空隙(即第二面板的通孔)因此容易發生形變,從
而降低了按鍵的誤觸發率。

第二面板20的硬度大于第一面板10的硬度,以對第一面板10提供較強
的支撐力。本實施例中,第一面板10的材料可以為柔性金屬,例如為鋁或銅,
由于柔性金屬材料較軟且具有較好的延展性,因此在觸摸或輕壓力下也容易
產生形變。第二面板20的材料可以為剛性材料,例如為鋼,由于剛性材料較
硬,因此不容易形變且具有較大的支撐強度,進一步使得第一面板10的金屬
按鍵區域以外的其他區域不會發生形變,從而提高了按鍵檢測的抗干擾能力,
避免了誤觸發。

第一面板10的厚度小于或等于所述第二面板的厚度10,第一面板10薄
且軟,則在按鍵位置容易發生形變;支撐第一面板10的第二面板20厚且硬,
則在非按鍵位置不會發生形變。本實施例中,第一面板10的厚度可以為
0.2~0.6mm,第二面板20的厚度可以為0.6~0.8mm。

進一步地,第一面板10的金屬按鍵區域還可以部分鏤空,例如,在第一
面板的金屬按鍵區域打孔,形成如圖6所示的蜂窩狀的金屬按鍵10c,或者,
金屬按鍵區域內還可以采用金屬空心字作為金屬按鍵。將金屬按鍵區域部分
鏤空可以改善按鍵區域的金屬柔性,使得第一面板10在按鍵位置更容易發生
形變。此外,由于金屬按鍵區域部分鏤空,在一定程度上提高了金屬按鍵的
柔性,因此第一面板10可以不需要做得很薄,并且鏤空的金屬按鍵區域還可
以透光,可以實現具有背光功能的按鍵系統。

請繼續參考圖1,本實施例的按鍵系統的偵測板4包括多個感應元件40b,
分別設置在對應所述金屬按鍵的位置。具體地,如圖1所示,可以在偵測板4
設置多個電極40a,多個電極40a分別對應第一面板10的金屬按鍵10a,感應
元件40b分別安裝在電極40a上,用于感應金屬按鍵區域的金屬形變。例如,
圖示的金屬按鍵10a有5個,電極40a和感應元件40b也有5個,與金屬按鍵
10a一一對應。電極40a為導電材料,其形狀和大小可以與第一面板10的金
屬按鍵區域基本相同,本實施例中,電極40a為圓形,與第一面板10的金屬
按鍵區域、第二面板20的通孔20a一一對應。感應元件40b可以是傳感器,
例如霍爾傳感器、超聲波傳感器等。為了保證電極40a的正面的平整性,以
更好地感應金屬形變,感應元件40b最好安裝在電極40a的背面,其中,電
極40a的正面是指與按鍵面板1(或絕緣板3)結合的表面,電極40a的背面
是指與正面相對的表面。

采用感應元件的檢測方式較為簡單,下面以霍爾傳感器和超聲波傳感器
為例說明感應檢測原理,并不是用于限定感應元件的類型和檢測方式。

以感應元件為霍爾傳感器為例,需要將按鍵面板1上的金屬按鍵10a的
金屬底面磁化,作為磁場的一極,在偵測板4上對應于每個金屬按鍵10a的
位置都設有一個單級的霍爾傳感器。當觸摸按鍵位置時,微小的形變改變金
屬按鍵和霍爾傳感器之間的磁場,使得霍爾傳感器產生的霍爾電壓發生改變,
由此可以判斷檢測到電壓發生變化的霍爾傳感器對應的按鍵被觸摸。采用霍
爾傳感器檢測的優點是檢測靈敏,即使形變微米級也可檢測到,按鍵面板1
不需接地,抗干擾能力強。

以感應元件為超聲波傳感器為例,超聲波傳感器的波發生器發出超聲脈
沖信號,在介質中傳播,遇到界面后被反射,接收到回波信號后計算其超聲
波往返的傳播時間,即可換算出距離。當按鍵沒有被觸摸時,按鍵和電極之
間的距離為圖1所示的d1,當按鍵被觸摸時,如圖7所示,按鍵面板1在被
觸摸的按鍵位置處發生微小形變,按鍵和電極之間的距離減小為d2。通過超
聲波檢測可以檢測到按鍵和電極之間的距離變化,由此可以判斷檢測到距離
發生變化的超聲波傳感器對應的按鍵被觸摸。超聲波檢測屬于非接觸式測量,
采用超聲波傳感器檢測的優點是不受電磁干擾,性能穩定、可靠性高、壽命
長,且其響應時間短可以方便的實現無滯后的實時測量。

本實施例的按鍵系統在按鍵面板1和偵測板4之間還包括有絕緣板3,絕
緣板3的材料和厚度均不受限制,只需在按鍵面板1、絕緣板3和偵測板4結
合后將按鍵面板1和偵測板4絕緣即可。按鍵面板1、絕緣板3和偵測板4結
合后的剖面示意圖如圖1所示,按鍵面板1、絕緣板3和偵測板4緊密貼合,
僅金屬按鍵10a所在區域的按鍵面板1和絕緣板3之間具有間隙,此間隙即
為按鍵面板1的第二表面12的凹槽,在本實施例中,為第二面板20的通孔
20a。

在其他實施例中,也可以不采用絕緣板,而采用其他方式將按鍵面板1
和偵測板4結合并使兩者之間絕緣,例如在按鍵面板1與偵測板4結合的表
面或在偵測板4與按鍵面板1結合的表面涂一層油漆,然后通過黏膠將兩者
粘合;或者直接在表面涂滿黏膠將兩者粘合。

按鍵面板1和偵測板4應緊密配合為一體,使得僅在金屬按鍵區域的按
鍵面板1和偵測板4之間具有間隙,這樣觸摸金屬按鍵會使金屬按鍵區域的
面板更易發生形變,而觸摸其他區域則不會發生形變,從而不會引起誤觸發。

本實施例的按鍵系統還可以包括與所述感應元件40b相連的檢測電路,
感應元件40b感應金屬形變并產生電信號,檢測電路獲取感應元件40b輸出
的電信號,以此確定被觸摸的按鍵。圖8是感應元件與檢測電路相連的實施
例示意圖,檢測電路5可以包括微控制器(MCU)51和開關單元52。檢測電
路可以部分或全部集成在偵測板4上,偵測板4可以為印刷電路板(PCB)或
氧化銦錫(ITO)薄膜。由于采用感應元件的檢測方式簡單,因此檢測電路可
以采用低成本的MCU,例如8位MCU即可實現。

如圖8所示,感應元件40b與MCU51可以通過接口單元53(例如12C
接口)進行通信,感應元件40b將檢測產生的電信號傳送給MCU51,多個感
應元件40b與MCU51之間的通信連接需要通過開關單元52來切換。開關單
元52可以包括多個模擬開關,數量與感應元件40b的數量相同,每個模擬開
關與MCU51和一個感應元件40b連接,控制感應元件40b與MCU51之間通
路的通或斷。MCU51輸出選擇信號SEL1、SEL0,在一個時間段內選擇并控
制開關單元52中的一個模擬開關導通對應的感應元件40b與MCU51之間的
通路,使得在一個時間段內僅有一個感應元件40b與MCU51的I2C總線連接。

本實施例的按鍵系統,由于在金屬按鍵區域的金屬很容易發生形變,因
此觸摸按鍵或者說在按鍵上施加非常輕的壓力(一般僅需50g左右的壓力),
即可使按鍵位置的金屬發生形變。并且,由于只有按鍵位置的金屬才會發生
形變,即使金屬按鍵區域有微小的形變,例如只有0.12μm的形變也可以被檢
測到,從而在實現觸摸或輕壓力按鍵的同時,避免了誤觸發。

需要說明的是,上述實施例是以全金屬的按鍵面板為例進行說明的,但
上述結構并不限于按鍵面板為全金屬,例如,按鍵面板在按鍵區域的材料采
用柔性金屬,而按鍵面板在非按鍵區域的材料可以根據實際需求部分或者全
部采用其他材料,例如塑料等。或者,按鍵面板分為設有金屬按鍵的第一面
板和具有通孔的第二面板,第一面板為柔性金屬面板,第二面板為硬度較高
且低成本的非金屬面板,例如陶瓷面板,以很好地支撐第一面板,使得第一
面板僅在按鍵位置容易發生形變。

本發明雖然以較佳實施例公開如上,但其并不是用來限定本發明,任何
本領域技術人員在不脫離本發明的精神和范圍內,都可以做出可能的變動和
修改,因此本發明的保護范圍應當以本發明權利要求所界定的范圍為準。

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