Сенсорная клавиатура на поверхностных акустических волнах Российский патент 2017 года по МПК G06F3/02 

Область техники, к которой относится изобретение

Заявляемое изобретение относится к области компьютерной техники, а именно к бесконтактным устройствам ввода данных, которые можно использовать в качестве пользовательского интерфейса для управления электронными приборами общепромышленного и/или специального назначения. Более конкретно заявляемое изобретение относится к сенсорным клавиатурам на поверхностных акустических волнах.

Уровень техники

В системах управления общепромышленного и/или специального назначения широко применяются панели управления на основе тактовых механических или пленочных клавиатур, срабатывание которых происходит за счет механического перемещения кнопок (клавиш) и замыкания контактов при механическом воздействии. Ресурс надежности таких клавиатур ограничен износом, чаще окислением контактов и/или потерей упругости, или механическим разрушением замыкающих элементов кнопок. Как правило, ресурс работы таких клавиатур составляет 100 тыс. нажатий для кнопочных клавиатур, 400-500 тыс. для силиконовых и 1000 тыс.нажатий для пленочных клавиатур. Кроме того, при механическом повреждении в процессе эксплуатации внешней знаконесущей поверхности клавиш требуется замена всей клавиатуры, поскольку она при этом перестает функционировать.

Альтернативой контактным клавиатурам являются бесконтактные клавиатуры, действие которых основано на различных физических принципах. Наибольшее распространение получили емкостные и пьезоклавиатуры. Ресурс надежности таких клавиатур значительно выше контактных клавиатур и может составлять до 10000 тыс. нажатий.

Известны емкостные клавиатуры (например, US 8049647 B2, дата публикации 01.11.2011, US 2014/0266814 А1, дата публикации 18.09.2014, CN 201662772 U, дата публикации 01.12.2010, CN 203658951 U, дата публикации 18.04.2014). Действие емкостных клавиатур основано на изменении емкости конденсатора, сформированного в зоне клавиши при касании этой области пальцем, за счет того, что человеческое тело обладает электропроводящими свойствами

Недостаток емкостных клавиатур состоит в том, что емкостная структура по своей топологии является антенной и, следовательно, она подвержена воздействию внешнего электромагнитного излучения, что создает предпосылки к ложным срабатываниям при наведенном электромагнитном излучении. Вышеперечисленный недостаток ограничивает область применения емкостных клавиатур только в аппаратуре, эксплуатируемой в закрытых обогреваемых помещениях и в системах с низкими требованиями по электромагнитной совместимости.

Работа пьезоклавиатур основана на использовании для открытия или запирания электронного ключа разницы потенциалов, возникающей при деформации пьезоэлемента в результате нажатия в зону клавиши.

Известна клавиатура, в котором рабочий элемент выполнен в виде набора корпусированных пьезоэлементов, установленных на печатной плате. Декоративная тактильная часть нанесена на отдельную пленку, размещенную сверху на рабочий блок из пьезоэлементов. Конструктивное исполнение такой клавиатуры в цельнометаллическом корпусе и сплошное его заполнение герметиком обеспечивает высокую пыле- и влагозащищенность, устойчивость к механическим воздействиям, электромагнитную совместимость, защищенность от считывания информации техническими средствами. (RU 89310 U1, дата публикации 27.11.2009).

Недостатком вышеуказанной клавиатуры является значительная конструктивная и технологическая сложность изготовления пьезокнопок. Каждая контактная зона включает семь радиоэлементов, для монтажа которых требуется восемнадцать паек и два клеевых соединения. Такая высокая конструктивная и технологическая сложность приводит к значительному снижению параметров надежности при увеличении числа кнопок и определяет высокую стоимость изделия.

В настоящее время находят широкое применение бесконтакные (сенсорные) клавиатуры, основанные на применении в качестве рабочей поверхности сенсорных панелей, основанных на различных физических принципах работы (емкостные, резистивные, индуктивные). Конструкция таких клавиатур включает монитор, сенсорную панель и установленную на сенсорный экран прозрачную накладку. На экране монитора выделяется область, отображающая рисунок клавиатуры. Закрепленная на этой области прозрачная накладка обладает определенным рельефом в зоне клавиши. Такая накладка обеспечивает тактильный эффект и вместе с изображением клавиш на мониторе образует виртуальную клавиатуру (например, US 6776546 B2 дата публикации 17.08.2004, US 8941614 B2, дата публикации 27.01.2015).

Недостаток таких клавиатур заключается в том, что сенсорный монитор, являющийся рабочей частью клавиатуры, представляет собой сложное, дорогостоящее электронное устройством, а тактильная накладка не является самостоятельным клавиатурным модулем.

Одной из эффективных сенсорных систем являются сенсорные панели, основанные на технологии поверхностно-акустических волн (ПАВ).

Известны сенсорные панели на поверхностных акустических волнах (ПАВ-экраны), включающие в общем пьезоэлектрические излучатели, установленные по углам экрана, систему отражателей, установленных по периметру экрана, и принимающие датчики. Контроллер формирует высокочастотный электрический сигнал и посылает его на пьезоэлектрические излучатели, которые преобразуют сигнал в поверхностно-акустические волны. Система отражателей распределяет акустическую волну равномерно по поверхности экрана. Достигнув противоположного края экрана, фронт акустической волны посредством системы отражателей собирается в единый пучок, который поступает на принимающие датчики. Пьезоэлектрические излучатели преобразуют акустическую волну обратно в электрический сигнал. Таким образом, на поверхности экрана формируются два непрерывных, взаимно-пересекающихся, но разделенных во времени, фронта акустических волн, структура которых постоянно сверяется с эталонной картой экрана, занесенной в память персонального компьютера. Прикосновение к поверхности ПАВ-экрана нарушает непрерывность фронта волны в обоих направлениях. Сравнение искаженного сигнала со стандартным для данной панели позволяет контроллеру ПАВ-экрана определить точку касания и сформировать соответствующий цифровой сигнал для дальнейшей работы, (например, GB 2443744 А, дата публикации 14.05.2008, US 4644100, дата публикации 17.02.1987, US 6091406, дата публикации 18.07.2000, US 7061475 В2, дата публикации 13.06.2006, US 2009/0079709 А1, дата публикации 26.03.2009).

ПАВ-экран легко реагирует на касание любым предметом, способным локально погасить акустические импульсы, например, рукой, в том числе и в перчатке, крупнопористой резиной и т.п. Сенсорные панели, основанные на технологии поверхностно-акустических волн, отличает высокая точность определения места касания, позволяющая всегда правильно отслеживать не только точку прикосновения, но и силу нажатия, так как степень поглощения акустических волн напрямую зависит от площади касания. ПАВ-экран не прогибается и не деформируется, поэтому сила нажатия не приводит к качественным изменениям обработки данных контроллером, поскольку фиксируется только область, перекрывающая путь акустических сигналов. С учетом вышеизложенных преимуществ ПАВ-панелей их можно использовать в качестве рабочей поверхности для создания сенсорной клавиатуры на поверхностно-акустических волнах, лишенной недостатков, присущих известным сенсорным клавиатурам.

Однако ПАВ-панели обладают существенным недостатком, ограничивающим их широкое применение. Они очень чувствительны к загрязнению, например к попаданию жирных пятен, пыли, влаги и т.п. Любые посторонние частицы, оказавшиеся на ПАВ-панели в зоне отражения и переотражения волны, могут искажать или даже полностью блокировать ее работу. Кроме того, чувствительность ПАВ-панелей к присутствию на ее рабочей поверхности инородных материалов делает невозможным применение стандартного способа монтажа лицевой пленки пленочных клавиатур или монтажа тактильной накладки на поверхность сенсорной панели с помощью сплошного или имеющего отверстия в зоне клавиш клеевого слоя.

Сущность изобретения

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в создании простой конструкции сенсорной клавиатуры на поверхностных акустических волнах с увеличенным ресурсом по наработке на отказ, сохраняющей свою работоспособность в широком диапазоне изменений внешних воздействующих факторов и устойчивой к внешним загрязнениям рабочей поверхности.

Технический результат, достигаемый при реализации заявляемого изобретения, заключается в расширении арсенала технических средств, а именно сенсорных клавиатур за счет создания сенсорной клавиатуры на поверхностных акустических волнах с упрощенным алгоритмом обработки сигнала для определения места касания, который достигается путем создания по поверхности рабочей панели координатной матрицы, состоящей из взаимно перпендикулярных потоков поверхностной акустической волны, соответствующей матрице раскладки клавиш клавиатуры.

Указанный технический результат достигается за счет того, что сенсорная клавиатура на поверхностных акустических волнах включает рабочую панель, в углах которой размещены по меньшей мере два пьезоэлектрических генератора поверхностных акустических волн и по меньшей мере два пьезоэлектрических приемника, преобразующих поток поверхностных акустических волн в электрические сигналы, систему отражателей, размещенных по периметру рабочей панели, контроллер, соединенный с пьезоэлектрическими приемниками, систему опорных элементов, размещенных на поверхности рабочей панели для разделения сплошного потока поверхностной акустической волны на горизонтальные и вертикальные перпендикулярные потоки, образующие на поверхности рабочей панели координатную матрицу клавиатуры, лицевую пленку с клавишами, обеспечивающими при их нажатии касание с рабочей панелью, опирающуюся на опорные элементы с образованием воздушного зазора с рабочей панелью, при этом координатная матрица клавиатуры по горизонтальной и вертикальной оси соответствует строкам и столбцам клавиш клавиатуры, пьезоэлектрические приемники выполнены с возможностью преобразования потоков поверхностно-акустических волн по горизонтальной и вертикальной оси в электрические импульсные сигналы, количество импульсов в которых соответствует количеству потоков поверхностно-акустической волны координатной матрицы клавиатуры по горизонтальной и вертикальной оси, при этом контроллер выполнен с возможностью считывания электрических импульсных сигналов и генерирования скан-кода, соответствующего нажатой клавише, в случае уменьшения амплитуды по меньшей мере одного импульса электрического сигнала по горизонтальной и вертикальной оси ниже порогового значения при нажатии клавиши.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения рабочая панель может быть выполнена из жесткого прозрачного или непрозрачного материала.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения рабочая панель может быть выполнена из стекла или металла, или пластика, или керамики.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения лицевая пленка снабжена буквенными и/или цифровыми обозначениями клавиш, нанесенными на внешнюю или внутреннюю поверхность.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения лицевая пленка и опорные элементы выполнены из полимерного материала, например из лавсана или силикона, или поликарбоната, или поливинилхлорида.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения величина воздушного зазора между рабочей панелью и лицевой пленкой составляет 10-200 мкм.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения на внешнюю поверхность лицевой пленки нанесено антибликовое покрытие.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения под клавишами могут быть установлены мембраны, обеспечивающие тактильный эффект при их нажатии.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения рабочая панель, опорные элементы и лицевая пленка соединены между собой клеевым слоем.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения под рабочей панелью может быть установлена дополнительная пленка с буквенными и/или цифровыми обозначениями клавиш

Кроме того, в частном случае реализации изобретения опорные элементы могут быть выполнены из металла.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения под рабочей панелью может быть установлен электролюминофорный или светодиодный элемент подсветки.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения под рабочей панелью в зонах клавиш могут быть установлены светодиоды, обеспечивающие ночную и/или исполнительную подсветку клавиш.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения по периметру рабочей панели могут быть установлены светодиоды, при этом рабочая панель выполняет роль световода.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения отражатели поверхностной акустической волны устанавливаются только в промежутках между опорными элементами.

Опорные элементы за счет поглощения части потока ПАВ разделяют сплошной фронт поверхностно-акустической волны на систему параллельных потоков акустических волн, распространяющихся в горизонтальном и вертикальном направлении и образующих на поверхности рабочей панели клавиатурную координатную матрицу, соответствующую матрице раскладки клавиш клавиатуры. Таким образом, обеспечивается упрощение алгоритма по определению места касания, т.к. вместо сравнения аналоговых сигналов равномерности фронта акустической волны с эталонной картой экрана и определения точки касания в заявляемом изобретении производится преобразование прерывистой поверхностной акустической волны в электрический сигнал, имеющий регулярную импульсную форму, и контроллер клавиатуры осуществляется подсчет импульсов по вертикальной и горизонтальной осям. Уменьшение амплитуды одного из импульсов ниже порогового значения свидетельствует о наличии факта нажатия на клавишу, а определение его номера позволяет однозначно идентифицировать нажатую клавишу.

Сведения, подтверждающие реализацию изобретения

Фиг. 1 - общий вид сенсорной клавиатуры; Фиг. 2 - фрагмент сенсорной клавиатуры в разрезе, Фиг. 3 - общий вид клавиатуры с координатной матрицей клавиатуры (без нажатой клавиши), Фиг. 4 - общий вид клавиатуры с координатной матрицей клавиатуры (с нажатой клавишей), Фиг. 5 - вид клавиатуры с попарным размещением отражателей; Фиг. 6 - развертка электрического сигнала

Сенсорная клавиатура, представленная на фиг. 1, включает рабочую панель 1, в поверхностном слое которой с помощью двух пьезоэлектрических генераторов 2, размещенных в углах рабочей панели 1, генерируются две взаимно перпендикулярные поверхностно-акустические волны, распределяемые по поверхности рабочей панели 1 системой отражателей 3, размещенных по стороне, примыкающей к генератору, собираемые в единый пучок системой отражателей 4, расположенных на противоположной стороне панели, которые принимаются пьезоэлектрическими приемниками 5. Создание рабочей панели 1 на поверхностных акустических волнах может быть реализовано с использованием любых известных средств и методов, в том числе и описанных в приведенных выше патентах. На поверхности рабочей панели 1 размещена система опорных элементов 6, на которые установлена лицевая пленка 7, предпочтительно выполненная с отформованными выпуклыми областями, например, сферической или прямоугольной формы, с нанесенной идентификационной информацией (цифрами и/или буквами, и/или другими символами), образующими клавиши 8 клавиатуры и обеспечивающими тактильный эффект при нажатии. Кроме того, лицевая пленка 7 обеспечивает защиту рабочей панели 1 от загрязнений, например, от попадания воды, пыли и т.п., блокирующих ее работу, а также незначительных механических повреждений, например, царапин, что обеспечивает надежную работу клавиатуры. Опорные элементы 6, в предпочтительном варианте реализации изобретения, устанавливают между клавишами 8 в точках пересечения диагоналей, проходящих через центр клавиш. Опорные элементы 6 (фиг. 2) обеспечивают наличие воздушного зазора 9 между рабочей панелью 1 и лицевой пленкой 7 величиной 10-200 мкм. Минимальная величина воздушного зазора 9 не должна допускать самопроизвольного касания лицевой пленки 7 рабочей панели 1, а максимальная величина воздушного зазора определяется номенклатурой толщин стандартных полимерных пленок с нанесенным с двух сторон клеевым слоем. Опорные элементы 6 не дают лицевой пленке 7 провиснуть до касания с поверхностью рабочей панели 1 и тем самым блокировать ее работу. В то же время они позволяют прогибаться лицевой пленке 7 в зоне клавиш 8 в достаточной степени для обеспечения ее контакта с поверхностью рабочей панели 1. Также опорные элементы 6 (фиг. 3) создают препятствия для распространения сплошного фронта поверхностно-акустических волн и разделяют сплошной поток поверхностных акустических волн на параллельные потоки, идущие в горизонтальном и вертикальном направлениях. В точках пересечения потоков ПАВ расположены клавиши 8, под которыми на рабочей панели 1 образуется область (ячейка), ограниченная опорными элементами 6. Таким образом, на поверхности рабочей панели 1 формируется координатная матрица клавиатуры, состоящая из горизонтальных и вертикальных потоков ПАВ, количество которых соответствует строкам и столбцам клавиш 8, нанесенных на лицевую пленку 7, аналогичная матрице классической контактной клавиатуры. Формирование на поверхности рабочей панели 1 координатной матрицы клавиатуры, состоящей из потоков взаимно перпендикулярных ПАВ, соответствующих раскладке клавиш 8 клавиатуры, существенно упрощает обработку сигнала при идентификации координаты нажатой клавиши 8 при ее касании рабочей панели 1, что упрощает схему контроллера клавиатуры и повышает быстродействие срабатывания клавиш, а также позволяет идентифицировать одновременное нажатие двух клавиш.

Также по одному из вариантов реализации сенсорной клавиатуры (фиг. 5) отражатели 3, 4 могут быть установлены в промежутках между опорными элементами 6 попарно в каждом горизонтальном и вертикальном ряду клавиш 8 для создания на поверхности рабочей панели 1 координатной матрицы, состоящей из взаимноперпендикулярных потоков ПАВ, на пересечении которых расположены клавиши 8 клавиатуры. Опорные элементы 6, в предпочтительном варианте реализации изобретения, могут быть выполнены из полимерного материала, например лавсана и, в предпочтительном варианте реализации изобретения, имеют форму квадрата размером 5×5 мм. По одному из вариантов реализации изобретения опорные элементы 6 могут быть выполнены из другого листового полимерного материала, например стеклотекстолита, поликарбоната, или металла, или керамики. Также опорные элементы 6 могут быть выполнены в форме прямоугольника с другими размерами сторон или форме круга, или иной формы. Кроме этого опорные элементы 6 обеспечивают механическое соединение рабочей панели 1 и лицевой пленки 7 при помощи клеевого слоя с созданием единой конструкции.

Тактильный эффект достигается тем, что лицевая пленка 7 над зоной контакта с рабочей панелью 1 имеет отформованные выпуклые клавиши 8, прогибающиеся при нажатии на них пальцем или другим предметом до соприкосновения с рабочей панелью 1, тем самым обеспечивая ощущение нажатия клавиши. Для усиления тактильного эффекта под клавишами 8 могут быть установлены дополнительные мембраны (на чертежах не показаны).

Кроме того, в частном случае реализации изобретения, над клавишами 8 могут быть установлены механические нажимные элементы, увеличивающие ход клавиши при нажатии (на чертежах не показаны).

Рабочая панель 1 может быть выполнена из твердого прозрачного материала, например стекла, в том числе ударопрочного, или оргстекла. Также рабочая панель 1 может быть выполнена из металла или пластика, или керамики, или любого материала, в поверхностном слое которого возможно распространение акустических волн. При выполнении рабочей панели 1 из металла и пластика обеспечивается повышенная устойчивость клавиатуры к внешним механическим воздействием.

Лицевая пленка 7 может быть выполнена из полимерного материала, например лавсана или силикона, или поликарбоната, или поливинилхлорида. Идентификационная информация клавиш 8 может быть нанесена на наружную или на внутреннюю поверхность лицевой пленки 7. При нанесении идентификационной информации на внутреннюю поверхность лицевой пленки 7 повышается срок службы клавиатуры за счет исключения механического повреждения (истирания) нанесенной информации в процессе эксплуатации. Также по одному из вариантов реализации изобретения на внешнюю поверхность лицевой пленки 7 может быть нанесено антибликовое покрытие, устраняющее отражение от падающего излучения, например солнечного света или излучения от приборов внешнего освещения, что улучшает видимость клавиш 8 пользователем и, соответственно, повышает эксплуатационные характеристики клавиатуры.

В случае выполнения рабочей панели 1 из прозрачного материала под нее может быть установлена дополнительная пленка с обозначениями клавиш, дублирующая лицевую пленку 7 (на чертежах не показано). Таким образом, при механическом повреждении лицевой пленки 7 обеспечивается не только работоспособность клавиатуры, но и возможность визуальной идентификации маркировки клавиш 8. В одном из вариантов реализации изобретения, в случае выполнения рабочей панели 1 из прозрачного материала, клавиши 8 могут быть выполнены также прозрачными без нанесенных обозначений, при этом под рабочей панелью 1 размещается дополнительная пленка с обозначениями клавиш, что позволяет практически без дополнительных затрат переназначать наименование клавиш 8 клавиатуры в зависимости от назначения системы в которой данная клавиатура будет использована. Также клавиатура включает контроллер 9, соединенный с пьезоэлектрическими приемниками 5. Также по одному из вариантов реализации изобретения под прозрачной рабочей панелью 1 может быть установлен электролюминофорный или светодиодный элемент подсветки, обеспечивающий читаемость надписей клавишей 8 при недостаточном освещении или при его отсутствии (на чертежах не показано). Также согласно одному из вариантов реализации изобретения под прозрачной рабочей панелью 1 в зонах клавиш 8 могут быть установлены светодиоды, обеспечивающие ночную и/или исполнительную подсветку клавиш 8 (на чертежах не показано). Также по периметру рабочей панели 1 могут быть установлены светодиоды, при этом рабочая панель 1 выполняет роль световода, что обеспечивает подсветку всей клавиатуры (на чертежах не показано).

Устройство работает следующим образом

На стадии проектирования изготавливается лицевая пленка 7 с набором клавиш 8, в предпочтительном варианте, с прямоугольной матрицей расположения (раскладкой) клавиш 8. В соответствии с расположением клавиш 8 на рабочей панели 1 при помощи клеевого слоя устанавливаются опорные элементы 6, на которые при помощи клеевого слоя закрепляют лицевую пленку 7 с образованием воздушного зазора. В поверхностном слое рабочей панели 1 (фиг. 3) с помощью пьезоэлектрических генераторов 2, размещенных в ее углах, попеременно генерируют с несущей частотой около 5 МГц две взаимно перпендикулярные поверхностные акустические волны, которые равномерно распределяются по поверхности рабочей панели 1 системой отражателей 3, размещенных по стороне, примыкающей к генератору. Проходя по всей поверхности рабочей панели 1, поверхностно-акустическая волна встречает на своем пути опорные элементы 6, которые поглощают фрагменты волны, соответствующие их геометрическим размерам. Тем самым сплошной фронт волны разбивается на систему параллельных горизонтальных (ось X) и вертикальных (ось Y) потоков волн, пересекающихся в точках, над которыми расположены клавиши 8, и образующих координатную матрицу клавиатуры. Эти параллельные потоки поверхностно-акустической волны по каждой из осей X и Y собираются в единый пучок системой отражателей 4, расположенных на противоположной стороне панели 1, который принимается пьезоэлектрическими приемниками 5. В пьезоэлектрических приемниках 5 поверхностная акустическая волна по каждой оси X и Y преобразуется в соответствующий электрический сигнал, имеющий регулярную импульсную форму, количество импульсов в котором соответствует количеству потоков ПАВ (строк и столбцов) в координатной матрице клавиатуры, который поступает на контроллер 9 клавиатуры, осуществляющий считывание импульсов электрического сигнала. При нажатии на определенную клавишу 8 (выделена на чертеже серым цветом) (фиг. 4) пальцем или другим предметом лицевая пленка 7 прогибается и соприкасается с поверхностью рабочей панели 1, что приводит к блокированию распространения фрагмента поверхностной акустической волны в месте касания как по оси X, так и по оси Y. Пьезоэлектрический приемник 5 преобразует искаженную поверхностную акустическую волну по оси X и оси Y в соответствующие электрические сигналы, где по меньшей мере один импульс будет иметь амплитуду ниже порогового значения, устанавливаемого при калибровке рабочей панели 1. Контроллер 9 фиксирует изменение амплитуды соответствующих импульсов по оси X и оси Y, определяет их порядковый номер и идентифицирует нажатую клавишу 8. После определения нажатой клавиши 8 контроллер 9 генерирует соответствующий нажатой клавише скан-код и передает его в персональный компьютер, в память которого уже загружена карта скан-кодов, соответствующая раскладке клавиш 8 на лицевой пленке 7.

В случае попарного расположения отражателей 3, 4 (фиг. 5) в каждой строке и столбце клавиатуры, для примера рассмотрим определение координаты по оси X, ПАВ движется вдоль нижней стороны рабочей панели 1. Каждый из отражателей 4 отражает часть волны в перпендикулярном направлении. На части поверхности рабочей панели 1 в местах, где установлены опорные элементы 6, ПАВ достигает их и поглощается. На части поверхности рабочей панели 1, свободной от опорных элементов 6, ПАВ достигает аналогичного отражателя 4 на противоположной стороне рабочей панели 1, снова меняет направление и попадает в пьезоэлектрический приемник 5. Время движения ПАВ от генератора 2 до приемника 5 зависит от пройденного пути. Таким образом, приемник 5 формирует импульсный электрический сигнал с количеством импульсов, соответствующим количеству пар отражателей 4, участвующих в полном цикле прохождения ПАВ. При нажатии на клавишу 8, в результате которого лицевая пленка 7 соприкасается с рабочей панелью 1, часть ПАВ, проходящей через точку касания, будет частично поглощена, что приведет к уменьшению амплитуды импульса, соответствующего определенной паре отражателей 4 (фиг. 6) в строке клавиатуры, в которой нажата клавиша 8. Для определения координаты X точки касания контроллер 9 фиксирует изменение амплитуды импульса и определяет, какой паре отражателей 4, а соответственно строке клавиш 8, соответствует данный импульс (на фиг. 6 уменьшение амплитуды импульса сигнала соответствует шестой паре отражателей и соответственно шестой клавише 8). Определение координаты Y происходит аналогичным образом. Совпадение импульса электрического сигнала с уменьшенной амплитудой по оси X и по оси Y указывает на нажатую клавишу 8. Контроллер 9 клавиатуры может быть подключен к внешним устройствам по известным интерфейсам, например PS/2, RS 232, RS 485, USB или иного типа.

Таким образом, обеспечивается возможность изготовления сенсорной клавиатуры на поверхностных акустических волнах.

Изобретение относится к бесконтактным устройствам ввода данных. Технический результат заключается в создании сенсорной клавиатуры на поверхностных акустических волнах с увеличенным ресурсом по наработке на отказ. Устройство включает в себя рабочую панель, в углах которой размещены по меньшей мере два пьезоэлектрических генератора поверхностных акустических волн и по меньшей мере два пьезоэлектрических приемника, преобразующих поток поверхностных акустических волн в электрические сигналы, систему отражателей, размещенных по периметру рабочей панели, контроллер, соединенный с пьезоэлектрическими приемниками, систему опорных элементов, размещенных на поверхности рабочей панели для разделения сплошного потока поверхностной акустической волны на горизонтальные и вертикальные перпендикулярные потоки, образующие на поверхности рабочей панели координатную матрицу клавиатуры, лицевую пленку с клавишами, обеспечивающими при их нажатии касание с рабочей панелью, опирающуюся на опорные элементы с образованием воздушного зазора с рабочей панелью, при этом координатная матрица клавиатуры по горизонтальной и вертикальной оси соответствует строкам и столбцам клавиш клавиатуры. 16 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Сенсорная клавиатура на поверхностных акустических волнах, включающая рабочую панель, в углах которой размещены по меньшей мере два пьезоэлектрических генератора поверхностных акустических волн и по меньшей мере два пьезоэлектрических приемника, преобразующих поток поверхностных акустических волн в электрические сигналы;

систему отражателей, размещенных по периметру рабочей панели;

контроллер, соединенный с пьезоэлектрическими приемниками;

систему опорных элементов, размещенных на поверхности рабочей панели для разделения сплошного потока поверхностной акустической волны на горизонтальные и вертикальные перпендикулярные потоки, образующие на поверхности рабочей панели координатную матрицу клавиатуры;

лицевую пленку с клавишами, обеспечивающими при их нажатии касание с рабочей панелью, опирающуюся на опорные элементы с образованием воздушного зазора с рабочей панелью, при этом координатная матрица клавиатуры по горизонтальной и вертикальной оси соответствует строкам и столбцам клавиш клавиатуры;

пьезоэлектрические приемники выполнены с возможностью преобразования потоков поверхностно акустических волн по горизонтальной и вертикальной оси в электрические импульсные сигналы, количество импульсов в которых соответствует количеству потоков поверхностно-акустической волны координатной матрицы клавиатуры по горизонтальной и вертикальной оси;

при этом контроллер выполнен с возможностью считывания электрических импульсных сигналов и генерирования скан-кода, соответствующего нажатой клавише, в случае уменьшения амплитуды по меньшей мере одного импульса электрического сигнала по горизонтальной и вертикальной оси ниже порогового значения при нажатии клавиши.

2. Сенсорная клавиатура по п. 1, отличающаяся тем, что отражатели установлены в промежутках между опорными элементами..

3. Сенсорная клавиатура по п. 1, отличающаяся тем, что рабочая панель выполнена из жесткого прозрачного или непрозрачного материала.

4. Сенсорная клавиатура по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что рабочая панель выполнена из стекла или металла, или пластика, или керамики.

5. Сенсорная клавиатура по п. 1, отличающаяся тем, что лицевая пленка снабжена буквенными и/или цифровыми обозначениями клавиш, нанесенными на внешнюю или наружную поверхность.

6. Сенсорная клавиатура по п. 1, отличающаяся тем, что лицевая пленка и опорные элементы выполнены из полимерного материала.

7. Сенсорная клавиатура по п. 5, отличающаяся тем, что лицевая пленка и опорные элементы выполнены из лавсана или силикона, или поликарбоната, или поливинилхлорида.

8. Сенсорная клавиатура по п. 1, отличающаяся тем, что величина воздушного зазора между рабочей панелью и лицевой пленкой составляет 10-200 мкм.

9. Сенсорная клавиатура по п. 1, отличающаяся тем, что на внешнюю поверхность лицевой пленки нанесено антибликовое покрытие.

10. Сенсорная клавиатура по п. 1, отличающаяся тем, что под клавишами установлены дополнительные мембраны, обеспечивающие тактильный эффект при их нажатии.

11. Сенсорная клавиатура по п. 1, отличающаяся тем, что над клавишами установлены механические нажимные элементы, увеличивающие ход клавиши при нажатии.

12. Сенсорная клавиатура по п. 1, отличающаяся тем, что рабочая панель, опорные элементы и лицевая пленка соединены между собой клеевым слоем.

13. Сенсорная клавиатура по п. 1, отличающаяся тем, что под рабочей панелью установлена дополнительная пленка с буквенными и/или цифровыми обозначениями клавиш

14. Сенсорная клавиатура по п. 1, отличающаяся тем, что опорные элементы выполнены из металла.

15. Сенсорная клавиатура по п. 1, отличающаяся тем, что под рабочей панелью установлен электролюминофорный или светодиодный элемент подсветки.

16. Сенсорная клавиатура по п. 1, отличающаяся тем, что под рабочей панелью в зонах клавиш установлены светодиоды, обеспечивающие ночную и/или исполнительную подсветку клавиш.

17. Сенсорная клавиатура по п. 1, отличающаяся тем, что по периметру рабочей панели установлены светодиоды, при этом рабочая панель выполняет роль световода.