非对称性重组的键盘的制作方法

专利名称：非对称性重组的键盘的制作方法
非对称性重组的键盘
相关申请的交叉引用
本申请要求享有2006年11月8日提交的美国临时申请60/857,996和 2006年12月9日提交的美国临时申请60/877,599的权益，且本申请与2005 年8月1日提交的美国常规申请11/194,788和2005年8月1日提交的国 际申请PCT/US2005/027272相关联。
背景
从键盘问世一直到今天，最普遍公认的鍵盘是QWERTY键盘。随着 技术的进步，制造不同大小的便携式计算设备变得更加容易，并且最公认 的键盘似乎正是作为输入设备的合理选择。
一般来说，随着设备变得越小，它就会变得愈加轻便，然而，引入具 有QWERTY布局的键盘却较不实用。已经尝试了各种方法来将标准的 QWERTY型键盘， 一种类似于标准QWERTY键盘布局的键盘布局，引入 到便携式计算设备中，便携式计算设备包括掌持设备，小到足以适合于人 的手掌的设备。
便携式计算设备通常分成两类引入了屏幕键盘(onscreenkeyboard) 的那些计算设备和引入了物理键盘的那些计算设备，屏幕键盘是一种在触 摸屏上显示的键盘，其中输入被指向指定的程序。
具有屏幕键盘的这一类包括从具有触摸屏的台式PC，即个人计算机， 到移动电话。因为依赖于屏幕键盘的大多数便携式计算设备在最宽尺寸处 比典型的全尺寸QWERTY键盘小，所以用户通常必须依赖于触笔才能在 相对较小的屏幕键盘上精确地选择键。然而，尽管存在这样的限制，但是 直到今天，屏幕键盘布局仍相对保持不变。具有物理键盘的这一类包括从笔记本计算机到PDA(个人数字助理)。 看来似乎在这一类中已经进行了更多的尝试。
一种方法是利用小型化将QWERTY型键盘引入到便携式计算设备中， 但是要对可操作性进行取舍。虽然存在若干种方法来提高小型化键盘的可 操作性，例如像Griffin等人的US 7,227,536中那样改变键的形状和方向， 或者像Gri伍n等人的US 7, 220, 069中那样交错排列键，但是这些键盘仍 然受到它们固有的根本缺陷，即小型化的影响。
小型化的物理键盘显然受到按比例缩小的全尺寸QWERTY键盘的影 响。设计用于双手使用的QWERTY键盘仅在一定大小以上是实用的。键 盘可以按比例缩小，这至少没有太大困难，但用户的手却不能。因此，当 物理键盘被小型化时，其实质上变成"两拇指"使用，它们仅对用人的拇 指打字是实用的。因此，它们逐渐被称为"拇指垫"。
也许，便携式计算设备上的小型化物理键盘最明显的不足因引入打字 助理软件的普遍做法而被显著突出，打字助理软件预测用户将打入的下一 个字母或字母串，从而避免用户必须找到并按压另 一个被小型化的键。
另 一种方法是通过使用延长面板(extension panel)来使键盘可延伸， 如Choi的US 7,206,616、 Varela的US 7,221,560、 Mmphy的US 6,707,664、 Susel的6,1] 1,527和Cnsan的US 5,187,644中那样。 一些设计具有旋转出 来的延长面板，其他的或弹出来或拉出来。虽然这些方法中的一些提供了 几乎和全尺寸QWERTY键盘一样大的键盘，但是它们不仅庞大和复杂， 而且当应用到掌持设备时还导致严重的局限。
安装在笔记本电脑上的具有延长面板的键盘能够提供可与全尺寸 QWERTY键盘比拟的键尺寸，但是安装在掌持设备上的那些键盘不再具有 与小型化键的尺寸接近的键，这是由于被掌持设备的折叠尺寸而强加到延 长面板上的物理限制。通常，设备的便携性与每一个附加单元的质量成反 比，并且增加的延长面板的体积明显降低了设备的便携性。
虽然对笔记本电脑来说，这看起来是可接受的解决方案，但在行业内， 它似乎并未^t广泛采用，如果不是因为重量，则可能是因为它们增加的体积。还有另一种方法是使用塑性材料或者剪状物连接(scissor linkage )或 类似物来固定每个键，以使得整个键盘可扩展和可压缩，就像Roylance等 人的US 5, 141, 343、 Lim的US 5,951,178、 Butler的US 6,092，944、 Lahr 的US7，030,323、 Lahr的US 6,882,336、 Lahr的US 6,830,397、 Lahr的US 6,810,119和Lahr的US 6, 739,774中的那样。虽然一种方法要求改变键的 尺寸，但是本质上说，它仅通过使用类似泡沫或橡胶的材料来感知较大的 键表面区域或断开的《建表面(fragmented key surface )。这些方法允许改变 键之间的间距，尽管现有技术中描述了变化的形式，但是键的有效主表面 区域仍大约保持不变。
此方法存在若干内在的不足。不仅材料将难以制造和维持，而且磨损 和撕裂将使它的可操作性易出现问题。制造按比例缩小的这种性质的部件 以适合掌持设备，如果不是不可能的话，那也将是非常困难的。即使是可 行的，并且增加的质量不是问题，那么它的可靠性和耐用性也将受到高度质疑。
所有这些方法都受到按比例缩小的全尺寸QWERTY键盘的布局的影 响，并减小了键的尺寸以使整个键盘能装入有限的表面区域内。如果在只 能使用 一只手的环境中使用供两只手使用的键盘，那么这将会导致低效地 使用可利用的空间。而且，由于相当小的键帽尺寸，所以使用按比例缩小 的键盘变得不实用。可以使用触笔操作按比例缩小的屏幕键盘。然而，在 多数情况下，在这种环境中保持、使用和追踪触笔很快会成为一种负担。
目的
本发明的主要目的是提供包含在便携式计算设备中的QWERTY型键 盘上的大键，同时满足便携性和易用性的矛盾要求。
另一个目的是实现中的因素，那就是便携式计算设备主要以一只手的 方式操作，以及优化可用于便携式设备上的键盘的有限空间，以一只手的 方式操作是因为不得不由另 一 只手携带它，或者是因为对有限空间的访问 受到限制。
8另一个目的是具有一种紧凑的且维护要求低的QWERTY型键盘，那 就是在便携式计算设备上完全不依赖于小型化、延长面板、塑料带或复杂 的连接。
最后的目的是交付一种QWERTY型键盘的无瑕疵的设计(clean design),理想地是引入到旅行者、移动业务和紧急响应团体和执法团体的 便携式计算设备中。
优势
便携式计算设备需要考虑矛盾且竟争的要求，其中所有的情形是等同 的，便携性反比于它的尺寸，而易用性正比于它的尺寸。
多数便携式计算设备仅由一只手使用，更准确地说是由一个指头(一 根手指)使用，而另一只手用来支撑它。此外，多数情况下，键盘仅用来 写短的语句。专门为双手使用设计的按比例缩小的QWERTY键盘，屏幕键 盘或物理键盘，导致低效地使用便携式计算设备上的可利用的有限空间。
在危险的环境中，当使用者佩戴保护用具，如手套时，使得指头的接 触点比通常情形时的大，或者当用户佩戴面罩时，会以减少的可视性查看， 小键使得按压更困难。
本发明考虑到了这些因素，并且使键盘的QWERTY型布局重新组织， 以更加有效地利用有限的空间。与传统的对称性布局中键盘的两个半部分 是可比拟的尺寸和密度相反，基本的设计将键盘重新组织成非对称性的布 局，其中键盘的左半部分和右半部分是不同的尺寸和密度。键标记(key label)设置使得在密集网格区域中的那些键标记相当地小，而在稀疏网格 区域中的那些键标记相当地大。可选择地，键盘的顶部半部分和底部半部 分能够以类似的方式设置，或者以两者组合的方式设置，以具有多于一个 的密集网格区域。
键盘布局的非对称性产生了稀疏的网格区域，所述稀疏的网格区域包 含具有基本上大到足以由人的指尖容易操作的键帽区域的键，并且稀疏的 网格区域被指定为用于操作键盘的主网格。通过在密集网格区域和稀疏网格区域之间简单地重击穿过(swipe across )用户判断的指定边界，键值(key assignment)被重组或交换。密集网格区域中的具有基本上较小的键和标 记的其他键组是功能性的，但比稀疏网格区域中的主键组更不方便操作。 然而，它们起到设置在用户的周围视觉中的视觉线索(visual clue )的作用， 从而有助于人从记忆中检索熟悉的QWERTY键盘上的键的位置。
对于尺寸与一般的PDA的尺寸可比拟的设备来说，它提供了用户能 够在正常情况下用他们的肉眼舒服地观察并用指头选择的大键。此方法不 仅允许更加自然的打字风格，而且它也不再需要诸如触笔或打字辅助软件 的任何人工协助。
对于尺寸比PDA实质上大的设备，它提供了相对大的键帽区域，使 得当穿戴面罩时容易观察，并且当穿戴保护用具时能用指尖操作。
所提出的解决方案不仅没有附加的体积、重量、复杂度或完全依赖于 小型化的负担，而且还提供了实际上大的键。唯一的机械部件是按钮，所 述按钮广泛地和可靠地用在市场上的许多掌持设备中。实际上，它可以被 构建成没有按钮。多数部件是通常可以得到的电子部件，这些电子部件在 它们的广泛的和各种类型的便携式计算设备的应用中被证明是非常可靠 且耐用的。
所提出的解决方案提供了紧凑的、轻质的和可靠的设计，这种设计满 足了强加到便携式计算设备上的便携性和易用性的矛盾且竟争的要求。

发明内容
QWERTY型键盘可能是最广泛认可的键盘。便携式计算设备需要考虑 便携性和可操作性的矛盾且竟争的要求，并且把QWERTY型键盘引入到 便携式计算机设备中充满着多种挑战。
引入到便携式计算设备中的QWERTY型键盘通常分为两类屏幕或 虛拟键盘，以及物理键盘。
屏幕键盘布局保持相对不变。然而，它们通常足够小，使用户必须求 助于使用触笔。虽然有几种方法被采用来改进物理键盘，但是它们通常基于小型化的
键、延长面板或塑料村垫。它们都受到按比例地缩小的全尺寸QWERTY 键盘的布局的影响，并且由于附加的体积、重量、复杂性或完全依赖于小
型化，所以它们的可:t喿作性、可靠性和耐用性受到质疑。
本发明考虑到了多数便携式计算设备仅由一只手使用，并且在多数情 况下，键盘仅用来写短的语句。它与仿效设计用于双手使用的键盘布局的 趋势背道而驰，并采用了可重复使用的空间设计，从而提供了专门设计用 于一只手使用的键盘布局。
提供了一种具有QWERTY型布局的非对称性键盘，其包括在诸如触 摸板或触摸屏的介质中界定的多个稀疏网格和密集网格。稀疏网格是尺寸 相当大的，包含大键和标记，而密集网格正相反。所有这些键都是功能性 的，然而，稀疏网格中的较大的键提供的可视性和可操作性强于密集网格 中的较小的键。用户使用稀疏网格作为输入数据的主网格，而密集网格作 为熟悉的QWERTY键盘布局另一侧的线索而保持在用户的周围视觉中。 容易且直观的重组运动(shuffling motion )、重击穿过稀疏网格和密集网格 之间的指定的共同边界，交换指定的稀疏网格和密集网格中对应的成对键 之间的《建标i己。
所提出的设计也允许用户通过简单的重击动作(swipe motion )穿过指 定的边界来压缩或解压缩屏幕键盘的对应区域。键帽区域和指定的边界自 动地重新配置，以匹配与它们关联的网格的压缩程度的变化。
结果是提供了一种紧凑的、轻质的且可靠的设备的设计，该设备满足 了便携式计算设备的矛盾且竟争的要求。
附图一图的列表


图1是屏幕键盘的结构；
图31是左侧压缩的屏幕键盘；
图32是右侧压缩的屏幕键盘；图33是顶侧压缩的屏幕键盘；
图41是水平重组之后，左半部分和右半部分交换的屏幕键盘；
图42是垂直重组之后，顶部半部分和底部半部分交换的屏幕键盘；
图101是物理键盘的结构；
图101H是双轴4交链系统的结构；
图102是可操作的布局；
图111是呈字符模式的系统；
图111A是水平重组之后，键盘的左半部分和右半部分交换的系统; 图111B是主体的两个半部分旋转到铰链组件的右侧的系统； 图U2是呈点模式的系统； 图113是呈12键模式的系统。
附图一附图标记的列表
0 纟妻触点
1 双轴铰链 IX 第一轴 iz 第二轴
2 显示器
3 鍵盘 3G 网格
3L 发光二极管(LED )组件
3P 按钮
3S 触摸屏
3T 触摸板
4C 指定的中心边界
124G网格半部分
化指定的左边界
4M指定的中间边界
4R指定的右边界
4S平板半部分
4T指定的顶部边界
5L鼠标左
5R鼠才示右
描述一优选的实施方式
图1显示了系统的结构，其中键盘3显示为台式PC的触摸屏3S上的 屏幕键盘。包括软件部件(未显示)的子系统管理系统的各操作方面。键 盘是未压缩状态。
操作--优选的实施方式
图31显示了在用户进行重击，移动接触点0穿过指定的左边界4L之 后，键盘的左侧被压缩之后的系统。界定了键帽区域的各个区域的边界和 指定的边界也根据键盘的压缩状态重新配置。重复重击动作将使键盘的左 侧回复到未压縮状态。
图32显示了在用户进行重击，从图31所示的系统的状态移动接触点 0穿过指定的右边界4R之后，键盘的右侧被压缩之后的系统。在显示的系 统中，键盘的左侧是自动未压缩的。
图33显示了在用户进行重击，从图31所示的系统的状态移动接触点 0穿过指定的顶部边界4T之后，键盘的顶侧被压缩之后的系统。
图41显示了在用户进行重击，移动接触点0穿过指定的中心边界4C 之后，键盘的左半部分和右半部分被重组或交换之后的系统。图42显示了在用户进行重击，移动接触点0穿过指定的中间边界4M 之后，键盘的顶部半部分和底部半部分被重组或交换之后的系统。
描述一可选择的实施方式
图101显示了系统的结构，其中包括按钮3P和发光二极管(LED) 组件3L的床的键盘3被置于具有可见的或可触摸的网格3G的可弯曲的透 明或半透明触摸板3T之下。铰链组件1将两个半部分，即显示器2和键 盘3固定在一起。软件部件(未显示)控制系统的各操作方面。除了控制 基本特征之外，软件部件(未显示)允许配制系统以便以相同或不同的方 式处理触摸板3T上的轻打和点击，其中轻打是降低和提升接触点，这不 会激活下面的按钮，而点击会激活。
图101H显示了双轴铰链组件1的结构，其中轴1X设置成与X轴一 致，而轴lZ"i殳置成与具有X、 Y和Z轴的标准三维坐标系统的Z轴一致。
操作--可选择的实施方式
图102显示了系统的操作布局。触摸板3T的表面被分成网格半部分 4G和平板半部分4S。网格半部分4G具有如图101所示的可触摸或可见 的网格，然而也兼作指示设备的平板半部分4S并不具有。系统可^L设置 成以字符模式、点模式、12键模式来运行。可以同时激活多于一种的模式， 这取决于系统的状态。
图11显示了呈字符模式的系统，其中键的QWERT半部分位于网格 半部分4G上，而另 一半部分YUIOP位于平板半部分4S上。辅助键盘的 两个半部分可以用于数据输入，但具有定义明确的网格和较大的鍵标记的 网格半部分4G远比平板半部分4S便于使用，因此将主要用于数据输入。 才妻触点0在此阶l殳位于网格半部分4G内。
图111A显示了键盘的左半部分和右半部分被重组或交换之后的系统。 通过重击，移动接触点0穿过指定的中心边界4C,平板半部分4S和网格 半部分4G上的键标记被交换。YUIOP半部分现在位于网格半部分4G上，
14而QWERT半部分位于平板半部分4S上。接触点0现在位于平板半部分 4S上。
图111B显示了显示器2和键盘3旋转到铰链组件1的右侧的系统。
图112显示了呈点模式的系统。重击穿过指定的右边界4R,或可选择 的方式，触发平板半部分4S的指示设备模式，在此方案中，开启此才莫式。 虽然键标记仍显示在平板半部分4S上，但它不再用作键盘。它现在用作 触摸板指示设备，其中，在平板半部分4S的表面上滑动被解释成移动指 针的信号，而根据系统的配置，在区域5L和5R上轻打或点击分别^^解释 成左鼠标点击和右鼠标点击。
图113显示了呈12键模式的系统。
本发明的结论、结果和范围
读者将看到，本发明提供的掌持设备上的具有大字母的QWERTY型 键盘是采用小型化、延长面板或塑性材料的竟争方法的优选替代物。它 提供了紧凑且可靠的设计，这种设计不仅满足了强加到便携式计算设备 上的便携性和实用性的竟争要求，而且满足了便携性和实用性的矛盾要求。
虽然所阐释的实施方式依赖于分别用于基本模糊的字母和清楚表示 的字母的小标记和大标记，但是也可以应用可选择的映射方案。例如，紧 凑的符号对应详述的符号、首字母缩略词对应完全展开的描述或记号对应 措辞描述，用于将核心属性的缩略型符号映射到描述性符号。
正如此实施方式中说明的，应用于视觉i某介的基本原理也能够容易地 扩展到触觉媒介。例如，具有包含针头阵列表面的键的非对称性键盘，该 针头阵列表面类似于点矩阵打印头，其中各个针头能够升或降，以产生盲 文打字系统。
通过用某种阴影显示键组，可以使追踪不同区域中的键组的任务变得 更容易，当键组从一个区域被重组到另一个区域时，阴影随它们一起移动。 这将有助于用户 一眼就识别出它们，类似于当不同足球队的运动员在场上移动时，观众通过他们的制服来识别不同足球队的运动员。不同的颜色、 背景、阴影线、风格或其它标志也可用于实现类似的效果。
虽然上述描述包含许多规范，但这些不应被解释为限定本发明的范 围，而是作为本发明的一些实施方式的示例。
权利要求
1.一种用于输入数据的非对称性键盘，其包括a)多个主键和多个辅键，其中主键大于对应的辅键；b)一组核心符号，其中每一个核心符号具有表示其的大标记和小标记；c)用于以属于所述一组核心符号的指定核心符号的大标记来标记每一个所述主键以使它们相当明显的装置；d)用于以属于所述一组核心符号的指定核心符号的小标记来标记每一个所述辅键以使它们相当模糊的装置；e)用于使所述主键和辅键中的每一个表示对应于所述指定核心符号的属性的装置；f)用于交换所述主键和对应的所述辅键中的每一个的所述指定核心符号的装置；g)用于使所述主键和辅键中的每一个表示对应于所述交换的指定核心符号的属性的装置；和h)用于产生对应于由选定的主键或辅键表示的所述属性的信号的装置。
2. 如权利要求i所述的用于输入数据的非对称性键盘，其中所述鍵 盘是虛拟键盘。
3. 如权利要求1所述的用于输入数据的非对称性键盘，其中所述键 盘是物理键盘。
4. 一种包括用于非对称性鍵盘的指令的存储介质，其包括步骤a) 提供用于在空间介质中界定多个主区域和辅区域的装置；b) 提供一组核心符号，其中每一个核心符号具有表示其的描述性符 号和缩写符号，其中所述描述性符号比所述缩写符号是相对更描述性的；C )提供用于以属于所述一组核心符号的指定核心符号的描述性符号来标记每一个所述主区域以使它们相当明显的装置；d)提供用于以属于所述一组核心符号的指定核心符号的缩写符号来 标记每一个所述辅区域以使它们相当模糊的装置；e )提供用于使所述主区域和辅区域中的每一个表示对应于所述指定核 心符号的属性的装置；f) 提供用于交换所述主区域和对应的所述辅区域中的每一个的所述指 定核心符号的装置；g) 提供用于使所述主区域和辅区域中的每一个表示对应于所述交换 的指定核心符号的属性的装置；和h) 提供用于产生对应于由选定的主区域和辅区域表示的所述属性的信号的装置。
5. 如权利要求4所述的包括用于非对称性键盘的指令的存储介质， 其中所述主区域中的每一个大于所述对应的辅区域。
6. 如权利要求4所述的包括用于非对称性键盘的指令的存储介质， 其中所述存储介质本质上是载体。
7. 如权利要求4所述的包括用于非对称性键盘的指令的存储介质， 其中所述存储介质本质上是易失的。
8. 如权利要求4所述的包括用于非对称性键盘的指令的存储介质， 其中所述存储介质本质上是非易失的。
9. 如权利要求4所述的包括用于非对称性键盘的指令的存储介质， 其中所述空间介质允许触觉输入。
10. 如权利要求4所述的包括用于非对称性键盘的指令的存储介质， 其中所述空间介质提供视觉反馈。
11. 如权利要求4所述的包括用于非对称性键盘的指令的存储介质， 其中所述空间介质提供触觉反馈。
12. —种包括用于改变一组区域的状态的指令的存储介质，包括步骤:a) 提供用于通过一组空间边界在空间介质中界定所述一组区域的装置；b) 提供用于追踪所述空间介质中的目标的状态的装置；c) 提供用于当所述目标穿越指定的边界时产生穿越信号的装置，所述 指定的边界是所述一组空间边界的成员；d) 提供用于界定并保持所述一组区域的第 一状态和第二状态的装置；和e )提供用于当检测到所述穿越信号时，将所述一组区域的所述状态从 所述第一状态改变到所述第二状态或从所述第二状态改变到所述第一状 态的装置。
13. 如权利要求12所述的包括用于改变一组区域的状态的指令的存 储介质，其中a) 所述第一状态是所述一组空间边界的第一定义；且b) 所述第二状态是所述一组空间边界的第二定义。
14. 如权利要求12所述的包括用于改变一组区域的状态的指令的存 储介质，其进一步包括解释器，所述解释器用于将所述空间介质中的所述 目标的所述状态翻译成控制指针的信号，其中a) 所述第一状态是所述解释器被激活的状态；且b) 所述第二状态是所述解释器未被激活的状态。
15. 如权利要求12所述的包括用于改变一组区域的状态的指令的存 储介质，其中所述存储介质本质上是载体。
16. 如权利要求12所述的包括用于改变一组区域的状态的指令的存 储介质，其中所述存储介质本质上是易失的。
17. 如权利要求12所述的包括用于改变一组区域的状态的指令的存 储介质，其中所述存储介质本质上是非易失的。
18. —种双轴铰链机构，其包括a) 第一铰链机构，其允许一组附加分支绕第一轴旋转；和b) 第二铰链机构，其位于所述一组附加分支中的每一个上，所述第 二4交链机构允许附加的叶状部件绕垂直于所述第 一轴的第二轴旋转，由此允许所述叶状部件中的每一个绕所述第一轴和所述第二轴旋转。
19. 如权利要求18所述的双轴铰链机构，其中所述一組附加分支由 两个元件，即第一附加分支和第二附加分支组成。
20. 如权利要求19所述的双轴4吏链机构，其中a) 所述第一附加分支的所述附加的叶状部件是显示设备；且b) 所述第二附加分支的所述附加的叶状部件是输入设备。
全文摘要
提供了一种具有QWERTY型布局的非对称性键盘，其包括多个稀疏网格和多个密集网格。包括具有大标记的大键的稀疏网格的尺寸是相当大的，而包括具有小标记的小键的密集网格的尺寸是相当小的。所有的键都是功能性的，但稀疏网格中的较大的键提供的可视性和可操作性强于密集网格中的较小的键。用户使用稀疏网格作为输入数据的主网格。重击穿过指定的边界交换了指定的稀疏网格和密集网格中的对应的成对键之间的键标记。在基于软件的版本中，重击穿过另一个指定的边界压缩或解压缩了对应的网格。在基于硬件的版本中，双轴铰链允许显示器和键盘绕两个轴旋转。
文档编号H03K17/94GK101589355SQ200780041607
公开日2009年11月25日 申请日期2007年10月25日 优先权日2006年11月8日
发明者瓦-林·莫 申请人:库比克设计工作室有限责任公司;瓦-林·莫