按压按键的制作方法

1.本发明涉及一种例如用于电子家用设备的按压按键、尤其是多功能按压按键。


背景技术：

2.对于操作装置，已知具有不同工作原理的不同类型的操作元件。在构成为按压按键的操作元件中可以例如在接触和/或接近敏感的按压按键(所谓的“touch control”)和可通过力作用操纵的按压按键之间区分。为了检测这种按压按键的操纵状态，在实践中大多使用光学的或电容的传感器装置。
3.wo2017/174097a1公开了一种具有光学传感器装置的多功能按压按键，其中所述光学传感器装置可以根据经反射的辐射的检测位置对按键区以不同的压力的操作进行区分。在所述结构中，由传感器装置的发送器发射的辐射被盖板的背面反射并且然后被传感器装置的接收器检测到，其中，对由盖板反射的辐射的检测位置进行评估，以便由此根据作用到按键区上的不同力推断出盖板的变形程度。


技术实现要素：

4.本发明的任务是，提供一种改进的多功能按压按键，该多功能按压按键尤其是也能够实现整个操作装置的设计的较高的易变性。
5.所述任务通过一种具有权利要求1的特征的按压按键来解决。本发明的特别有利的设计方案和进一步改进方案是从属权利要求的主题。
6.根据本发明的按压按键包括具有朝向使用者的使用者侧和背离使用者的内侧的罩盖，其中，该罩盖限定按键区，其中，该罩盖能在按键区中至少部分地弹性变形，并且该罩盖在按键区中具有ir-透射区域和ir反射区域，在所述ir透射区域中该罩盖对于ir光设计成可透过的，在所述ir反射区域中该罩盖对于ir光设计成反射的。根据本发明的按压按键的特征还在于专用的传感器装置，用以检测所述按键区的操纵状态，该传感器装置设置在所述罩盖内侧的侧上，其中，该传感器装置包括：用于发射ir光的发送器；第一接收器和第二接收器，所述第一接收器和第二接收器彼此间隔开距离设置在不同位置处并且分别用于检测反射的ir光；以及ir转向器，其设计用于使由所述发送器发射的ir光的一部分朝向所述罩盖的ir透射区域转向并且使由所述发送器发射的ir光的另一部分朝向所述罩盖的ir反射区域转向，使由在ir透射区域的使用者侧上的物体反射的ir光朝向所述第一接收器转向并且使由ir反射区域反射的ir光朝向所述第二接收器转向。
7.按压按键的这种通过罩盖在其按键区中的ir透射区域或ir反射区域具有两个不同的ir反射路径的结构能够实现利用相对简单构造的光学传感器装置检测按压按键的按键区的多个不同的操纵状态，即一方面接触或接近按键区并且另一方面按压到按键区上。此外，具有发射的ir光和反射的ir光的转向的传感器装置的所述特定结构能够实现用于定位光学传感器装置的发送器和接收器的更多空间自由度，使得按压按键可以非常灵活地匹配于整个操作装置的各种期望的设计和配置。此外，按压按键的根据本发明的结构可以在
发送器和接收器之间没有阻挡ir光的屏障物的情况下构造并且此外允许使用透光的罩盖或盖板，这能够实现按压按键的简单且可变的符号照明，其中，传感器装置的ir光和符号照明的可见光即使它们交叉也不相互干扰。也就是说，根据本发明的结构提供一种多功能按压按键，其具有多个不同的可检测的操纵状态，并且还允许符号照明的可变配置并且灵活地匹配于所希望的设计。
8.传感器装置的发送器可以具有一个或多个用于发射ir光的发送器元件。所述发送器优选在朝向ir转向器的方向上以彼此稍微不同的定向发射第一光束和第二光束。在这种情况下，ir转向器可以使发射的第一ir光束朝向罩盖的ir透射区域转向并且使发射的第二ir光束朝向罩盖的ir反射区域转向。传感器装置的第一接收器和第二接收器优选装备用于分辨位置地检测ir光，也就是说用于识别在相应的接收器内部的检测位置，在该检测位置处ir光进入。为此目的，所述第一接收器和第二接收器可以选择性地分别包括多个接收元件。ir转向器使发射的和反射的ir光束转向、尤其是通过ir光的相应反射而转向。
9.传感器装置的发送器优选设计和/或设置成，使得该发送器在横向于在发送器与罩盖之间的距离方向的一个或多个方向上朝向ir转向器发射ir光或第一ir光束和第二ir光束。为此目的，作为发送器优选可以使用所谓的“侧部led(sideled)”用于侧向发射ir光。术语“横向”在本上下文中不要求精确地垂直于距离方向定向。发射的ir光束的精确方向尤其是取决于所使用的ir转向器的结构，该ir转向器必须将ir光的两部分或两个ir光束分别沿不同的方向转向。
10.类似地，传感器装置的第一接收器和第二接收器中的至少一个接收器(优选两个接收器)设计和/或设置成，使得该接收器接收来自横向于在相应的接收器与罩盖之间的距离方向的方向上的由所述ir转向器转向的反射的ir光。为此目的，优选可以使用所谓的侧部led作为接收器用以侧向检测ir光。术语“横向”在本上下文中也不要求精确地垂直于距离方向定向。转向的反射的ir光束的精确方向尤其是取决于所使用的ir转向器的结构。
11.在本发明的一种设计方案中，传感器装置的ir转向器以基本上棱锥体形状设计。棱锥体形状的各侧面形成反射面，用以使发射的和反射的ir光束转向。在此，优选棱锥体形状的不同侧面分别朝向发送器、第一接收器和第二接收器。棱锥体形状的底面优选是三角形的、四边形的或五边形的；与此对应地，该棱锥体形状优选具有三个、四个或五个侧面。棱锥体形状的底面优选在横向于在罩盖与ir转向器之间的距离方向的平面中延伸。
12.优选地，所述传感器装置还具有控制装置，该控制装置设计用于从由第一接收器检测到的ir光确定从物体(例如使用者的手指)到ir转向器以及因此到所述第一接收器的距离或距离变化并且从由第二接收器检测到的ir光确定从所述罩盖到ir转向器以及因此到所述第二接收器的距离或距离变化。
13.优选地，所述控制装置可以设计用于，根据从物体到ir转向器的所确定的距离或所确定的距离变化来识别物体接触所述按键区和/或物体接近所述按键区作为按键区或按压按键的可能的操纵状态。优选地，所述控制装置也可以设计用于，根据所述罩盖到ir转向器的所确定的距离或所确定的距离变化来识别通过由物体施加到按键区上的压力而引起的按键区的变形或变形程度作为按键区或按压按键的一种可能的或多种可能的操纵状态。在本发明的范围内，多功能按压按键可以根据传感器装置和其控制装置的设计方案识别多个不同的操纵状态，这些操纵状态例如选自：(i)接触或压力作用，(ii)接近或接触或压力
作用，(iii)接触或小压力作用或大压力作用，(iv)接近或接触或小压力作用或大压力作用。优选地，传感器装置与其控制装置这样设计，使得其可以识别按压按键的至少三个不同的操纵状态。
14.在本发明的一种优选的实施方式中，所述罩盖具有盖板，该盖板罩盖的在ir透射区域之外的内侧上设有反射层，罩盖的所述反射层具有一个或多个空隙部，所述盖板至少在所述一个或多个空隙部的区域中对于可见光设计成可透过的，并且在所述罩盖的内侧的侧上设置一个或多个光发射器，以用于分别朝向所述罩盖的反射层中的所述一个或多个空隙部中的一个空隙部的方向发射可见光。在该实施方式中，还可以在罩盖的盖板中或上在罩盖的反射层中的所述一个或多个空隙部的区域中设置有一个或多个符号元件，这些符号元件然后通过由光发射器发射到罩盖中的可见光被从后面照亮。所述符号照明的定位由于传感器装置的根据本发明的结构可几乎不受限制地选择并且首先仅取决于整个操作装置的期望的设计。也就是说，反射层中的空隙部和相关的光发射器原则上可以设置在按键区中的ir透射区域之外的任意位置上，即尤其是设置在按键区之外并且在需要时也设置在按键区的ir反射区域的区域中，因为传感器装置的部件发射和反射的ir光束不会干扰光发射器和可见光束。
附图说明
15.从以下参照附图对优选的非限制性示例性实施例的描述更好地理解本发明的上述和其它特征和优点。附图中大部分示意性地示出：
16.图1示出根据本发明的一种实施例的按压按键的基本方案的俯视图；
17.图2示出根据第一种实施变型方案的图1的按压按键的基本方案的透视剖面图；以及
18.图3示出根据第二种实施变型方案的图1的按压按键的基本方案的透视剖面图。
具体实施方式
19.图1至图3以不同实施变型方案示出根据本发明的一种实施例的多功能按压按键的结构和工作原理的基本方案。本领域技术人员能够基于所述基本方案实现根据本发明的按压按键的具体结构。相同的或相应的部件在所有附图中通过相同的附图标记表示。
20.多功能按压按键10具有罩盖12，该罩盖在其部分区段中限定可以由使用者操作的按键区14。罩盖12在按键区14的区域中能弹性变形地构造，使得使用者为了操作按压按键10可以接触按键区14并且通过压力可以稍微压入按键区14。
21.如在图1中示意性地示出，罩盖12在按键区14的区域中具有ir透射区域15和ir反射区域16，在该ir透射区域中罩盖12对于ir光是可透过的，在该ir反射区域中罩盖12反射ir光。
22.如在图2和图3中所示，罩盖12具有朝向使用者的使用者侧12a和背离使用者的内侧12b，并且罩盖具有盖板122，除了在ir透射区域15的区域中，盖板122在罩盖12的内侧12b上设置有反射层124。盖板122到处或至少在各个相关的位置上对于ir光和对于可见光是可透过的。盖板122例如由玻璃、玻璃陶瓷或塑料构成。反射层124反射ir光并且通常也反射可见光。在ir透射区域15中，罩盖12的盖板122是ir可透过的并且仅盖板122存在。在ir反射区
域16中，罩盖12除了其盖板122之外还具有反射层124。
23.传感器装置18设置在罩盖12的内侧12b上。如在图1至图3中所示，传感器装置18包括发送器180、第一接收器181、第二接收器182和ir转向器184，它们例如可以装配在罩盖12后面的间隔开设置的支架板(未示出)上。
24.发送器180和ir转向器184位于第一假想线上。ir转向器184和接收器181位于第二假想线上。在第一假想线与第二假想线之间展开一个角度η。ir转向器184和接收器182位于第三假想线上。在第一假想线与第三假想线之间展开一个角度所述角度η和可以相同或不同。
25.所述角度η或是锐角、直角或钝角。在一种优选的替代方案中，所述角度η或是180
°
角，接收器181和/或接收器182则位于发送器180和ir转向器184之间的假想线的延长上。
26.在一种特别优选的设计方案中，所述两个角度η和是直角，如在图1中所示的那样。在另一种优选的替代方案中，所述两个角度η和中的一个是直角并且所述两个角度和η中的另一个是180
°
角，如在图2和图3中所示的那样。
27.ir转向器184位于罩盖12的按键区14后面的、ir透射区域15与ir反射区域16之间的过渡区域中。在该实施例中，ir转向器184具有基本上棱锥体形状，该棱锥体形状具有四边形的底面和与此对应四个侧面用于反射ir光。棱锥体形状的底面基本上在横向于在罩盖12与ir转向器184之间的距离方向19的平面中定向。
28.在本实施例中，发送器180设置在罩盖12后面、按键区14的区域之外。发送器180优选设计成侧部led，以便横向于在罩盖12与发送器180之间的距离方向19朝向ir转向器184的方向发射ir光。优选地，发送器180发射第一ir光束e1和第二ir光束e2，它们在稍微不同的位置上射到ir转向器184的相同的侧面上。
29.第一ir光束e1被ir转向器184朝向ir透射区域15的方向转向并且在ir透射区域15中透射通过罩盖12。如果在按键区14上或上方存在诸如使用者手指的物体17，则转向的ir光束eu1被物体17反射并且由物体17反射的ir光束r1在ir透射区域15中通过罩盖12被引导返回至ir转向器184。在ir转向器184处，由物体反射的ir光束r1射到另一个侧面上并且从该侧面朝向与发送器180不同的方向被转向。在所述转向的反射的ir光束ru1的方向上设置有第一接收器181，用以检测ir光。在该实施例中，第一接收器181与发送器180类似地设置在罩盖12后面、按键区14的区域之外(与发送器180间隔开)并且优选构造成侧部led，以便接收横向于距离方向19的、来自ir转向器184的方向的ir光。
30.第一ir光束e1和转向的ir光束eu1形成一个角度α，该角度优选是钝角。进一步优选地，第一ir光束e1与转向的ir光束eu1之间的角度α是直角。反射的ir光束r1和反射的ir光束ru1形成一个角度β，该角度优选是钝角。进一步优选地，反射的ir光束r1与反射的ir光束ru1之间的角度β是直角。所述角度α和β可以相同或不同。
31.由发送器180发射的第二ir光束e2被ir转向器184朝向ir反射区域16的方向转向并且射到ir反射区域15内的反射层124上。转向的ir光束eu2由ir反射层124反射回至ir转向器184。由ir反射层124反射的ir光束r2在ir转向器184处射到与上述ir光束e1、e2、r1不同的侧面上并且从该侧面朝向与发送器180和第一接收器181不同的方向被转向。在所述转向的反射的ir光束ru2的方向上设置有第二接收器182，用以检测ir光。在该实施例中，第二
接收器182与第一接收器181一样设置在罩盖12后面、按键区14的区域之外(与发送器180和第一接收器181间隔开)并且优选构造成侧部led，以便接收横向于距离方向19的来自ir转向器184的方向的转向的反射的ir光ru2。出于清楚的原因，在图1中没有示出转向的ir光束eu1和eu2以及反射的ir光束r1和r2。
32.第二ir光束e2和转向的ir光束eu2形成一个角度γ，该角度优选是钝角。进一步优选地，第二ir光束e2与转向的ir光束eu2之间的角度γ是直角。反射的ir光束r2和反射的ir光束ru2形成一个角度δ，该角度优选是钝角。进一步优选地，反射的ir光束r2与反射的ir光束ru2之间的角度δ是直角。所述角度γ和δ可以相同或不同。
33.与传感器装置的其它结构相比，在根据本发明的按压按键10的所述传感器装置18中，不需要用于遮挡发送器180与接收器181、182之间的ir光的屏障物。此外，发送器180和接收器181、182的位置可以相对可变地选择，以使传感器装置18的构造灵活地匹配于相应的操作装置的设计。
34.传感器装置18还包括控制装置185，该控制装置耦接到发送器180以及第一接收器181和第二接收器182上。控制装置185可以被安装在与传感器装置18的发送器180和接收器181、182相同的支架板上。
35.如在图1至图3中所示，从ir转向器184朝向ir透射区域15的方向转向的ir光eu1穿过罩盖12并且可以在罩盖12外部的诸如使用者手指的物体17上被反射。由物体17反射的ir光r1又穿过罩盖12的ir透射区域15，射到ir转向器184上并且朝向第一接收器181的方向转向，其中，转向的反射的ir光ru1在第一接收器181上的检测位置和/或光强与物体17到罩盖12以及因此到ir转向器184和第一接收器181的距离有关。控制装置185然后可以基于第一接收器181的测量信号确定物体17与罩盖12之间的距离并且可选地还确定其距离变化，以便然后基于该确定结果确定物体17接触按键区14作为按键区14的操纵状态。可选地，除了确定接触按键区14之外，控制装置25还可以确定物体17接近按键区14作为按键区14的另一个操纵状态。
36.此外，如在图1至图3中所示，由ir转向器184朝向ir反射区域16的方向转向的ir光eu2射到罩盖12的内侧12b上的反射层124上并且被反射。由反射层124反射的ir光r2射到ir转向器184上并且朝向第二接收器182的方向被转向。当使用者按压按键区14时，罩盖12在按键区14的区域中稍微变形并且朝向内侧12b的方向被压入。因此，反射层124至ir转向器184和第二接收器182的距离也改变并且作为其结果转向的反射的ir光ru2在第二接收器182上的检测位置和/或光强也改变。然后，控制装置185可以基于第二接收器182的测量信号确定罩盖12与ir转向器184或第二接收器182之间的距离以及可选地还确定距离变化，以便然后基于该确定结果确定由物体17对按键区14的压入作为按键区14的操纵状态。可选地，控制装置185还可以将按键区14的不同的压入尺寸确定为按键区14的不同的操纵状态。
37.除了所描述的传感器装置18之外，该多功能按压按键10还包括符号照明系统，以用于在具有可见光的罩盖的使用者侧12a上向使用者显示用于信息目的的符号。通过这种符号照明，例如可以向使用者表明按键区14的位置和功能。
38.所述符号照明系统包括一个或多个用于发射可见光的光发射器20，所述光发射器在罩盖12的使用者侧12b的侧上设置在罩盖12的后面。与传感器装置18的发送器180和接收器181、182相反，光发射器20例如以顶部led(topled)的形式来设计并且分别朝向罩盖12的
方向发射可见光o1、o2。光发射器20可以与传感器装置18的部件180-184类似地装配在支架板(未示出)上并且可以耦接到相同的控制装置185或其它控制装置上。
39.罩盖12的反射层124在与光发射器20对应的区域中具有一个或多个空隙部22，使得从光发射器20发射的可见光o1、o2能够照射穿过罩盖12。空隙部22和光发射器20可以可选地定位在除了按键区14中的ir透射区域15的区域之外的罩盖12的所有区域中。例如在图1中所示，符号照明可以位于罩盖12的按键区14之外或按键区14的ir透射区域15之外的整个面中。
40.根据应用情况并且根据符号照明的所希望的设计，可以在罩盖12的盖板122中/上在反射层124的空隙部22的区域中分别设置有符号元件24，该符号元件通过可见光o1、o2被从后面照亮。
41.符号照明结合根据本发明的按压按键10的传感器装置18尤其是具有大的易变性，从而按压按键可以非常灵活地匹配于相应的操作装置的期望的设计。尤其是因为可见光o1、o2与任何ir光束e1、e2、ru1、ru2的相交不会产生问题并且因为传感器装置18不需要包含不透光的屏障物，所以存在易变性。
42.附图标记列表
43.10
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按压按键
44.12
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罩盖
45.12a
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使用者侧
46.12b
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内侧
47.122
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盖板
48.124
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
反射层
49.125
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空隙部
50.14
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按键区
51.15
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ir透射区域
52.16
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ir反射区域
53.17
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物体
54.18
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
传感器装置
55.180
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发送器
56.181
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第一接收器
57.182
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第二接收器
58.184
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
ir-转向器
59.185
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
控制装置
60.19
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
距离方向
61.20
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
光发射器
62.22
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
空隙部
63.24
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
符号元件
64.e1
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
朝向ir转向器所发射的ir光
65.e2
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
朝向ir转向器所发射的ir光
66.eu1
ꢀꢀꢀꢀꢀ
朝向ir透射区域转向的ir光
67.eu2
ꢀꢀꢀꢀꢀ
朝向ir反射区域转向的ir光
68.r1
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
由物体反射的ir光
69.r2
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
由反射层反射的ir光
70.ru1
ꢀꢀꢀꢀꢀ
朝向第一接收器转向的反射的ir光
71.ru2
ꢀꢀꢀꢀꢀ
朝向第二接收器转向的反射的ir光
72.o1
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
反射的可见光
73.o2
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
反射的可见光