人-计算平台(CP)接口向系统设计者提出挑战已达十多年。尽 管众多需要用户交互和数据输入的计算平台迅猛发展，但是最常用的 接口元件--鼠标--从其30年前被发明至今发展很小。鼠标的成 功在很大程度上是由于可以对鼠标进行配置的多种选项和可能方式， 以及用户可以容易地操作鼠标。
除了已证明的作为与计算机的用户交互装置的鼠标的使用外，需 要通过其输入文本数据等的键盘。不同的应用平台需要不同的键盘大 小、按键的位置以及性能。此外，由于不同的用户具有不同的接口需 求，因此键盘的最优配置随用户而变化。例如，在成人和孩子之间， 优选的键间距可能不同。而且，科学家和数据输入专家所需的按键可 能是不同的。参考图1，示出了本领域已知的多个键盘11的配置，每 个配置满足不同的需求，例如按键或输入标记10的大小、形状、数 目和置放。
理想地，成功的输入设备为用户提供多个配置选项和可能性，用 以使输入设备适合特定应用的操作。因此需要可动态配置的用户接 口。

根据本发明的示例性实施方式，一种键盘设备包括：具有第一侧 部和第二侧部的、基本平坦的交互模块(IM)，包括显示在第一侧部 上的多个输入标记；与交互模块的第二侧部耦合的微动开关(MMS) 矩阵，所述微动开关包括基本平坦的第一电极片、基本平坦的第二电 极片以及基本平坦的压电片，其中，第一电极片在第一基本平坦的电 极片的第一侧部上具有第一多个基本平行的导电线路(conductive trace)，每个导电线路被第一多个绝缘体线路中的一个隔开，第二电 极片在第二基本平坦的电极片的第一侧部具有第二多个基本平行的 导电线路，每个导电线路被第二多个绝缘体线路隔开，压电片具有与 基本平坦的第一电极片的第一侧部耦合的第一侧部、以及与基本平坦 的第二电极片的第一侧部耦合的第二侧部。
在本发明的其它示例性实施方式中，移动设备包括可配置键盘、 存储器以及处理器，其中该键盘包括：基本平坦的、具有第一和第二 侧部IM，该IM具有显示在第一侧部上的多个输入标记；包括第一和 第二基本平坦的电极片的MMS，第一电极片与基本平坦的IM的第二 侧部耦合；以及插在第一和第二电极片之间的压电片，所述存储器中 存储有针对IM、MMS、压电片的配置数据，以及所述处理器与存储 器、IM、MMS和压电片相耦合。
在本发明的其它示例性实施方式中，一种方法包括提供IM，其 上显示有多个输入标记；检测施加于IM的力以及该力施加的位置； 确定与力的施加位置相对应的多个输入标记中的至少一个；以及响应 于力施加的确定而提供触觉反馈。
在本发明的其它示例性实施方式中，提供了一种计算机可读指令 的程序，有形地包含在信息承载介质上并且是数字数据处理器可执行 的，用以执行涉及与显示器进行交互的动作，该动作包括：动态配置 包括多个输入标记的显示器；检测施加于所述显示器的力以及所述力 施加的位置；确定与施加力的位置相对应的多个输入标记中的至少一 个；以及响应于所述力的施加的所述确定而提供触觉反馈。
附图说明
这些启示的上述方面以及其它方面将在下文结合附图的详细描 述中变得更加清晰，其中：
图1是本领域已知的各种键盘的示例。
图2是本发明方法的示例性实施方式的逻辑流程图。
图3是本发明的多用途可编程可调节键盘(MPAK)的示例性实 施方式的剖面示意图。
图4包括图4A和图4B，是本发明的电极片的示例性实施方式的 顶视图(图4A)和侧视图(图4B)。
图5是与本发明的电极片相关联的电阻的示例性实施方式的示意 图。
图6是根据本发明的压片的示例性实施方式的示意图。
图7是用于实践本发明的设备的示例性实施方式的示意图。

在本发明的示例性实施方式中，提供了一种多用途的可调节/可编 程键盘(MPAK)，其提供了用于与计算平台交互的用户可配置接口。 在本发明的示例性实施方式中，MPAK包括耦合至交互模块(IM) 的微动开关矩阵(MMS)。IM起到用户可配置表面的作用，其上显 示有数据输入元素的标记，例如数字、字母、图标、标志等。MMS 以这样的方式耦合至IM：以便既检测用户与IM之间的物理接触、又 标识用户和MMS之间接触的区域或点。在下文较为全面描述的本发 明的一种示例性实施方式中，使用结合多个压电元件的压电片来检测 由用户与MMS之间的交互引起的施加于MMS的压力、并向用户提 供触觉反馈以确认已经检测到该交互。
参考图3，示出了根据本发明的MPAK 31的示例性实施方式。如 上文指出的，MPAK 31通常包括耦合至MMS 19或极为靠近MMS 19 的IM 17。如图所示，IM 17形成基本平坦的显示层。MMS 19包括三 个主要是平面的层，一层位于另一层的顶部，从而形成夹层。尽管优 选地制造基本平坦的组件，但是在操作中，IM 17和MMS 19两者都 可以是弯曲或别的形变，以便与非平面的表面耦合。如下文较为全面 描述的，形成MMS 19的层可以包括第一和第二X-Y电极片13、13’， 其中压电片15被插在X-Y电极片13、13’之间。
在示例性实施方式中，IM 17包括例如柔性垫的打印材料，其中， 可以对按钮的大小、位置和形状进行配置以便符合用户的需求。柔性 垫的制造是廉价的，并且可以以多种变形提供给消费者，以用于与设 备(特别是例如移动电话的移动设备)结合使用。此外，该柔性垫可 拆卸，如果期望还可以被替换。除了提供柔性垫的多种变形之外，用 户可以指定对柔性垫的期望定制以便同设备结合使用，其中，已定制 的柔性垫被制造并被提供给用户。这种定制例如可以由因特网上的用 户指定，以供生产定制产品的制造商使用。
在可选示例性实施方式中，IM 17可以部分地包括柔性双稳态显 示器20，例如电致变色(electrochromic)显示器或电泳(electrophoretic) 显示器。用于可编程按键垫实施方式的适合的显示器是双稳态、柔性、 薄且轻的显示器。双稳态意味着针对静态图像的功耗为零。双稳态是 通过集成到显示器技术中的物理过程实现的。目前，它们是基于以下 物理现象的显示器：电泳、电致变色、胆甾相(cholesteric)和有关 纳米材料的物理现象。可以通过以下方法实现双稳态：基于双稳态超 扭曲液晶显示器(STN-LCD)、胆甾相LCD、电泳和基于MEMS的 显示器以及电致变色显示器。双稳态STN-LCD的结构基本上类似于 传统STN-LCD。双稳态是使用特殊的LC混合物和LC单元的表面处 理实现的。胆甾相LCD的操作是基于LC材料和可选择光反射的两个 稳定状态。胆甾相LCD没有电极和滤色器。
电泳显示器的操作基于与颜料颗粒的光交互，其中颜料颗粒的位 置可由电压控制。
所有这些显示器的共同特征是低功耗(＜1mW/cm2)，尽管这不 是所需的，其中只有图像/图案(静态图像)的改变需要能量。此外， 图像在一秒内被设置。这提供了非常省电的方法，其中很少的能量花 费在对静态图像进行图案形成上，静态图像能够在没有外部电源的情 况下保持很长时间。而且，预见按键垫的自动刷新(例如，一次/天)， 并且可将其提供给从电话到较大应用(例如，类似于A4大小的触摸 屏板)的不同应用概念。第二示例性特征是显示器的柔性。通常使用 聚合物衬底来获得柔性，其使得当在显示器表面施加力(例如，由手 指、触笔提供)时，显示器弯曲。
如上所述，这样的显示器展现了低功耗的特性并且仅需能量来改 变其上所显示图案。这些显示器提供动态改变IM 17上可见的图案的 能力。例如，如下文较为全面描述的，可以改变图案以提供大按钮、 小按钮、阿拉伯字符按钮、中文字符按钮、或者其它用户定义的图案 和输入标记10。
继续参考图3，示出了第一和第二X-Y电极片13、13’的示例性 实施方式。两个X-Y电极片13、13’形成了交叉式位置传感矩阵。在 本发明的示例性实施方式中，类似地构造每个X-Y电极片13、13’， 并且使它们彼此方向不同。特别地，每个X-Y电极片13、13’相对于 另一个旋转大约90度。优选地，如下文较为全面描述的，将每个X-Y 电极片13、13’上的导电线路21置于朝向彼此，由压电片15隔开。
还示出了第一X-Y电极片13的测量电阻RX、第二X-Y电极片 13’的测量电阻RY、以及压电片15的测量电压VF。当压力施加于IM 17上时，MMS 19进行操作以确定施加压力的点或区域的X-Y坐标。 可以通过使用在两个垂直放置的X-Y电极片13、13’之间形成的交叉 层互连来完成这种确定。
如下文较为全面描述的，可以测量和处理电阻RX和RY来探知或 确定施加压力处的X-Y坐标。所施加压力的力(F)可以根据对压电 片15的形变所引起的电压Vf的检查来确定，其中电压Vf例如是对压 电片15施加压力时出现的电压。压电片15优选地包括多个压电元件。 压电元件61物理形变时产生电压。反之，对压电元件61施加电压导 致压电元件的物理形变。在下文较为全面描述的本发明的示例性实施 方式中，将压电元件的这种物理属性用于向用户提供触觉反馈。用户 使压电片形变的力的水平由它们在压电片15中相应的电压差异转换 为差分化的输入。这种力水平检测在游戏实现中尤其有益。在游戏实 现中，可以将所检测的力水平用于控制游戏动作，例如将对象抛到游 戏环境中的强度。以这种方式，结合到电子游戏设备中的MPAK 31 起到将用户输入转换为电控制输入的作用。在另一种示例性实施方式 中，MPAK 31可以沿着自动化设备的表面部署，以实现自动化设备 与外部激励之间的接口。
特别地，在处理了所测量的电阻和电压(也即，RX、RY和VF) 之后，可以将电脉冲或电压递送给压电片15，以便向用户提供触觉反 馈。如果在用户向压电片15施加压力之后的较短持续时间内产生这 种脉冲，则所导致的MPAK 31的形变，特别是一个或多个压电元件 61的形变，提供了成功激活MPAK 31的触觉反馈指示。“激活”意 味着确定用户输入已经发生。
参考图4，示出了本发明的X-Y电极片的实施方式的顶视图和侧 视图两者。每个X-Y电极片13、13’包括由在柔性衬底25上顺序组 成图案的、交替的导电线路21和绝缘线路23构成的多个平行线。在 本发明的示例性实施方式中，导电线路21由包括导电金属形成，绝 缘线路23由包括弹性聚合物形成，并且柔性衬底25由包括例如尼龙 的绝缘体形成。与导电线路21和绝缘线路23相对的基本平坦的柔性 衬底25的侧部相配合，置有基本平坦的导体片27，其由包括例如铝 或其它导电材料形成。应注意的是绝缘线路23比导电线路21略粗， 因此绝缘线路23从柔性衬底25延伸出的距离大于导电线路21所延 伸出的距离。这样，绝缘线路23起到隔离(stand-off)线或线路的作 用，在没有用户所施加压力的情况下防止导电线路21和其它导电材 料之间不必要的接触。
参考图5，示出了X-Y电极片13的示意图以及构成X-Y电极片 13’(未示出)一部分的附加导体片27’的轮廓。可以如下的使用的电 阻器(Ri)和比较电路(未示出)或下文描述的处理单元的阵列51， 借以当压力施以特定导电线路21之上(例如，由用户在其上进行按 压引起)时确定该特定导电线路21的位置。如图所示，每个导电极 限21形成了由i索引的线。对于每个导电线路21，其具有有限范围 的电阻。因此，可以通过比较电路或处理单元来识别已激活线的数目 (i)。例如，当在线i上用手指按压X-Y电极片13时，相应的测量 电阻应当在范围和中。以这种方式，对所测量的电阻和 与每个导电线路21的激活相对应的已知电阻进行比较，有可能确定 哪个导电线路21(由i索引)被激活。
在电阻器阵列的示例性所示配置中，仅需要一个读出线33来访 问所有的导电线路21。寻址电阻器Ri的阵列可以包括分离的模块或 者可以被制造导X-Y电极片13中。因此，比较电路或处理单元730 的作用是测量电阻RX，以及将RX与一个或多个导电线路21进行匹 配从而得到位置信息。如所述的，该示例性算法可用于确定施加于单 个X-Y电极片13上的压力的一维位置。然而，如前所述，将相对于 第一X-Y电极片13旋转了90度的附加X-Y电极片13’包含在内允许 确定两个正交方向的位置，从而探知或者说确定所施加压力的X和Y 坐标。
参考图7，示出了用于实践本发明的设备700，优选为移动设备 的示例性实施方式的示意图。设备700包括处理单元730，例如计算 机微处理器。处理单元730可以是能够接收数字或模拟数据、执行这 些数据的操作、以及输出响应的任何单元。处理单元730与显示器710 相耦合，以便处理单元730控制显示器710上的成像。处理单元730 可以起到配置IM 17外观、以及确定IM 17的激活区域的作用。
存储器731与处理单元730相耦合。存储器731包括所存储的IM 数据731A以及所存储的MMS数据731B。IM数据731A定义IM 17 表面上输入标记的替换。IM数据731A可以包括图像数据，其中图像 数据例如可以包括对应于IM 17上按钮和按键的期待替换的按钮和按 键图像。如上所述，当IM 17由电致变色或电泳显示器构成时，处理 单元17可以获取IM数据731A并将信号输出至IM 17，以便动态地 配置按键、按钮以及其它输入标记10的布局。在这种情况下，MMS 数据731B中存储有IM 17上所显示的每个接口标记到对应于每个输 入标记10的X-Y坐标的映射。而且，MMS数据731B中存储有确定 向IM 17施加压力的X-Y坐标所需的相关电阻RX和RY。
参考图6，示出了根据本发明的压电片15的示例性实施方式。多 个导电线路63印刷在压电片15上。优选地，将导电线路63布置在 两个基本垂直的集合中。如图所示，一个集合包括一系列布置在y方 向Yi上的导电线路63A，以及一系列布置在x方向Xi上的导电线路 63B。如上所述，参考图3，测量电压Vf，以用于探知是否已经在IM 17上施加了压力，并用于确定这个压力施加在哪里。除了使用MMS 19来确定压力施加于IM 17的位置之外，同样可以使用压电片15来 确定在IM 17上所施加压力的点或区域。通常，在确定施加压力的点 时，信赖压电片15所得到的分辨率小于上述MMS的使用所提供的 分辨率。然而，在这种期待分辨率较低的情况下，当IM 17上所显示 的标记相对较大时，在没有MMS 19的情况下信赖压电片15来确定 施加力的位置可能是最为有效的。
当力F被施加于压电片15时，产生两个电压Vyout和Vxout。处理 器单元730可以解释这些电压，以确定施加力F的点的x坐标Xi和y 坐标Yi。如图所示，每对坐标与压电元件61相关联。类似于上文关 于MMS数据731B所描述的，压力数据731C中可以存储将所接收的 电压、Vyout和Vxout映射到所显示的IM 17输入标记10的x和y坐标 的信息。
在示例性实施方式中，在确定了力F施加于IM 17的位置之后， 处理器单元730可以沿着与所确定的力F的施加点附近的至少一个压 电元件61相对应的Xi导电线路63A和Yi导电线路63B传送电压信 号。通过发送这样的电压信号，对应的一个或多个压电元件61形变。 该形变产生触觉反馈，通知用户在IM 17的标记上提供的力已经被接 收、解释和确认。
参考图2，示出了本发明方法的示例性实施方式。在步骤1，对 IM 17进行配置，优选地是动态配置。如上所述，IM 17可以由电致 变色或电泳显示器构成。当接收到定义期待显示的输入信号时，可以 将这种显示器改变为显示期待的图像。优选地，处理单元730从存储 器731处获取IM数据731A，并将IM数据731A传送给IM 17，IM 17 由此被动态配置为呈现对应于IM数据731A的显示。在IM 17由例 如柔性垫的静态材料或不可配置材料形成的情况下，可以不对IM 17 进行动态配置。
在步骤2，如上所述的检测力F的施加。在MMS 19包括正交定 向的电极片13、13’的情况下，将从电极片13、13’测量到的电阻作为 处理单元73的输入进行接收。在没有这种电极片13、13’的情况下， 将压电片15产生的x和y方向的电压作为处理单元730的输入。
在步骤3，处理单元730将来自电极片13、13’的输入电阻、或来 自压电片15的输入电压、或两者用作输入，以确定力F施加于IM 17 之上的x和y坐标。
在步骤4，处理单元730可以将输出电压信号发送至位于与所确 定的力F施加于IM 17的位置相对应位置的压电片15中的一个或多 个压电元件61。通过这样激活一个或多个压电元件15来产生触觉反 馈，用以指示对输入标记选择的成功确定。
最后，在步骤5，存储在MMS数据731B和压电数据731C中的 数据被处理单元730获取，并被用以使力施加于IM 17的位置和所确 定的力F施加的位置处所显示的输入标记10相互关联。
适用于压电片的材料是PVDF(聚偏氟乙烯)和P(VDF-TrFE) (PVDF-三氟乙烯共聚物)。通常的尺寸在0.1-0.5mm厚、50mm×60mm 面积的范围内。这些尺寸适合于电话应用。然而，应用可以更大或更 小。例如，可以以触摸屏板(大约A4大小)为目标，或者较小的片 可以是MP3播放器大小。
其实示例性适合的物理属性如下：电阻＞10^12；介电常数：6.2 (对于P(VDF-TrFE))和6.0(对于PVDF)；以及反电场：40MV/m (P(VDF-TrFE))，45MV/m(PVDF)。
可以理解，这里描述的各种示例性实施方式可以在硬件和专用电 路、软件、逻辑和其任何组合中得以实现。例如，一些方面可以在硬 件中实现、而其它方面可以在由控制器、微处理器、处理器或其它计 算设备执行的固件或软件中实现，尽管本发明不限于此。尽管可以将 本发明的各个方面示为和描述为框图、流程图或是使用一些其它的图 示标识，但是同样可以理解，这里所描述的这些方框、装置、系统、 技术或方法可以在硬件、软件、固件、专用电路或逻辑、通用硬件或 控制器或其它计算设备、或其组合中得以实现。
可以在例如集成电路模块的各种组件中实践本发明的可选示例 性实施方式。集成电路的设计总体上是高自动化的过程。复杂且强大 的软件工具可用于将逻辑层次的设计转换为能够进行刻蚀和形成在 半导体衬底上的半导体电路设计。
例如California的Mountain View的Synopsys有限公司，以及 California，San，Jose的Cadence Design所提供的程序，根据已经建 立好的设计规则和事先存储的设计模块库，自动地路由导体并将部件 定位在半导体芯片上。一旦半导体电路的设计完成，以标准化电子格 式(例如，Opus，GDSII等)的合成设计转给半导体制造厂或“晶圆 厂(fab)”用于制造。
尽管在特定实施方式的上下文中进行了描述，但是对于本领域的 技术人员显而易见的是，可以对这些启示进行多种修改和各种改变。 因此，尽管本发明是关于其一种或多种示例性实施方式而特别示出和 描述的，但是本领域的技术人员应当理解，可以在不脱离上述或来自 所附权利要求的本发明范围和精神的情况下在其中进行某些修改或 改变。