КЛАВИША КЛАВИАТУРЫ ПРОЦЕССОРНОГО УСТРОЙСТВА, КЛАВИАТУРА ДЛЯ ПРОЦЕССОРНОГО УСТРОЙСТВА И КОНСТРУКЦИЯ КЛАВИАТУРЫ ПРОЦЕССОРНОГО УСТРОЙСТВА

Область техники
Полезная модель относится к клавиатуре процессорного устройства, а конкретнее, к различным аспектам функциональной клавиатуры, предназначенной для использования с компьютером или иным процессорным устройством.
Уровень техники
В настоящее время существует множество вариантов клавиатуры с подсветкой для лучшей различимости символов на клавишах.
Наиболее простым можно считать использование общего источника подсветки, расположенного над клавиатурой в верхней части монитора над экраном (см. патент РФ №2234120, опубл. 20.08.2004).
Более сложный вариант представляет собой клавиши с углублениями, заполненными аккумулирующим свет материалом (заявка США №2003/0038785, опубл. 27.02.2003).
Существуют также различные решения, в которых каждая клавиша клавиатуры подсвечивается снизу (см., например, патенты США №№5801345, опубл. 01.09.1998, и 6217183, опубл. 17.04.2001; заявки США №№2002/0071705, опубл. 13.06.2002, и 2005/0231395, опубл. 20.10.2005; заявку Великобритании №2364275, опубл. 23.01.2002; полезную модель Германии №20306342, опубл. 18.06.2003).
Наконец, известны решения, в которых вся клавиатура подсвечивается снизу (см, например, авторское свидетельство СССР №1501025, опубл. 15.08.1989; патенты США №№6199996, опубл. 13.03.2001, и 6987466, опубл. 17.01.2006; заявки США №№2005/0122706, опубл. 09.06.2005, и 2006/0011459, опубл. 19.01.2006; заявка Великобритании №2373758, опубл. 02.10.2002).
Все указанные решения направлены на то, чтобы обеспечить более удобное и надежное восприятие для пользователя тех символов, которые нанесены на верхнюю поверхность клавиш. При этом даже не ставится задача смены символа клавиши и связанной в ним функции.
В заявке ЕПВ №0277609 (опубл. 10.08.1988) рассматривается клавиатура, состоящая из гибкой прокладки с жидкокристаллическими площадками, способными воспроизводить разные цвета. В заявке Франции №2673761 (опубл. 11.09.1992) раскрывается клавиатура, в которой на верхней поверхности каждой клавиши есть жидкокристаллическая ячейка, подсвечиваемая светодиодами. В патенте США №4551717 (опубл. 05.11.1985) описана клавиатура, клавиши которой содержат неподвижный жидкокристаллические дисплеи, предназначенные для отображения алфавитно-цифровых символов и установленные под соответствующими нажимными кнопками под прозрачными линзами.
В этих трех решениях жидкокристаллический дисплей используется для того, чтобы менять высвечиваемое изображение при смене функции клавиши. Однако все эти решения имеют область применения, ограниченную обычными алфавитно-цифровыми символами.
Наиболее близким аналогом является патент РФ №2214619 (опубл. 20.10.2003), в котором клавиатура имеет клавиши, снабженные мини-дисплеями, выполненными с возможностью вывода на клавиши символов с соответствующими им функциями, при этом мини-дисплеи соединены с контроллером и устройством обработки данных.
Такая клавиатура имеет весьма широкие возможности, но указание на соединение мини-дисплеев с устройством обработки данных, т.е. с процессором (помимо контроллера клавиатуры) ограничивает их область применения, поскольку предусматривает в самой клавиатуре некоторую обработку, которая всегда является ограниченной. Кроме того, выводы мини-дисплея не приспособлены для многократных изгибных нагрузок из-за нажатия клавиш, что снижает надежность работы клавиатуры.
Сущность полезной модели
Целью настоящей полезной модели является обеспечение таких клавиш и такой клавиатуры, которые могли бы использоваться без встроенного процессора и имели бы повышенную надежность.
Для достижения указанного технического результата - повышения надежности и расширения области применения - в качестве первого объекта настоящей полезной модели предлагается клавиша клавиатуры процессорного устройства, содержащая: корпус клавиши, предназначенный для размещения в нем компонентов клавиши; клавишный дисплей, устанавливаемый в верхней части корпуса клавиши и предназначенный для отображения пользователю конкретного изображения из набора заранее заданных в процессорном устройстве изображений с возможностью оперативной смены этих изображений, причем каждое конкретное изображение однозначно связано с той функцией, которую в данный момент выполняет данная клавиша; контактную плату, устанавливаемую в корпусе клавиши под клавишным дисплеем и предназначенную для подключения выводов клавишного дисплея к соответствующим шлейфным вводам клавиатуры; цилиндр с электропроводящим слоем, обеспечивающий замыкание соответствующих контактов клавиатуры при нажатии клавиши; упругий элемент, обеспечивающий возвращение клавиши в исходное положение после ее нажатия; при этом корпус
клавиши снабжен конструктивными элементами для установки цилиндра с электропроводящим слоем и упругого элемента и для крепления собранной клавиши в клавиатуре.
Особенность этой клавиши состоит в том, что клавишный дисплей является жидкокристаллическим дисплеем либо дисплеем на органических светодиодах.
Еще одна особенность этой клавиши состоит в том, что она содержит прозрачное покрытие, предназначенное для механической защиты клавишного дисплея и устанавливаемое в корпусе клавиши с зазором над клавишным дисплеем.
При этом прозрачное покрытие выполнено из материала, выбранного из группы, включающей в себя по меньшей мере поликарбонат, кварцевое стекло, сапфировое стекло, органическое стекло, а зазор составляет не менее 1 мм.
Еще одна особенность этой клавиши состоит в том, что контактная плата содержит разъем для подключения выводов клавишного дисплея и шлейфные выводы, отходящие от этого разъема и предназначенные для подключения к клавиатуре.
Еще одна особенность этой клавиши состоит в том, что конструктивные элементы корпуса клавиши включают в себя: посадочное место для цилиндра с электропроводящим слоем и упругого элемента; защелки для крепления клавиши при ее установке в клавиатуре, а также фиксаторы для крепления в них деталей рычажного механизма, компенсирующего крен клавиши при нажатии на ее край.
При этом упругий элемент представляет собой полый усеченный конус из силиконовой резины, внутри которого размещен цилиндр с электропроводящим слоем.
Для достижения того же технического результата в качестве второго объекта настоящей полезной модели предлагается клавиатура для процессорного устройства, содержащая: одну или несколько упомянутых выше клавиш (по первому объекту настоящей полезной модели), каждая из которых предназначена для формирования заранее заданного сигнала управления для управления процессорным устройством; память, предназначенную для хранения набора заранее заданных изображений; контроллер,
предназначенный для выполнения по меньшей мере следующих действий: вывод выбранного пользователем конкретного изображения из набора заранее заданных изображений, хранящегося в памяти, на индивидуальный клавишный дисплей одной выбранной пользователем клавиши; формирование сигнала с любой из одной или нескольких клавиш при нажатии этой клавиши пользователем в один из заранее заданных сигналов управления в соответствии с функцией, выполняемой в данный момент данной клавишей; преобразователь сигналов, предназначенный для преобразования сигналов из контроллера в сигналы, передаваемые в процессорное устройство, и для обратного преобразования сигналов из процессорного устройства в сигналы, подаваемые в контроллер.
Особенностью этой клавиатуры является то, что память является оперативной памятью, при этом набор заранее заданных изображений и соответствующую информацию о функциях, выполняемых клавишами и связанных с соответствующими изображениями из набора заранее заданных изображений, вводят в оперативную память в процессе работы процессорного устройства, а контроллер выполнен для ввода всей информации в оперативную память.
Еще одной особенностью этой клавиатуры является то, что преобразователь сигналов подключен к кабельному соединению, которое, в частности, является универсальной последовательной шиной.
Для достижения того же технического результата в качестве третьего объекта настоящей полезной модели предлагается конструкция клавиатуры процессорного устройства, содержащая: одну или несколько клавиш, каждая из которых выполнена в виде первого объекта настоящей полезной модели и дополнена посадочным местом для упругого элемента, на котором установлен упругий элемент; печатную плату, на которой размещены соединенные между собой электронные компоненты упомянутой выше клавиатуры (по второму объекту) и элементы, формирующие сигнал при нажатии соответствующей клавиши; соединительный кабель, подключенный к выводам печатной
платы и предназначенный для подключения клавиатуры к процессорному устройству; кожух клавиатуры, включающий в себя по меньшей мере верхнюю крышку и нижнюю крышку, при этом верхняя крышка предназначена для установки в ней всех клавиш, а нижняя крышка предназначена для размещения в ней печатной платы.
Особенность этой конструкции клавиатуры состоит в том, что клавиатура содержит по меньшей мере три клавиши.
Еще одна особенность этой конструкции клавиатуры состоит в том, что клавишный дисплей является жидкокристаллическим дисплеем либо дисплеем на органических светодиодах, а клавиша содержит прозрачное покрытие, устанавливаемое в корпусе клавиши с зазором над клавишным дисплеем и предназначенное для механической защиты клавишного дисплея при нажатии клавиши пользователем.
При этом прозрачное покрытие выполнено из материала, выбранного из группы, включающей в себя по меньшей мере поликарбонат, кварцевое стекло, сапфировое стекло, органическое стекло, а зазор составляет не менее 1 мм.
Еще одна особенность этой конструкции клавиатуры состоит в том, что контактная плата содержит разъем для подключения выводов клавишного дисплея и шлейфные выводы, отходящие от этого разъема и предназначенные для подключения к клавиатуре.
Еще одна особенность этой конструкции клавиатуры состоит в том, что конструктивные элементы корпуса клавиши включают в себя: посадочное место для цилиндра с электропроводящим слоем и упругого элемента; защелки для крепления клавиши при ее установке в клавиатуре, а также фиксаторы для крепления в них деталей рычажного механизма, компенсирующего крен клавиши при нажатии на ее край; при этом упругий элемент представляет собой полый усеченный конус из силиконовой резины, внутри которого размещен цилиндр с электропроводящим слоем.
Краткое описание графических изображений
Полезная модель иллюстрируется графическими изображениями, на которых одинаковыми ссылочными позициями обозначены одинаковые или сходные элементы.
Фиг.1 показывает внешний вид клавиатуры с клавишами по настоящей полезной модели.
Фиг.2 показывает вид в изометрии клавиши при взгляде сверху.
Фиг.3 показывает вид в изометрии клавиши при взгляде снизу.
Фиг.4 показывает схематически принцип работы клавиши.
Фиг.5 показывает верхнюю крышку кожуха клавиатуры при взгляде сверху с одной установленной клавишей.
Фиг.6 показывает верхнюю крышку кожуха клавиатуры при взгляде снизу с тремя установленными клавишами.
Фиг.7 показывает кожух клавиатуры из верхней крышки, в которой установлены все клавиши, и нижней крышки, в которой размещена печатная плата.
Фиг.8 показывает функциональную схему клавиатуры.
Подробное описание полезной модели
Клавиатура с клавишами по настоящей полезной модели показана на фиг.1. В данном примере, который является чисто иллюстративным, а не ограничивающим, клавиатура 1 содержит три клавиши 2. Однако количество клавиш может быть любым и определяется функциональным назначением клавиатуры и предпочтениями пользователя.
На фиг.1 показан соединительный кабель 3, предназначенный для подключения клавиатуры к процессорному устройству (не показано). В качестве процессорного устройства может использоваться персональный компьютер, мобильный телефон, устройство бытовой техники и т.п. Под процессорным устройством понимается в данном случае
внешнее по отношению к клавиатуре устройство, имеющее в своем составе процессор, контроллер или любое иное устройство обработки данных. Клавиатура по настоящей полезной модели предназначена для обмена сигналами с этим внешним процессорным устройством.
Как видно из фиг.1, каждая клавиша 2 клавиатуры 1 отображает некоторое изображение. Конкретное изображение для каждой клавиши 2 выбирается из набора изображений, заранее заданных в процессорном устройстве. Клавиатура 1 выполнена с возможностью оперативной смены этих изображений, причем каждое конкретное изображение однозначно связано с той функцией, которую в данный момент выполняет конкретная клавиша 2. Такое выполнение клавиатуры 1 поясняется ниже.
На фиг.2 и 3 иллюстрируется возможное выполнение клавиши 2 клавиатуры по фиг.1. Как показано на фиг.2, клавиша 2 содержит корпус 4 клавиши, предназначенный для размещения в нем компонентов клавиши 2. В число этих компонентов входит, прежде всего, клавишный дисплей 5, устанавливаемый в верхней части корпуса 4 клавиши и предназначенный для отображения пользователю конкретного изображения.
В качестве клавишного дисплея 5 можно использовать жидкокристаллический дисплей (ЖКД), который может быть, например, суперзакрученным нематическим (СЗН) (STN) ЖКД или тонкопленочным транзисторным (ТПТ) (TFT) ЖКД. Однако допустимо применять и дисплеи иного типа, например, органические светодиодные (OLED) и т.д.
Следующим важным компонентом является контактная плата 6. Она устанавливается в корпусе 4 клавиши под клавишным дисплеем 5 и предназначена для подключения выводов 7 клавишного дисплея 5 к соответствующим шлейфным вводам клавиатуры 1 (см. далее фиг.7). Именно благодаря использованию контактной платы 6 выводы 7 клавишного дисплея 5 не подвергаются многократным изгибам при срабатывании клавиши 2, поскольку клавишный дисплей 5 и контактная плата 6 образуют единый
блок, устанавливаемый в корпусе 4 клавиши и не подвергаемый механическим воздействиям в процессе работы клавиатуры 1. Контактная плата 6 содержит разъем (не показан) для подключения выводов 7 клавишного дисплея 5 и шлейфные выводы (не показаны), отходящие от этого разъема и предназначенные для подключения к клавиатуре 1. На фиг.2 ссылочной позицией 8 обозначено окно в корпусе 4 клавиши для выводов контактной платы (не показаны), подключаемых к соответствующему разъему печатной платы (см. далее фиг.6 и 7).
На фиг.2 показано также прозрачное покрытие 9, предназначенное для механической защиты клавишного дисплея 5 и устанавливаемое в корпусе 4 клавиши с зазором над клавишным дисплеем 5. Этот зазор может составлять, например, 1 мм или более, чтобы исключить надавливание на поверхность клавишного дисплея 5 при работе с клавиатурой 1. Прозрачное покрытие 9 может быть выполнено из поликарбоната, кварцевого стекла, сапфирового стекла, органического стекла, либо любого иного прозрачного материала достаточной прочности, чтобы противостоять нажимным и даже ударным нагрузкам, которые пользователь может прикладывать к клавише 2.
На фиг.3 клавиша 2 показана при взгляде снизу. Клавишный дисплей 5 с контактной платой 6 вставлен в соответствующую полость в корпусе 4 клавиши, а выводы 10 контактной платы 6 пропущены через отверстие 8. Кроме того, на фиг.3 показаны следующие конструктивные элементы: защелки 11 для крепления клавиши 2 при ее установке в клавиатуре 1; посадочное место 12 для цилиндра с электропроводящим слоем и упругого элемента, предназначенное для установки цилиндра 28 с электропроводящим слоем и упругого элемента 20, обеспечивающих, соответственно, замыкание соответствующих контактов клавиатуры при нажатии клавиши 2 и возвращение клавиши 2 в исходное положение после ее нажатия; рычаги 13 и 14 рычажного механизма, компенсирующего крен клавиши 2 при нажатии на ее край; фиксаторы 15 для крепления в них рычагов 13 и 14. Специалисту понятно, что элементы 11, 12 и 15 могут иметь и
иной вид, либо могут быть замены иными конструктивными элементами, равно как и рычажный механизм из рычагов 13 и 14 может быть заменен механизмом иной конструкции. Данные элементы являются иллюстративными и не предназначены для ограничения клавиши по настоящей полезной модели.
На фиг.4 клавиша 2 показана схематически с установленными на ней рычагом 13 и упругим элементом 20. Упругий элемент 20 представляет собой полый усеченный конус из силиконовой резины, внутри которого размещен цилиндр 28 с электропроводящим слоем, обеспечивающим замыкание соответствующих контактов 22 при нажатии клавиши 2. Упругий элемент 20 всегда давит вверх, как показывает вектор Е. Под действием силы, создаваемой упругим элементом 20, рычаг 13 поднимается вверх. Поскольку рычаг 13 (аналогично и рычаг 14, не показанный на фиг.4) представляет собой металлическую пластину, изогнутую буквой П, при нажатии на один край клавиши 2 (корпуса 4 клавиши) этот рычаг 13 будет стремиться вниз целиком. Поэтому при нажатии на один край клавиши 2 (например, левый на фиг.4б) будет опускаться и ее другой край (с правой стороны), и таким образом убирается возможный крен клавиши 2.
На фиг.5 показана верхняя крышка 16 кожуха клавиатуры 1 при взгляде сверху с одной установленной клавишей 2 (средней из трех клавиш). В верхней крышке 16 имеются отверстия 17 для пропускания в них посадочного места 12 для упругого элемента и для фиксации клавиши 2 с помощью защелок 11, а также окно 18 для пропускания выводов 10 контактной платы 6. Специалисту понятно, что форма отверстий 17 определяется тем, какие именно конструктивные элементы 11, 12 используются в клавише 2.
На фиг.6 та же верхняя крышка 16 кожуха клавиатуры 1 показана при взгляде снизу. На фиг.6 в верхней крышке 16 установлены все три клавиши 2, зафиксированные в отверстиях 17 с помощью защелок 11. На фиг.5 показаны также посадочные места 12 для упругих элементов и выводы 10 контактных плат 6, пропущенные в окна 18.
На фиг.7 помимо верхней крышки 16 показана также нижняя крышка 23 кожуха клавиатуры 1. В этой нижней крышке 23 установлена печатная плата 21 с функциональными элементами клавиатуры, соответствующими схеме по фиг.8. На фиг.7 видны упругие элементы 20 в виде усеченных конусов с электропроводящими цилиндрами 28, каждый из которых при нажатии на соответствующую клавишу 2 замыкает соответствующие контакты 22 на печатной плате 21. Разумеется, упругие элементы 20 и контакты 22 могут иметь и иное выполнение, обеспечивающее формирование сигнала при нажатии соответствующей клавиши 2. На фиг.7 показаны также выводы 10 контактных плат 6, подключенные к соответствующим разъемам печатной платы 21.
На фиг.8 приведена функциональная схема устройства клавиатуры, элементы которой установлены на печатной плате 21, показанной на фиг.7. В этой схеме имеются контроллер 24, память 25 и преобразователь 24 сигналов, а также клавишные дисплеи 5 соответствующих клавиш и контакты 22 этих клавиш. На фиг.8 показано также упоминавшееся выше процессорное устройство 27. Контроллер 24 может быть любым управляющим устройством, которое предназначено выполнять по меньшей мере следующие действия: выводить выбранное пользователем конкретное изображение из набора заранее заданных изображений, хранящихся в памяти 25, на индивидуальный клавишный дисплей 5 одной выбранной пользователем клавиши 2; формировать сигнал с любой из этих клавиш 2 при ее нажатии пользователем в один из заранее заданных сигналов управления в соответствии с функцией, выполняемой в данный момент данной клавишей. Преобразователь 26 сигналов предназначен для преобразования сигналов из контроллера 24 в сигналы, передаваемые в процессорное устройство 27, и для обратного преобразования сигналов из процессорного устройства 27 в сигналы, подаваемые в контроллер 24. Преобразователь 26 сигналов осуществляет обмен данными между клавиатурой 1 и процессорным устройством 27 по кабельному соединению. Это может быть преобразователь для подключения клавиатуры 1 к процессорному устройству
27 по универсальной последовательной шине (УПШ) (USB), хотя при использовании иной шины этот преобразователь 26 сигналов будет иметь иное выполнение. Память 25 может быть оперативной памятью (оперативно запоминающим устройством - ОЗУ (RAM)). Как показано на фиг.8, все клавишные дисплеи 5 и контакты 22 соединены с контроллером 24.
Процесс сборки клавиатуры 1 фактически уже описан на фиг.2-7. Сначала собирают каждый из дисплейных узлов по числу клавиш 2, входящих в клавиатуру 1, для чего подключают контакты (выводы) 7 клавишного дисплея 5 к разъему на контактной плате 6, и механически смыкают подключенный клавишный дисплей 5 с контактной платой 6. Затем помещают каждый собранный дисплейный узел в предназначенную для него полость в соответствующем корпусе 4 клавиши. В нижней крышке 23 кожуха клавиатуры 1 устанавливают соответствующую печатную плату 21, на которой размещены соединенные между собой электронные компоненты клавиатуры (см. фиг.8) и элементы, формирующие сигнал при нажатии соответствующей клавиши (контакты 22). Вставляют далее выводы каждого дисплейного узла, образованные шлейфными выходами 10 входящей в него контактной платы 5, в соответствующие шлейфные входы печатной платы 21. Вставляют каждую подготовленную клавишу 2 в соответствующее посадочное гнездо верхней крышки 16 кожуха клавиатуры 1 и соединяют верхнюю и нижнюю крышки 16, 23 кожуха клавиатуры, посредством чего и формируют готовую клавиатуру 1.
При этом, перед вставлением подготовленной клавиши 2 в соответствующее посадочное гнездо 17 устанавливают на ее нижней стороне соответствующий рычажный механизм (13, 14) и упругий элемент (20). При вставлении подготовленной клавиши 2 в соответствующе посадочное гнездо (17) осуществляют это вставление до закрепления этой клавиши 2 предусмотренными на ее корпусе 4 защелками (11). Заметим, что упругий
элемент 20 (с электропроводящим цилиндром 28) может устанавливаться и после закрепления клавиши 2 в своем посадочном гнезде 17.
Использование готовой клавиатуры 1 с клавишами 2 по настоящей полезной модели, подключенной к процессорному устройству 27, осуществляется обычным образом, т.е. нажатием той или иной клавиши для выполнения соответствующей функции в процессорном устройстве 27. При этом управление функциями клавиш 2 осуществляется следующим образом.
Сначала вызывают на дисплее процессорного устройства 27 меню с возможными функциями одной или нескольких клавиш 2 клавиатуры 1. Выбирают в вызванном меню требуемые функции для некоторых или для всех клавиш 2 и передают соответствующие данные о выбранных функциях этих клавиш в контроллер 24 клавиатуры 1. Для соответствующей клавиши 2 вызывают из памяти 25 клавиатуры 1 под управлением контроллера 24 соответствующее конкретное изображение из набора заранее заданных изображений и выводят каждое из вызванных конкретных изображений на клавишный дисплей 5 предназначенной для него клавиши 2. При этом одновременно меняют сведения о функциональном назначении данной клавиши 2 в контроллере 24.
При использовании в качестве памяти 25 оперативной памяти набор заранее заданных изображений и соответствующую информацию о функциях, выполняемых клавишами и связанных с соответствующими изображениями из набора заранее заданных изображений, вводят в оперативную память (25) в процессе работы процессорного устройства 27, а контроллер 24 выполняют для ввода всей информации в оперативную память (25).
Таким образом, отсутствие в клавиатуре по настоящей полезной модели специального устройства обработки данных (помимо контроллера 24) позволяет расширить возможности применения этой клавиатуры, т.к. вся обработка данных или исполнение функций, передаваемых клавишами этой клавиатуры, осуществляется в процессорном
устройстве 27. Использование же в клавишах контактной платы 6 повышает надежность функционирования, т.к. не рассчитанные на многократные изгибы выводы 7 клавишного дисплея 5 не подвергаются механическим нагрузкам.
Приведенное описание и графические изображения служат только для иллюстрации настоящей полезной модели, но не для ограничения его объема, который определяется прилагаемой формулой полезной модели с учетом возможных эквивалентов.