CN100476701C - 光电键盘 - Google Patents

Abstract

一种光电键盘，包括按键符号本体、键盘编码器，其中还包括传感器阵列，排列在按键符号本体的外缘上，是由光学传感器件的发射头与另一相对边缘处光学传感器件的接收头组成，工作时光学传感器件的发射头与对应的光学传感器件的接收头之间形成光路；通过手指敲击按键符号本体上的符号标记，而造成光路遮挡，产生遮挡信号；键盘编码器还包括扫描控制器，其用于控制传感器阵列的的扫描方式，所述的键盘编码器将光学传感器探测到的遮挡信号转换为串行键盘编码并对串行码进行缓存，且调节键盘的各种参数，并经由通信接口传送给主机；达到组成器件简单，便于携带，输入速度快，并且制造成本低目的，具有很高的市场开发前景。

Description

光电键盘

技术领域

本发明涉及的是一种输入设备，特别涉及的是采用光学传感方式，通过捕捉手指敲击动作，从而起到了输入功能的光电键盘。

背景技术

纵观现在出现的输入设备，可以大致分成手机数字键盘、手写触摸屏、折叠式机械键盘、虚拟键盘四种，他们的特点如下：

数字键盘和手写触摸屏：已经得到广泛的应用，但它们的通病是输入速度过慢，并且必须具备一定的物理空间，只能达到约20字/分钟的输入速率。

折叠式机械键盘：可以展开成笔记本键盘，获得约40字/分钟的比较理想的输入速度，但是由于原理是基于对现有键盘的压缩，所以体积不可能做得很小，不方便携带。

虚拟键盘：这是一种无线传感器触发式输入设备，通过探测人手的动作来判定敲击动作。体积小，输入方式接近键盘，具有输入速度高与便携性两方面的优点。但这个产品的缺点就是生产成本过高，并且耗电量很大，普通的电池只能维持2小时的使用时间；高成本和高能耗的缺点导致该产品迟迟无法打开市场，没能得到广泛的普及。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种光电键盘，克服现存输入设备的缺陷，在达到令人满意的输入速度的同时，使其体积缩小，便于携带，独创的传感器阵列可以精准的通过判定手指的敲击动作，达到输入的目的，并且所用器件简单，制造成本低，具有广阔的市场开发前景。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案，在于提供了一种光电键盘，包括按键符号本体、键盘编码器，其中，按键符号本体上表示着按键符号；

键盘编码器，接收按键信号转换成串行码，并对串行码进行缓存，调节键盘的各种参数，经由通信接口传送给主机，还包括传感器阵列，排列在按键符号本体的外缘处，所述的传感器阵列是由光学传感器件的发射头与另一相对的按键符号本体边缘处光学传感器件的接收头组成，所述的传感器阵列的排布方式，由扫描方式决定，所述的扫描方式采用X向一维扫描或采用Y向一维扫描，其中，当采用X向一维扫描，则有一组光学传感器件的发射头与光学传感器件的接收头相对设置于按键符号本体外缘X方向上；当采用Y向一维扫描时，则有一组光学传感器件的发射头与光学传感器件的接收头相对设置于按键符号本体外缘的Y方向上，其中所述的发射头与其对面外缘处的多个接收头相关联形成至少两条光路，从而多组位于同一侧的发射头发射的光线相交叉，所产生的交叉点与一个符号标记相对应；通过手指敲击按键符号本体上的符号标记，而造成光路遮挡，产生遮挡信号；

键盘编码器还包括扫描控制器，其用于控制传感器阵列的扫描过程，所述的键盘编码器将光学传感器件探测到的遮挡信号转换为串行码键盘编码器还包括扫描控制器，其用于控制传感器阵列的扫描过程，所述的键盘编码器将光学传感器件探测到的遮挡信号转换为串行码。

所述的光学传感器件为红外线传感器或激光传感器。

一种光电键盘传感器阵列的扫描方法，其是通过键盘编码器中的扫描控制器实现的，其步骤为：

a.位于X向或Y向的至少一光学传感器件的发射头向相应的多个光学传感器件的接收头发出光线形成至少两条光路，从而多组位于同一侧发射头发射的光线相交叉，所述光路的交点与一个符号标记相对应；

b.光学传感器的接收头判断光路是否受到遮挡，若遮挡执行c，若未遮挡光路通畅执行e；

c.产生遮挡信号，并将遮挡信号传送至键盘编码器处理；

d.光学传感器件的发射头光源停止发光，若进行下一组扫描执行a，若结束，则执行e；

e.停止扫描。

所述的按键符号本体，可以采用光投影的方法，在扫描范围内投射出按键符号图案或者采用印有字符标示的薄膜，展开于扫描范围内。

所述的通信接口，包括PS2接口、USB接口、红外接口或者蓝牙接口。

本发明的优势在于，键盘构造简洁，制造成本底，灵敏度高，具有便携式键盘的特征，适合大批量的工业生产。

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

附图说明

图1为本发明光电键盘的结构示意图；

图2为本发明传感器阵列扫描方式较佳实施例一的示意图；

图3为本发明传感器阵列扫描方式较佳实施例二的示意图；

图4为本发明传感器阵列扫描方式较佳实施例三的示意图；

图5为本发明的按键符号本体的实物横线标示法示意图；

图6为本发明扫描控制器对传感器阵列进行扫描的过程流程图。

附图标记说明：1-传感器阵列；11-红外线发射头；12-红外线接收头；13-实物横线；2-键盘编码器；21-扫描控制器；3-通信接口；4-主机；5-按键符号本体。

具体实施方式

根据图1所示，为本发明光电键盘的结构示意图，本发明的光电键盘包括按键符号本体5、传感器阵列1、和键盘编码器2；当手指敲击到按键符号本体5某一符号位置时，传感器阵列1采用的光学传感器件为红外线传感器，其捕捉该敲击动作，发送出遮挡信号，当有敲击动作被侦测到时，别的敲击动作全部失效；键盘编码器2的作用将传感器探测到的遮挡信号转换为串行码，并对串行码进行缓存，且调节键盘的各种参数，并经由通信接口3传送给主机4，可以接收主机4发来的控制信号；键盘编码器2同时还包括一个控制传感器阵列扫描过程的扫描控制器21。

其中传感器阵列1形如一个窗框，根据扫描方式的不同，其可分为两种构架结构，第一种方式：

当采用X、Y两向扫描时，如图2所示，其为本发明传感器阵列扫描方式较佳实施例一的示意图，本传感器阵列1物理实体仅为四周的四根细杆，可以非常容易的设计为伸缩、折叠等方式，易于携带。方框的尺寸约30cm*15cm，杆可以做到很细，在相对的平行框上，分别装有红外线发射头11与红外线接收头12，红外线发射头11与红外线接收头12一一对应。红外线发射头11向对面的红外线接收头12发射红外线，形成一条光路。传感器阵列1在X、Y方向分别生成光路，构成光路网。当手指处于指定位置时，X、Y方向光路同时受到遮挡，通过遮挡信号便可以判定手指的敲击位置，进而反映为相应的按键动作，扫描顺序是先纵向扫描，扫描纵向的有5条光路，当手指敲击时，纵向扫描光路被遮挡，此时再通过横向扫描来确定有效的位置，横向的有效遮挡线确定了，则相应的按键位置也就得到确定。这种扫描方式在无敲击的情况下，只有少数(实施例为5条光路)红外线发射头在进行扫描，可以大大减少无效扫描的功耗。

第二种方式：

若仅采用X或Y交叉式一维扫描，则仅用两列平行的物理实体细杆结构，就可以达到扫描目的，如图3所示为本发明传感器阵列1扫描方式较佳实施例二的示意图，对应的两列平行的红外线发射头11和红外线接收头12，每一个红外线发射头11与红外线接收头12都仅仅有一条光线，通过光线的交插而确定每一个键的位置。根据图4所示，其为本发明传感器阵列1扫描方式较佳实施例三的示意图，非一一关联的复合扫描，由一个红外线发射头11与多个红外线接收头12相关联，通过一个红外线发射头11一次发出多条红外线，多个红外线接收头12接收，判定多条光路上的遮挡情况，如此可以减少发射头数量，降低功耗。

关于红外线光路之间的衍射和干涉问题：

键盘正常使用时不会发生衍射、干涉等现象，红外射线基本按直线传播。红外光源视为一点光源，发出扇形红外射线，接收端视为一接收点，则接收端被遮挡的充要条件是，红外线发射头11光源与红外线接收头12的连线上被遮挡；光线实际的粗细，由红外线发射头11光源与接收点的大小决定。

关于扫描的时间：

人手指的敲击速度最快大约是每秒5次。即每次敲击的时间大约0.2秒，所以两次扫描的时间间隔只要小于0.2秒，即每秒钟扫描大于5次，便可以保证不会漏掉每次敲击所要传输的键码。

发光头的闪烁频率为f(可以达到十几千hz至几万hz)，即每个灯管闪烁一次的时间为1/f秒。假设有s个发光管，则全部扫描一遍的时长为s/f秒(这里假设扫描过程中同时只有一个发光管点亮)。

则每秒钟发光管点亮的总时间相当于一个发光管持续发光5*s/f秒；

假设数据s＝20；f＝20000hz

则每秒钟发光管点亮的总时间相当于一个发光管持续发光0.005秒。

也就是说空扫10个小时，红外发光管消耗的总能量，相当于一个发光管持续发光6分钟所消耗的总能量。所以耗能量是很低的。

关于键盘面的字符标示：

光电键盘的按键符号本体5可以借鉴虚拟键盘所使用的激光投影方法，利用红色激光器产生红色平行光，在桌面上(此为传感器阵列1扫描范围内)投射出键盘符号图案，此为本按键符号本体5的一种较佳实施例；另外为节约成本，还可以更加简便的使用一张印有字符标示的薄膜，展开于在桌面上，可以起到同样的作用；当然所有实施例中键符号本体5的键盘符号都会与唯一的扫描遮挡信号相对应。

以现有的键盘符号“F”、“J”为例，键上的凸起有助于盲打时的手指定位，为达到类似效果，光电键盘也可以采用多种改进，可以在所述印有字符标示的薄膜上相应符号处设置凸凹的导纹，来引导手指定位，助于盲打；例如连线标位。如图5所示，在“F”、“J”所在行加入一条实物横线13，在“F”、“J”的响应位置设置标识结，于是用户便可以通过对线和标记结点触觉判定欲敲击按键的位置。

关于组合键的设置问题：

在实际的办公输入过程中，经常需要用到诸如“Ctrl+按键”这种组合键，以加快输入速度，组合键主要集中于“Ctrl”、“Shift”、“Alt”加其他字母或数字按键，其解决方法可以是当探测到所述的“Ctrl”、“Shift”、“Alt”被按下时，则扫描控制器控制其他红外线传感器继续扫描，在1-2秒内，侦测到其他的按键被按到，则执行对应的组合功能；

实际上，日常办公中使用的组合键非常有限，(这里指考虑一般的办公情况，动作类游戏的组合键输入特性暂不考虑)。基于这种事实，在本发明中，“Ctrl”、“Shift”、“Alt”被设置在边框上，以按钮形式独立出现。通过这种设置，既没有增加设计的复杂性，又满足了日常对组合按键的需求。很好的解决了组合键的问题。

关于敲击按键动作：

传感器阵列1贴近桌面，高于桌面不超过5mm。即用户未按键时，手指应全少抬离桌面约5mm。这可能会给手部带来疲劳感。本发明针为解决此缺陷，提供的技术方案，在于键盘取消了机打功能(即当一个键被长时间按住时，按一定时间间隔持续输入)，这样，手指在按键后可以放在桌面上休息，而不会继续产生按键命令。光电键盘取消了机打功能以后，当用户高速输入时，手指处于比较紧张的输入状态，会不自觉地微微抬起，从而不会产生误按键。当输入停顿，用户进行思考时，可以把手放在桌面上休息。另外，在实际产品中，完全可以在某一排按键旁边加上没有光路通过的空白位置，作为手指闲置区，供不作敲击动作的手指休息用。除了上面提出的两套方案，还会有其他可行的结构设计来解决按键深度的问题。可见，只要稍加使用，习惯了没有机械按键的输入方式，使用光电键盘输入不会遇到额外的麻烦。

本发明的键盘编码器与现有键盘编码器的的主要区别在于，还包括控制传感器阵列扫描过程的扫描控制器，该扫描控制器功能实现的步骤如图6所示，包括：

a.红外线发射头11向相应的至少一红外线接收头12发出光线，形成至少一光路；

b.相应的红外线接收头判断光路是否受到遮挡，若遮挡执行c，若未遮挡光路通畅执行e；

c.红外线接收头产生遮挡信号，并将遮挡信号传送至键盘编码器2的编码部分处理；

d.持续检验所述的遮挡信号，直到光路遮挡消除

e.由扫描控制器控制红外线发射头的光源停止发光，

f.判断是否进行下一组扫描，若进行下一组扫描，执行a，若结束，则执行g；

g.停止扫描。

在上述控制扫描过程的步骤中，c步骤中，产生的遮挡信号输出的为1，不产生遮挡信号产生的为0；d步骤是可以改变的，也可以在确定遮挡信号后，传感器阵列的其他红外线发射头和接收头继续进行扫描，而不需要中断等待。

这样通过键盘编码器2产生按键对应的串行码，并对串行码进行缓存，然后将编码数据以串行的形式传送到通信接口3，所述的通信接口3可以是通畅计算机的PS2接口，也可以通过改PS2接口为串行的红外接口，使光电键盘可以与PDA设备利用红外端口连接；这样就完成了从做出敲击动作到将指定的输入符号传入主机的过程。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种光电键盘，包括按键符号本体、键盘编码器，其中，按键符号本体上表示着按键符号；

键盘编码器，接收按键信号转换成串行码，并对串行码进行缓存，调节键盘的各种参数，经由通信接口传送给主机，

其特征在于，还包括传感器阵列，排列在按键符号本体的外缘处，所述的传感器阵列是由光学传感器件的发射头与另一相对的按键符号本体边缘处光学传感器件的接收头组成，所述的传感器阵列的排布方式，由扫描方式决定，所述的扫描方式采用X向一维扫描或采用Y向一维扫描，其中，当采用X向一维扫描，则有一组光学传感器件的发射头与光学传感器件的接收头相对设置于按键符号本体外缘X方向上；当采用Y向一维扫描时，则有一组光学传感器件的发射头与光学传感器件的接收头相对设置于按键符号本体外缘的Y方向上，其中所述的发射头与其对面外缘处的多个接收头相关联形成至少两条光路，从而多组位于同一侧的发射头发射的光线相交叉，所产生的交叉点与一个符号标记相对应；通过手指敲击按键符号本体上的符号标记，而造成光路遮挡，产生遮挡信号；

键盘编码器还包括扫描控制器，其用于控制传感器阵列的扫描过程，所述的键盘编码器将光学传感器件探测到的遮挡信号转换为串行码。

2.根据权利要求1所述的光电键盘，其特征在于，所述的光学传感器件为红外线传感器或激光传感器。

3.根据权利要求1所述的光电键盘，其特征在于，所述的按键符号本体，是用光投影的方法，在扫描范围内投射出按键符号图案或者采用印有字符标示的薄膜，展开于扫描范围内。

4.根据权利要求1所述的光电键盘，其特征在于，所述的通信接口，包括PS2接口、USB接口、红外接口或者蓝牙接口。

5.一种光电键盘传感器阵列的扫描方法，其是通过键盘编码器中的扫描控制器实现的，其特征在于，其步骤为：

a.位于X向或Y向的至少一光学传感器件的发射头向相应的多个光学传感器件的接收头发出光线形成至少两条光路，从而多组位于同一侧发射头发射的光线相交叉，所述光路的交点与一个符号标记相对应；

b.光学传感器的接收头判断光路是否受到遮挡，若遮挡执行c，若未遮挡光路通畅执行e；

c.产生遮挡信号，并将遮挡信号传送至键盘编码器处理；

d.光学传感器件的发射头光源停止发光，若进行下一组扫描执行a，若结束，则执行e；

e.停止扫描。

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