CN102063206A

CN102063206A - 一种光电输入设备

Info

Publication number: CN102063206A
Application number: CN2010106194657A
Authority: CN
Inventors: 黄天麒; 黄征; 陈蕾
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-12-31
Filing date: 2010-12-31
Publication date: 2011-05-18

Abstract

本发明揭示了一种光电输入设备，适于便携式地组装或拆卸，包括：发射装置，具有多个发射单元，每一发射单元包括多只点激光头，用于发射与点激光头相对应的点激光束；接收装置，与发射装置构成光电输入设备的输入区域，具有多个接收单元，每一接收单元包括多个光感元件，用于接收对应的点激光头射出的激光束；以及控制装置，与所述发射装置或所述接收装置相连接，用于采集二进制形式的数字序列，并根据数字序列来确定输入区域的实际操作位置。采用本发明，通过发射装置与接收装置之间所形成的光学路径来计算输入区域中的实际操作位置，并利用激光的高方向性和高照度，达到模拟各种便携式设备的输入功能。

Description

一种光电输入设备

技术领域

本发明涉及便携式电子设备的设计技术，尤其涉及该便携式电子设备中的光电输入设备。

背景技术

在当前的信息化时代，移动设备的功能越来越强，因而很多电子设备在技术研发的投入上逐渐向便携式倾斜。然而，对于包含了输入功能的那些便携式电子设备来说，其对应的输入区域大小往往制约着便携式的研发进度。

以移动手机为例，虽然在操作面板上引入了手写输入功能，但是，基于该手写输入方式的文本输入速度根本无法和传统布局的键盘相比。此外，尽管移动设备的运算能力已经可以模拟电子琴、电子鼓等音乐仪器，但是在电子琴和鼓的操作区域中，必须支持和传统意义上相同大小的尺寸，可无法同时满足便携的要求。另一方面，在触摸屏技术上，由于触摸屏的成本过高，虽然可以扩大触摸屏的尺寸，但是成本也相应地急剧增加，从而导致性价比非常低。

有鉴于此，如何设计一种既满足便携式要求，又可以灵活调节输入区域大小的输入设备，是业内相关技术人员亟待解决的一项课题。

发明内容

针对现有技术中输入设备在提高输入体验和满足便携式要求时所存在的上述缺陷，本发明提供了一种光电输入设备。

依据本发明的一个方面，提供了一种光电输入设备，适于便携式地组装或拆卸，包括：

发射装置，具有多个发射单元，每一发射单元包括多只点激光头，用于发射与所述点激光头相对应的点激光束；

接收装置，与所述发射装置构成所述光电输入设备的输入区域，具有多个接收单元，每一接收单元包括多个光感元件，用于接收对应的点激光头射出的所述点激光束；以及

控制装置，与所述发射装置或所述接收装置相连接，用于采集二进制形式的数字序列，并根据所述数字序列来确定所述输入区域的实际操作位置。

优选地，所述多个发射单元呈“L”型分布，并且位于第一方向的发射单元通过转接件连接至位于第二方向的发射单元。

优选地，所述发射单元和所述接收单元均包括第一标准件，并且所述第一标准件具有插头和/或插槽，通过所述插头和所述插槽中的信号接口电性连接至所述转接件。进一步，所述信号接口包括：电源引脚，用于提供电源；接地引脚，用于提供公共接地；时钟引脚，用于提供数据传送时的时钟信号；一个或多个数据引脚，用于串行或并行地传送数据；以及片选引脚，用于提供片选信号，以分别对应于设备启动、发射激光、锁存数据、传送数据等操作指令。

优选地，所述转接件包括与所述发射单元和所述接收单元相对应的第二标准件，其中，所述转接件经由所述第二标准件的插头连接位于所述第一方向的发射单元以及经由所述第二标准件的插槽连接位于所述第二方向的发射单元。

优选地，所述多个接收单元呈“L”型分布，并且位于所述第一方向的接收单元和发射单元相互平行，以及位于所述第二方向的接收单元与发射单元也相互平行。进一步，位于所述第一方向的发射单元中的点激光头经由第一光学路径将所述点激光束传输至对应的接收单元，并且位于所述第二方向的发射单元中的点激光头经由第二光学路径将所述点激光束传输至对应的接收单元，其中，所述第一光学路径与所述第二光学路径相互垂直。

优选地，该光电输入设备包括虚拟触摸屏、虚拟的电脑键盘、虚拟的手机键盘、虚拟的电子琴键盘及其它便携式的输入设备。

根据本发明的又一个方面，提供了一种光电输入设备，适于便携式地组装或拆卸，包括：

接收装置，具有多个接收单元，每一接收单元包括多个光感元件；

第一一字激光发射装置，与所述接收装置的一端相连接，用于沿第三光学路径向所述接收装置的多个光感元件发射一字激光束；

第二一字激光发射装置，与所述接收装置的另一端相连接，用于沿第四光学路径向所述接收装置的多个光感元件发射一字激光束；以及

控制装置，用于控制所述第一一字激光发射装置和所述第二一字激光发射装置交替发射一字激光束，根据先后形成的第三光学路径和第四光学路径来采集两个数字序列，并基于所述两个数字序列来确定输入区域的实际操作位置。

优选地，所述第一一字激光发射装置和所述第二一字激光发射装置所发射的一字激光束的散射角度均大于90度。

优选地，所述接收装置的多个接收单元呈“U”型分布，并且位于第一方向的发射单元通过转接件连接至位于第二方向的发射单元。

优选地，所述发射单元和所述接收单元均包括第三标准件，并且所述第三标准件具有插头和/或插槽，通过所述插头和所述插槽中的信号接口电性连接至所述转接件。更优选地，所述信号接口包括：电源引脚，用于提供电源；接地引脚，用于提供公共接地；时钟引脚，用于提供数据传送时的时钟信号；一个或多个数据引脚，用于串行或并行地传送数据；以及片选引脚，用于提供片选信号，以分别对应于设备启动、发射激光、锁存数据、传送数据等操作指令。

优选地，所述转接件包括与所述发射单元和所述接收单元相对应的第四标准件，其中，所述转接件经由所述第四标准件的插头连接位于所述第一方向的发射单元以及经由所述第四标准件的插槽连接位于所述第二方向的发射单元。

采用本发明的光电输入设备，通过发射装置与接收装置之间所形成的光学路径来计算输入区域中的实际操作位置，并利用激光的高方向性和高照度，达到模拟各种便携式设备的输入功能。此外，当使用点激光头作为光感元件来发射点激光束，该光电输入设备控制简单、适应性广、可便携式地组装和拆卸，而使用一字激光发射装置时，该光电输入设备成本较低、能耗小，在使用标准件来构成发射装置、接收装置以及转接件时，设备调试也相对简单。

附图说明

读者在参照附图阅读了本发明的具体实施方式以后，将会更清楚地了解本发明的各个方面。其中，

图1示意性地说明了依据本发明的一个方面的光电输入设备的结构框图；

图2示出如图1所示的光电输入设备中发射装置与接收装置之间的光学路径示意图；

图3示意性地说明了依据本发明的另一个方面的光电输入设备的结构框图；以及

图4示出如图3所示的光电输入设备中发射装置与接收装置之间的光学路径示意图。

附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。

具体实施方式

下面参照附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述。

如前所述，当前的移动设备虽然凭借其高速的运算能力可以模拟诸如电子琴、电子鼓、触摸屏等的输入操作行为，但是其模拟输入区域并不能满足便携式要求。另一方面，对于触摸屏来说，其购买成本过高，虽然可以扩大触摸屏的尺寸，但是性价比很低。

为了有效地解决现有技术中的上述困扰，本发明设计一种可便携式组装和拆卸并且成本低廉的光电输入设备。更具体地，图1示意性地说明了依据本发明的一个方面的光电输入设备的结构框图。参照图1，光电输入设备1包括发射装置、接收装置和控制装置132，并且通过所述发射装置和所述接收装置来构成所述光电输入设备1的输入区域。

其中，该发射装置具有多个发射单元101，即发射单元X1、X2和发射单元Y。每一发射单元101包括多只点激光头，利用这些点激光头来发射与该点激光头相对应的激光束。在一优选实施例中，为了将相邻的两个发射单元无缝连接起来，可以对每一发射单元的两端进行接插件设计，例如，发射单元的一端设置成插槽形式，而另一端设置成插头形式，这样就可以将发射单元相邻接的其他发射单元均可靠地连接在一起。优选地，所述发射单元和所述接收单元均包括第一标准件，并且所述第一标准件具有插头和/或插槽，通过所述插头和所述插槽中的信号接口电性连接至所述转接件。并且，所述信号接口包括：电源引脚，用于提供电源；接地引脚，用于提供公共接地；时钟引脚，用于提供数据传送时的时钟信号；一个或多个数据引脚，用于串行或并行地传送数据；以及片选引脚，用于提供片选信号，以分别对应于设备启动、发射激光、锁存数据、传送数据等操作指令。对应地，所述转接件包括与所述发射单元和所述接收单元相对应的第二标准件，其中，所述转接件经由所述第二标准件的插头连接位于所述第一方向的发射单元以及经由所述第二标准件的插槽连接位于所述第二方向的发射单元。为描述方便起见，发射单元X1和X2表示X轴方向的发射单元，以及发射单元Y表示Y轴方向的发射单元。本领域的普通技术人员应当理解，根据设计者的实际需求，X轴方向的发射单元的个数可以自由选择，并且Y轴方向的发射单元的个数也可以自由选择。

其中，该接收装置具有多个接收单元102，即接收单元X1、X2和接收单元Y。为描述方便起见，接收单元X1和X2表示X轴方向的接收单元，以及接收单元Y表示Y轴方向的接收单元。每一接收单元具有多个光感元件，如激光接收管，利用这些激光接收管来接收对应的点激光头射出的激光束。更详细地，当激光接收管接收到点激光头射出的激光束时，产生光电流信号，进而对应到数字信号“1”；当激光接收管因人的手指或其他障碍物阻挡而无法接收点激光头射出的激光束时，没有光电流信号产生，此状态对应到数字信号“0”。在一优选实施例中，类似地，为了将相邻的两个接收单元无缝连接起来，可以对每一接收单元的两端进行接插件设计，例如，接收单元的一端设置成插槽形式，而另一端设置成插头形式，这样就可以将接收单元相邻接的其他接收单元均可靠地连接在一起。本领域的普通技术人员应当理解，根据设计者的实际需求，X轴方向的接收单元的个数可以基于X轴方向的发射单元的个数相应地进行调整，且Y轴方向的接收单元的个数也可以基于Y轴方向的发射单元的个数相应地进行调整。

控制装置132的一端与发射装置的发射单元Y相连接，另一端与接收装置的接收单元X1相连接，用于采集二进制形式的数字序列，并根据所述数字序列来确定所述输入区域的实际操作位置。作为可替换地，本发明的光电输入设备1的控制装置132还可以将其一端连接至发射装置的发射单元X1或X2，且将其另一端连接至接收装置的接收单元Y，此种组装方式同样可以实现本发明的输入效果。

在一优选实施例中，该控制装置132具有三大功能：其一，产生控制信号，用于控制发射装置中的多个发射单元101的点激光束的发射时刻；其二，采集来自于接收装置中的多个接收单元102的数字序列；其三是实现与主机(诸如PC主机或手机等)的通信接口，所述通信接口包括但不限于USB接口、mini USB接口、蓝牙接口、红外接口等。此外，控制装置132还可以提供光电输入设备1正常工作时的工作电源，例如，所述电源来自于上述主机，例如PC机的USB接口；或者所述电源来自纽扣电池或充电电池，或者所述控制装置132辅助设置一充电模块，通过AC电源来对其进行充电从而提供工作用的电源。

此外，所述发射装置的多个发射单元101呈“L”型分布，并且位于X轴方向的发射单元通过转接件111连接至位于Y轴方向的发射单元。应当指出，所述L型分布状态仅说明发射装置中的一部分发射单元与另一部分发射单元各自的延伸方向相互正交，而并不代表L型分布中X轴方向(或Y轴方向)上的发射单元的数目大于Y轴方向(或X轴方向)上的发射单元的数目。较佳地，转接件111也包括一插头和一插槽，并且所述转接件111经由插头连接位于X轴方向的发射单元以及经由插槽连接位于所述Y轴方向的发射单元。在一实施例中，转接件111的插头和插槽均设置一信号传输接口，并且该信号传输接口用于传送光感元件因生成光电流信号或没有生成光电流信号而形成的数字序列信号和接收来自所述控制装置132的控制信号。

图2示出如图1所示的光电输入设备中发射装置与接收装置之间的光学路径示意图。参照图2，以数字标记1011表示图1中的发射单元101(包括发射单元X和发射单元Y)的点激光头，以数字标记1021表示图1中的接收单元102(包括接收单元X和接收单元Y)的光感元件(如激光接收管)。从上述图1所描述的光电输入设备1的结构可知，发射装置中的点激光头1011分布在图2的上侧和左侧，以及接收装置中的激光接收管1021分布在图2的下侧和右侧。在由发射装置和接收装置构成的输入区域中，如果没有任何阻挡的情形下，来自区域上侧和左侧的点激光头1011射出的激光束均能被区域下侧和右侧的激光接收管1021所接收，此时所有的激光接收管1021都产生光电信信号，并形成所有位均为“1”的数字序列。通过该全为1的数字序列，也可推断输入区域中没有任何输入操作行为。

在一优选实施例中，位于X轴方向的接收单元和发射单元相互平行，以及位于Y轴方向的接收单元与发射单元也相互平行。更具体地，位于X轴方向的发射单元中的点激光头1011经由第一光学路径(即竖直向下的方向)将来自点激光头的激光束传输至对应的接收单元1021，并且位于Y轴方向的发射单元中的点激光头1011经由第二光学路径(即水平向右的方向)将来自点激光头的激光束传输至对应的接收单元1021。不难看出，该第一光学路径与该第二光学路径相互垂直。

从图1和图2可知，光电输入设备1包括发射装置、接收装置和控制装置，其组装或拆卸方便，适应性比较广，控制简单。然而，我们应当看到，图1的光电输入设备1采用了太多的点激光头，设备成本相对较高，耗电量较大。为此，作为图1所示光电输入设备1的改进，图3示意性地说明了依据本发明的另一个方面的光电输入设备的结构框图。参照图3，光电输入设备2包括接收装置、第一一字激光发射装置221、第二一字激光发射装置222和控制装置132’。

接收装置包括多个接收单元102’，即接收单元X1、X2以及接收单元Y1、Y2。为描述方便起见，接收单元X1和X2表示X轴方向的接收单元，以及接收单元Y1和Y2表示Y轴方向的接收单元。其中，每一接收单元102’具有多个光感元件，如激光接收管，利用这些激光接收管来接收第一一字激光发射装置221或第二一字激光发射装置222射出的一字激光束。更详细地，当激光接收管接收到上述一字激光束时，产生光电流信号，进而对应到数字信号“1”；当激光接收管因人的手指或其他障碍物阻挡而无法接收点激光头射出的激光束时，没有光电流信号产生，此状态对应到数字信号“0”。在一优选实施例中，类似地，为了将相邻的两个接收单元无缝连接起来，可以对每一接收单元的两端进行接插件设计，例如，接收单元的一端设置成插槽形式，而另一端设置成插头形式，这样就可将接收单元相邻接的其他接收单元均可靠连接在一起。优选地，所述接收单元均包括标准件，并且所述标准件具有插头和/或插槽，通过所述插头和所述插槽中的信号接口电性连接至所述转接件。并且，所述信号接口包括：电源引脚，用于提供电源；接地引脚，用于提供公共接地；时钟引脚，用于提供数据传送时的时钟信号；一个或多个数据引脚，用于串行或并行地传送数据；以及片选引脚，用于提供片选信号，以分别对应于设备启动、发射激光、锁存数据、传送数据等操作指令。对应地，所述转接件包括与所述接收单元相对应的标准件，其中，所述转接件经由所述标准件的插头连接所述接收单元。

第一一字激光发射装置221与接收装置的一端相连接，用于沿第三光学路径(如沿着从左下方到右上方的方向)向接收装置的多个激光接收管发射一字激光束。与图2中所示的光学路径不同，图4中的一字激光发射装置可以将射出的一字激光束传输至多个激光接收管，而图2中的点激光头只能将射出的点激光束传输至对应的一个激光接收管。

类似地，第二一字激光发射装置222与接收装置的另一端相连接，用于沿第四光学路径(如沿着从右下方到左上方的方向)向接收装置的多个激光接收管发射一字激光束。与第一一字激光发射装置221相类似，第二一字激光发射装置222也可以将射出的一字激光束传输至多个激光接收管。

控制装置132’用于控制第一一字激光发射装置221和第二一字激光发射装置222交替发射一字激光束，并根据先后形成的第三光学路径和第四光学路径来采集两个数字序列，并基于这两个数字序列来确定输入区域的实际操作位置。例如，可首先根据两个数字序列来确定因人的手指或障碍物阻挡而无法产生光电流信号的那些激光接收管的位置，然后根据这些激光接收管的位置来进行几何运算，最终得到人的手指或障碍物的阻挡位置，即，输入区域中的输入操作位置。

在一实施例中，第一一字激光发射装置221和第二一字激光发射装置222所发射的一字激光的散射角度均大于90度。

在另一实施例中，接收装置的多个接收单元102’呈“U”型分布，并且位于X轴方向的接收单元通过转接件111’连接至位于Y轴方向的接收单元。

图4示出如图3所示的光电输入设备中发射装置与接收装置之间的光学路径示意图。参照图4，以数字标记1021’表示图4中的接收单元的激光接收管，以数字标记2211表示第一一字激光发射装置，以数字标记2221标识第二一字激光发射装置。从上述图3所描述的光电输入设备2的结构可知，接收装置的激光接收管1021’分布在图4的上侧、左侧和右侧，并且第一一字激光发射装置2211和第二一字激光发射装置2221分别位于U型分布的接收装置的两个顶点上。在由发射装置和两个字激光发射装置2211和2221构成的输入区域中，如果没有任何阻挡的情形下，来自左下方和右下方的一字激光发射装置射出的一字激光束均能被区域上侧、左侧和右侧的激光接收管1021’所接收，此时所有的激光接收管1021’都产生光电信信号，并形成所有位均为“1”的数字序列。通过该全为1的数字序列，也可推断输入区域中没有任何输入操作行为。

再次参照图4，当控制装置132’在某一时刻发出第一控制信号，指示位于输入区域A处的第一一字激光发射装置2211发射激光束，当人的手指或其他障碍物在输入区域中的某一点时，位于F点和E点之间的所有激光接收管均无法接收来自该一字激光发射装置2211出射的一字激光束。经过一定的时间间隔，控制装置132’发出第二控制信号，指示位于输入区域B处的第二一字激光发射装置2221发射一字激光束，此时，位于I点和H点之间的所有激光接收管均无法接收来自该一字激光发射装置2221出射的一字激光束。从图中可知看出，由第二一字激光发射装置2221发射的一字激光束既不能被Y轴方向上从I点到D点的激光接收管接收，也不能被X轴方向上从D点到H点的激光接收管接收。当进行几何运算时，可以根据第一一字激光发射装置2211形成的光学路径以及第二一字激光发射装置2221形成的光学路径来定位人的手指或障碍物的输入操作位置的坐标。应当指出，控制装置132’交替控制第一一字激光发射装置2211和第二一字激光发射装置2221发射一字激光束的时间间隔不能短于人的手指或障碍物在该输入操作位置所停留的时间间隔。由图3和图4可知，采用一字激光发射装置来发射一字激光束时，可以节约大量的点激光头，设备成本低、耗电量小并且调试简单。

本领域的普通技术人员应当理解，本发明的光电输入设备既可以适用于虚拟触摸屏、虚拟的电脑键盘、虚拟的手机键盘，而且还可适用于虚拟的电子琴键盘及其它便携式的输入设备。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。装置权利要求中陈述的多个单元或装置也可以由一个单元或装置通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

上文中，参照附图描述了本发明的具体实施方式。但是，本领域中的普通技术人员能够理解，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，还可以对本发明的具体实施方式作各种变更和替换。这些变更和替换都落在本发明权利要求书所限定的范围内。

Claims

1.一种光电输入设备，适于便携式地组装或拆卸，其特征在于，所述光电输入设备包括：

2.根据权利要求1所述的光电输入设备，其特征在于，所述多个发射单元呈“L”型分布，并且位于第一方向的发射单元通过转接件连接至位于第二方向的发射单元。

3.根据权利要求1所述的光电输入设备，其特征在于，所述发射单元和所述接收单元均包括第一标准件，并且所述第一标准件具有插头和/或插槽，通过所述插头和所述插槽中的信号接口电性连接至所述转接件。

4.根据权利要求3所述的光电输入设备，其特征在于，所述信号接口包括：电源引脚，用于提供电源；接地引脚，用于提供公共接地；时钟引脚，用于提供数据传送时的时钟信号；一个或多个数据引脚，用于串行或并行地传送数据；以及片选引脚，用于提供片选信号，以分别对应于设备启动、发射激光、锁存数据、传送数据等操作指令。

5.根据权利要求3所述的光电输入设备，其特征在于，所述转接件包括与所述发射单元和所述接收单元相对应的第二标准件，其中，所述转接件经由所述第二标准件的插头连接位于所述第一方向的发射单元以及经由所述第二标准件的插槽连接位于所述第二方向的发射单元。

6.根据权利要求2所述的光电输入设备，其特征在于，所述多个接收单元呈“L”型分布，并且位于所述第一方向的接收单元和发射单元相互平行，以及位于所述第二方向的接收单元与发射单元也相互平行。

7.根据权利要求6所述的光电输入设备，其特征在于，

位于所述第一方向的发射单元中的点激光头经由第一光学路径将所述点激光束传输至对应的接收单元，并且位于所述第二方向的发射单元中的点激光头经由第二光学路径将所述点激光束传输至对应的接收单元，

其中，所述第一光学路径与所述第二光学路径相互垂直。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的光电输入设备，其特征在于，所述光电输入设备包括虚拟触摸屏、虚拟的电脑键盘、虚拟的手机键盘、虚拟的电子琴键盘及其它便携式的输入设备。

9.一种光电输入设备，适于便携式地组装或拆卸，其特征在于，所述光电输入设备包括：

10.根据权利要求9所述的光电输入设备，其特征在于，所述第一一字激光发射装置和所述第二一字激光发射装置所发射的一字激光束的散射角度均大于90度。

11.根据权利要求9所述的光电输入设备，其特征在于，所述接收装置的多个接收单元呈“U”型分布，并且位于第一方向的发射单元通过转接件连接至位于第二方向的发射单元。

12.根据权利要求9所述的光电输入设备，其特征在于，所述发射单元和所述接收单元均包括第三标准件，并且所述第三标准件具有插头和/或插槽，通过所述插头和所述插槽中的信号接口电性连接至所述转接件。

13.根据权利要求12所述的光电输入设备，其特征在于，所述信号接口包括：电源引脚，用于提供电源；接地引脚，用于提供公共接地；时钟引脚，用于提供数据传送时的时钟信号；一个或多个数据引脚，用于串行或并行地传送数据；以及片选引脚，用于提供片选信号，以分别对应于设备启动、发射激光、锁存数据、传送数据等操作指令。

14.根据权利要求12所述的光电输入设备，其特征在于，所述转接件包括与所述发射单元和所述接收单元相对应的第四标准件，其中，所述转接件经由所述第四标准件的插头连接位于所述第一方向的发射单元以及经由所述第四标准件的插槽连接位于所述第二方向的发射单元。

15.根据权利要求9至14中任一项所述的光电输入设备，其特征在于，所述光电输入设备包括虚拟触摸屏、虚拟的电脑键盘、虚拟的手机键盘、虚拟的电子琴键盘及其它便携式的输入设备。