CN103092357A

CN103092357A - 一种扫描定位的实现方法及投影键盘装置

Info

Publication number: CN103092357A
Application number: CN2013100110134A
Authority: CN
Inventors: 罗富强
Original assignee: SHENZHEN YUHENG INTERACTIVE TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd
Current assignee: SHENZHEN YUHENG INTERACTIVE TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd
Priority date: 2013-01-11
Filing date: 2013-01-11
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2033-01-11
Also published as: CN103092357B

Abstract

本发明公开了一种扫描定位的实现方法及投影键盘装置，该扫描定位的实现方法包括：控制运算单元通过信号控制投影扫描镜的镜面偏转来将内部光源所发射的光扫描在第一投影面上，以投影出键盘图案；控制运算单元通过信号控制光发射扫描镜的镜面偏转来将内部光源所发射的光扫描在第二投影面上，以扫描按键点；控制运算单元通过信号控制光接收扫描镜的镜面偏转来接收每一按键点处反射回的光；光接收单元将光信号转换成电信号；控制运算单元计算手指反射点处的相对坐标，并将相对坐标与数据库中相应的键盘图案所对应的定位数据进行对比，以获得手指反射点处的按键动作信息。实施本发明的技术方案，减少前后排按键点的反射干扰，提高了定位精度。

Description

一种扫描定位的实现方法及投影键盘装置

技术领域

本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种投影键盘装置及扫描定位的实现方法。

背景技术

目前基于MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems，微机电系统）扫描镜（mirror）的投影仪已初步得到应用，二维MEMS扫描镜由反射镜和使反射镜绕X轴和Y轴高速转动的制动器构成。MEMS扫描镜通过角度可控的反射镜将激光或其它可见光源扫描式地反射在屏幕上就实现了投影显示。

目前的投影键盘多数利用摄像头直接捕捉反射光线，但这种方法很容易误判，实用性不强，也有利用固定的镂刻片投影固定模式的键盘，无法小型化，另外这种方式无法改变投影大小和形状，限制了用户的使用灵活性。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述易误判的缺陷，提供一种干扰小、精度高的投影键盘装置及扫描定位的实现方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种扫描定位的实现方法，包括：

A．控制运算单元通过信号控制投影扫描镜的镜面偏转来将内部光源所发射的光扫描在第一投影面上，以投影出键盘图案；

B．控制运算单元通过信号控制光发射扫描镜的镜面偏转来将内部光源所发射的光扫描在第二投影面上，以扫描所述键盘图案的按键点，且第二投影面位于第一投影面之上；

C．控制运算单元通过信号控制光接收扫描镜的镜面偏转来接收每一所述按键点处反射回的光，再将所接收的光反射到光接收单元；

D.光接收单元将所接收的光信号转换成电信号；

E．控制运算单元根据转换后的电信号计算手指反射点处的相对坐标，并将所述相对坐标与数据库中相应的键盘图案所对应的定位数据进行对比，以获得手指反射点处的按键动作信息。

在本发明所述的扫描定位的实现方法中，在步骤A之前还包括：

平面传感器单元监测投影扫描镜、光发射扫描镜和光接收扫描镜的距离和角度，并将监测信息发送至控制运算单元；

控制运算单元根据监测信息分别向投影扫描镜、光发射扫描镜和光接收扫描镜发送控制信号，以分别调整投影扫描镜、光发射扫描镜和光接收扫描镜的镜面偏转。

在本发明所述的扫描定位的实现方法中，在步骤B中，在投影按键点时，光发射扫描镜在不同按键点所反射的光调制信号不同。

在本发明所述的扫描定位的实现方法中，在所述步骤E中，控制运算单元根据转换后的电信号，通过比较所接收的光信号的峰值强度来判断是否有按键按下，且通过对所接收的光调制信号进行解调来获得手指反射点处的相对坐标。

在本发明所述的扫描定位的实现方法中，在所述步骤E中，控制运算单元根据转换后的电信号，通过计算手指反射点处光发射扫描镜的发射时间和光接收扫描镜的接收时间来判断是否有按键按下，且通过对所接收的光调制信号进行解调来获得手指反射点处的相对坐标。

在本发明所述的扫描定位的实现方法中，第二投影面比第一投影面高0～5毫米。

本发明还构造一种投影键盘装置，包括：控制运算单元、至少一个投影扫描镜、至少一个光发射扫描镜、至少一个光接收扫描镜和光接收单元，而且，

控制运算单元通过信号控制投影扫描镜的镜面偏转来将内部光源所发射的光扫描在第一投影面上，以投影出键盘图案；

控制运算单元通过信号控制光发射扫描镜的镜面偏转来将内部光源所发射的光扫描在第二投影面上，以扫描所述键盘图案的按键点，且第二投影面位于第一投影面之上；

控制运算单元通过信号控制光接收扫描镜的镜面偏转来接收每一所述按键点处反射回的光，再将所接收的光反射到光接收单元；

光接收单元将所接收的光信号转换成电信号；

控制运算单元根据转换后的电信号计算手指反射点处的相对坐标，并将所述相对坐标与数据库中相应的键盘图案所对应的定位数据进行对比，以获得手指反射点处的按键动作信息。

在本发明所述的投影键盘装置中，所述投影键盘还包括：

平面传感器单元，用于监测投影扫描镜、光发射扫描镜和光接收扫描镜的距离和角度，并将监测信息发送至控制运算单元；

所述控制运算单元，还用于根据监测信息分别向投影扫描镜、光发射扫描镜和光接收扫描镜发送控制信号，以分别调整投影扫描镜、光发射扫描镜和光接收扫描镜的镜面偏转。

在本发明所述的投影键盘装置中，在投影按键点时，光发射扫描镜在不同按键点所反射的光调制信号不同。

在本发明所述的投影键盘装置中，所述控制运算单元根据转换后的电信号，通过比较所接收的光信号的峰值强度来判断是否有按键按下，且通过对所接收的光调制信号进行解调来获得手指反射点处的相对坐标。

在本发明所述的投影键盘装置中，所述控制运算单元根据转换后的电信号，通过计算手指反射点处光发射扫描镜的发射时间和光接收扫描镜的接收时间来判断是否有按键按下，且通过对所接收的光调制信号进行解调来获得手指反射点处的相对坐标。

在本发明所述的投影键盘装置中，所投影出的键盘图案为：标准键盘、简易键盘、鼠标图、游戏手柄图；或者，

所投影出的键盘图案为单图或多图。

在本发明所述的投影键盘装置中，所述投影键盘装置包括用于支撑手机或平板电脑且与手机或平板电脑电连接的投影架，所述投影架包括旋转连接的横杆和竖杆，而且，所述至少一个投影扫描镜设置在投影架的竖杆上，所述至少一个光发射扫描镜和至少一个光接收扫描镜设置在投影架的横杆上。

在本发明所述的投影键盘装置中，所述控制运算单元、至少一个投影扫描镜、至少一个光发射扫描镜和光接收单元集成在手机、平板电脑中。

实施本发明的技术方案，光发射扫描镜、光接收扫描镜专门对每个按键点进行扫描，即一发一收，不仅能量消耗少，还能保证每个按键点处的反射光的反射强度保持一致，减少前后排按键点的反射干扰，提高了定位精度。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明投影键盘装置实施例一的逻辑图；

图2是本发明投影键盘装置实施例二的逻辑图

图3是本发明扫描定位的实现方法实施例一的流程图；

图4是本发明扫描定位的实现方法实施例二的流程图。

具体实施方式

如图1所示，在本发明投影键盘装置实施例一的逻辑图中，该投影键盘装置包括：控制运算单元10、投影扫描镜20、光发射扫描镜30、光接收扫描镜40和光接收单元50。在此说明的是，图中虽然仅示出了一个投影扫描镜20、光发射扫描镜30、光接收扫描镜40，但在实际应用中，可根据实际需要设置多个投影扫描镜20、光发射扫描镜30、光接收扫描镜40，而且，光发射扫描镜30、光接收扫描镜40成对出现，且扫描频率同步。在该投影键盘中，控制运算单元10通过信号控制投影扫描镜20的镜面偏转来将内部光源所发射的光扫描在第一投影面上，以投影出键盘图案，所投影出的键盘图案例如为：标准键盘、简易键盘、鼠标图、游戏手柄图，可以是单图或多图；控制运算单元10通过信号控制光发射扫描镜30的镜面偏转来将内部光源所发射的光扫描在第二投影面上，以扫描所述键盘图案的按键点，且第二投影面位于第一投影面之上，例如，第二投影面比第一投影面高0～5毫米；控制运算单元10通过信号控制光接收扫描镜40的镜面偏转来接收每一所述按键点处反射回的光，再将所接收的光反射到光接收单元50；光接收单元50将所接收的光信号转换成电信号，光线接收单元例如是激光接收单元、红外接收器、COMS摄像头等；控制运算单元10根据转换后的电信号计算手指反射点处的相对坐标，并将所述相对坐标与数据库中相应的键盘图案所对应的定位数据进行对比，以获得手指反射点处的按键动作信息。因此，可实现投影键盘，而且，还能够根据实际需要设置投影键盘的投射类型，通过与内部数据库的关联，实现无限多种投影键盘的切换与应用。另外，光发射扫描镜30、光接收扫描镜40专门对每个按键点进行扫描，即一发一收，不仅能量消耗少，还能保证每个按键点处的反射光的反射强度保持一致，减少前后排按键点的反射干扰。

图2是本发明投影键盘装置实施例二的逻辑图，相比图1所示的实施例一，所不同的仅是，该实施例的投影键盘装置还包括平面传感器单元60，该平面传感器单元60用于监测投影扫描镜20、光发射扫描镜30和光接收扫描镜40的距离和角度，并将监测信息发送至控制运算单元10。然后，控制运算单元10还用于根据监测信息分别向投影扫描镜20、光发射扫描镜30和光接收扫描镜40发送控制信号，以分别调整投影扫描镜20、光发射扫描镜30和光接收扫描镜40的镜面偏转。

在本发明投影键盘装置的一个优选实施例中，在投影按键点时，光发射扫描镜在不同按键点所反射的光调制信号不同，从而可提高抗外来光干扰的能力，例如，具体为：控制运算单元根据转换后的电信号，通过比较所接收的光信号的峰值强度来判断是否有按键按下，且通过对所接收的光调制信号进行解调来获得手指反射点处的相对坐标。或者，控制运算单元根据转换后的电信号，通过计算手指反射点处光发射扫描镜的发射时间和光接收扫描镜的接收时间来判断是否有按键按下，且通过对所接收的光调制信号进行解调来获得手指反射点处的相对坐标。

下面说明该投影键盘装置实现投影键盘的原理：投影扫描镜由至少一片MEMS扫描镜A构成，投影扫描镜将至少一个激光或其它可见光点反射到一个平面，投影扫描镜在控制运算单元（例如，单片机）的控制下扫描出一个键盘图案。定位扫描镜由至少一对MEMS扫描镜B/C构成，其中一对MEMS扫描镜包括光发射扫描镜和光接收扫描镜。光发射扫描镜将至少一个激光或红外光点或者其它不可见光反射到同一个平面范围内，光发射扫描镜在控制运算单元的控制下扫描出虚拟的键盘图案的按键点，按键点所形成的平面比键盘图案平面高0～5毫米。平面传感器单元由MEMS加速度传感器和/或陀螺仪构成，该平面传感器单元用来监测并自动调节MEMS扫描镜B/C的水平角度，例如，具体为：将该投影键盘装置水平放置在桌面上，检测出桌面的基准，然后再将该投影键盘装置安装成需要投影工作位置，此时检测的加速度的姿态角的变化或陀螺仪角度变化与内部标准校验值想比较，然后控制MEMS扫描镜做同样的角度调整。控制运算单元由单片机构成，主要用来控制所有光源、MEMS扫描镜A/B/C，并检测平面传感器单元、光接收单元，然后对接收到的光点及所带有的数字信息进行运算及判断，再将运算结果通过接口传送到外部装置（例如手机或平板电脑），或通过接口接收外部命令用于控制键盘图案的模式。当用户利用手指或其它装置（这里以手指为例）点击投影键盘的按键时，点击的位置被光发射扫描镜反射出的光点照射到，手指反射光点被同样扫描到光点位置的光接收扫描镜检测到，然后将光点再反射到光接收单元。光接收单元接收到光点后，通过对光点的峰值强度的比较，对光点调制信号的解调的判断及所带有数字信息，确定信号是否正确及定位信息。然后结合扫描点位置数据判断按键位置是否有手指点下。也可以通过计算光点发射时间和接收时间来计算按键的位置远近进行定位。例如利用计算一发一收调制光中的数字信号的位数来判断远近，防止在前后按键时造成的干扰。或其他現有光測距裝置或方法协助定位。最后，将结果在数据库中查找到对应的按键编号发送到外部装置，以实现键盘控制功能。

在其它的一些实施例中，可在投影键盘装置的外部上设置开关，该开关与控制运算单元连接，可用于控制投影扫描镜和光源，这样就能任意改变投影的键盘图案的形状及图案，改变投影形状与扫描定义相对应。比如：用于文字输入可以输出键盘图；用于游戏可以输出游戏手柄图；用于光标控制可以输出鼠标图。可以是单图也可以是多图，比如：键盘图案可以是一体的，也可以是分开的（例如，左手一块键盘图案，右手一块键盘图案），还可以左右各一个完整的键盘图案（也即两个或多个键盘同时投影）。因此，在实际应用中，可根据投影面积的大小，采用单片或多片投影扫描镜。

另外，光发射扫描镜所发射的光带有数字信息，可以是扫描不同的键时带不同的信息，如按键的ASCII或针对按键与位置的1对1对应编码，也可以是时间信息，或随时间变动的数据，或人工编辑或手动输入的信息等等。

在本发明投影键盘的一个具体实施例中，投影键盘装置包括用于支撑手机或平板电脑的投影架，投影架包括旋转连接的横杆（定位杆）和竖杆（成像杆），而且，至少一个投影扫描镜设置在投影架的竖杆上，至少一个光发射扫描镜和至少一个光接收扫描镜设置在投影架的横杆上。成像杆上还有一个侧腿用于支撑投影架在桌面上平稳摆放，侧腿可以收在成像杆里面，成像杆与定位杆又可以旋转90度并在一起，方便存放。另外，成像杆在打开与定位杆呈90度时，还能前后转动，以便调节投影成像的大小。在90度夹角内侧的两杆上各有一凹槽，方便用于摆放手机、平板电脑等物品。使用时，将成像杆从定位杆并列位置拉开呈90度，当投影架与手机、平板电脑组合并且放置在桌面上后，将投影架接口连接到手机或平板电脑接口上，外部手机或平板电脑将通过接口对投影架提供电源，投影架还可以通过接口实现数据下载和升级。这样，该投影架可方便地固定手机、平板电脑等，方便与任意不带投影键盘的控制显示屏组合使用。另外，用户可以通过调节成像杆来改变投影图像大小，在调节时，成像杆内部的平面传感器单元随时在检测投影扫描镜的姿态变化，并将数据传送给控制运算单元，控制运算单元根据角度的变化调节投影出的键盘图案的变形，并且计算出键盘图案的边界及各按键点的位置坐标，坐标数据会通过相关算法转化为光发射扫描镜和光接收扫描镜的水平扫描控制参数，保持定位扫描位置坐标与成像坐标的一致性。因此，用户可通过对竖杆绕横杆做前后倾斜调整，来改变投影出的键盘图案的大小。在按键扫描时，控制运算单元根据预先存储的定位数据以及各个扫描镜控制参数，按设定好的频率依次控制光发射扫描镜和光接收扫描镜对投影出的键盘的每个键如同一对眼睛一样进行“注视”，一个发射光波，一个接收光波，光波被调制了数字信息，接收到的光波反射到光接收单元，解码后传给控制运算单元，根据光的强度、解码信息对比，以及结合扫描坐标可以判断出是否有按键被按下。具体扫描例如为：由于投影出的键盘图案的定位坐标转化为扫描控制信号，所以扫描按键的坐标与投影出的键盘图案上的按键坐标一致，扫描定位依次扫描每一个按键，眼睛看到的按键位置也就是扫描的位置。手指在按键位置点下，由于扫描面与桌面很近，所以在点到桌面时才算按键按下，在为点到时，由于光束很细，所以散射很小，散射的光经手指反射后被光接收扫描镜收到的光很微弱，当手指点到桌面上时，光线被直接别手指反射，接收到的光线很强。由于扫描速度很快，所以后指点到桌面时，扫描线有可能在扫描其它的按键，在扫描手指旁边或后面的按键时，虽然可能扫描线会在手指上被反射，但由于光发射扫描镜和光接收扫描镜焦距对应的目标不在手指位置，所以由于角度的偏差，被反射的光线强度也不及扫描到手指按键时的反射光强，同时还由于每个按键扫描光所带的编码不一样，手指在按下时快速的扫描在一个周期内经过了很多次，所以很容易判断出最强的反射，强反射加特别的光线编码与弱反射加其它编码相比，这就很容易判断出那个键别按下，而不容易混淆。

平面传感器单元包括加速度和/或陀螺仪构成的角度侦测单元，加速度传感器和/或陀螺仪本身所在的内部安装位置与投影架成一定角度，当投影架固定好后，侦测投影架竖杆的倾斜位置，并且将数据传送到控制运算单元。同时，控制运算单元通过内部程序根据投影角度的变化做相应修正，使得竖杆上的投影扫描镜与横杆上的光发射扫描镜和光接收扫描镜相协调，以实现投影与定位的同步，而且，保证键盘图案的几何特性或美观要求。

另外，投影架上可设有至少一个按键和至少一个LED指示灯，通过控制运算单元的控制，可实现某个/些按键启动投影架的工作，某个/某些按键能够选择键盘显示模式，如标准电脑键盘、简易键盘、游戏手柄、鼠标等，当然，也可以通过读取与之相接的手机或平板电脑进入的功能换面来自动转换投影键盘的显示图。另外，可实现至少一个LED显示投影架的工作状态。

在本发明投影键盘的另一个具体实施例中，控制运算单元、至少一个投影扫描镜、至少一个光发射扫描镜和光接收单元集成在手机、平板电脑中。在这种情况下，手机或平板电脑需要配一个用于支撑的固定架，固定架可以是机身附带的，也可以是一种独立的辅助架。

通过实施本发明的投影键盘装置，由于本发明投影键盘装置所投影的距离短、范围小，所以亮度能够完全保证。定位方面水平架可用单维MEMS扫描镜，手机用二维MEMS扫描镜。在使用投影架时，因为投影架摆放时与所在的平面位置时固定的，所以可以不需要检测在平面上的角度；在集成到手机或平板电脑内部时，由于手机或平板电脑在平面上的角度不固定，此时需要侦测判断在平面上的角度。在检测反射光时，可以采用判断峰值与数据库内保存的校验值比较，或增加停留时间判断，以及亮度由小到峰值再变小等多种手段判断按键的有效性，必要时需要校验最大值。另外，为排除干扰，还可以利用增加透镜的方法让光束更小，减小散射面。对于组合键的判断，可以要求用户先按后指，再按下前指，松开时先松开前，再松后指。还可以根据多手指的组合变化来控制键盘图形的移动、拖拉、旋转等等。（如：键盘位置及大小可以用手指拖拉、旋转等）。此外还需说明的是，扫描定位可以是与桌面平行的方式，也可以是准确对应按键位的方式，准确对应按键位的方式，则要求扫描镜需要作二维的扫描。

图3是本发明扫描定位的实现方法实施例一的流程图，该扫描定位的实现方法包括：

B．控制运算单元通过信号控制光发射扫描镜的镜面偏转来将内部光源所发射的光扫描在第二投影面上，以扫描所述键盘图案的按键点，且第二投影面位于第一投影面之上，例如，第二投影面比第一投影面高0～5毫米；

D.光接收单元对所接收的光信号转换成电信号；

图4是本发明扫描定位的实现方法实施例二的流程图，该实施例与图3所示的实施例相比，所不同的仅是，在步骤A之前还包括：

F.平面传感器单元监测投影扫描镜、光发射扫描镜和光接收扫描镜的距离和角度，并将监测信息发送至控制运算单元；

G.控制运算单元根据监测信息分别向投影扫描镜、光发射扫描镜和光接收扫描镜发送控制信号，以分别调整投影扫描镜、光发射扫描镜和光接收扫描镜的镜面偏转。

优选地，在本发明扫描定位的实现方法的步骤B中，在投影按键点时，光发射扫描镜在不同按键点所反射的光调制信号不同。控制运算单元在计算手指反射点处的相对坐标时，可根据转换后的电信号，通过比较所接收的光信号的峰值强度来判断是否有按键按下，且通过对所接收的光调制信号进行解调来获得手指反射点处的相对坐标；或者，根据转换后的电信号，通过计算手指反射点处光发射扫描镜的发射时间和光接收扫描镜的接收时间来判断是否有按键按下，且通过对所接收的光调制信号进行解调来获得手指反射点处的相对坐标。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims

1.一种扫描定位的实现方法，其特征在于，包括：

D.光接收单元将所接收的光信号转换成电信号；

2.根据权利要求1所述的扫描定位的实现方法，其特征在于，在步骤A之前还包括：

3.根据权利要求1所述的扫描定位的实现方法，其特征在于，在步骤B中，在投影按键点时，光发射扫描镜在不同按键点所反射的光调制信号不同。

4.根据权利要求3所述的扫描定位的实现方法，其特征在于，在所述步骤E中，控制运算单元根据转换后的电信号，通过比较所接收的光信号的峰值强度来判断是否有按键按下，且通过对所接收的光调制信号进行解调来获得手指反射点处的相对坐标。

5.根据权利要求3所述的扫描定位的实现方法，其特征在于，在所述步骤E中，控制运算单元根据转换后的电信号，通过计算手指反射点处光发射扫描镜的发射时间和光接收扫描镜的接收时间来判断是否有按键按下，且通过对所接收的光调制信号进行解调来获得手指反射点处的相对坐标。

6.根据权利要求1所述的扫描定位的实现方法，其特征在于，第二投影面比第一投影面高0~5毫米。

7.一种投影键盘装置，其特征在于，包括：控制运算单元、至少一个投影扫描镜、至少一个光发射扫描镜、至少一个光接收扫描镜和光接收单元，而且，

光接收单元将所接收的光信号转换成电信号；

8.根据权利要求7所述的投影键盘装置，其特征在于，所述投影键盘还包括：

9.根据权利要求7所述的投影键盘装置，其特征在于，在投影按键点时，光发射扫描镜在不同按键点所反射的光调制信号不同。

10.根据权利要求9所述的投影键盘装置，其特征在于，所述控制运算单元根据转换后的电信号，通过比较所接收的光信号的峰值强度来判断是否有按键按下，且通过对所接收的光调制信号进行解调来获得手指反射点处的相对坐标。

11.根据权利要求9所述的投影键盘装置，其特征在于，所述控制运算单元根据转换后的电信号，通过计算手指反射点处光发射扫描镜的发射时间和光接收扫描镜的接收时间来判断是否有按键按下，且通过对所接收的光调制信号进行解调来获得手指反射点处的相对坐标。

12.根据权利要求7所述的投影键盘装置，其特征在于，所投影出的键盘图案为：标准键盘、简易键盘、鼠标图、游戏手柄图；或者，

所投影出的键盘图案为单图或多图。

13.根据权利要求7所述的投影键盘装置，其特征在于，所述投影键盘装置包括用于支撑手机或平板电脑且与手机或平板电脑电连接的投影架，所述投影架包括旋转连接的横杆和竖杆，而且，所述至少一个投影扫描镜设置在投影架的竖杆上，所述至少一个光发射扫描镜和至少一个光接收扫描镜设置在投影架的横杆上。

14.根据权利要求7所述的投影键盘装置，其特征在于，控制运算单元、至少一个投影扫描镜、至少一个光发射扫描镜和光接收单元集成在手机、平板电脑中。