CN105468209A - 输入设备的虚拟二维定位模块及虚拟输入设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种输入设备的虚拟二维定位模块及虚拟输入设备，其中，输入设备的虚拟二维定位模块包含一红外线激光光源、至少两个线性传感器及一控制器，其放置在一平面上使用，其中，该红外线激光光源对外投射一水平的红外线激光，并使该水平的红外线激光在该平面的上方形成一靠近并平行于该平面且占据一区域范围的二维光幕；该至少两个线性传感器相隔一预设距离而分开设立，用以分别感应一使用者的控制件进入该二维光幕范围内时因阻挡该红外线激光而造成的反射光，并因而各产生一线性位置信号；该控制器用以接收该至少两个线性传感器所感应得到的线性位置信号并进行运算，以运算得出该控制件在该二维光幕范围中所对应的二维坐标位置。
Description
技术领域
本发明涉及一种输入设备的虚拟二维定位模块，尤指一种利用一红外线激光光源(IRlaserlight)、至少两个线性传感器(linearlinesensor)及一控制器所构成的二维定位模块。本发明还涉及一种虚拟输入设备，尤指一种具有面具或头盔造型外壳的虚拟输入设备。
背景技术
本发明涉及一种输入设备的虚拟二维定位模块，其中该输入设备指一传输界面通过输入数据以驱使一相配合的应用装置进行工作，例如通称的用户界面(userinterface)或人机界面(HID，HumanInterfaceDevice)等传输界面。目前以一用户界面的系统架构或其应用领域而言，可分为触控式及遥控式两种不同使用型态。
触控式用户界面包含多种不同的触控系统及方法，如电阻式(Resistive)、电容式(Capacitive)、表面声波式(SAW，SurfaceAcousticWave)、红外光式(IR，Infrared)、光学式(opticalimaging)等，其通过控制件如手指或触控笔直接触摸在一触控式显示屏上，以控制该显示器的各项功能，如点选作业、切换画面、放大/缩小画面或触控游戏等，用以取代一般常见的按键式或游戏杆式控制方式。
其中在光学式触控系统方面包含US2009/0200453、US7,538,759、US7,692,625、US7,629,967等现有技术，其在一面板(显示屏)的四侧框边或四角处设一光源，如LED光源，用以在该面板上形成一光幕，并于该面板的四周缘框边上设置相互垂直的反光条或吸光条及至少两个感测方向交错的传感器(camera)，当一控制件如手指或触控笔触摸在该面板上时，该控制件可对该光幕造成光的散射或遮断，此时通过该反光条的反射作用或吸光条的吸收作用，即可通过该至少两个传感器感测得知该控制件的至少两个方向的相对位置，再通过一处理器的运算功能得知该控制件在该面板上的实际位置坐标，以实现该光学触控系统的使用功能；换言之，现有的光学式触控系统利用该至少两个传感器(camera)的感测功能及该处理器的运算功能，可在该面板上产生一种二维定位功能。但是，现有的光学式触控系统大都采用LED光源，而LED光并非高同调性(highlycoherentlight)光源，且易受外在杂光影响，故无法有效提高触控的灵敏度，又整个系统架构必须配合反光条或吸光条使用，以致有边框的限制，且易有灰尘及脏污黏着在边框上而影响触控功能，故其系统架构较为复杂，成本相对增加，系统稳定性也受到影响，相对降低使用效率，因此，现有的光学式触控系统所具有的二维定位功能的技术并无法直接应用并作为本发明中的输入设备的二维定位模块。
此外，在利用投影技术构成一虚拟的输入设备如虚拟键盘(virtualkeyboard)的相关技术领域中，已存有相当多现有技术，包含：US5,168,531、US5,198,877、US5,448,263、US5,617,312、US5,627,565、US5,767,842、US5,798,519、US5,933,132、US5,969,698、US6,037,882、US6,043,805、US6,104,387、US6,115,128、US6,229,913、US6,252,598、US6,266,048、US6,281,878、US6,323,942、US6,424,334、US6,512,838、US6,522,312、US6,614,422、US6,690,354、US6,690,618、US6,710,770、US7,006,236、US7,050,177、US7,151,530、US2012/0162077、US2014/0055364等；以US6,614,422、US2012/0162077、US2014/0055364为例说明，其公开了一种利用一虚拟输入设备(virtualinputdevice)，如虚拟键盘或虚拟鼠标用以输入数据的系统及方法。但是，上述现有技术在实际应用上仍存在系统架构较复杂及不易微型化等缺点，以致不利于导入各种输入设备的应用而影响使用效率。
此外，遥控式用户界面利用一特征物体(控制件)，如手势或人体一部位，使其在一X、Y、Z三维空间产生相对位置及动作的变化，以通过遥控方式控制该显示器的各项功能，即该特征物体(控制件)不直接触摸在该显示屏上。目前遥控式用户界面的现有技术包含：WO03/071410、US7,348,963、US7,433,024、US6,560,019、US2008/0240502、US2008/0106746、US2009/0185274、US2009/0096783、US2009/0034649、US2009/0185274、US2009/0183125、US2010/0020078等，及TW200847061、TW201033938、TW201003564、TW201010424、TW201112161等。现有的遥控式用户界面虽然具有三维定位功能，但在应用上存在以下不足：(1)现有的遥控式用户界面一般采用两个影像撷取镜头(camera)来撷取该特征物体(控制件)在三维空间(X-Y-Z)中的相对位置及/或动作变化的影像，以进行坐标定位运算(即具有三维定位功能)，因设有影像撷取镜头(camera)，故在应用时存在被盗摄的安全性风险；(2)该坐标定位运算相对造成其控制器的运算量增多且软件复杂化；(3)相关构成元件较多，无法有效降低制造成品；(4)所采用的构成元件如两个影像撷取镜头(camera)或红外线光源在安排设置时，须面向一有效范围较大的三维空间(X-Y-Z)，导致各构成元件的设置位置的相对高度较高，故不易或无法微型化。因此，现有的遥控式用户界面的系统架构无法或不利于被直接导入各种输入设备应用，尤其不利于具有二维定位功能的输入设备或其应用，例如配合其他投影装置所构成的虚拟键盘、虚拟开关、门禁系统等。
由上可知，在一输入设备的二维定位模块及其应用的技术领域中，亟需发展一种能避免被盗摄的安全性风险、能简化控制器的运算量、能降低制造成品、能微型化设计，且有利于导入各种输入设备应用的二维定位模块。另外，体积小、低噪音且易于携带一直是电子产品的发展趋势，其一般常搭配有一实体输入设备，此实体输入设备可以包含文字或数字输入键，如键盘输入设备、号码键盘输入设备，或包含左、右键，如鼠标输入设备等实体输入设备，以供用户敲击以输入相关信息，而实体输入设备所能够减少的空间极为有限。虽然另有可替代的输入设备如手写板、语音、光笔等，但是对于习惯使用前述输入设备的众多用户而言，利用键盘或鼠标输入的使用习惯仍难以由其他方式所取代。
因此，例如有所谓虚拟键盘(virtualkeyboard)的产品出现，其利用全像摄影或用光学扫描的方式产生“固定”的键盘影像，再利用检知光束来侦测用户在虚拟键盘上所输入的操作命令，如此使用者便只须携带一个投射装置，就可以达到操作键盘输入的效果，并兼具无噪音、不占空间及可携带的优点，还可以摆放在任何地方来进行输入。
尽管这样子的产品已经在市面上开始售卖了，但是此现有的技术并未针对改变结构来增进其外观的美感与装饰性，对使用者来说，显然不是一项具有吸引力的产品，因此，如何在其基本硬件架构下，寻找较高的附加价值，的确是当前一个值得思考的问题。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种输入设备的虚拟二维定位模块，其包含：一红外线激光光源(IRlaserlight)，供对外投射以形成一二维(X-Y)光幕；至少两个线性传感器(linearlinesensor)，至少两个线性传感器为定距分开设立，供分别感应一使用者的控制件(如手指)进入该二维光幕范围内时所造成的反射光，并因而各产生一线性位置信号；及一控制器，如MCU(microcontrollerunit)，供可接收该至少两个线性传感器所感应得到的线性位置信号并进行运算，以运算得出该控制件在该二维(X-Y)光幕范围中所对应的二维坐标位置，以实现虚拟二维定位功效，并能够避免现有技术因采用影像撷取镜头(camera)而易被盗摄的安全性风险、减少控制器的运算量、降低制造成品、微型化模块设计等优点，有利于导入各种输入设备的应用，如配合一投影装置以构成一输入设备，如虚拟键盘(virtualkeyboard)、门禁系统、虚拟鼠标(virtualmouse)、虚拟开关(virtualswitch)等，以扩大该二维定位模块及输入设备的应用范围及效益。
在本发明导入应用一输入设备实施例中，本发明提供的输入设备的虚拟二维定位模块可配合一投影装置及/或一启动单元使用，以构成一虚拟键盘(virtualkeyboard)输入设备，其利用该启动单元侦测用户控制件是否靠近，若是，则启动虚拟二维定位模块，并通过虚拟二维定位模块中的该控制器启动该投影装置，以在虚拟二维定位模块形成的二维(X-Y)光幕范围中投影形成一具有键盘布局的虚拟键盘，而当用户的控制件进入对应于该虚拟键盘的二维光幕范围内时，通过虚拟二维定位模块即可得知该控制件在该虚拟键盘(二维光幕范围)中所对应的二维坐标位置，一线虚拟二维定位，并实现该虚拟键盘(二维光幕范围)所预定的系统使用功能，以简化该虚拟键盘输入设备的系统架构。
在本发明导入应用另一输入设备实施例中，本发明提供的输入设备的虚拟二维定位模块可配合一投影装置及/或一启动单元或一感应单元使用，以构成一虚拟号码键盘的密码锁门禁系统，其利用该启动单元以侦测用户控制件是否靠近，或利用该感应单元以侦测/识别用户(如NFC或ID卡)是否配对成功，若是，则启动本发明，并通过虚拟二维定位模块中的该控制器启动该投影装置，以在虚拟二维定位模块形成的二维(X-Y)光幕范围中投影形成一具有号码键盘布局的虚拟号码键盘，而当用户的控制件进入对应于该虚拟号码键盘的二维光幕范围内时，通过本发明提供的虚拟二维定位模块即可得知该控制件在该虚拟号码键盘(二维光幕范围)中所对应的二维坐标位置，实现虚拟二维定位，并实现该密码锁门禁系统的虚拟号码键盘(二维光幕范围)所预定的系统使用功能，以简化该密码锁门禁系统(输入设备)的系统架构。
在本发明导入应用另一输入设备实施例中，本发明提供的输入设备的虚拟二维定位模块可配合一投影装置及/或一启动单元使用，以构成一虚拟鼠标的输入设备，其利用该启动单元侦测用户控制件是否靠近，若是，则启动虚拟二维定位模块，并通过虚拟二维定位模块中的该控制器启动该投影装置，以在虚拟二维定位模块形成的二维(X-Y)光幕范围中投影形成一具有鼠标按键布局的虚拟鼠标，而当用户的控制件进入对应于该虚拟鼠标的二维光幕范围内时，通过本发明提供的虚拟二维定位模块即可得知该控制件在该虚拟鼠标(二维光幕范围)中所对应的二维坐标位置，实现虚拟二维定位，并实现该虚拟鼠标所预定的系统使用功能，以简化该虚拟鼠标输入设备的系统架构。
在本发明导入应用另一输入设备实施例中，本发明提供的输入设备的虚拟二维定位模块可直接配合一投影装置及/或一启动单元使用，以构成一虚拟开关的输入设备，其利用该启动单元以侦测用户控制件是否靠近，若是，则启动虚拟二维定位模块，并通过虚拟二维定位模块中的该控制器启动该投影装置，以在虚拟二维定位模块形成的二维(X-Y)光幕范围中投影形成一具有开关键布局的虚拟开关，而当使用者的控制件进入对应于该虚拟开关的二维光幕范围内时，通过本发明提供的虚拟二维定位模块即可得知该控制件在该虚拟开关(二维光幕范围)中所对应的二维坐标位置，实现虚拟二维定位，并实现该虚拟开关所预定的使用功能，如感应到用户的控制件(如手指)进入对应于该虚拟开关的二维光幕范围内时，该虚拟开关即由原来的“关”状态转变成“开”状态，再次感应到使用者的控制件(如手指)时，该虚拟开关即又由“开”状态转变成“关”状态，以简化该虚拟开关输入设备的系统架构。
在本发明一实施例中，该控制器设有处理器，如微控制器(MCU，MicrocontrollerUnit)或中央处理器(CPU，CentralProcessingUnit)，用以控制该红外线激光光源、该至少两个线性传感器或相配合使用的投影装置或启动单元之间的信号连接及作动关系，如：判断该启动单元的启动信号、启动该投影装置进行投影及检测并接收该至少两个线性传感器的坐标位置信号，以实现本发明及应用本发明的输入设备的系统使用功能。
本发明还提供了一种虚拟输入设备，其克服了现有技术的缺点，具有结构及使用上的优点，且构造简单、经济且易于维护。
为了达到上述目的，本发明提供了一种虚拟输入设备，其放置在一平面上使用，包含一外壳、一光源、至少两个线性传感器以及一投影装置。该外壳的外形轮廓为面具造型或头盔造型，其前侧面为脸部型态并包含有额头部、眼部、脸颊部及口部。该光源容置于该外壳内且对应该外壳的口部，并能通过该口部对外投射，以在该平面的上方形成一二维(X-Y)光幕。该至少两个线性传感器间隔地容置于该外壳内且对应该外壳的脸颊部，并用于分别感应一使用者的控制件在该二维(X-Y)光幕的范围内因阻挡该光源而造成的反射光，并因而各产生一线性位置信号。该投影装置容置于该外壳内且对应该外壳的额头部，并用于在该二维(X-Y)光幕的范围中投影形成一虚拟输入影像，该虚拟输入影像为虚拟键盘输入影像、虚拟号码键盘输入影像或虚拟鼠标输入影像。
在一较佳的实施例中，该虚拟输入设备进一步包含一控制器和两个指示灯，其中：
该控制器容置于该外壳内，用于接收该至少两个线性传感器所感应得到的线性位置信号并进行运算，以运算得出该控制件在该二维光幕范围中所对应的二维坐标位置；
该两个指示灯对称、间隔地容置于该外壳内且对应该外壳的脸颊部，当该投影装置所投影形成的该虚拟输入影像为虚拟鼠标输入影像时，该两个指示灯分别作为鼠标的左、右键的显示灯。
附图说明
图1为本发明提供的虚拟二维定位模块使用状态的上视示意图；
图1A为线性传感器产生的线性位置信号的波形图；
图2为图1的一正视示意图；
图3为图1的一侧视示意图；
图4为本发明提供的虚拟二维定位模块应用于虚拟键盘的输入设备的使用状态示意图；
图5为本发明提供的虚拟二维定位模块应用于虚拟密码锁门禁系统的使用状态示意图；
图6为本发明提供的虚拟二维定位模块应用于虚拟鼠标的输入设备的使用状态示意图；
图7为本发明提供的虚拟二维定位模块应用于虚拟开关的输入设备的使用状态示意图；
图8为本发明提供的虚拟输入设备的外观立体图；
图9为本发明提供的虚拟输入设备的使用状态的上视示意图；
图10为图9的一正视示意图；
图11为图9的一侧视示意图；
图12为本发明提供的虚拟输入设备应用于虚拟键盘输入的使用状态示意图；
图13为本发明提供的虚拟输入设备应用于虚拟号码键盘输入的使用状态示意图；
图14为本发明提供的虚拟输入设备应用于虚拟鼠标输入的使用状态示意图。
附图标记说明：1-虚拟二维定位模块；10-具形体；20-红外线激光光源；21-红外线激光；22-二维光幕；23-反射光；30-线性传感器；40-控制器；2-相关装置；2a-具形体；3-平面；4-控制件；5-投影装置；5a-启动单元；6a-虚拟键盘；6b-虚拟号码键盘；6c-虚拟鼠标；6d-虚拟开关；7-虚拟输入设备；8-平面；9-控制件；70-外壳；72-光源；74-线性传感器；76-投影装置；78-控制器；71-前侧面；710-额头部；711-眼部；712-脸颊部；713-口部；81-红外线激光；82-二维光幕；83-反射光；84a-虚拟键盘；84b-虚拟号码键盘；84c-虚拟鼠标；85a-指示灯；85b-指示灯。
具体实施方式
为使本发明更加明确详实，兹列举较佳实施例并配合下列图示，将本发明的结构及其技术特征详述如后：
如图1至图3所示，本发明提供了一种输入设备的虚拟二维定位模块1，其可设置在一具形体10(如一由外壳形成的机体)的内部，亦可与其他相关装置2(如投影装置)配合使用而设置在该相关装置2(如投影装置)所形成的具形体2a的内部(图1至图6所示)，但非用以限制本发明。本发明提供的虚拟二维定位模块1主要包含：一红外线激光光源(IRlaserlight)20、至少两个线性传感器(linearlinesensor)30及一控制器如MCU(microcontrollerunit)40。当本发明在使用时，该虚拟二维定位模块1或其具形体10或另外的具形体2a放置在一平面3上。
如图1、图3所示，该红外线激光光源(IRlaserlight)20可对外投射一水平的红外线激光21，使该水平的红外线激光21能够在该平面3的上方形成一靠近并平行于该平面3且占据一范围区域的二维(X-Y)光幕22，如图1-图3所示。为使该红外线激光光源(IRlaserlight)20所投射的红外线激光光21能够形成一二维(X-Y)光幕22(如图3所示)，该红外线激光光源(IRlaserlight)20所发出的激光束可经一广角用光学元件，如打线镜片(linegeneratoroptics)的折射而使折射后的光视角(lightfan)能大于90度，用以在该平面3的表面上形成广角的线性光束，即二维(X-Y)光幕22，如图1所示，但上述二维(X-Y)光幕22的形成方式非用以限制本发明。
该至少两个线性传感器(linearlinesensor)30相隔一预设的适当距离而分开设立，如图1、图2所示，其相互平行且分开设立在该红外线激光光源20的左、右两侧，但非用以限制本发明。使用时，当使用者的控制件4，如手指(如图3所示)进入该二维(X-Y)光幕22范围内某一位置，该红外线激光21即会因受到该控制件4的阻挡而造成反射光23，则该至少两个线性传感器(linearlinesensor)30即能分别感应一使用者的控制件4，如手指(如图3所示)所造成的反射光23并因而分别各产生一线性位置信号，如图1A所示。
该控制器40可为MCU(microcontrollerunit)或中央处理器(CPU，CentralProcessingUnit)，但非用以限制本发明，其用以接收该至少两个线性传感器30所感应得到的线性位置信号(如图1A所示)，并进行运算以得知该控制件4在该二维(X-Y)光幕22范围中所对应的二维坐标位置(X-Y)，以实现二维定位。
由于该控制器40利用由该至少两个线性传感器30所得到的线性位置信号(如图1A所示)来进行运算(如利用三角运算功能)，故本发明中的控制器40所进行的运算量能够比现有技术(如US2012/0162077、US2014/0055364等)利用影像撷取镜头(camera)所得到的信号来进行运算者相对简化。此外，该控制器40在虚拟二维定位模块1或具形体10内的设立位置并不限制，因此如图3所示，该控制器40的设立位置并非用以限制本发明。
本发明提供的虚拟二维定位模块1采用至少两个线性传感器30来取代现有技术一般采用的影像撷取镜头(camera)，故除了可避免因采用影像撷取镜头(camera)而易被盗摄的安全性风险外，更具有简化控制器的运算量、降低制造成品、微型化模块设计等优点，有利于导入各种输入设备的应用，如配合其他投影装置以构成一输入设备，如虚拟键盘(virtualkeyboard)、门禁系统、虚拟开关等，以扩大该二维定位模块及输入设备的应用范围及效益。
如图4所示为本发明提供的输入设备的虚拟二维定位模块1应用于虚拟键盘的输入设备的使用状态示意图。在本输入设备实施例中，本发明提供的虚拟二维定位模块1配合一投影装置5(即相关装置2)及一启动单元5a使用，以构成一虚拟键盘(virtualkeyboard)输入设备，其中本发明提供的虚拟二维定位模块1与该投影装置5及该启动单元5a可整体设置在该相关装置2(如投影装置5)所形成的具形体2a的内部(如图4所示)，但非用以限制本发明。使用时，其利用该启动单元5a侦测用户控制件4(如图3所示)是否靠近，若是，则启动虚拟二维定位模块1，并通过虚拟二维定位模块1中的控制器40启动该投影装置5，以在虚拟二维定位模块1形成的二维(X-Y)光幕22范围中投影形成一具有键盘布局的虚拟键盘6a，而当使用者的控制件4(如图3所示)进入对应于该虚拟键盘6a的二维光幕22范围内时，通过本发明提供的虚拟二维定位模块1的感应及运算功能，即能得知该控制件4在该虚拟键盘6a(二维光幕22范围)中所对应的二维坐标位置，实现虚拟二维定位，并实现该虚拟键盘6a(二维光幕22范围)所预定的系统使用功能，以简化该虚拟键盘输入设备的系统架构。
如图5所示为本发明提供的输入设备的虚拟二维定位模块应用于虚拟号码键盘的密码锁门禁系统(输入设备)的使用状态示意图。在本输入设备实施例中，虚拟二维定位模块1配合一投影装置5(即相关装置2)及一启动单元(或一感应单元)5a使用，以构成一虚拟号码键盘的密码锁门禁系统，其中虚拟二维定位模块1与该投影装置5及该启动单元5a可整体设置在该相关装置2(如投影装置5)所形成的具形体2a的内部(如图5所示)，但非用以限制本发明。使用时，其利用该启动单元5a侦测用户控制件4(如图3所示)是否靠近，或利用启动单元(感应单元)5a侦测/识别使用者(如NFC或ID卡)是否配对成功，若是，则启动虚拟二维定位模块1，并通过本发明中的控制器40启动该投影装置5，以在虚拟二维定位模块1形成的二维(X-Y)光幕22范围中投影形成一虚拟号码键盘6b，而当使用者的控制件4(如图3所示)进入对应于该虚拟号码键盘6b的二维光幕22范围内时，通过虚拟二维定位模块1的感应及运算功能，即能得知该控制件4在该虚拟号码键盘6b(二维光幕22范围)中所对应的二维坐标位置，实现虚拟二维定位功效，并实现该号码键盘6b(二维光幕22范围)所预定的系统使用功能，以简化该密码锁门禁系统(输入设备)的系统架构。
如图6所示为本发明提供的输入设备的虚拟二维定位模块应用于虚拟鼠标输入设备的使用状态示意图。在本输入设备实施例中，虚拟二维定位模块1配合一投影装置5(即相关装置2)及一启动单元5a使用，以构成一虚拟鼠标输入设备，其中虚拟二维定位模块1与该投影装置5及该启动单元5a可整体设置在该相关装置2(如投影装置5)所形成的具形体2a的内部(如图6所示)，但非用以限制本发明。使用时，其利用该启动单元5a侦测用户控制件4(如图3所示)是否靠近，若是，则启动虚拟二维定位模块1，并通过虚拟二维定位模块1中的控制器40启动该投影装置5，以在虚拟二维定位模块1形成的二维(X-Y)光幕22范围中投影形成一具有鼠标按键布局的虚拟鼠标6c，而当使用者的控制件4(如图3所示)进入对应于该虚拟鼠标6c的二维光幕22范围内时，如进入其中的“左键(L)”区域或“右键(R)”区域或左键(L)与右键(R)之间的鼠标移动感测区域，则通过虚拟二维定位模块1的感应及运算功能，即能得知该控制件4在该虚拟鼠标6c(二维光幕22范围)中所对应的二维坐标位置，实现虚拟二维定位，并实现该虚拟鼠标的系统使用功能，以简化该虚拟鼠标输入设备的系统架构。
如图7所示为本发明提供的输入设备的虚拟二维定位模块应用于虚拟开关输入设备的使用状态示意图。在本输入设备实施例中，虚拟二维定位模块1可以不须另再配合如图4至6图所示的投影装置5(即相关装置2)及启动单元5a使用；虚拟二维定位模块1直接设置在具形体10的内部，用以在该二维光幕22范围内形成一虚拟开关；使用时，当使用者的控制件(如手指)进入对应于该虚拟开关6d的二维光幕22范围内时，该虚拟开关6d即由原来的“关”状态转变成“开”状态，再次感应到使用者的控制件(如手指)时，该虚拟开关即又由“开”状态转变成“关”状态，实现虚拟二维定位，并实现该虚拟开关的系统使用功能，以简化该虚拟开关输入设备的系统架构。
在本发明提供的输入设备的虚拟二维定位模块应用输入设备实施例中，如图4至图6所示，该启动单元5a可利用一感测元件以侦测用户是否欲使用该输入设备，如使用者可利用一控制件(user-controlledobject)靠近该启动单元5a中的感测元件，以使其接受感测并启动该投影装置5进行投影，以形成该预定的虚拟图形；其中该启动单元5a中的感测元件可包含影像传感器(ImageSensor)或距离传感器(ProximitySensor)，但不限制。
在本发明的一实施例中，该控制器40包含微控制器(MCU，MicrocontrollerUnit)或中央处理器(CPU，CentralProcessingUnit)，用以负责及控制该红外线激光光源20、该至少两个线性传感器30或相配合使用的投影装置5或启动单元5a之间的信号连接及作动关系，如：判断该启动单元5a的启动信号、启动该投影装置5进行投影及检测并接收该至少两个线性传感器30的坐标位置信号，以实现本发明提供的输入设备的虚拟二维定位模块及应用本发明的输入设备的系统使用功能。
图8至图14为本发明提供的虚拟输入设备的实施方式，图8为本发明提供的虚拟输入设备的外观立体图，图9为本发明提供的虚拟输入设备的使用状态的上视示意图，图10为图9的一正视示意图，图11为图9的一侧视示意图，图12为本发明提供的虚拟输入设备应用于虚拟键盘输入的使用状态示意图，图13为本发明提供的虚拟输入设备应用于虚拟号码键盘输入的使用状态示意图，图14为本发明提供的虚拟输入设备应用于虚拟鼠标输入的使用状态示意图。
如图7至图10所示，本发明提供的虚拟输入设备7在使用时被放置在一平面8上，该虚拟输入设备7包含一外壳70、一光源72、至少两个线性传感器74、一投影装置76以及一控制器78。
该外壳70的外形轮为面具造型或头盔造型，且该外壳70具有一前侧面71，该前侧面71设为脸部型态并包含有额头部710、眼部711、脸颊部712及口部713。
该光源72为红外线激光光源(IRlaserlight)，并容置于该外壳70内且对应该外壳70的口部713，使该光源72能通过该口部713对外投射一水平的红外线激光81，使该光源72(红外线激光光源)能够在该平面8的上方形成一靠近并平行于该平面8且占据一范围区域的二维(X-Y)光幕82，如图7至图10所示。为使该光源72(红外线激光光源，IRlaserlight)所投射的红外线激光光能够形成一二维(X-Y)光幕82(如图10所示)，该光源72(红外线激光光源，IRlaserlight)所发出的激光束可经一广角用光学元件如打线镜片(linegeneratoroptics)的折射而使折射后的光视角(lightfan)能大于90度，以在该平面8的表面上形成广角的线性光束，即二维(X-Y)光幕82，如图8所示，但上述二维(X-Y)光幕32的形成方式非用以限制本发明。
该至少两个线性传感器(linearlinesensor)74相隔一预设的适当距离而分开地容置于该外壳70内且对应该外壳70的脸颊部712，如图7、8所示其相互平行且分开设立在该光源72的左、右两侧，但非用以限制本发明。使用时，当使用者的控制件9，如手指(如图10所示)进入该二维(X-Y)光幕82的范围内某一位置，该光源72即会因受到该控制件9的阻挡而造成的反射光83，则该至少两个线性传感器(linearlinesensor)74即能分别感应一使用者的控制件9如手指(如图10所示)所造成的反射光83并因而分别各产生一线性位置信号。
该投影装置76容置于该外壳70内且对应该外壳70的额头部710，并用于在该二维(X-Y)光幕82的范围中投影形成一虚拟输入影像，该虚拟输入影像为虚拟键盘输入影像、虚拟号码键盘输入影像或虚拟鼠标输入影像。
该控制器78可为MCU(microcontrollerunit)或中央处理器(CPU，CentralProcessingUnit)，但非用以限制本发明，其用以接收该至少两个线性传感器74所感应得到的线性位置信号，并进行运算以得知该控制件9在该二维(X-Y)光幕82的范围中所对应的二维坐标位置(X-Y)，以实现二维定位。由于该控制器78利用由该至少两个线性传感器74所得到的线性位置信号来进行运算(如利用三角运算功能)，故本发明中的控制器78所进行的运算量能够比现有技术如利用全像摄影或用光学扫描所得到的信号来进行运算相对简化。
如图11所示为本发明提供的虚拟输入设备应用于虚拟键盘方式输入的使用状态示意图。使用时，先侦测使用者控制件9(如图10所示)是否靠近，若是，则启动虚拟输入设备7，并通过控制器78启动该投影装置76，以在二维(X-Y)光幕82范围中投影形成一具有键盘布局的虚拟键盘84a，而当使用者的控制件9(如图10所示)进入对应于该虚拟键盘84a的二维光幕82范围内时，通过虚拟输入设备7的感应及运算功能，即能得知该控制件9在该虚拟键盘84a(二维光幕82范围)中所对应的二维坐标位置，实现虚拟二维定位，并实现该虚拟键盘84a(二维光幕82范围)所预定的系统使用功能，以简化其系统架构。
如图12所示为本发明提供的虚拟输入设备应用于虚拟号码键盘方式输入(如密码锁门禁系统)的使用状态示意图。使用时，先侦测使用者控制件9(参考图10所示)是否靠近，或侦测/识别使用者(如NFC或ID卡)是否配对成功，若是，则启动虚拟输入设备7，并通过控制器78启动该投影装置76以在二维(X-Y)光幕82范围中投影形成一虚拟号码键盘84b，而当使用者的控制件9(参考图10所示)进入对应于该虚拟号码键盘84b的二维光幕82范围内时，通过虚拟输入设备7的感应及运算功能，即能得知该控制件9在该虚拟号码键盘84b(二维光幕82范围)中所对应的二维坐标位置，实现虚拟二维定位，并实现该虚拟号码键盘84b(二维光幕82范围)所预定的系统使用功能，以简化其系统架构。
如图13所示为本发明提供的虚拟输入设备应用于虚拟鼠标方式输入的使用状态示意图。使用时，先侦测使用者控制件9(如图10所示)是否靠近，若是，则启动虚拟输入设备7，并通过控制器78启动该投影装置76，以在二维(X-Y)光幕82范围中投影形成一具有鼠标按键布局的虚拟鼠标84c，而当使用者的控制件9(参考图10所示)进入对应于该虚拟鼠标84c的二维光幕82范围内时，如进入其中的“左键(L)”区域或“右键(R)”区域或左键(L)与右键(R)之间的鼠标移动感测区域，则通过虚拟输入设备7的感应及运算功能，即能得知该控制件9在该虚拟鼠标84c(二维光幕82范围)中所对应的二维坐标位置，实现虚拟二维定位，并实现该虚拟鼠标的系统使用功能，以简化其系统架构。
根据本发明中的虚拟鼠标84c公开的内容，为了配合该虚拟鼠标84c使用，本发明提供的虚拟输入设备7进一步包含两个指示灯85a、85b，该两个指示灯85a、85b对称、间隔地容置于该外壳70内且对应该外壳70的脸颊部712，当该投影装置76所投影形成的具有鼠标按键布局的虚拟鼠标84c输入影像时，该两个指示灯85a、85b分别作为鼠标的左、右键的显示灯。
根据本发明提供的虚拟输入设备7公开的内容，其采用至少两个线性传感器74来取代现有技术一般采用的影像摄影或用光学扫描，故除了可避免因采用影像摄影而易被盗摄的安全性风险外，更具有简化控制器的运算量、降低制造成品、微型化模块设计等优点，有利于导入各种输入设备的应用，如配合其他投影装置以构成一输入设备，如虚拟键盘(virtualkeyboard)、门禁系统等，以扩大该虚拟输入设备7的应用范围及效益。
根据本发明提供的虚拟输入设备7中的控制器78公开的内容，其包含微控制器(MCU，MicrocontrollerUnit)或中央处理器(CPU，CentralProcessingUnit)，用以负责及控制该光源72、该至少两个线性传感器74与投影装置76之间的信号连接及作动关系，如：启动该投影装置76进行投影及检测并接收该至少两个线性传感器74的坐标位置信号，以实现本发明提供的虚拟输入设备7及应用本发明的输入设备的系统使用功能。
本发明提供的虚拟输入设备的构造简单经济以及耐用，同时通过简单的构造改进，就可以克服现有产品的各项缺点，一方面增进其外观的美感与装饰性，另一方面可以满足使用者便利性需求及提高附加价值的需求，表现出其最显著的效果。
以上所述仅为本发明的优选实施例，对本发明而言仅是说明性的，而非限制性的；本领域普通技术人员理解，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，甚至等效变更，但都将落入本发明的保护范围内。
Claims (13)
1.一种输入设备的虚拟二维定位模块，其特征在于，包含一红外线激光光源、至少两个线性传感器及一控制器，其放置在一平面上使用，其中：
该红外线激光光源对外投射一水平的红外线激光，并使该水平的红外线激光在该平面的上方形成一靠近并平行于该平面且占据一区域范围的二维光幕；
该至少两个线性传感器相隔一预设距离而分开设立，用以分别感应一使用者的控制件进入该二维光幕范围内时因阻挡该红外线激光而造成的反射光，并因而各产生一线性位置信号；
该控制器用以接收该至少两个线性传感器所感应得到的线性位置信号并进行运算，以运算得出该控制件在该二维光幕范围中所对应的二维坐标位置。
2.根据权利要求1所述的输入设备的虚拟二维定位模块，其特征在于，该红外线激光光源所发出的激光束经一广角用光学元件的折射而使折射后的光视角大于90度，以在该平面的表面上形成广角的二维光幕。
3.根据权利要求1所述的输入设备的虚拟二维定位模块，其特征在于，该至少两个线性传感器相互平行且分开设立在该红外线激光光源的左、右两侧。
4.根据权利要求1所述的输入设备的虚拟二维定位模块，其特征在于，该控制件为使用者的手指。
5.根据权利要求1所述的输入设备的虚拟二维定位模块，其特征在于，该虚拟二维定位模块进一步配合一投影装置使用，以构成一虚拟键盘输入设备，其中当该虚拟二维定位模块被启动时，该投影装置在该二维光幕范围中投影形成一具有键盘布局的虚拟键盘；其中当该控制件进入对应于该虚拟键盘的二维光幕范围内时，通过该虚拟二维定位模块的感应及运算功能，该控制器运算得出该控制件在该虚拟键盘中所对应的二维坐标位置。
6.根据权利要求5所述的输入设备的虚拟二维定位模块，其特征在于，该虚拟二维定位模块进一步配合一启动单元使用，该启动单元利用一感测元件以侦测用户是否欲使用该输入设备。
7.根据权利要求1所述的输入设备的虚拟二维定位模块，其特征在于，该虚拟二维定位模块进一步配合一投影装置使用，以构成一具有虚拟号码键盘输入设备的密码锁门禁系统，其中当该虚拟二维定位模块被启动时，该投影装置在该二维光幕范围中投影形成一虚拟号码键盘；其中当控制件进入对应于该虚拟号码键盘的二维光幕范围内时，通过该虚拟二维定位模块的感应及运算功能，该控制器运算得出该控制件在该虚拟号码键盘中所对应的二维坐标位置。
8.根据权利要求7所述的输入设备的虚拟二维定位模块，其特征在于，该虚拟二维定位模块进一步配合一启动单元使用，该启动单元利用一感测元件以侦测用户是否欲使用该具有虚拟号码键盘输入设备的密码锁门禁系统。
9.根据权利要求1所述的输入设备的虚拟二维定位模块，其特征在于，该虚拟二维定位模块进一步配合一投影装置使用，以构成一虚拟鼠标输入设备，其中当该虚拟二维定位模块被启动时，该投影装置在该二维光幕范围中投影形成一虚拟鼠标，其包含一左键区域、一右键区域及左键与右键之间的鼠标移动感测区域；其中当该控制件进入对应于该虚拟鼠标的二维光幕范围内时，通过该虚拟二维定位模块的感应及运算功能，该控制器运算得出该控制件在该虚拟鼠标中所对应的二维坐标位置。
10.根据权利要求9所述的输入设备的虚拟二维定位模块，其特征在于，该虚拟二维定位模块进一步配合一启动单元使用，该启动单元利用一感测元件以侦测用户是否欲使用该虚拟鼠标输入设备。
11.根据权利要求9所述的输入设备的虚拟二维定位模块，其特征在于，该虚拟二维定位模块进一步形成一虚拟开关；其中当该虚拟二维定位模块感应到该控制件进入对应于该虚拟开关的二维光幕范围内时，该虚拟开关由“关”状态转变成“开”状态；其中当该虚拟二维定位模块再次感应到该控制件进入对应于该虚拟开关的二维光幕范围内时，该虚拟开关即又由“开”状态转变成“关”状态。
12.一种虚拟输入设备，其放置在一平面上使用，其特征在于，包含：
一外壳，其外形轮廓为面具造型或头盔造型，该外壳的前侧面为脸部型态并包含有额头部、眼部、脸颊部及口部；
一光源，容置于该外壳内且对应该外壳的口部，该光源能通过该口部对外投射，以在该平面的上方形成一二维光幕；
至少两个线性传感器，间隔地容置于该外壳内且对应该外壳的脸颊部，该至少两个线性传感器用于分别感应一使用者的控制件在该二维光幕范围内因阻挡该光源而造成的反射光，并因而各产生一线性位置信号；
一投影装置，容置于该外壳内且对应该外壳的额头部，该投影装置用于在该二维光幕的范围中投影形成一虚拟输入影像，该虚拟输入影像为虚拟键盘输入影像、虚拟号码键盘输入影像或虚拟鼠标输入影像。
13.根据权利要求12所述的虚拟输入设备，其特征在于，进一步包含一控制器和两个指示灯，其中：
该控制器容置于该外壳内，用于接收该至少两个线性传感器所感应得到的线性位置信号并进行运算，以运算得出该控制件在该二维光幕范围中所对应的二维坐标位置；
该两个指示灯对称、间隔地容置于该外壳内且对应该外壳的脸颊部，当该投影装置所投影形成的该虚拟输入影像为虚拟鼠标输入影像时，该两个指示灯分别作为鼠标的左、右键的显示灯。
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