CN105549795A - 用衍射光学元件实现的激光投影虚拟键盘系统及操作方法 - Google Patents

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贲宇
尹晓东
田克汉
霍轶杰
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Jiaxing Yu light photoelectric technology Co. Ltd.
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Hangzhou Dong Shang Optoelectronics Technology Co Ltd
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    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
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    • G06F3/0425—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by opto-electronic means using a single imaging device like a video camera for tracking the absolute position of a single or a plurality of objects with respect to an imaged reference surface, e.g. video camera imaging a display or a projection screen, a table or a wall surface, on which a computer generated image is displayed or projected
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Abstract

本发明公开了一种用衍射光学元件实现的激光投影虚拟键盘系统，包括可见光激光器、虚拟键盘衍射光学元件、红外光激光器、一字线衍射光学元件、图像采集单元和数据处理单元，可见光激光器设置在应用系统设备上，其光束通过虚拟键盘衍射光学元件投射出虚拟键盘于接收平面上；红外光激光器设置在应用系统设备上，其光束通过一字线衍射光学元件，形成一个具备一定发散角的扇形光强，且与键盘光场投影平面平行，扇形红外光场覆盖整个键盘区域；红外光图像采集单元设置在应用系统设备上，其感应区域覆盖整个键盘区域。本发明的光学结构体积小、光强利用率高，且投影出的键盘清晰、均匀，能够很好的捕捉到使用者键盘输入行为。

Description

用衍射光学元件实现的激光投影虚拟键盘系统及操作方法
技术领域
本发明属于光电通讯技术领域，尤其涉及一种用衍射光学元件实现的激光投影虚拟键盘系统及其操作方法。
背景技术
目前，手机、平板电脑、掌上电脑等便携数码产品的键盘一般都是在显示屏上显示出来，并通过触摸屏来完成相应的输入工作。由于显示屏的面积有限，显示的键盘比较小，同时其他的内容显示面积也大幅减小。若要外接实物键盘来实现输入工作，携带和使用及其不便。
于是业界产生一种虚拟键盘，该种键盘通过光束投射键盘图案薄片在平面上形成键盘，这种键盘在近距离显示的字体光亮很强，而远距离的字体又不清晰。要想得到清晰的键盘字体，必须的加大光束的能量，相对于便携数码产品，这种损耗是相当大的。另外不可见光是激光束通过震镜扫描出扇形，这种结构体积大，且便携产品加入精密的机械结构及其容易损坏。
发明内容
本发明为了解决上述现有技术中存在的缺陷和不足，提供了一种光学结构体积小、光强利用率高，且投影出的键盘清晰、均匀，能够很好的捕捉到使用者键盘输入行为的使用衍射光学元件实现的激光虚拟键盘系统及其操作方法。
本发明的技术方案：一种使用衍射光学元件实现的激光投影虚拟键盘系统，包括可见光激光器、虚拟键盘衍射光学元件、红外光激光器、一字线衍射光学元件、红外光图像采集单元和数据处理单元；
所述虚拟键盘衍射光学元件安装在可见光激光器上；所述一字线衍射光学元件安装在红外光激光器上；
所述可见光激光器设置在应用系统设备上，其光束通过虚拟键盘衍射光学元件投射出虚拟键盘于接收平面上；
所述红外光激光器设置在应用系统设备上，其光束通过一字线衍射光学元件，形成一个具备一定发散角的扇形光强，且与键盘光场投影平面平行，扇形红外光场覆盖整个键盘区域；
所述红外光图像采集单元设置在应用系统设备上，其感应区域覆盖整个键盘区域。
本发明的光学结构体积小、光强利用率高，且投影出的键盘清晰、均匀，能够很好的捕捉到使用者键盘输入行为。
所述可见光激光器设置在应用系统设备的某一相应位置，所述红外光激光器设置在应用系统设备的某一相应位置，所述红外光图像采集单元设置在应用系统设备的某一相应位置。
优选地，所述可见光激光器设置在应用系统设备的上边沿中间位置，所述红外激光器设置在应用系统设备的下边沿中间位置，所述红外光图像采集单元设置在应用系统设备的上边沿侧部位置。
优选地，所述红外光图像采集单元为红外摄像头。
应用系统设备为带虚拟键盘和显示屏的便携数码产品，所述可见光激光器设置在显示屏的上边沿中间位置，所述红外激光器设置在显示屏的下边沿中间位置，所述红外光图像采集单元设置在显示屏的上边沿侧部位置。
所述便携数码产品为手机、平板电脑或者掌上电脑。
一种使用衍射光学元件实现的激光投影虚拟键盘系统的操作方法，包括下述步骤：
1）当使用者利用该键盘进行输入时，红外激光器发出的光会照射到使用者的手指上形成光的散射；
2）红外光图像采集单元接收到反射光信后转换成电信号传送给数据处理单元；
3）数据处理单元根据电信号计算出手指在键盘的位置。
本发明将虚拟键盘衍射光学元件安装在可见光激光器上，形成一个虚拟键盘模组：将其安装在显示屏上边沿的中央位置，用于将虚拟键盘投影至显示屏前的平面上，由于采用了衍射光学技术，光学系统具备体积小、光强利用率高的优点，其光强利用效率在85%以上，且投影出的键盘清晰、均匀（整个键盘的亮度一致）；将一字线衍射光学元件安装在红外激光器上，形成一个一字线模组，将其安装在应用系统的某一相应位置（例如显示屏的下边沿中间位置），形成一个具备一定发散角的扇形光强，且与键盘光场投影平面平行；将对键盘光场拍摄的图像采集单元与数据处理单元连接，从而能够很好的捕捉到使用者键盘输入行为。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图；
图2为本发明的控制原理框图；
图中1.平板电脑显示屏，2.可见光虚拟键盘，3.虚拟键盘衍射光学元件，4.可见光激光器，5.一字线衍射光学元件，6.红外光激光器，7.红外摄像头。
具体实施方式
下面结合副图和实施例对本发明作进一步相信的说明，但并不是对本发明保护范围的限制。
实施例
以平板电脑为例，如图1和2所示，将可见光激光器4设置于显示屏1的上边缘中间位置，将虚拟键盘衍射光学元件3设置于可见光激光器4出光处，在桌面上投射出可见光虚拟键盘2；
将红外光激光器6设置于显示屏1的下边缘中间位置，将一字线衍射光学元件5设置于红外光激光器6出光处，投射出一个扇形面，此扇形面贴近可见光虚拟键盘2，且与可见光虚拟键盘2平行，此扇形面应覆盖整个可见光虚拟键盘2的有效区域。
将红外光图像采集单元（红外摄像头7）设置于显示屏1的上边沿靠近可见光激光器4位置，用于探测红外光激光器6的反射光，可见光虚拟键盘2的有效区域应全部在其探测范围内。
当使用者利用该虚拟键盘进行输入时，当手指点击虚拟键盘，红外光激光器照在手指上会形成反射，红外感应器探测到反射光，通过数据处理单元计算出手指的具体位置，实现输入。

Claims (4)

1.一种用衍射光学元件实现的激光投影虚拟键盘系统，其特征在于：其包括可见光激光器、虚拟键盘衍射光学元件、红外光激光器、一字线衍射光学元件、红外光图像采集单元和数据处理单元；
所述虚拟键盘衍射光学元件安装在可见光激光器上；所述一字线衍射光学元件安装在红外光激光器上；
所述可见光激光器设置在应用系统设备上，其光束通过虚拟键盘衍射光学元件投射出虚拟键盘于接收平面上；
所述红外光激光器设置在应用系统设备上，其光束通过一字线衍射光学元件，形成一个具备一定发散角的扇形光强，且与键盘光场投影平面平行，扇形红外光场覆盖整个键盘区域；
所述红外光图像采集单元设置在应用系统设备上，其感应区域覆盖整个键盘区域。
2.根据权利要求1所述的一种用衍射光学元件实现的激光投影虚拟键盘系统，其特征在于：所述可见光激光器设置在应用系统设备的上边沿中间位置，所述红外激光器设置在应用系统设备的下边沿中间位置，所述红外光图像采集单元设置在应用系统设备的上边沿侧部位置。
3.根据权利要求1所述的一种用衍射光学元件实现的激光投影虚拟键盘系统，其特征在于：所述红外光图像采集单元为红外摄像头。
4.根据权利要求1所述的一种用衍射光学元件实现的激光投影虚拟键盘系统的操作方法，其特征在于：其包括下述步骤：
1）当使用者利用该键盘进行输入时，红外激光器发出的光会照射到使用者的手指上形成光的散射；
2）红外光图像采集单元接收到反射光信后转换成电信号传送给数据处理单元；
3）数据处理单元根据电信号计算出手指在键盘的位置。
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