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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Offenbarung betrifft generell Dateneingabevorrichtungen und insbesondere eine Tastatur, welche die Berührungserfassungstechnologie und holografische Technologie kombiniert, eine elektronische Vorrichtung, die die Tastatur verwendet, und ein Eingabeverfahren.
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STAND DER TECHNIK
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Heutzutage sind Tastaturen die beliebtesten und wichtigsten Eingabevorrichtungen für Computergeräte. Generell umfasst eine Tastatur eine Vielzahl von Tasten, die in einer gewissen Anordnung, wie etwa in der QWERT-Weise, angeordnet sind. Bei Gebrauch können Benutzer die Eingabe durch Drücken der Tasten auf der Tastatur vollführen. Es gibt viele Arten von Tastaturen, wie etwa mechanische Tastaturen, Folientastaturen, Leitgummitastaturen und kapazitive Tastaturen. Bezüglich der Arbeitsweise für das Schalten der Tasten der Tastaturen gibt es den physischen Kontakt-Typ und Nicht-Kontakt-Typ.
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Wie gut bekannt ist, wird die mechanische Tastatur in der Frühphase der Tastaturentwicklung gern verwendet. Die Arbeitsweise der Tasten der mechanischen Tastatur zählt zum physischen Kontakt-Typ. Jede Taste weist eingebaute Metallteile als Kontaktpunkt auf. Die Metallteile umfassen gewöhnlich getrennte Sektoren: eine elastische Komponente und ein Fläche-an-Fläche in einem Abstand angeordnetes Metallkontaktelement, die beide aus Metallmaterial, wie etwa Kupfer gefertigt sind. Wenn Benutzer eine Taste anschlagen, kontaktieren sich die zwei Metallteile der Taste gegenseitig und treten in einen Einschaltzustand ein und geben ein Signal aus. Wenn Benutzer hingegen die Taste loslassen, werden sich die zwei Metallteile trennen und in den Ausschaltzustand zurückkehren. Diese mechanische Tastatur hat die Vorteile eines einfachen Fertigungsprozesses und der leichten Wartung, während sie Mängel hinsichtlich schlechtem Handgefühl, großem Lärm und schnellem Verschleiß aufweist. Die meisten kostengünstigen mechanischen Tastaturen verwenden als elastische Komponente eine Kupferfeder. Die Kupferfeder bricht jedoch leicht, wodurch ein Ausfall der elastischen Funktion verursacht wird. Die Arbeitsweise der Tasten der Folientastatur und der Leitgummitastatur zählt ebenfalls zum physischen Kontakt-Typ. Die Struktur der Tasten ist ähnlich wie jene der zuvor genannten mechanischen Tastatur. Jede Taste weist zwei gegenüberliegende getrennte Teile auf, die aus Metallmaterial, wie etwa dünnem Kupferblech, gefertigt sind. Die Taste schaltet sich ein, wenn sich diese zwei Teile gegenseitig kontaktieren. Unter dieser Bedingung würde das dünne Kupferblech Druck und Verschleiß widerstehen. Nach einiger Zeit kann das dünne Kupferblech brechen und zum Ausfall der ganzen Tastatur führen.
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Daher wird die kapazitive Tastatur präsentiert, um die zuvor erwähnten Probleme zu lösen. Die Arbeitsweise der Tasten der kapazitiven Tastatur zählt zur Nicht-Kontakt-Weise. Jede Taste umfasst zwei getrennte Elektroden. Wenn Benutzer eine Taste anschlagen, wird die Distanz der zwei Elektroden reduziert, sodass sich die Kapazität der Elektroden entsprechend ändert. Aufgrund der Kapazitätsänderung wird in der Tastatur ein Momentanstrom aktiviert. Falls der Momentanstrom größer als ein gewisser Wert ist, gibt die kapazitive Tastatur elektrische Signale aus. Die kapazitive Tastatur funktioniert durch Verwendung der Kapazitätsänderungen, die durch die Distanzänderungen der Elektroden verursacht werden. Durch das Arbeiten in einer Nicht-Kontakt-Weise weist die kapazitive Tastatur eine sehr geringe oder sogar vernachlässigbare Verschleißrate auf. Die kapazitive Tastatur hat die Vorteile von geringem Lärm und leichter Bedienung, der Fertigungsprozess ist jedoch relativ komplizierter.
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Die oben erwähnten Tastaturen werden gewöhnlich physische Tastaturen genannt, die aus getrennten Tasten mit Lücken zwischen diesen aufgebaut sind. Es ist schwierig, die Tastaturen zu reinigen, da der Staub in die Lücken hineinfällt und sich in den Lücken leicht ansammelt. Nach einiger Zeit kann der Staub zum Ausfall der Funktion der Tastatur führen. Des Weiteren ist es erforderlich, Symbole (wie Buchstaben oder Zeichen) auf den Tasten der physischen Tastaturen in unterschiedlichen Sprachen für Benutzer aus unterschiedlichen Ländern zu markieren, was zur Impraktikabilität beim Umschalten zwischen den unterschiedlichen Sprachen führen würde. In dieser Industrie ist die Lasergravur ein herkömmliches Verfahren zum Markieren von Symbolen auf den Tasten. Wenn die Buchstaben oder Zeichen jedoch einmal graviert wurden, ist es schwer, Änderungen zu machen. Wenn ein Fehler gemacht wurde, muss die ganze Tastatur neu gefertigt oder verschrottet werden.
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In jüngsten Jahren wurde das Schreibpad eine weitere beliebte Eingabevorrichtung und es ist für einige Benutzer praktischer, ein Schreibpad anstatt der zuvor erwähnten Tastaturen zu verwenden. Es kann jedoch nicht ohne einen spezifischen Stift funktionieren. Des Weiteren wird das Schreibpad stets zusammen mit den zuvor erwähnten Tastaturen verwendet. In diesem Fall werden die zwei getrennten Vorrichtungen mehr Raum am Arbeitsplatz einnehmen.
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Mit der Entwicklung der elektronischen Technologie wünschen sich immer mehr Kunden von elektronischen Geräten Tragbarkeit, Praktikabilität und Multifunktion. Es besteht ein Bedarf an neuen Eingabevorrichtungen, um die Unzulänglichkeiten von physischen Tastaturen und Schreibpads zu überwinden. Eine Eingabevorrichtung, die die Tastatur mit Schreibpad und Computermaus integriert, ist daher wünschenswert.
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ÜBERSICHT DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Offenbarung widmet sich daher den obigen Problemen und anderen, mit dem Stand der Technik assoziierten Problemen. Das Ziel der vorliegenden Offenbarung besteht darin, eine Tastatur basierend auf Berührungserfassungstechnologie und holografischer Technologie mit den Vorteilen der Multifunktion, Praktikabilität und Tragbarkeit bereitzustellen.
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Die vorliegende Offenbarung betrifft in einer einzelnen Ausführungsform eine Tastatur. Die Tastatur umfasst eine holografische Folie, die holografische Informationen einer Tastaturanordnung aufweist, die auf einer Oberfläche davon aufgezeichnet sind; eine virtuelle Tastatur, die aus der holografischen Folie erzeugt wird; und einen an der virtuellen Tastatur angrenzenden Berührungsbildschirm. Der Berührungsbildschirm ist konfiguriert, ein Touch-Signal zu erzeugen, das einer auf dem Berührungsbildschirm berührten Position entspricht.
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Die vorliegende Offenbarung betrifft in einer anderen Ausführungsform eine elektronische Vorrichtung. Die elektronische Vorrichtung umfasst einen Host, eine Tastatur und eine Übertragungsvorrichtung. Die Tastatur umfasst eine holografische Folie, die holografische Informationen einer Tastaturanordnung aufweist, die auf einer Oberfläche davon aufgezeichnet sind; eine virtuelle Tastatur, die aus der holografischen Folie erzeugt wird; und einen an der virtuellen Tastatur angrenzenden Berührungsbildschirm. Der Berührungsbildschirm ist konfiguriert, ein Touch-Signal zu erzeugen, das einer auf dem Berührungsbildschirm berührten Position entspricht; und die Übertragungsvorrichtung ist konfiguriert, das Touch-Signal an den Host zu übertragen.
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Die vorliegende Offenbarung betrifft in einer anderen Ausführungsform ein Verfahren der Dateneingabe. Das Verfahren umfasst: Erzeugen einer virtuellen Tastatur aus einer holografischen Folie, die auf einer Seite eines Berührungsbildschirms positioniert ist; Detektieren von Positionsinformationen, die einer berührten Position auf dem Berührungsbildschirm entsprechen; und Erzeugen und Ausgeben eines Berührungssignals, das einer Taste der virtuellen Tastatur entspricht, basierend auf den Positionsinformationen.
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Die Tastatur gemäß der vorliegenden Offenbarung kombiniert die Multiplex-Holografietechnologie mit dem Berührungsbildschirm, somit sie als Ersatz eines Schreibtabletts oder einer Maus dienen kann. Die Lichtstrahlen werden auf die holografische Folie projiziert, sodass die virtuelle Tastatur über der holografischen Folie erscheint und sich in der Nähe des Berührungsbildschirm befindet. Wenn Benutzer den Berührungsbildschirm berühren, detektiert der Berührungsbildschirm das Berühren oder die Geste an der entsprechenden Position. Die Tastatur kann daher sowohl Anschlageingabe als auch Handschrifteingabe bereitstellen.
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Symbole der Tastaturanordnung in unterschiedlichen Sprachen werden anstatt der herkömmlichen Lasergravur durch Multiplex-Holografietechnologie auf holografischer Folie aufgezeichnet, sodass Fehler während der Gravur vermieden werden können. Darüber hinaus ist die Reproduktion der holografischen Folie leicht, schnell, genau und kostengünstig.
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Figurenliste
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Die Komponenten in den Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu gezeichnet, das Augenmerk wird stattdessen auf das deutliche Illustrieren der Prinzipien der vorliegenden Offenbarung gelegt. Außerdem bezeichnen in den Zeichnungen gleiche Bezugsnummern entsprechende Teile durchgehend in den unterschiedlichen Ansichten und sind alle Ansichten schematisch.
- 1 ist eine schematische Ansicht einer Tastatur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
- 2A ist eine Schnittansicht der Tastatur von 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
- 2B ist eine Schnittansicht von 1 gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
- 3A ist eine vergrößerte Ansicht einer ersten Ausführungsform einer entfernbaren Struktur der Tastatur von 1;
- 3B ist eine vergrößerte Ansicht einer zweiten Ausführungsform einer entfernbaren Struktur der Tastatur von 1;
- 4 ist eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform einer elektronischen Vorrichtung, die die Tastatur von 1 verwendet;
- 5 ist eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsform einer elektronischen Vorrichtung, die die Tastatur von 1 verwendet;
- 6 ist ein Flussdiagramm einer Ausführungsform eines Eingabeverfahrens gemäß der vorliegenden Offenbarung; und
- 7 ist eine vergrößerte Ansicht der holografischen Folie und des Berührungsbildschirms der Tastatur von 1.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die Offenbarung wird beispielhaft und nicht beschränkend in den Figuren der beiliegenden Zeichnungen illustriert, in denen gleiche Bezugszeichen ähnliche Elemente angeben. Es wird darauf hingewiesen, dass Bezugnahmen auf „eine“ oder „eine einzelne“ Ausführungsform in dieser Offenbarung nicht notwendigerweise für die gleiche Ausführungsform gelten und solche Bezugnahmen mindestens eine bedeuten.
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Bezugnehmend auf 1 basiert eine Ausführungsform einer Tastatur 10 gemäß der vorliegenden Offenbarung auf einer Multiplex-Holografietechnologie. Eine virtuelle Tastatur 20 wird über einer oberen Fläche 11 der Tastatur 10 projiziert. Benutzer können die Tastatur 10 mittels der virtuellen Tastatur 20 berühren. Die Tastatur 10 kann Gesteneingaben, wie etwa einen einzelnen Berührungsvorgang oder aufeinanderfolgende Berührungsvorgänge, erfassen und entsprechend diesen Gesteneingaben Signale erzeugen und die Signale ausgeben. Die Tastatur 10 kann daher sowohl eine Anschlageingabe als auch Handschrifteingabe bereitstellen.
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Bezugnehmend auf 2A umfasst die Tastatur 10 ferner eine holografische Folie 30, die holografische Informationen in einer Tastaturanordnung aufweist, einen Berührungsbildschirm 40 zum Detektieren von Touch-Signalen und Lichtquellen 50 zum Projizieren von Lichtstrahlen. Die holografische Folie 30 ist im Wesentlichen als Ebene geformt und ist an der oberen Fläche des Berührungsbildschirms 40 angebracht.
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Die holografische Folie 30 ist aus transparenten Isolationsmaterialien, wie etwa Glas, Emulsion, fotonischer Kristall oder Kunststoff, gefertigt. Die holografische Folie 30 wird durch Fotografieren unter Verwendung einer Übertragungsholografietechnologie ausgebildet. Während des Prozesses des Fotografierens werden Lichtstrahlen, die von einer Laserquelle emittiert werden, durch ein Spektroskop in Signalstrahlen und Bezugsstrahlen getrennt. Die Signalstrahlen und Bezugsstrahlen werden gemäß der Übertragungsholografietechnologie auf die gleiche Seite der holografischen Folie projiziert. Nachdem sie diffragiert und interferiert wurden, werden Lichtwellen der Tastaturanordnung, die die Amplituden- und Phaseninformationen der Tastaturanordnung und Symbole tragen, in der holografischen Folie aufgezeichnet.
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Die Lichtquellen 50 befinden sich unter der holografischen Folie 30. Die Lichtquellen 50 projizieren Lichtstrahlen durch den Berührungsbildschirm 40 hindurch und auf die holografische Folie 30. Die holografische Folie 30 und die Lichtstrahlen erzeugen zusammenwirkend die virtuelle Tastatur 20. Nach dem Rekonstruieren der Amplituden- und Phaseninformationen der Tastenanordnung und Symbole, die auf der holografischen Folie 30 aufgezeichnet sind, wird die virtuelle Tastatur 20 über der holografischen Folie 30 anschaulich erscheinen. Benutzer können den Berührungsbildschirm 40 gemäß der Tastaturanordnung der virtuellen Tastatur 20 für Tasteneingabe oder Gesteneingabe berühren. Es wird darauf hingewiesen, dass Größe, Form und relative Position der virtuellen Tastatur 20 bevorzugt mit der der holografischen Folie 30 übereinstimmen.
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Der Berührungsbildschirm 40 ist in der Nähe der virtuellen Tastatur 20 positioniert, um eine auf dem Berührungsbildschirm 40 berührte Position zu detektieren und entsprechend Touch-Signale zu erzeugen. Die Größe, Form und relative Position der virtuellen Tastatur 20 stimmen daher bevorzugt mit der des Berührungsbildschirms 40 überein.
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Bezugnehmend auf 2B ist in einer alternativen Ausführungsform die holografische Folie 30 unter dem Berührungsbildschirm 40 angeordnet und die Lichtquelle 50 befindet sich unter der holografischen Folie 30. Die Lichtstrahlen von der Lichtquelle 50 werden auf die holografische Folie 30 projiziert und erzeugen dann die virtuelle Tastatur 20 über dem Berührungsbildschirm 40. Die Tastatur 10 in 2B hat die gleiche Arbeitsweise wie die in 2A gezeigte Ausführungsform.
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Wenn die Tastatur 10 als unabhängige Vorrichtung dient, kann sie ferner einen Rahmen 60 umfassen, um die oben erwähnten Komponenten zu tragen. Der Rahmen 60 umfasst eine Grundplatte 61 und eine Vielzahl von Seitenwänden 62, die sich im Wesentlichen senkrecht zu den Kanten der Grundplatte 61 erstrecken. Die Grundplatte 61 und die Seitenwände 62 definieren gemeinsam eine Rille 63, die ein offenes Ende und ein geschlossenes Ende aufweist. Der Berührungsbildschirm 40 ist auf dem Rahmen 60 montiert, am offenen Ende der Rille 63 positioniert, und die Lichtquellen 50 sind am geschlossenen Ende der Rille 63 positioniert.
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Es gibt zwei Verfahren, um die holografische Folie 30 am Berührungsbildschirm 40 anzubringen. Eines besteht aus der Verwendung eines Klebstoffmaterials, wie etwa optisch klarer Klebstoff (OCA), um die holografische Folie 30 direkt an den Berührungsbildschirm 40 zu bonden. Das andere besteht aus einer mechanischen Struktur, wie etwa eine entfernbare Struktur, um die holografische Folie 30 mit dem Berührungsbildschirm 40 zusammenzufügen. Es wird darauf hingewiesen, dass die zwei Verfahren bei Bedarf in der Tastatur 10 zusammen verwendet werden können.
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Die zuvor erwähnte entfernbare Struktur kann eine verrastete Verbindung oder eine verschraubte Verbindung sein, um die holografische Folie 30 fest am Berührungsbildschirm 40 zu befestigen. Bezugnehmend auf 3A ist eine verrastete Struktur 71 am Rahmen 60 montiert, um mit einem Ende der holografischen Folie 30 und dem Berührungsbildschirm 40 verbunden zu werden. Eine andere verrastete Struktur (nicht gezeigt) ist am Rahmen 60 montiert, um mit einem Ende der holografischen Folie 30 und dem Berührungsbildschirm 40 verbunden zu werden. Sie ist symmetrisch gestaltet. Die verrastete Struktur 71 umfasst eine verschiebbare Raste 73 und ein elastisches Element 72. Es ist leicht, die Tastatur 10 von einer Sprache in eine andere zu ändern, indem einfach die verschiebbare Raste 73 verschoben und die aktuelle holografische Folie 30 mit einer neuen erforderlichen ersetzt wird. Bezugnehmend auf 3B ist eine verschraubte Struktur 74 am Rahmen 60 montiert, um mit einem Ende der holografischen Folie 30 und dem Berührungsbildschirm 40 verbunden zu werden. Eine andere verschraubte Struktur (nicht gezeigt) ist am Rahmen 60 montiert, um mit einem Ende der holografischen Folie 30 und dem Berührungsbildschirm 40 verbunden zu werden. Sie ist ebenfalls symmetrisch gestaltet. Die verschraubte Struktur 74 umfasst einen Bolzen 76 und eine Mutter 75, die mit dem Bolzen 76 an einem oberen Ende davon in Eingriff gebracht wird. Ein unteres Ende des Bolzens 76 ist befestigt. Es ist leicht, die Tastatur 10 von einer Sprache in eine andere zu ändern, indem einfach die Mutter 75 abgenommen und die aktuelle holografische Folie 30 mit einer neuen erforderlichen ersetzt wird.
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Der Berührungsbildschirm 40 kann ein transparenter kapazitiver Berührungsbildschirm oder ein resistiver Berührungsbildschirm oder ein Infrarot-Erfassungsbildschirm oder ein elektromagnetischer Erfassungsbildschirm oder ein Akustikwellen-Erfassungsbildschirm sein.
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Die Lichtquellen 50 können die Lichtstrahlen auf die holografische Folie 30 durch den Berührungsbildschirm 40 hindurch projizieren. Der Berührungsbildschirm 40 umfasst eine Erfassungsschicht 41 (wie in 7 gezeigt), die aus einem transparenten, leitenden Material gefertigt ist. Die virtuellen Tasten auf der virtuellen Tastatur 20 gemäß der Tastaturanordnung entsprechen einer Vielzahl von Erfassungseinheiten der Erfassungsschicht 41. Die Erfassungsschicht im Berührungsbildschirm 40 detektiert die auf der Tastatur 10 berührte Kontaktposition.
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Die Lichtquellen 50 können lichtemittierende Dioden (LED) oder Laserdioden (LD) sein, die beide ein Einzelfarbenlicht emittieren. Die Tastatur 10 kann ferner einen Aufweiter (nicht gezeigt) umfassen, der vor der Lichtquelle 50 zum Streuen der Lichtstrahlen angeordnet ist. Der Aufweiter bewirkt, dass die Lichtstrahlen die gesamte Fläche der holografischen Folie 30 abdecken. Die Zahl und Anordnung der Lichtquellen 50 sind basierend auf den praktischen Anforderungen bezüglich des Bereitstellens von gleichmäßigen und ausreichenden Lichtstrahlen gestaltet. Es versteht sich, dass die Lichtquelle 50 ausgelassen werden kann.
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Die Tastatur 10 kann in elektronischen Vorrichtungen verwendet werden, wie etwa Tischcomputern, Laptops und Mobiltelefonen. Bezugnehmend auf 4 umfasst eine erste Ausführungsform einer elektronischen Vorrichtung einen Host 90, die Tastatur 10 und eine Übertragungsvorrichtung 80 zum Übertragen von Signalen an den Host 90. In dieser Ausführungsform ist die elektronische Vorrichtung ein Tischcomputer. Die Übertragungsvorrichtung 80 ist ein Übertragungsdraht, wie etwa ein Universal-Serial-Bus-Draht (USB-Draht) oder ein RS-232-Draht. Es versteht sich, dass die Übertragungsvorrichtung 80 auch Drahtlosübertragungstechnologien verwenden kann, wie etwa Wireless-Fidelity-Technologie (WiFi), Radio-Frequency-Identification-Technologie (RFID), Infrarot-Technologie (IR) oder Bluetooth-Technologie.
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Bezugnehmend auf 5 umfasst eine zweite Ausführungsform der elektronischen Vorrichtung 100 die in einem Host integrierte Tastatur 10. In dieser Ausführungsform ist die elektronische Vorrichtung 100 ein Laptop. Die Tastatur 10 in 5, die im Laptop 100 verwendet wird, hat die gleiche Arbeitsweise und Struktur wie die vorstehend beschriebene erste angewandte Ausführungsform in 4.
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Des Weiteren kann die Tastatur 10 in eine Tischplatte oder eine Wand integriert werden, um unterschiedlichen Umständen angepasst zu werden.
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Bezugnehmend auf 6 wird eine Ausführungsform eines Eingabeverfahrens illustriert, das die Tastatur verwendet.
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In Schritt S101 wird eine virtuelle Tastatur aus der holografischen Folie erzeugt, die auf einer Seite eines Berührungsbildschirms positioniert ist.
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In Schritt S102 werden Positionsinformationen, die einer berührten Position auf dem Berührungsbildschirm entsprechen, detektiert.
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In Schritt S103 wird ein Berührungssignal, das einer Taste der virtuellen Tastatur entspricht, basierend auf den Positionsinformationen erzeugt und ausgegeben.
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Wenn die Tastatur 10 verwendet wird, müssen zuerst sowohl die Anordnung als auch die Symbole in der erforderlichen Sprache in der holografischen Folie 30 aufgezeichnet werden. Wenn die Lichtquelle 50 eingeschaltet ist, kann der Benutzer die virtuelle Tastatur 20 sehen, die über der holografischen Folie 30 erscheint. Die Anordnung und die Zeichen der virtuellen Tastatur 20 sind die gleichen wie jene, die zuvor in der holografischen Folie 30 aufgezeichnet wurden. Die Größe und Form der virtuellen Tastatur 20 stimmen gut mit der des Berührungsbildschirms 40 überein. Die holografische Folie 30 wird von den Benutzern an den entsprechenden Symbolen und Positionen auf der virtuellen Tastatur 20 berührt. Der Berührungsbildschirm 40 detektiert die berührte Position oder die vollführte Geste, um die Berührungsinformationen herauszufinden, damit demgemäß die Anschlageingabe bzw. Handschrifteingabe bereitgestellt wird.
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Obwohl die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung vollständig mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben wurden, ist zu beachten, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen für Fachleute auf dem Gebiet ersichtlich sein werden. Es versteht sich, dass solche Änderungen und Modifikationen im Umfang der Ausführungsformen dieser Erfindung, wie durch die angehängten Ansprüche definiert, eingeschlossen sind.
