TWI476639B - 鍵盤裝置及電子裝置 - Google Patents

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Description

鍵盤裝置及電子裝置
本發明係有關於一種具有鏡頭模組的鍵盤裝置，其係使得使用者能夠用手勢操控與該鍵盤裝置連結之電腦裝置。
隨著多媒體系統導入家庭，最自然的操作模式是不需任何物件以及控制器便能自由操作，透過使用者本身的肢體做為輸入的介面工具。
近年來，具備觸控螢幕的筆記型電腦變得越來越普遍。市面上也出現了利用觸控螢幕接收使用者手勢來控制筆記型電腦的技術。例如，使用者可以用手指在觸控螢幕上滑動，使電腦執行「前一頁」、「下一頁」等的翻頁動作。
但是，利用觸控螢幕為基礎的手勢操控電腦技術時，使用者必須把手完全離開鍵盤，才能夠在觸控螢幕上下達手勢。當手勢完成時，使用者要再度使用鍵盤時，又必須把手放回鍵盤的定位點上。此種操作方式使得使用者的手部必須移動相當的距離，且在將手部放回鍵盤上時，又必須重新將手放在特定的定位點上，而造成使用上的不方便。
因此，需要有一種具備特殊鍵盤裝置的電腦裝置，其能夠讓使用者進行短距離手勢操控，讓使用者在使用鍵盤時，不會因為手部的動作讓電腦接做出錯誤的手勢判斷，並且在進行手勢操控時又可以用省力而輕鬆的方式達成。
有鑑於此，本發明提供控制具有鏡頭模組的鍵盤裝置及電子裝置，以克服前述問題。
本發明第一樣態提供一種鍵盤裝置，其包括操作面、按鍵訊號輸出單元及影像輸出單元。該操作面的長邊之一為近側，另一長邊為遠側，其中該近側係於一使用者操作該鍵盤裝置時靠近該使用者身體之一側，該遠側係於該使用者操作該鍵盤裝置時遠離該使用者身體之一側。在該操作面上配置有：按鍵單元及鏡頭模組。該按鍵單元配置於該近側，其包括複數個按鍵。該鏡頭模組配置於該遠側之該長邊中央處，其包括主動發光源及光感測器。該主動發光源，其發出一特定波長範圍的光。該光感測器，其偵測對應於該特定波長範圍的光，其中該光感測器之感測視角範圍(field of view)的邊界與該操作面的最小夾角為一特定角度，使得該使用者在操作該按鍵單元時，該光感測器的感測視角範圍中偵測不到該使用者的手部的影像。該按鍵訊號輸出單元，其輸出該按鍵單元中被按壓操作之該按鍵對應之按鍵訊號。該影像輸出單元，其輸出該鏡頭模組擷取之影像。
依據本發明一實施例，其中該主動發光源發出紅外線波段的光，該光感測器偵測對應於該紅外線波段的光。
依據本發明一實施例，其中該感測器配置為當該使用者手部置於該鍵盤裝置之該操作面上僅伸出手指時，該光感測器的感測視角範圍中偵測到該手指的影像。
依據本發明一實施例，更包括一訊號產生單元，依據 該鏡頭模組拍攝到的至少一影像，產生並輸出對應的控制訊號至與該鍵盤裝置連接之一裝置。該訊號產生單元，依據該鏡頭模組拍攝之該至少一影像中的手勢影像，輸出對應的控制訊號至與該鍵盤裝置連接之該裝置，使得該裝置據以切換至對應的一手勢輸入模式。該訊號產生單元，當該鏡頭模組拍攝之該至少一影像中沒有偵測到手勢影像時，輸出對應的控制訊號至與該鍵盤裝置連接之該裝置，使得該裝置據以切換至按鍵輸入模式。
本發明第二樣態提供一種電子裝置，其其包括一鍵盤裝置及一處理裝置。該鍵盤裝置具有一操作面，該操作面的長邊之一為近側，另一長邊為遠側，其中該近側係於一使用者操作該鍵盤裝置時靠近該使用者身體之一側，該遠側係於該使用者操作該鍵盤裝置時遠離該使用者身體之一側，在該操作面上配置有按鍵單元及鏡頭模組。該按鍵單元配置於該近側，其包括複數個按鍵。該鏡頭模組配置於該遠側之該長邊中央處，其包括主動發光源及光感測器。該主動發光源發出一特定波長範圍的光。該光感測器，其偵測對應於該特定波長範圍的光，其中該光感測器之感測視角範圍(field of view)的邊界與該操作面的最小夾角為一特定角度，使得該使用者在操作該按鍵單元時，該光感測器的感測視角範圍中偵測不到該使用者的手部的影像。該處理器包括影像分析單元及輸入切換單元。該影像分析單元，其接收並分析該鏡頭模組拍攝之至少一影像，判斷該至少一影像中是否有特定手勢。該輸入切換單元，依據該影像分析單元分析得出的結果，當分析出特定手勢時， 切換該電腦裝置的輸入模式為對應於該特定手勢之一手勢輸入模式，當該至少一影像中未出現該特定手勢時，切換該電腦裝置之輸入模式為一按鍵模式。
依據本發明一實施例，該電子裝置更包括一螢幕，當該輸入切換單元切換該電腦裝置的輸入模式為第一手勢輸入模式時，該處理器控制該螢幕，使得該螢幕顯示一游標。
依據本發明一實施例，於第一手勢輸入模式下，在該光感測器偵測到的手指影像的大小快速變化時，該處理器接收到一點擊(click)訊號。
依據本發明一實施例，於第一手勢輸入模式下，該處理器依據該光感測器偵測到的該手指的移動速度或距離決定一游標移動速度，並控制該螢幕，使其顯示為該游標依據該移動速度移動。
依據本發明一實施例，其於第一手勢輸入模式下，該處理器接收一使用者指令，切換游標為絕對座標值輸出或相對座標值輸出。
依據本發明一實施例，其更包括一螢幕，當該輸入切換單元切換該電腦裝置的輸入模式為第二手勢輸入模式時，當該光感測器偵測到揮動手勢，則該處理器控制該螢幕，使該螢幕顯示換頁效果。
為使本發明之上述目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖示，詳細說明如下。
第1圖顯示依據本發明第1實施例之筆記型電腦裝置正面視圖。其中，從正面觀之，筆記型電腦裝置100包含 螢幕110及操作面120。
螢幕110可以為一般的監視器，其可以不具觸控功能。
操作面120通常藉由樞軸130(顯示於第2圖)和螢幕110的部分連接。操作面120的長邊(和樞軸平行)之一為近側，另一長邊為遠側。其中該近側係於一使用者操作該鍵盤裝置時靠近該使用者身體之一側，該遠側係於該使用者操作該鍵盤裝置時遠離該使用者身體之一側。在該操作面120上配置有鏡頭模組121、按鍵單元123及觸控板125。操作面120上各部件之配置，從近側至遠側依序為觸控板125、按鍵單元123及鏡頭模組121。
觸控板125用以接收使用者的觸控操作，以取代外接滑鼠。
按鍵單元123包括複數個按鍵，例如字母鍵、數字鍵及功能鍵等。當按鍵單元123中的按鍵被按壓時，藉由一按鍵訊號輸出單元(圖未顯示)將對應於被按壓之該按鍵的按鍵訊號傳送至筆記型電腦裝置100的處理器(圖未顯示)進行處理。
鏡頭模組121配置於該遠側(靠近樞軸)之該長邊中央處，其包含主動發光源及光感測器。鏡頭模組121的細部構造如後述。鏡頭模組121擷取到的影像資料藉由一影像輸出單元傳送到筆記型電腦裝置100的處理器(圖未顯示)進行處理。
為了能適當地擷取到使用者的操作手勢的影像，鏡頭模組121除了設置在靠近樞軸的長邊中央處之外，鏡頭模組121設置的角度亦必須要特別設定(如第2圖所示)。
第2圖顯示依據本發明實施例之筆記型電腦裝置沿第1圖之AA線的斷面圖。如圖所示，配合鏡頭模組121的感測視角範圍(field of view,FOV)，鏡頭模組121設置的角度為使得感測視角範圍的邊界與該操作面120的最小夾角N為一特定角度，使得該使用者在操作該按鍵單元時，鏡頭模組121的感測視角範圍中偵測不到該使用者的手部200的影像。在本實施例中，感測視角範圍的邊界與該操作面120的最小夾角為40度，亦即將鏡頭模組121設置為，其感測視角範圍向上傾斜40度。但本發明並不以此為限，感測視角範圍的邊界與該操作面120的最小夾角也可以設定為其他角度，只要當使用者的手部200在按鍵單元123上動作時，感測視角範圍中偵測不到該使用者的手部的影像即可。
第3圖顯示依據本發明第2實施例之鍵盤裝置示意圖。鍵盤裝置300的操作面大致成矩形狀，其長邊之一為近側，另一長邊為遠側。其中該近側係於一使用者操作該鍵盤裝置時靠近該使用者身體之一側，該遠側係於該使用者操作該鍵盤裝置時遠離該使用者身體之一側。在該操作面上配置有鏡頭模組301、按鍵單元303，其中鏡頭模組301配置在遠側之該長邊中央處，其包含主動發光源及光感測器。鏡頭模組301擷取到的影像資料藉由一影像輸出單元305傳送到與鍵盤裝置300連接之一電腦裝置(圖未顯示)進行處理。影像輸出單元305可以為一USB界面。
按鍵單元303包括複數個按鍵，例如字母鍵、數字鍵及功能鍵等。當按鍵單元303中的按鍵被按壓時，藉由一 按鍵訊號輸出單元307將對應於被按壓之該按鍵的按鍵訊號傳送至與鍵盤裝置300連接之一電腦裝置(圖未顯示)進行處理。按鍵訊號輸出單元307可以為一USB界面。
第4A~4C圖依據本發明實施例之鏡頭模組的構成示意圖。
第4A圖顯示依據本發明實施例之鏡頭模組的正面俯視圖。鏡頭模組400包含主動發光源403及光感測器401。其中，光感測器401可以為CMOS感測器；主動發光源403可以為紅外線光源，其可以發出例如波長為850nm或940nm的光。採用紅外線光源，可以提高鑑別率，避免因為影像的複雜背景對手勢辨認造成不良的影像。
第4B圖顯示依據本發明實施例之鏡頭模組沿著平行鍵盤裝置長邊方向觀看的側面視圖；第4C圖顯示依據本發明實施例之鏡頭模組沿著垂直鍵盤裝置長邊方向觀看的側面視圖。
在第4B圖中，光感測器401可以裝設於靠近鍵盤裝置遠側(或靠近筆記型電腦樞軸側)。其中，角度a表示主動發光源403光線放射的範圍，角度b表示光感測器401擷取影像的範圍，較佳的情況下，角度a大於等於角度b。
在第4C圖中，光感測器401可以裝設於靠近鍵盤裝置遠側(或靠近筆記型電腦樞軸側)。其中，角度a表示主動發光源403光線放射的範圍，角度b表示光感測器401擷取影像的範圍，較佳的情況下，角度a大於等於角度b。
第5圖顯示依據本發明實施例之操作方法的流程圖。依據本發明實施例之操作生方法可以適用於如第1圖所示 之筆記型電腦裝置100中，或者適用於第3圖所示之鍵盤裝置300與電腦裝置連接的一系統中。
參見第5圖，步驟S501中，由光感測器401間歇性地進行影像偵測，例如每秒擷取一次影像。在使用者單純地操作鍵盤上的按鍵時，由於光感測器401是傾斜設置的(如第2圖所示)，所以光感測器401擷取的影像中，不會出現使用者手部的影像。就電腦系統的角度而言，此時僅需以較低頻率拍攝影像，無須進行其他動作，就使用者的角度而言，只要依照一般的鍵盤操作方式操作即可。
步驟S502中，判斷在光感測器401所擷取的影像中，是否出現特定的手勢。在此所謂的特定手勢，係為事先定義的至少一種手勢。例如，當偵測到使用者舉起單一手指或伸出兩手指的影像等，其中，每一種手勢對應到一種事先定義的執行模式(詳細如後述)。此判斷步驟可以由筆記型電腦裝置100的處理器(圖未顯示)執行，或由和鍵盤裝置300連接的電腦裝置的處理器(圖未顯示)執行。若判斷在光感測器401所擷取的影像中，有出現特定的手勢，則此方法執行S503，若判斷在光感測器401所擷取的影像中，沒有出現特定的手勢，則此方法回到步驟S501，繼續進行間歇性的偵測動作。
事先設定特定手勢來啟動手勢功能，係為了避免使用者不經意的動作(例如抓癢、搔頭等動作)誤啟動了手勢功能。
另外，為了讓訊號強度更佳，不受環境背景亮度所影響，可以採用相隔兩個訊框(frame)的影像比對作為演算 基礎。亦即，利用後一張影像減去前一張影像，如此可慮除背景不動的景物，而看出移動物體朝哪個方向移動。
步驟S503中，啟動手勢功能，依據辨識到之影像中的手勢，執行對應之操作模式。
繼之，執行該預定手勢所對應之模式，並使鏡頭模組全時間進行偵測。
例如，在步驟S504中，事先定義了「使用者伸出單一手指」對應到游標模式的情況下，系統先在螢幕上顯示一預定的游標狀態初始化，以告知使用者系統目前的操控權切換至手勢控制。
步驟S505中，當使用者將右手食指舉起，使得食指進入鏡頭模組的感測視角範圍中時，系統從鏡頭模組所擷取的影像中辨識出使用者舉起單一手指。此時，在步驟S507中，系統在畫面中央顯示游標，使用者可以將舉起的食指移動來控制游標的移動。當使用者在特定游標位置欲執行單點擊動作時，可以將舉起的食指彎曲一次，此時系統偵測到變小又變大的手指影像，即判斷為接收到單點擊操作。當使用者在特定游標位置欲執行雙點擊(double click)動作時，可以將舉起的食指彎曲2次，此時系統偵測到變小又變大、又再次變小又變大的手指影像，即判斷為接收到雙點擊操作。
又例如，步驟S514中，在事先定義了「使用者伸出兩手指」對應到換頁模式的情況下，系統先在螢幕上顯示一預定的游標狀態初始化，以告知使用者系統目前的操控權切換至手勢控制。
步驟S515中，當使用者將右手食指和中指舉起，使得食指和中指進入鏡頭模組的感測視角範圍中時，系統從鏡頭模組所擷取的影像中辨識出使用者舉起兩支手指。此時，在步驟S517中，系統在依據使用者兩支手指的滑動方向，進行「前一頁」或「後一頁」的換頁操作。
步驟S509中，當擷取的影像中的手指影像消失時，判斷為結束手勢功能，此時操控權回到鍵盤。
在上述步驟S505及S507的游標模式的例子中，使用者可以自行切換游標為絕對座標/相對座標輸出。再者，可以設定為以手指移動距離來決定游標移動幅度；或者可以設定為以手指移動速度來決定游標移動幅度。本發明並不以此為限，利用手指移動來進行游標的控制方式可以依據實際需要而設定。
綜上所述，本發明使得能夠短距離手勢操作電腦(例如筆記型電腦)。傳統的手勢控制裝置在使用上，使用者皆須抬起整個手臂或手掌，使用久了容易疲累。相較於傳統的手勢控制裝置，本發明在使用時，使用者的手掌仍能夠放在鍵盤上，無須提起整個手臂或手掌，僅需舉起手指，就能夠進行手勢操作，因此能提供使用者最舒適且符合人體工學的手勢操作方式。
另外，本發明裝置可以取代滑鼠及觸控板(Touch pad)。且本發明尤其適用於筆記型電腦使用。但本發明並不限於使用於筆記型電腦，本發明的鍵盤裝置能夠當作整合鍵盤及滑鼠的二合一(2 in 1)裝置來販賣。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以 限定本發明，任何熟悉此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧筆記型電腦裝置
110‧‧‧螢幕
120‧‧‧操作面
121‧‧‧鏡頭模組
123‧‧‧按鍵單元
125‧‧‧觸控板
130‧‧‧樞軸
200‧‧‧手部
300‧‧‧鍵盤裝置
301‧‧‧鏡頭模組
303‧‧‧按鍵單元
305‧‧‧影像輸出單元
307‧‧‧按鍵訊號輸出單元
400‧‧‧鏡頭模組
401‧‧‧光感測器
403‧‧‧主動發光源
a‧‧‧角度
b‧‧‧角度
S501~S517‧‧‧步驟
第1圖顯示依據本發明第1實施例之筆記型電腦裝置正面視圖。
第2圖顯示依據本發明實施例之筆記型電腦裝置沿第1圖之AA線的斷面圖。
第3圖顯示依據本發明第2實施例之鍵盤裝置示意圖。
第4A圖顯示依據本發明實施例之鏡頭模組的正面俯視圖。
第4B圖顯示依據本發明實施例之鏡頭模組沿著平行鍵盤裝置長邊方向觀看的側面視圖。
第4C圖顯示依據本發明實施例之鏡頭模組沿著垂直鍵盤裝置長邊方向觀看的側面視圖。
第5圖顯示依據本發明實施例之操作方法的流程圖。
100‧‧‧筆記型電腦裝置
121‧‧‧鏡頭模組
123‧‧‧按鍵單元
125‧‧‧觸控板
130‧‧‧樞軸
200‧‧‧使用者手部
FOV‧‧‧感測視角範圍
N‧‧‧夾角

Claims (12)

  1. 一種鍵盤裝置，其包括一操作面，該操作面的長邊之一為近側，另一長邊為遠側，其中該近側係於一使用者操作該鍵盤裝置時靠近該使用者身體之一側，該遠側係於該使用者操作該鍵盤裝置時遠離該使用者身體之一側，在該操作面上配置有：配置於該近側之一按鍵單元，其包括複數個按鍵；配置於該遠側之該長邊中央處之一鏡頭模組，其包括：一主動發光源，其發出一特定波長範圍的光；及一光感測器，其偵測對應於該特定波長範圍的光，其中該光感測器之感測視角範圍(field of view)的邊界與該操作面的最小夾角為一特定角度，使得該使用者在操作該按鍵單元時，該光感測器的感測視角範圍中偵測不到該使用者的手部的影像，其中該光感測器配置為當該使用者手部置於該鍵盤裝置之該操作面上僅伸出手指時，該光感測器的感測視角範圍中偵測到該手指的影像。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的鍵盤裝置，其中該主動發光源發出紅外線波段的光，該光感測器偵測對應於該紅外線波段的光。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的鍵盤裝置，更包括一訊號產生單元，依據該鏡頭模組拍攝到的至少一影像，產生並輸出對應的控制訊號至與該鍵盤裝置連接之一裝置。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的鍵盤裝置，其中該訊號 產生單元，依據該鏡頭模組拍攝之該至少一影像中的手勢影像，輸出對應的控制訊號至與該鍵盤裝置連接之該裝置，使得該裝置據以切換至對應的一手勢輸入模式。
  5. 如申請專利範圍第3項所述的鍵盤裝置，其中該訊號產生單元，當該鏡頭模組拍攝之該至少一影像中沒有偵測到手勢影像時，輸出對應的控制訊號至與該鍵盤裝置連接之該裝置，使得該裝置據以切換至按鍵輸入模式。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的鍵盤裝置，更包括一按鍵訊號輸出單元，其輸出該按鍵單元中被按壓操作之該按鍵對應之按鍵訊號。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的鍵盤裝置，更包括一影像輸出單元，其輸出該鏡頭模組擷取之影像。
  8. 一種電子裝置，其包括一鍵盤裝置及一處理裝置，其中：該鍵盤裝置具有一操作面，該操作面的長邊之一為近側，另一長邊為遠側，其中該近側係於一使用者操作該鍵盤裝置時靠近該使用者身體之一側，該遠側係於該使用者操作該鍵盤裝置時遠離該使用者身體之一側，在該操作面上配置有：配置於該近側之一按鍵單元，其包括複數個按鍵；配置於該遠側之該長邊中央處之一鏡頭模組，其包括：一主動發光源，其發出一特定波長範圍的光；及一光感測器，其偵測對應於該特定波長範圍的光，其中該光感測器之感測視角範圍(field of view)的邊界與該操作面的最小夾角為一特定角度，使得該使用者在 操作該按鍵單元時，該光感測器的感測視角範圍中偵測不到該使用者的手部的影像，其中該光感測器配置為當該使用者手部置於該鍵盤裝置之該操作面上僅伸出手指時，該光感測器的感測視角範圍中偵測到該手指的影像；其中該處理器包括：一影像分析單元，其接收並分析該鏡頭模組拍攝之至少一影像，判斷該至少一影像中是否有特定手勢；及一輸入切換單元，依據該影像分析單元分析得出的結果，當分析出特定手勢時，切換該電腦裝置的輸入模式為對應於該特定手勢之一手勢輸入模式，當該至少一影像中未出現該特定手勢時，切換該電腦裝置之輸入模式為一按鍵模式。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之電子裝置，更包括一螢幕，當該輸入切換單元切換該電腦裝置的輸入模式為第一手勢輸入模式時，該處理器控制該螢幕，使得該螢幕顯示一游標。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之電子裝置，於第一手勢輸入模式下，在該光感測器偵測到的手指影像的大小快速變化時，該處理器接收到一點擊(click)訊號。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之電子裝置，於第一手勢輸入模式下，該處理器依據該光感測器偵測到的該手指的移動速度或距離決定一游標移動速度，並控制該螢幕，使其顯示為該游標依據該移動速度移動。
  12. 如申請專利範圍第8項所述之電子裝置，更包括一 螢幕，當該輸入切換單元切換該電腦裝置的輸入模式為第二手勢輸入模式時，當該光感測器偵測到揮動手勢，則該處理器控制該螢幕，使該螢幕顯示換頁效果。
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