TWI515604B - 鍵盤及輸入方法 - Google Patents

Description

鍵盤及輸入方法

本發明係關於一種鍵盤，以及採用該鍵盤之輸入方法。

目前常見的鍵盤，例如台式電腦、筆記本電腦、工業控制設備均需要與使用者進行資訊交互，目前常用的輸入設備為鍵盤。並且現有的鍵盤均為按鍵式，此按鍵式的鍵盤依照人們的使用需求設置有83鍵、84鍵、101鍵、102鍵和104鍵等多種鍵盤，比較常用的鍵盤為104鍵盤，此類鍵盤一般由按鍵開關矩陣、控制電路、編碼解碼器以及介面電路等組成，則此類鍵盤的製作過程中必須對應設置按鍵開關矩陣，才能根據使用者的需求藉由按壓按鍵開關將資訊輸入並利用線路或連接裝置而傳輸至相應之信息設備中。然而，設置按鍵開關矩陣與介面元件等具有一定高度或厚度，鍵盤的製作複雜且不符薄型化的要求。

有鑑於此，有必要提供一種製程簡單，厚度較小的鍵盤。

進一步，提供一種輸入方法。

一種鍵盤，包括用戶介面、控制器、紅外發射器、紅外接收器、旋轉驅動單元、位置檢測單元、第一計時單元、第二計時單元與傳輸單元。該用戶介面包括複數標識，每個標識對應特定的鍵值；該控制器控制該紅外發射器按照預設的時間間隔向該用戶介面 發射紅外光束並同時控制該第一計時單元在紅外發射器每次發射該紅外光束時啟動計時，且控制該旋轉驅動單元驅動該紅外發射器轉動；該位置檢測單元用於檢測該紅外發射器的轉動位置，當檢測到該紅外發射器轉動至預定的參考位置，該位置檢測單元控制該第二計時單元開始計時；該紅外接收器用於接收被障礙物反射紅外光線，並且在接收到紅外光線時控制該第一計時單元與該第二計時單元停止計時，該第一計時單元所計時的時間為該紅外發射器發射紅外光束至該紅外光束被障礙物反射的第一時間；第二計時單元所計時的時間為該紅外發射器自該預定的參考位置轉動至該紅外光束被障礙物反射的第二時間，該控制器依據該第一時間與該第二時間計算該障礙物的位置，以及確定與該障礙物的位置對應的鍵值，並將該鍵值通過該傳輸單元傳輸至資訊接收設備。

一種輸入方法，包括以下步驟：按照預設的時間間隔在用戶介面內發射紅外光束，該用戶介面包括複數標識，且每一標識對應特定的鍵值；啟動計時，在每次發射紅外光束時開始第一時間的計時，在預定的參考位置發射紅外光束時開始第二時間的計時；停止計時，當接收到反射的紅外光線時停止第一時間與第二時間的計時；依據第一時間與第二時間計算該紅外光束被障礙物反射的位置；依據該障礙物所在的位置，匹配與該障礙物的位置對應的鍵值；及 傳輸該鍵值，將匹配獲取的該鍵值傳輸至資訊接收設備。

相較於先前技術，本發明的鍵盤以及輸入方法，無需設置任何按鍵開關矩陣以及複雜的處理電路，元件較少，製程方便簡單，厚度較薄。

進一步，該鍵盤的用戶介面可以採用軟質材料製作，因此，收納方便。

再次，本發明中的鍵盤無需用力敲擊用戶介面，因此可以避免在操作過程中發出噪音。

1‧‧‧電子裝置

10‧‧‧鍵盤

100‧‧‧用戶介面

110‧‧‧控制器

111‧‧‧計算單元

112‧‧‧匹配單元

113‧‧‧鍵值對照表

120‧‧‧紅外發射器

130‧‧‧紅外接收器

140‧‧‧旋轉驅動單元

150‧‧‧位置檢測單元

160‧‧‧第一計時單元

170‧‧‧第二計時單元

180‧‧‧傳輸單元

190‧‧‧障礙物

20‧‧‧資訊接收設備

A‧‧‧預定的參考位置

X、Y‧‧‧座標軸

S、S0‧‧‧距離

α‧‧‧角度

圖1是本發明一實施方式中鍵盤資訊傳輸示意圖。

圖2是本發明一實施方式中鍵盤的功能方框示意圖。

圖3是如圖2所示用戶介面的結構示意圖。

圖4是本發明一變更實施方式中用戶介面的結構示意圖。

圖5是本發明輸入方法一優選實施方式的流程圖。

請參閱圖1，其是本發明鍵盤的資訊傳輸示意圖，鍵盤10用於接收使用者輸入之資訊，並且將該輸入資訊傳送至資訊接收設備20，該資訊接收設備20可以是電腦或者可擕式電腦，或者是電腦或者可擕式電路的主板電路及其操作系統。應當能夠理解，鍵盤10可以與作為資訊接收設備20的主板電路與操作系統積於一體構成電子裝置1，該電子裝置1可為可擕式電腦。

請參閱圖2，其為本發明一實施方式中鍵盤的功能方框示意圖， 鍵盤10包括用戶介面100、控制器110、紅外發射器120、紅外接收器130、旋轉驅動單元140、位置檢測單元150、第一計時單元160、第二計時單元170與傳輸單元180。

用戶介面100包括或者顯示有標識資訊，用戶介面100可以為實體表面也可以為在特定條件下存在的虛擬介面。該用戶介面100上包括字母、文字或者圖像等各類標識。當用戶介面100為實體表面時，用戶介面100可以依據使用的場合選用材質，例如軟質材質，超薄材質等，且該各類標識可以藉由印刷等方式設置於用戶介面100上，實現鍵盤10的其他功能單元的實體元件則可以一起設置於用戶介面100上。當用戶介面100為特定條件下存在的虛擬介面，可以是空間中之一平面，該平面上具有自另外的顯示設備投影之顯示畫面，該顯示畫面中具有字母、文字或者圖像等各類標識。在本實施方式中，以用戶介面100為實體表面為例進行說明。

控制器110用於輸出第一控制訊號至紅外發射器120與第一計時單元160，以控制紅外發射器120按照時間間隔t發射紅外光束，同時控制第一計時單元160在紅外發射器120每次發射紅外線時啟動計時；控制器110還輸出第二控制訊號至旋轉驅動單元140，以驅動紅外發射器120週期性轉動。位置檢測單元150用於檢測紅外發射器120是否轉動到預定的參考位置，並且在檢測到紅外發射器120轉動到預定的參考位置處時，輸出啟動訊號至第二計時單元170，以控制第二計時單元170啟動計時。

紅外接收器130用於接收自用戶介面100上的障礙物190(請參閱圖3)反射的紅外光線，並在接收到紅外光線時輸出停止計時訊 號至第一計時單元160和第二計時單元170，控制第一計時單元160和第二計時單元170停止計時。第一計時單元160所計時的時間表示紅外發射器120每次發射紅外光束至接收到該束紅外光束被障礙物190反射的紅外光線的第一時間T1；第二計時單元170所計時的時間表示紅外發射器120自預定的參考位置發射紅外光束至轉動到接收被障礙物190反射紅外光線的第二時間T2。在本實施方式中，障礙物190可以是使用者的手指或者其他物體。

在本實施方式中，紅外發射器120與紅外接收器130的數量均為一個，且設置於用戶介面100上之相同位置，以在同一位置發射紅外光束與接收該紅外光束被障礙物反射的紅外光線。

控制器110進一步依據第一時間T1與第二時間T2確定障礙物的位置以及對應的鍵值。控制器110包括計算單元111、匹配單元112以及鍵值對照表113，計算單元111依據第一時間T1與第二時間T2計算紅外光束被障礙物190反射的位置，也即是障礙物190的位置。鍵值對照表113包括有用戶介面100上中每一標識相對於該參考位置及紅外發射器120的位置資訊，及與每個標識對應的鍵值。 匹配單元112依據障礙物的位置自鍵值對照表113中獲得對應的鍵值。

控制器110將獲取的鍵值通過傳輸單元180傳輸至資訊接收設備20。

請結合圖2與圖3，圖3為圖2所示用戶介面100的具體結構示意圖，用戶介面100包括資訊輸入區Rev與設置區Set，資訊輸入區Rev包括有標示有字母或者符號的標識，例如標示有字母的ESC、D、F、G的標識。設置區Set用於設置控制器110、紅外發射器120、 紅外接收器130、旋轉驅動單元140、位置檢測單元150、第一計時單元160、第二計時單元170、傳輸單元180。

控制器110輸出第一控制訊號為脈衝訊號，脈衝訊號的週期為t，紅外發射器120依據該脈衝訊號按照時間間隔t發射紅外光束，時間t可以依據實際需要進行設定，例如0.1秒。優選地，該紅外光束與資訊輸入區Rev所在的平面平行。同時，第一計時單元160在該脈衝訊號的控制下，在每個脈衝處清零並開始計時。

控制器110輸出的第二控制訊號為電壓訊號，以使得旋轉驅動單元140開始工作，從而驅動紅外發射器120自預定的參考位置A以角速度ω按照預定的方向週期性轉動，例如該預定方向為順時針轉動。在本實施方式中，預定的參考位置A之方向為自紅外發射器120之轉軸指向Y軸負方向，其中，坐標系中X軸與Y軸相互垂直，該預定的方向與紅外發射器120發射該紅外光束的方向相互垂直。在本實施方式中，旋轉驅動單元140可以採用馬達來實現。

位置檢測單元150用於檢測紅外發射器120是否位於預定的參考位置A，並且當檢測到紅外發射器120位於預定的參考位置A時，輸出該計時訊號至第二計時單元170，控制第二計時單元170開始計時。位置檢測單元150可以採用位置感測器或者其他方式來實現。

當紅外接收器130接收到紅外光線時輸出該停止計時訊號至第一計時單元160與第二計時單元170，控制第一計時單元160停止計時，並將此計時時間作為第一時間T1輸出至控制器110，控制第二計時單元170停止計時，並將此計時時間作為第二時間T2輸出至控制器110。在本實施方式中，第一計時單元160與第二計時單 元170可以採用高頻率的計時器來實現。

控制器110分別自第一計時單元160與第二計時單元170讀取該第一時間T1與第二時間T2，計算單元111依據第一時間T1與紅外光線的傳播速度V0，計算紅外接收器130與該障礙物的距離S=1/2*T2*V0，其中紅外光線在空氣中的傳播速度V0為常數，為3*108m/s；計算單元111依據第一時間T1與紅外發射器120轉動的角速度ω，計算出紅外發射器120自預定的參考位置A至轉動到反射紅外光線的障礙物190的角度α＝T1*ω，其中角速度ω為已知數值；從而確定反射紅外光線的障礙物190位置(S，α)。

匹配單元112依據障礙物190的位置(S，α)，獲取與障礙物190對應的鍵值。鍵值對照表113包括有資訊輸入區S中每一標識相對於紅外發射器120該預定的參考位置A的位置資訊，及與每個標識對應的鍵值。

可以理解，鍵值對照表113可以在使用前預先依據每個標相對於紅外發射器120或者紅外接收器130的位置進行設置，並存儲於控制器110內，當然，若紅外發射器120與紅外接收器130的設置位置變化後，也可以即時對鍵值對照表113進行修改。該位置資訊可以為每個標識相對於預定的參考位置A的角度，以及每個標識與紅外接收器130的之間的距離，該鍵值為目前的電腦均能夠識別的ASCII碼，例如對應A輸入區，對應的ASCII碼為65，對應S輸入區，對應的ASCII碼為83。

匹配單元112將該障礙物190的位置(S，α)與鍵值對照表113中的每個標識的位置資訊進行比對，當該障礙物190的位置(S，α)與鍵值對照表113中某一個標識的位置資訊相同，獲取與該標 識對應的鍵值。

傳輸單元180接收控制器110輸出的鍵值，並且將該鍵值傳輸至資訊接收設備20。傳輸單元180可以採用有線傳輸的方式與資訊接收設備電性連接，例如通過PS/2介面或者USB電性連接，也可以採用無線傳輸方式傳輸至資訊接收設備，例如藍牙、紅外等傳輸方式。

可變更地，在本發明其他實施方式中，紅外發射器120也可以角速度ω逆時針週期性旋轉，則對應地對鍵值對照表113標識的位置作對應的調整即可。

本發明其他實施方式中，第一計時單元160與第二計時單元170也可以集成於控制器110中，並且採用軟體程式來實現，由此，控制器110可以依據紅外接收器130輸出的停止計時訊號自第一計時單元160、第二計時單元170中讀取計時時間，使得第二計時單元170可以在自預定的參考位置開始轉動至復位的一個週期內可以累計計時，達到在紅外發射器120的一個轉動週期內檢測複數障礙物190之目的。

可以理解，當用戶介面100為特定條件下存在的虛擬介面時，紅外發射器120、紅外接收器130、旋轉驅動單元140以及位置檢測單元150可以設置於一承載物體上，紅外發射器120發射的光線與空間中的作為用戶介面100的一個平面平行，該平面上上對應投影的每個標識對應於紅外發射器120、紅外接收器130的位置資訊以及鍵值預先存儲於鍵值對照表113內。

請參閱圖4，其為本發明一變更實施方式中用戶介面100的結構示 意圖，該變更實施方式與前一實施方式基本相同，區別在於用戶介面100的資訊輸入區Rev包括設置有基準位置，該基準位置作為資訊輸入區Rev內每個標識的參考點。在本實施方式中，選取ESC標識作為基準位置。預定的參考位置A與基準位置ESC標識在同一條直線上，ESC標識與紅外發射器120的距離為S0。對應地，鍵值對照表113中對應每個標識的位置資訊則為依據預定參考位置A與基準位置ESC的位置S0而換算的每個標識相對於基準位置ESC的距離。

請參閱圖5，其為本發明輸入方法一優選實施方式的流程圖，本實施方式中該輸入方法可以採用前述的鍵盤10來執行實現。該輸入方法包括以下步驟：步驟S101，按照時間間隔t發射紅外光束並使得紅外光束順序掃描用戶介面100。具體地，控制器110輸出第一控制訊號至紅外發射器120，控制紅外發射器120按照時間間隔t發射紅外光束，同時控制器110輸出第二控制訊號至旋轉驅動單元140以驅動紅外發射器120自預定的參考位置A開始沿順時針方向以角速度ω勻速週期性轉動。紅外發射器120發射該紅外光束的方向平行於用戶介面100在平面，且發射該紅外光束的方向與該預定方向相互垂直。

步驟S102，啟動計時，第一計時單元160在第一控制訊號的控制下，在紅外發射器120每次發射紅外光束時清零並開始計時。

第二計時單元170在紅外發射器120運動至預定的參考位置A時始計時，具體地，位置檢測單元150用於檢測紅外發射器120的位置，當檢測到紅外發射器120運動至預定的參考位置A時，輸出啟動 計時訊號至第二計時單元170，第二計時單元170開始啟動計時。

步驟S103，停止計時，當紅外接收器接收到反射的紅外光線時控制第一計時單元160與第二計時單元170停止計時。具體地，紅外接收器130接收自障礙物190反射的紅外光線，輸出該停止計時訊號至第一計時單元160與第二計時單元170，第一計時單元160與第二計時單元170停止計時。將第一計時單元160的計時時間作為第一時間T1；將第二計時單元170的計時時間作為第二時間T2。

優選地，發射紅外光束的位置與接收反射的紅外光線的位置相同。

步驟S104，依據第一時間T1與第二時間T2計算反射紅外光線的障礙物190的位置，計算單元111依據第一時間T1與紅外光線在空氣中的傳輸速度V0計算出障礙物190相對於紅外接收器130的距離S；依據第二時間T2與紅外發射器120自轉速度ω計算出障礙物190相對於紅外發射器120之預定的參考位置A的角度α，從而確定障礙物190的位置(S，α)。

步驟S105，依據該紅外光束被障礙物190反射的位置，匹配與該障礙物的位置對應的鍵值，將該障礙物190的位置與鍵值對照表113中的標識相對於紅外發射器120之預定的參考位置的位置資訊進行對比，當該障礙物190的位置與鍵值對照表113中某一個標識的位置資訊相同，獲取與該標識對應的鍵值。該步驟可以匹配單元50來執行實現。

步驟S106，傳輸該鍵值，將匹配獲取的該鍵值傳輸至資訊接收設備20。

相較於先前技術，該鍵盤無需設置任何按鍵開關矩陣以及複雜的處理電路，元件較少，製程方便簡單，厚度較薄。

進一步，該鍵盤的輸入可以採用軟質材料製作，因此，收納方便。

再次，本發明中的鍵盤無需用力敲擊用戶介面，因此可以避免在操作過程中發出噪音。

綜上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，本發明之範圍並不以上述實施例為限，舉凡熟悉本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。

10‧‧‧鍵盤

100‧‧‧用戶介面

110‧‧‧控制器

111‧‧‧計算單元

112‧‧‧匹配單元

113‧‧‧鍵值對照表

120‧‧‧紅外發射器

130‧‧‧紅外接收器

140‧‧‧旋轉驅動單元

150‧‧‧位置檢測單元

160‧‧‧第一計時單元

170‧‧‧第二計時單元

180‧‧‧傳輸單元

Claims (12)

1. 一種鍵盤，包括：用戶介面，包括複數標識，每一標識對應特定的鍵值；紅外發射器，用於按照預設的時間間隔向該用戶介面發射紅外光束；紅外接收器，用於接收被障礙物反射紅外光線；旋轉驅動單元，用於驅動紅外發射器轉動；位置檢測單元，用於檢測該紅外發射器的位置；第一計時單元，在紅外發射器每次發射該紅外光束時啟動計時，並在該紅外接收器接收到被障礙物反射紅外光線時停止計時，以用於對該紅外發射器發射紅外光束至該紅外光束被障礙物反射的第一時間進行計時；第二計時單元，當該紅外發射器轉動至預定的參考位置，在該位置檢測單元控制下開始計時，並在該紅外接收器接收到被障礙物反射紅外光線時停止計時，以用於對該紅外發射器自該預定的參考位置轉動至該紅外光束被障礙物反射的第二時間進行計時；控制器，依據該第一時間與該第二時間計算該障礙物的位置，並確定與該障礙物的位置對應的鍵值；及傳輸單元，用於將該鍵值傳輸至資訊接收設備。
2. 如申請專利範圍第1項所述之鍵盤，其中，該紅外發射器自控制器接收第一控制訊號，並在該控制訊號的控制下按照該預設的時間間隔發射該紅外光束，該紅外光束的方向平行於該用戶介面所在的平面。
3. 如申請專利範圍第2項所述之鍵盤，其中，該第一計時單元自控制器接收該第一控制訊號，並在該第一控制訊號的控制下在該紅外發射器每次發射紅外光束時清零並開始計時；當該位置檢測單元檢測到該紅外反射器 位於該預定的參考位置時，輸出啟動計時訊號控制該第二計時單元開始計時。
4. 如申請專利範圍第2項所述之鍵盤，其中，該旋轉驅動單元自該控制器接收第二控制訊號，並在該第二控制訊號的控制下驅動該紅外發射器自該預定的參考位置按照預定方向勻速週期性轉動，該預定方向與該紅外光束發射之方向垂直。
5. 如申請專利範圍第1項所述之鍵盤，其中，該紅外接收器與該紅外接收器的數量為一個，且設置於相同的位置，使發射紅外光束的位置與接收被反射之紅外光線的位置相同。
6. 如申請專利範圍第5項所述之鍵盤，其中，該控制器包括計算單元以及匹配單元，該計算單元計算第一時間與該紅外發射器的轉動速度的乘積而獲得該障礙物距離該預定的參考位置的距離，該計算單元計算該第二時間與紅外光線的傳播速度的乘積獲得該障礙物相對於該預定的參考位置的角度，該匹配單元用於依據該距離與角度匹配與該障礙物的位置對應的鍵值。
7. 如申請專利範圍第6項所述之鍵盤，其中，該控制器還包括一鍵值對照表，該鍵值對照表包括有該用戶介面上每個標識相對於該預定的參考位置的位置資訊與對應的鍵值，該匹配單元自該鍵值列表中查找並讀取與該障礙物的位置對應的鍵值。
8. 一種輸入方法，包括以下步驟：按照預設的時間間隔在用戶介面內發射紅外光束，該用戶介面包括複數標識，且每一標識對應特定的鍵值，啟動計時，在每次發射紅外光束時開始第一時間的計時，在預定的參考位置發射紅外光束時開始第二時間的計時；停止計時，當接收到反射的紅外光線時停止第一時間與第二時間的計時 ；依據第一時間與第二時間計算該紅外光束被障礙物反射的位置；依據該障礙物所在的位置，匹配與該障礙物的位置對應的鍵值；及傳輸該鍵值，將匹配獲取的該鍵值傳輸至資訊接收設備。
9. 如申請專利範圍第8項所述之輸入方法，其中，按照預定方向勻速週期性轉動發射紅外光束，該發射該紅外光束的方向平行於該用戶介面所在的平面，且發射該紅外光束的方向與該預定方向相互垂直。
10. 如申請專利範圍第8項所述之輸入方法，其中，在同一位置發射該紅外光束與接收該反射的紅外光線。
11. 如申請專利範圍第8項所述之輸入方法，其中，在該計算步驟中，依據第一時間與紅外光束在空氣中的傳輸速度的乘積，以及依據第二時間與轉動該紅外光束的速度的乘積計算出該障礙物的位置。
12. 如申請專利範圍第8項所述之輸入方法，其中，在該匹配步驟中，依據該障礙物的位置自一鍵值對照表中獲取對應之鍵值，該鍵值對照表包括有該用戶介面上每一標識相對於該發射紅外光束之預定的參考位置的位置資訊及對應之鍵值，將該障礙物的位置與該鍵值對照表中對應每一標識之位置資訊進行對比，當該障礙物的位置與鍵值對照表中標識的位置資訊相同時，獲取與該標識對應之鍵值。