CN103135772A

CN103135772A - 键盘模块及显示***

Info

Publication number: CN103135772A
Application number: CN2011103867170A
Authority: CN
Inventors: 古人豪; 高铭璨; 黃森煌
Original assignee: Pixart Imaging Inc
Current assignee: Pixart Imaging Inc
Priority date: 2011-11-29
Filing date: 2011-11-29
Publication date: 2013-06-05
Anticipated expiration: 2031-11-29
Also published as: CN103135772B

Abstract

一种键盘模块，包含多个键盘按键、光学手指鼠标及传输接口。该键盘按键用以触发数位信号。该光学手指鼠标用以检测生理特征及位移量。该传输接口用以传输该数位信号、该生理特征及该位移量至显示装置。本发明还提出一种显示***。

Description

键盘模块及显示***

技术领域

本发明是关于一种人机接口***，特别是关于一种具有使用者生理特征检测功能的键盘模块及显示***。

背景技术

光学手指鼠标(optical finger mouse，OFM)由于体积小，通常适合搭配于其他电子装置。已知光学手指鼠标是用以检测使用者手指表面反射光线的光强度变化，藉以判断手指的接触状态以及手指相对于触控面的位移量。然而，随着工业化的发展，使用者使用各式电子装置的时间逐渐增加，甚至超出体力负荷而不自知。然而，一般电子装置并无法检测使用者当时的生理状况。

已知血氧饱和仪(pulse oximeter)是利用非侵入式的方式来检测使用者的血氧浓度及脉搏数，其可生成红光光束(波长约660纳米)及红外光光束(波长约910纳米)穿透待测部位，并利用带氧血红素(oxyhemoglobin)及去氧血红素(Deoxyheamo-globin)对特定光谱具有不同吸收率的特性以检测穿透光的光强度变化，例如参照美国专利第7,072,701号，标题为血氧浓度的监测方式(Method for spectro-photometric blood oxygenation monitoring)。检测出两种波长的穿透光的光强度变化后，再以下列公式计算血氧浓度

血氧浓度＝100％×[HbO₂]/([HbO₂]+[Hb])；

其中，[HbO₂]表示带氧血红素浓度；[Hb]表示去氧血红素浓度。

一般血氧饱和仪所检测到的两种波长的穿透光的光强度会随着心跳而呈现如图1所示的变化，这是由于血管会随着心跳不断地扩张及收缩而使得光束所通过的血液量改变，进而改变光能量被吸收的比例。藉此，根据不断变化的光强度信息则可计算血液对不同光谱的吸收率，以分别计算带氧血红素浓度及去氧血红素浓度等生理信息，最后再利用上述血氧浓度公式计算血氧浓度。

然而，由于血氧饱和仪是检测穿透光线的光强度变化，因而会随着不同的待测部位而检测到不同的光强度信号；此外，当血氧饱和仪所检测的待测部位发生移动时，则会检测到剧烈变动的混乱波形而无法据以正确计算出生理信息，因而其并不适合用于移动中操作的电子装置。

鉴于此，本发明提出一种可检测使用者生理特征的键盘模块及显示***，其中该键盘模块于检测生理特征时，可消除手指移动所造成的信号干扰。

发明内容

本发明的一个目的在提供一种键盘模块及显示***，该键盘模块通过分析手指的反射光信号以检测接触状态、手指位移量以及使用者生理特征，并根据至少一个键盘按键的操作状态生成数位信号，以相对控制显示装置进行相对应动作。

本发明的另一个目的在提供一种控制芯片，其通过分析手指的反射光信号以检测接触状态、手指位移量以及使用者生理特征，并根据至少一个键盘按键的操作状态生成数位信号，藉以输出经编码、排序和/或压缩的该手指信息、生理信息以及数位信号信息。

本发明的另一个目的在提供一种键盘模块及显示***，其可检测接触状态、手指位移量及使用者生理特征，并具有消除环境光源影响的机制。

本发明的另一个目的在提供一种键盘模块及显示***，其可检测接触状态、手指位移量及使用者生理特征，并具有降低干扰的机制。

本发明的另一个目的在提供一种键盘模块及显示***，其可检测接触状态、手指位移量及使用者生理特征，当闲置预设时间后即进入休眠模式。

本发明的另一个目的在提供一种键盘模块及显示***，其可检测接触状态、手指位移量及使用者生理特征，当手指位移量太大时可舍弃生理特征。

为达上述目的，本发明提供一种键盘模块，用以检测并输出手指的生理特征及数位信号。该键盘模块包含多个键盘按键、第一光源、第二光源、光源控制单元、至少一个图像传感器及处理单元。该第一光源发出第一波长的光至该手指。该第二光源发出第二波长的光至该手指。该光源控制单元控制该第一光源及该第二光源发光。该图像传感器以取样频率接收来自该手指的反射光以生成相对该第一光源点亮的多张第一图像图框及相对该第二光源点亮的多张第二图像图框。该处理单元根据所述第一图像图框及所述第二图像图框计算该生理特征并根据所述键盘按键的操作状态生成该数位信号。

根据本发明的另一个特点，本发明还提供一种供使用者操控的键盘模块。该键盘模块包含多个键盘按键、光学手指鼠标、通讯协定单元及传输接口。所述键盘按键用以触发数位信号。该光学手指鼠标用以检测该使用者的生理特征及手指位移量。该通讯协定单元用以针对该数位信号、该生理特征及该手指位移量进行编码、排序及压缩至少其中一种处理。该传输接口用以输出处理过的该数位信号、该生理特征及该手指位移量。

根据本发明的另一个特点，本发明还提供一种图像***，包含显示装置及键盘模块。该显示装置用以显示图像。该键盘模块输出数位信号及生理特征至该显示装置，以控制该显示装置根据该数位信号更新所显示图像并显示该生理特征。

本发明实施例中，每张该第一图像图框分割为至少两部分并计算每一部分的平均亮度，使用独立元件分析法或盲信号源分离法分析所述第一图像图框的该每一部分的该平均亮度以求得第一亮度变化；将每张该第二图像图框分割为至少两部分并计算每一部分的平均亮度，使用独立元件分析法或盲信号源分离法分析所述第二图像图框的该每一部分的该平均亮度以求得第二亮度变化；并根据该第一亮度变化及该第二亮度变化计算生理特征。

本发明的键盘模块及图像***中，所述生理特征包含血氧浓度及脉搏数。本发明通过使用独立元件分析法或盲信号源分离法来分离移动信息及生理信息，可消除手指移动造成的信号干扰。

附图说明

图1是血氧饱和仪所检测穿透光的光强度变化的示意图；

图2A是本发明一个实施例的显示***的示意图；

图2B是本发明一个实施例的键盘模块的光学手指鼠标的示意图；

图2C是本发明一个实施例的显示***的方块图；

图3是本发明一个实施例的键盘模块的光学手指鼠标的图像传感器所获取的图像图框的示意图；

图4是本发明实施例的键盘模块的光学手指鼠标的图像传感器，其中滤光器系设置于部分感测面前方；

图5是本发明实施例的键盘模块的光学手指鼠标中，图像获取与光源发光的示意图；

图6是本发明实施例的键盘模块的处理单元分离移动信息及生理信息的示意图；

图7是本发明实施例的生理特征检测方法的流程图；

图8是本发明另一个实施例的键盘模块的光学手指鼠标的示意图。

附图标记说明

1键盘模块 10键盘按键

111、112光源 12、12′导光件

13、13′触控件 13S触控面

14图像传感器 14f滤光器

14S感测面 15处理单元

151手指检测单元 152键盘检测单元

16光源控制单元 17通讯协定单元

18传输接口 2显示装置

20文字 21光标

22主机装置 23表示单元

9手指 9S手指表面

I₁-I_2N图像图框 B₁-B_2N、B₁′-B_2N′平均亮度

S₁₁-S₁₅步骤

具体实施方式

为了让本发明的上述和其他目的、特征、和优点能更明显，下文将配合所附图示，作详细说明如下。于本发明的说明中，相同的构件是以相同的符号表示，在此先说明。

参照图2A所示，其显示本发明实施例的图像***的示意图，包含键盘模块1及显示装置2。该显示装置2例如可为电视、投影幕、游戏机屏幕、电脑屏幕或其他用以显示图像的显示装置。该键盘模块1用以控制该显示装置2更新显示内容或图像以及显示生理特征；其中，该键盘模块1可有线或无线地耦接该显示装置2。该键盘模块1用以检测并输出生理特征、接触状态、手指位移量及数位信号至该显示装置2。

该键盘模块1包含多个键盘按键10、光学手指鼠标及传输接口18，其中该光学手指鼠标包含触控件供手指于上进行操控，该触控件可结合于所述键盘按键10其中之一(例如显示为13)或独立于其外(例如显示为13′)。所述键盘按键10用以根据使用者的操作状态(按压状态)触发数位信号，例如通过按压至少一个键盘按键可生成不同的阻抗值、电压值、震荡频率等相关的数位信号；其中该数位信号例如为文字20、数字、符号和/或控制信号等一般键盘所输出者。该光学手指鼠标则用以检测使用者手指的接触状态、位移量以及该使用者的生理特征，其中该生理特征例如包括血氧浓度及脉搏数等。本实施例中，当该光学手指鼠标判断该接触状态为接触态，方始进行该位移量及该生理特征的检测。该传输接口18则将该数位信号、接触状态、位移量及生理特征有线或无线地传送至该显示装置2，以使该显示装置2根据该数位信号更新显示图像，并显示该位移量及生理特征。

参照图2B所示，其显示本发明实施例的键盘模块1的光学手指鼠标的示意图，其包含两光源111及112、导光件12(此处导光件的数目仅为例示性)、触控件13、图像传感器14、处理单元15及光源控制单元16。必须说明的是，图2B中各构件的空间关系仅为例示性，并非用以限定本发明。所述光源111及112例如可为发光二极管或激光二极管，用以分别生成不同波长的光至手指表面9S，所述波长较佳为一般血氧仪所使用的两个波长，例如约660纳米的红光以及约905、910或940纳米的红外光。可以了解的是，此处所述波长是指光源发光光谱的中心波长。

该导光件12用以将所述光源111及112所发出的光引导至该触控件13；其中，该导光件12只要能够引导所述光源111及112所发出的光至该触控件13即可，其结构、数目及导光方式并无特定限制。其他实施例中，如果所述光源111及112所发出的光能够直接入射至该触控件13，该导光件12亦可能不予实施。

该触控件13具有触控面13S供该手指9于其上操控，该触控件13较佳相对于所述光源111及112所发出的光为透明；其中当该触控件13结合于按键键盘10，该按键键盘10则较佳相对所述光源111及112所发出的光为透明。当该手指9靠近或接触该触控件13的触控面13S时，所述光源111及112所发出的光被反射。可以了解的是，该触控面13S的面积可大于或小于该手指表面9S，并无特定限制。

该图像传感器14以取样参数接收来自该触控件13(该手指表面9S)的反射光以生成多张图像图框(每一图像图框例如具有16×16像素)；其中该取样参数例如包含曝光时间、图像增益(可为类比增益或数位增益)等。该图像传感器14较佳为主动阵列式图像传感器，例如CMOS图像传感器。

该处理单元15根据所述键盘按键10的操作状态生成相应的数位信号，并根据该图像传感器14所输出的多张图像图框检测该手指9相对该触控面13S的接触状态、位移量及该使用者的生理特征。该处理单元15所求得的该数位信号、接触状态、位移量及生理特征例如可有线或无线地被传送至具有至少一个表示单元的显示装置以进行显示或相对应控制；其中，该表示单元例如可为显示器、灯号、七字节显示和/或声音装置。该显示装置可为可携式电子装置或家用电子装置。

该光源控制单元16耦接该处理单元15，以配合该图像传感器14的图像图框获取控制所述光源111及112发光，其实施方式将详述于后。

本实施例中，所述光源111及112、该图像传感器14、该处理单元15及该光源控制单元16是作为光学手指鼠标，用以检测并输出该手指9的接触状态、位移量及生理特征。

参照图2A至2C所示，图2C是本发明实施例的显示***的方块图。键盘模块1包含多个键盘按键10、第一光源111、第二光源112、该图像传感器14、该处理单元15、该光源控制单元16、通讯协定单元17及传输接口18，其中该键盘模块1与主机装置22及表示单元23形成显示***。由于该处理单元15是进行多功能运算，其可包含手指检测单元151用以检测该手指9相对该触控面13S的该接触状态、手指位移量以及生理特征，并包含键盘检测单元152用以根据所述键盘按键10的操作状态(按压状态)生成并输出该数位信号；亦即，该处理单元15可为单一元件或分为两个单元。

该第一光源111例如发出波长约为660纳米的红光至该手指9；该第二光源112例如发出波长约为905、910或940纳米的红外光至该手指9；广义的说，该第一光源111及该第二光源112可分别发出一般血氧仪所使用的两个波长的光。该光源控制单元16控制该第一光源111及该第二光源112发光。该图像传感器14接收来自该手指表面9S的该第一光源111及该第二光源112的反射光。该通讯协定单元17用以针对该处理单元15所求得的该数位信号、接触状态、位移量及生理特征进行编码、排序和/或压缩至少一种程序处理后输出至该传输接口18进行传输。该传输接口18例如可为PS2接口、USB接口、蓝牙接口或其他键盘可适用的传输接口，用以将编码、排序和/或压缩后的该数位信号、接触状态、位移量及生理特征通过有线或无线传输的方式传输至外部的主机装置22；其中，有线及无线传输技术已为已知，故于此不再赘述。该主机装置22耦接于具有至少一个表示单元23的该显示装置2内，用以控制该显示装置2通过该表示单元23显示和/或回应所接收的该数位信号、接触状态、位移量及生理特征。该主机装置22可结合于该表示单元23内以形成一个显示装置或独立于其外。

本发明实施例的键盘模块1可搭配具有表示单元23的显示装置2，让使用者可通过该键盘模块1控制该表示单元23上光标、执行软件及画面显示，并于生理特征显示疲劳或亢奋状态时(取决于生理特征的数值)对使用者提出警示；其中，表示生理特征及警示的方式例如可利用软件执行画面显示、灯号显示或声音显示的方式来达成，并无特定限制。该显示装置2例如可根据该数位信号切换画面、显示符号、图像更新、调整显示参数等；根据该位移量控制光标动作；显示该生理特征且当该生理特征超出预设值时生成警示状态，例如画面变暗、图像***、声音提示等，但并不以此限。

一个实施例中，该键盘模块1亦可使用两个图像传感器分别检测所述光源111及112所生成不同波长的光(即图像传感器14由两个图像传感器取代)，其中一个图像传感器或两个图像传感器可设置带通滤光器(bandpassfilter)来选择所欲接收的光谱。

由于该处理单元15(键盘检测单元152)根据所述键盘按键10生成数位信号的方式已为已知，故于此不再赘述。以下仅针对该处理单元15(手指检测单元151)计算该接触状态、手指位移量及生理特征的方式进行详细说明；亦即，以下说明中仅针对所述光源111及112、该图像传感器14、该处理单元15(手指检测单元151)及该光源控制单元16所组成的光学手指鼠标的动作进行说明。

取样机制

本实施例的光学手指鼠标是使用两光源111及112并同时执行两种功能；其中，接触状态及位移量的检测功能并不限定使用特定波长的图像图框，而生理特征功能的检测则必须对应不同波长的图像图框分别计算。以下首先说明图像图框的取样机制。

一个实施例中，该光源控制单元16控制该第一光源111及第二光源112轮流发光，该图像传感器14则以高速且固定的取样频率(例如每秒3,000张)同步该第一光源111或该第二光源112的点亮获取图像图框，并输出如图3所示多张图像图框I₁-I₅...至该处理单元15(手指检测单元151)，其中所述图像图框I₁-I₆...包含第一图像图框I₁、I₃、I₅...，其例如相对该第一光源111的点亮，及第二图像图框I₂、I₄、I₆...，其例如相对该第二光源112的点亮。

该处理单元15可根据所述第一图像图框及所述第二图像图框I₁-I₆...判断接触状态并计算位移量，例如根据所述第一图像图框及所述第二图像图框的亮度与至少一个阈值的比较结果判断该手指9是否靠近或接触该触控面13S，其中当所述图像图框的亮度大于或小于该至少一个阈值时，即判断进入接触态；进入接触态后，该处理单元15可根据两张第一图像图框、一张第一图像图框与一张第二图像图框、或者两张第二图像图框间的相关性计算该位移量。必须说明的是，本实施例中是必须利用相对应两不同波长的反射光的图像图框进行判断接触状态及计算位移量的运作，并不同于传统导航装置。

该处理单元15根据所述第一图像图框I₁、I₃、I₅...计算出所述第一图像图框的亮度变化，并根据所述第二图像图框I₂、I₄、I₆...计算出所述第二图像图框的亮度变化(在后详细说明)，并据以分别计算出两种光谱被吸收的比例以求出带氧血红素浓度HbO₂及去氧血红素浓度Hb，最后利用血氧浓度公式计算出血氧浓度；并通过所述第一图像图框和/或所述第二图像图框的亮度变化与至少一个阈值的比较结果计算脉搏数。

另一个实施例中，该光源控制单元16控制该第一光源111及该第二光源112同步于该图像传感器14的图像图框获取同时发光；亦即，此时该图像传感器14会同时接收到两种波长的反射光。因此，此实施例中，该图像传感器14的感测面14S的一部分前方较佳地还设置滤光器14f(如图4所示)，其中该滤光器14f可为带通滤光器以使该滤光器14f后方的部分感测面14S仅能感测该第一光源111的光谱或该第二光源112的光谱，以使该处理单元15能够分辨第一图像图框(相对该第一光源111的部分图像图框)及第二图像图框(相对该第二光源112的部分图像图框)。可以了解的是，本实施例中该滤光器14f的设置位置及面积并不限于图4所示。

藉此，该处理单元15同样可根据所述第一图像图框及所述第二图像图框I₁-I₆...计算一接触状态及位移量；并可根据所述第一图像图框I₁、I₃、I₅...计算出所述第一图像图框的亮度变化及根据所述第二图像图框I₂、I₄、I₆...计算出所述第二图像图框的亮度变化，并根据两亮度变化的关系计算血氧浓度及脉搏数至少其中之一。

可以了解的是，由于该图像传感器14可能对不同波长的光具有不同的感光效率，或者该第一光源111及该第二光源112的发光亮度不完全相同，因此较佳于该键盘模块1出厂前针对该图像传感器14所检测图像图框的亮度进行调整(例如调整相对不同波长图像图框的曝光时间、图像增益等取样参数)，以使该图像传感器14所获取的初始图像图框具有大致相同的亮度，以消除误判断的可能性。

本实施例的精神在于，以该光源控制单元16控制该第一光源111及该第二光源发光112发光，使该图像传感器14以取样频率接收来自该手指9的反射光以生成相对该第一光源点亮的多张第一图像图框及相对该第二光源点亮的多张第二图像图框；该处理单元15则根据所述第一图像图框及第二图像图框计算该接触状态、手指位移量及生理特征。

消除环境光机制

图2B中，由于该接触件13为透明，同时手指9会透光，该键盘模块1外部的环境光会通过该手指9与接触件13(13′)被该图像传感器14接收而影响到其所获取图像图框的图像品质。本实施例中，该光源控制单元16可控制该第一光源111及该第二光源112于部分期间不发光。

例如请参照图5所示，其显示该图像传感器14的图像获取与该第一光源111及该第二光源112的发光情形；其中，实线箭号表示光源点亮(或以第一亮度点亮)而虚线箭号表示光源熄灭(或以第二亮度点亮)，且该第二亮度例如小于该第一亮度。图5(A)显示该图像传感器14以固定取样频率持续获取图像图框。图5(B)显示该第一光源111及该第二光源112是同时轮流地点亮及熄灭，因此该图像传感器14则可轮流获取到亮图像图框(光源点亮或以该第一亮度点亮)及暗图像图框(光源熄灭或以该第二亮度点亮)。图5(C)显示该第一光源111及该第二光源112每隔两张图像图框同时点亮一次，其通常相对于该手指9具有较低位移量的情形。如前所述，当该第一光源111及该第二光源112同时点亮时(图5(B)及(C))，该图像传感器14包含滤光器14f以空间区隔不同光源的图像图框，以使该图像传感器14的部份可感测该第一光源111的反射光而另一部分可感测该第二光源112的反射光。

当该手指9接触或靠近该触控面13S时，相对于光源点亮时所获取的亮图像图框包含(手指反射光+杂散光+环境光)，相对于光源未点亮时所获取的暗图像图框则仅包含(环境光)，因此若将亮图像图框减去暗图像图框，则可有效消除环境光的影响。该处理单元15则可根据亮暗图像图框的差分图像图框计算该接触状态、手指位移量及生理特征。

参照图5(D)所示，其显示该第一光源111及该第二光源112是轮流点亮的实施方式。此实施例中，由于要使该图像传感器14获取到暗图像图框，因此该光源控制单元16控制该第一光源111与该第二光源112相隔一张图像图框轮流地点亮，例如在图5(D)的时间td时两光源均不点亮。藉此，该处理单元15则可计算差分第一图像(亮第一图像图框-暗图像图框)及差分第二图像(亮第二图像图框-暗图像图框)，并根据所述差分图像计算该接触状态、手指位移量及生理特征。如前所述，当该第一光源111及该第二光源112轮流点亮时，该图像传感器14以时间区隔相对于不同光源的图像图框。

本实施例的精神在于，使该光源控制单元16控制该第一光源111及该第二光源112同时或轮流发光，并使该图像传感器14能够获取到所述光源不发光时的暗图像图框，并通过计算亮暗图像的差分图像以消除环境光的影响。因此，图5中所示各光源的发光情形仅为例示性，并非用以限定本发明。

降噪机制

由于该图像传感器14所获取的图像图框中会存在干扰，且干扰通常以随机的方式分布于所获取的图像图框中，因此本实施例可进一步进算M张图像图框的和来提高信噪比(SNR)，以增加计算生理特征的精确度；例如，将每10张图像图框进行相加，且两组相加的10张图像图框可部分重复或完全不重复。可以了解的是，当该第一光源111及该第二光源112是轮流点亮时，本实施例的图像图框的和分别为所述第一图像图框(例如图3的I₁+I₃+I₅...)的和以及所述第二图像图框(例如图3的I₂+I₄+I₆...)的和，这是由于必需分别计算两组光强度变化。然而，当该第一光源111及该第二光源112是同时点亮，本实施例的图像图框的和则为连续的图像图框(例如图3的I₁+I₂+I₃+I₄+I₅+I₆...)，并通过后处理以空间区隔的方式分辨两组光强度变化。此外，当配合上述消除环境光机制时，本实施例的图像图框的和则为差分图像图框的和；亦即，执行完消除环境光处理后接着进行降噪处理。其他实施例中，亦可仅执行消除环境光处理及降噪处理其中之一。

如前所述，该图像传感器14有可能在不同条件下以不同的取样参数来获取图像，例如该图像传感器14相对于不同波长的光可能具有不同的吸收率，因此可能会以不同的曝光时间及图像增益等取样参数来使得所述第一图像图框及所述第二图像图框具有大致相同的亮度，以能够正确根据所述图像图框进行后处理，亦即相对该第一图像图框及第二图像图框的取样参数可能不相同。为了排除不同取样参数的影响，可将每张图像图框或M张图像图框的和或平均除以取样参数以进行归一化处理，例如(M张图像图框的和/取样参数)或(M张图像图框的平均/取样参数)；其中，M为正整数。

生理特征计算

相对于不同光源点亮时，该图像传感器14所获取的图像图框同时包含有生理信息及手指移动信息。因此，本实施例中该处理单元15(或该手指检测单元151)首先需将两种信息分离后，才能够正确计算生理特征；亦即，该处理单元15例如采用独立元件分析法(Independent Component Analysis，ICA)或盲信号源分离法(Blind Source Separation，BSS)来将两种信息分离。

参照图3及6所示，以图3中所述第一图像图框I₁、I₃、I₅...为例，将多张第一图像图框(可为原始图像图框、经过消除环境光机制和/或降噪机制处理过的第一图像图框)或多张第一图像图框和(M张原始图像图框和、经过消除环境光机制和/或降噪机制处理过的M张第一图像图框和)的每张图像图框或图像图框和分割为至少两部分并分别求得平均亮度，例如将图像图框I₁分割成平均亮度为B₁及B₁′两部分；将图像图框I₃分割成平均亮度为B₃及B₃′两部分；...；将图像图框I_2N-1分割成平均亮度为B_2N-1及B_2N-1′两部分(其他实施例中可多于两部分)。接着，利用独立元件分析法或盲信号源分离法分离出第一移动信息及第一生理信息(如图6所示)，其皆显示为亮度变化线型。本实施例是将移动信息舍弃并利用生理信息的亮度变化线型来计算生理特征。可以了解的是，由于该图像传感器14的取样频率远远大于脉搏频率，因此所分离出的生理信息可显示出光强度随脉搏变化的线型(类似图1)；分离出的移动信息分布并不限定如图6所示者。此外，所述图像图框分割的两个部分并不限定为上下两部分。此外，由于必须分别计算相对两不同波长的光的生理信息，上述分离程序是分别针对第一图像图框I₁、I₃、I₅...(相对应第一光源点亮)及第二图像图框I₂、I₄、I₆...(相对应第二光源点亮)来进行。所述第二图像图框(I₂、I₄、I₆...)亦被分离成第二移动信息及第二生理信息等亮度变化，并舍弃第二移动信息而仅利用第二生理信息的亮度变化。必须说明的是，当利用图像图框和或平均来进行信息分离时，图6中的I₁-I_2N-1以及I₂-I_2N每一个均表示M张图像图框的和、平均或其归一化的结果。

必须强调的是，该手指9的接触状态及位移量是由该处理单元15直接根据所述第一图像图框及第二图像图框求得，并不需要使用分离后的第一移动信息及第二移动信息。独立元件分析法或盲信号源分离法主要用以将混合信号分离，分离出的移动信息舍弃后，可消除手指移动所造成的信号干扰。

本实施例中，该处理单元15还根据至少一个阈值与该第一亮度变化和/或该第二亮度变化的比较结果计算脉搏数。

休眠模式

本发明实施例的键盘模块1在闲置预设时间后，可进入休眠模式。例如，该处理单元15于预设时间判断该手指9未靠近或接触该触控面13S时，即可进入休眠模式。休眠模式中，例如可暂停该图像传感器14的图像获取并暂停所述光源111及112的发光。

生理特征舍弃机制

本发明实施例的键盘模块1的处理单元15可同时计算位移量及生理特征，然而精确的生理特征计算较佳是在位移量较低的情形。因此，本实施例可事先判断手指位移量是否大于预设值，若该手指位移量大于该预设值，则该图像传感器14所获取的图像图框仅用以计算位移量及判断接触状态而不用以计算生理特征，或者即使计算出生理特征也不经过该通讯协定单元17处理或该传输接口18传输，而直接将其舍弃。该预设值则根据实际应用决定，例如，但不限于，可根据感测面14S和/或搜寻框的尺寸决定。

该键盘模块1根据手指表面9S的反射光检测生理特征的方法，包含下列步骤：提供第一波长及第二波长的光至手指表面(步骤S₁₁)；获取该第一波长的光的反射光以生成多张第一图像图框并获取该第二波长的光的反射光以生成多张第二图像图框(步骤S₁₂)；将每张该第一图像图框及每张该第二图像图框分割成至少两部分并求得每一部分的平均亮度(步骤S₁₃)；利用独立元件分析法或盲信号源分离法分析所述第一图像图框的该每一部分的该平均亮度以求得第一亮度变化并分析所述第二图像图框的该每一部分的该平均亮度以求得第二亮度变化(步骤S₁₄)；以及根据该第一亮度变化及该第二亮度变化求得生理特征(步骤S₁₅)。本实施例各步骤的实施方式已详述于前，故于此不再赘述。

另一实施例中，所述光源111及112、该图像传感器14、该处理单元15、该光源控制单元16、该通讯协定单元17及该传输接口18的部份或全部元件亦可制作为控制芯片或封装体，如图8所示。该控制芯片或封装体用以检测所述键盘按键10的操作状态及该手指9的接触状态、位移量及生理特征，并输出经编码、排序和/或压缩的该接触状态、位移量、生理特征及数位信号；其中计算该接触状态、位移量及生理特征的方式如前所述，故于此不再赘述。此外可以了解的是，图8中该光学手指鼠标中各元件的配置方式仅为例示性，并非用以限制本发明。其他实施例中，所述压缩处理亦可另外设置压缩单元执行。

综上所述，已知键盘模块并无法检测使用者的生理特征，且血氧仪计算血氧浓度的方式因具有无法判断移动中的待测部位等因素而无法相容于键盘模块上。因此，本发明还提供一种键盘模块及显示***(图2A至2C)，其中该键盘模块可同时检测手指信息及键盘信息，并控制显示装置根据该键盘信息更新显示内容并显示该手指信息。本发明各实施例的键盘模块于检测手指位移量的同时可检测使用者的生理特征，并可有效消除手指移动所造成的信号干扰及消除环境光源影响，并具有休眠模式及舍弃生理信息的机制。

虽然本发明已以前述实施例公开，然其并非用以限定本发明，任何本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与修改。因此本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims

1.一种键盘模块，用以检测并输出手指的生理特征及数位信号，所述键盘模块包含：

多个键盘按键；

第一光源，发出第一波长的光至所述手指；

第二光源，发出第二波长的光至所述手指；

光源控制单元，控制所述第一光源及所述第二光源发光；

至少一个图像传感器，以取样频率接收来自所述手指的反射光以生成相对所述第一光源点亮的多张第一图像图框及相对所述第二光源点亮的多张第二图像图框；以及

处理单元，根据所述第一图像图框及所述第二图像图框计算所述生理特征并根据所述键盘按键的操作状态生成所述数位信号。

2.根据权利要求1所述的键盘模块，其中所述处理单元：将每张所述第一图像图框分割为至少两部分并计算每一部分的平均亮度，分析所述第一图像图框的所述每一部分的所述平均亮度以求得第一亮度变化；将每张所述第二图像图框分割为至少两部分并计算每一部分的平均亮度，分析所述第二图像图框的所述每一部分的所述平均亮度以求得第二亮度变化；并根据所述第一亮度变化及所述第二亮度变化计算所述生理特征。

3.根据权利要求1或2所述的键盘模块，其中所述生理特征包含血氧浓度和/或脉搏数。

4.根据权利要求2所述的键盘模块，其中所述处理单元还根据至少一个阈值与所述第一亮度变化及所述第二亮度变化中的至少一者的比较结果计算脉搏数。

5.根据权利要求1所述的键盘模块，其中所述处理单元还对所述第一图像图框及所述第二图像图框的亮度与至少一个阈值进行比较以判断接触状态。

6.根据权利要求1所述的键盘模块，其中所述处理单元还根据两张所述第一图像图框、一张所述第一图像图框与一张所述第二图像图框、两张所述第二图像图框计算位移量。

7.根据权利要求1所述的键盘模块，其中所述光源控制单元：控制所述第一光源及所述第二光源轮流点亮以使所述图像传感器轮流接收所述第一光源及所述第二光源的反射光；或者控制所述第一光源及所述第二光源同时点亮以使所述图像传感器同时接收所述第一光源及所述第二光源的反射光，且所述图像传感器包含滤光器，该滤光器覆盖于所述图像传感器的感测面的一部分。

8.根据权利要求1所述的键盘模块，其中所述第一光源、所述第二光源、所述光源控制单元、所述至少一个图像传感器及所述处理单元封装成控制芯片以输出经编码、排序及压缩中的至少一种程序处理的所述生理特征及所述数位信号。

9.根据权利要求1所述的键盘模块，该键盘模块还包含触控件，该触控件供所述手指在其上操控；其中所述触控件为所述键盘按键中的一个或独立于所述键盘按键之外。

10.一种键盘模块，供使用者操控，所述键盘模块包含：

多个键盘按键，用以触发数位信号；

光学手指鼠标，用以检测所述使用者的生理特征及手指位移量；

通讯协定单元，用以针对所述数位信号、所述生理特征及所述手指位移量进行编码、排序及压缩中的至少一种处理；以及

传输接口，用以输出处理过的所述数位信号、所述生理特征及所述手指位移量。

11.根据权利要求10所述的键盘模块，其中所述光学手指鼠标还包含：

第一光源，发出第一波长的光至所述手指；

第二光源，发出第二波长的光至所述手指；

光源控制单元，控制所述第一光源及所述第二光源发光；

处理单元，根据所述第一图像图框及所述第二图像图框计算并输出所述生理特征及所述手指位移量。

12.根据权利要求11所述的键盘模块，其中所述处理单元：将每张所述第一图像图框分割为至少两部分并计算每一部分的平均亮度，分析所述第一图像图框的所述每一部分的所述平均亮度以求得第一亮度变化；将每张所述第二图像图框分割为至少两部分并计算每一部分的平均亮度，分析所述第二图像图框的所述每一部分的所述平均亮度以求得第二亮度变化；并根据所述第一亮度变化及所述第二亮度变化计算所述生理特征。

13.根据权利要求12所述的键盘模块，其中所述处理单元还根据至少一个阈值与所述第一亮度变化及所述第二亮度变化中的至少一者的比较结果计算脉搏数。

14.根据权利要求11所述的键盘模块，其中所述处理单元还对所述第一图像图框及所述第二图像图框的亮度与至少一个阈值进行比较以判断接触状态。

15.一种显示***，该显示***包含：

显示装置，用以显示图像；以及

键盘模块，输出数位信号及生理特征至所述显示装置，以控制所述显示装置根据所述数位信号更新所显示图像并显示所述生理特征。

16.根据权利要求15所述的显示***，其中当所述生理特征超出预设值时，所述显示装置生成警示状态。

17.根据权利要求15所述的显示***，其中所述键盘模块还包含：

多个键盘按键；

第一光源，发出第一波长的光至所述手指；

第二光源，发出第二波长的光至所述手指；

光源控制单元，控制所述第一光源及所述第二光源发光；

18.根据权利要求17所述的显示***，其中所述处理单元：将每张所述第一图像图框分割为至少两部分并计算每一部分的平均亮度，分析所述第一图像图框的所述每一部分的所述平均亮度以求得第一亮度变化；将每张所述第二图像图框分割为至少两部分并计算每一部分的平均亮度，分析所述第二图像图框的所述每一部分的所述平均亮度以求得第二亮度变化；并根据所述第一亮度变化及所述第二亮度变化计算所述生理特征。

19.根据权利要求17所述的显示***，其中所述处理单元还根据两张所述第一图像图框、一张所述第一图像图框与一张所述第二图像图框、两张所述第二图像图框计算位移量，所述键盘模块输出所述位移量至所述显示装置以相对控制所述显示装置所显示的光标。

20.根据权利要求17所述的显示***，其中所述处理单元还根据至少一个阈值与所述第一亮度变化及所述第二亮度变化中的至少一者的比较结果计算脉搏数。