CN103425251B - 键盘及输入方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种键盘及输入方法。键盘包括用户界面、控制器、红外发射器、红外接收器、第一计时单元与第二计时单元。用户界面包括多个标识，每个标识对应特定的键值。控制器控制红外发射器周期性转动并定时向用户界面发射红外光束。第一计时单元在每次发射红外光束时启动计时，第二计时单元在红外发射器转动至预定位置时启动计时。红外接收器在接收到被障碍物反射的红外光线时控制第一、第二计时单元停止计时。控制器依据第一、第二计时单元的计时时间计算障碍物的位置，并确定与障碍物的位置对应的键值，将该键值传输至信息接收设备。

Description

键盘及输入方法
技术领域
本发明是关于一种键盘，以及一种输入方法。
背景技术
目前常见的键盘，例如台式计算机、笔记本电脑、工业控制设备均需要与使用者进行信息交互，目前常用的输入设备为键盘。并且现有的键盘均为按键式，此按键式的键盘依照人们的使用需求设置有83键、84键、101键、102键和104键等多种键盘，比较常用的键盘为104键盘，此类键盘一般由按键开关矩阵、控制电路、编码译码器以及接口电路等组成，则此类键盘的制作过程中必须对应设置按键开关矩阵，才能根据使用者的需求通过按压按键开关将信息输入并通过线路或连接装置而输至相应的计算机设备中。然而，设置按键开关矩阵与接口组件等具有一定高度或厚度，键盘的制作复杂且不符薄型化的要求。
发明内容
为了解决现有的键盘制作复杂与厚度过大的问题，提供一种制程简单，厚度较小的键盘。
进一步，提供一种输入方法。
一种键盘，包括用户界面、控制器、红外发射器、红外接收器、旋转驱动单元、位置检测单元、第一计时单元、第二计时单元与传输单元。该用户界面包括多个标识，每个标识对应特定的键值；该控制器控制该红外发射器按照预设的时间间隔向该用户界面发射红外光束并同时控制该第一计时单元在红外发射器每次发射该红外光束时启动计时，且控制该旋转驱动单元驱动该红外发射器转动；该位置检测单元用于检测该红外发射器的转动位置，当检测到该红外发射器转动至预定的参考位置，该位置检测单元控制该第二计时单元开始计时；该红外接收器用于接收被障碍物反射红外光线，并且在接收到红外光线时控制该第一计时单元与该第二计时单元停止计时，该第一计时单元所计时的时间为该红外发射器发射红外光束至该红外光束被障碍物反射的第一时间；第二计时单元所计时的时间为该红外发射器自该预定的参考位置转动至该红外光束被障碍物反射的第二时间，该控制器依据该第一时间与该第二时间计算该障碍物的位置，以及确定与该障碍物的位置对应的键值，并将该键值通过该传输单元传输至信息接收设备。
一种输入方法，包括以下步骤：
按照预设的时间间隔在用户界面内发射红外光束，该用户界面包括多个标识，且每个标识对应特定的键值；
启动计时，在每次发射红外光束时开始第一时间的计时；在预定的参考位置发射红外光束时开始第二时间的计时；
停止计时，当接收到反射的红外光线时停止第一时间与第二时间的计时；
依据第一时间与第二时间计算该红外光束被障碍物反射的位置；
依据该障碍物所在的位置，匹配与该障碍物的位置对应的键值；及
传输该键值，将匹配获取的该键值传输至信息接收设备。
相较于现有技术，本发明的键盘以及输入方法，无需设置任何按键开关矩阵以及复杂的处理电路，元件较少，制程方便简单，厚度较薄。
进一步，该键盘的用户界面可以采用软质材料制作，因此，收纳方便。
再次，本发明中的键盘无需用力敲击用户界面，因此可以避免在操作过程中发出噪音。
附图说明
图1是本发明一实施方式中键盘信息传输示意图。
图2是本发明键盘的功能方框示意图。
图3是如图2所示用户界面的结构示意图。
图4是本发明一变更实施方式中用户界面的结构示意图。
图5是本发明输入方法一优选实施方式的流程图。
主要元件符号说明
电子装置 1
键盘 10
用户界面 100
控制器 110
计算单元 111
匹配单元 112
键值对照表 113
红外发射器 120
红外接收器 130
旋转驱动单元 140
位置检测单元 150
第一计时单元 160
第二计时单元 170
传输单元 180
障碍物 190
信息接收设备 20
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
请参阅图1，其是本发明键盘的信息传输示意图，键盘10用于接收使用者输入的信息，并且将该输入的信息传送至信息接收设备20，该信息接收设备20可以是计算机或者便携式电脑，或者是计算机或者便携式电路的主板电路及其操作***。应当能够理解，键盘10可以与作为信息接收设备20的主板电路与操作***集成为一体构成电子装置1，该电子装置1可以是便携式电脑。
请参阅图2，其为本发明一实施方式中键盘的功能方框示意图，键盘10包括用户界面100、控制器110、红外发射器120、红外接收器130、旋转驱动单元140、位置检测单元150、第一计时单元160、第二计时单元170与传输单元180。
用户界面100包括或者显示有标识信息，该用户界面100可以为实体表面也可以为在特定条件下存在的虚拟界面。该用户界面100上包括字母、文字或者图像等各类标识。当用户界面100为实体表面时，用户界面100可以依据使用的场合选用材质，例如软质材质，超薄材质等，各类标识可以通过印刷等方式设置于用户界面100上，同时，实现键盘10的其他功能单元的实体元件则可以一起设置于用户界面100上。当用户界面为特定条件下存在的虚拟界面，可以是一空间中的一个平面，该平面上具有自另外的显示设备投影的显示画面，该显示画面中具有字母、文字或者图像等各类标识。在本实施方式中，以用户界面100为实体表面为例进行说明。
控制器110用于输出第一控制信号至红外发射器120与第一计时单元160，以控制红外发射器120按照时间间隔t发射红外光束，同时控制第一计时单元160在红外发射器120每次发射红外线时启动计时；控制器110还输出第二控制信号至旋转驱动单元140，以驱动红外发射器120周期性转动。位置检测单元150用于检测红外发射器120是否转动到预定的参考位置，并且在检测到红外发射器120转动到预定的参考位置处时，输出启动信号至第二计时单元170，以控制第二计时单元170启动计时。
红外接收器130用于接收自用户界面100上的障碍物190（请参阅图3）反射的红外光线，并在接收到红外光线时输出停止计时信号至第一计时单元160和第二计时单元170，控制第一计时单元160和第二计时单元170停止计时。第一计时单元160所计时的时间表示红外发射器120每次发射红外光束至接收到该束红外光束被障碍物反射的红外光线的第一时间T2；第二计时单元170所计时的时间表示红外发射器120自预定的参考位置发射红外光束至转动到接收被障碍物190反射红外光线的第二时间T1。在本实施方式中，障碍物190可以是使用者的手指或者其他物体。
在本实施方式中，红外发射器120与红外接收器130的数量均为一个，且设置于用户界面100上的相同位置，以在同一位置发射红外光束与接收该红外光束被障碍物反射的红外光线。
控制器110进一步依据第一时间T1与第二时间T2确定障碍物的位置以及对应的键值。控制器110包括计算单元111、匹配单元112以及键值对照表113，计算单元111依据第一时间T1与第二时间T2计算红外光束被障碍物190反射的位置，也即是障碍物190的位置。键值对照表113包括有用户界面100上每个标识相对于红外发射器120的预定的参考位置的位置信息，及与每个标识对应的键值。匹配单元112依据障碍物的位置自键值对照表113中获得对应的键值。
控制器110将获取的键值通过传输单元180传输至信息接收设备20。
请结合图2与图3，图3为图2所示用户界面100的具体结构示意图，用户界面100包括信息输入区Rev与设置区Set，信息输入区Rev包括有标示有字母或者符号的标识，例如标示有字母的ESC、D、F、G的标识。设置区Set用于设置控制器110、红外发射器120、红外接收器130、旋转驱动单元140、位置检测单元150、第一计时单元160、第二计时单元170、传输单元180。
控制器110输出第一控制信号为脉冲信号，脉冲信号的周期为t，红外发射器120依据该脉冲信号按照时间间隔t发射红外光束，时间t可以依据实际需要进行设定，例如0.1秒。优选地，该红外光束与信息输入区Rev所在的平面平行。同时，第一计时单元160在该脉冲信号的控制下，在每个脉冲处清零并开始计时。
控制器110输出的第二控制信号为电压信号，以使得旋转驱动单元140开始工作，从而驱动红外发射器120自预定的参考位置A以角速度ω按照预定的方向周期性转动，例如该预定的方向为顺时针转动。在本实施方式中，预定的参考位置A的方向为自红外发射器120的转轴指向Y轴负方向，其中，坐标系中X轴与Y轴相互垂直，该预定的方向与红外发射器120发射该红外光束的方向相互垂直。在本实施方式中，旋转驱动单元140可以采用马达来实现。
位置检测单元150用于检测红外发射器120是否位于预定的参考位置A，并且当检测到红外发射器120位于预定的参考位置A时，输出该计时信号至第二计时单元170，控制第二计时单元170开始计时。位置检测单元150可以采用位置传感器或者其他方式来实现。
当红外接收器130接收到红外光线时输出该停止计时信号至第一计时单元160与第二计时单元170，控制第一计时单元160停止计时，并将此计时时间作为第一时间T1输出至控制器110，控制第二计时单元170停止计时，并将此计时时间作为第二时间T2输出至控制器110。在本实施方式中，第一计时单元160与第二计时单元170可以采用高频率的计时器来实现。
控制器110分别自第一计时单元160与第二计时单元170读取该第一时间T1与第二时间T2，计算单元111依据第一时间T1与红外光线的传播速度V0，计算红外接收器130与该障碍物的距离S=1/2*T2*V0，其中红外光线在空气中的传播速度V0为常数，为3*108m/s；计算单元111依据第一时间T1与红外发射器120转动的角速度ω，计算出红外发射器120自预定的参考位置A至转动到反射红外光线的障碍物190的角度α=T1*ω，其中角速度ω为已知常数；从而确定反射红外光线的障碍物190位置（S，α）。
匹配单元112依据障碍物190的位置（S，α），获取与障碍物190对应的键值。键值对照表113包括有信息输入区S中每个标识相对于该红外发射器120预定的参考位置A的位置信息，及与每个标识对应的键值。
可以理解，键值对照表113可以在使用前预先依据每个标相对于红外发射器120的预定的参考位置或者红外接收器130的位置进行设置，并存储于控制器110内，当然，若红外发射器120与红外接收器130的设置位置变化后，也可以实时对键值对照表113进行修改。该位置信息可以为每个标识相对于红外发射器120的预定的参考位置A的角度，以及每个标识与红外接收器130的之间的距离，该键值为目前的计算机均能够识别的ASCII码，例如对应A输入区，对应的ASCII码为65，对应S输入区，对应的ASCII码为83。
匹配单元112将该障碍物190的位置（S，α）与键值对照表113中的每个标识的位置信息进行比对，当该障碍物190的位置（S，α）与键值对照表113中某一个标识的位置信息相同，获取与该标识对应的键值。
传输单元180接收控制器110输出的键值，并且将该键值传输至信息接收设备20。传输单元180可以采用有线传输的方式与信息接收设备电性连接，例如通过PS/2接口或者USB电性连接，也可以采用无线传输方式传输至信息接收设备，例如蓝牙、红外等传输方式。
可变更地，在本发明其他实施方式中，红外发射器120也可以角速度ω逆时针周期性旋转，则对应地对键值对照表113标识的位置作对应的调整即可。
本发明其他实施方式中，第一计时单元160与第二计时单元170也可以集成于控制器110中，并且采用软件程序来实现，由此，控制器110可以依据红外接收器130输出的停止计时信号自第一计时单元160、第二计时单元170中读取计时时间，使得第二计时单元170可以在自预定的参考位置开始转动至复位的一个周期内可以累计计时，达到在红外发射器120的一个转动周期内检测多个障碍物190的目的。
可以理解，当用户界面100为特定条件下存在的虚拟界面时，红外发射器120、红外接收器130、旋转驱动单元140以及位置检测单元150可以设置于一承载物体上，红外发射器120发射的光线与空间中的作为用户界面100的一个平面平行，该平面上上对应投影的每个标识对应于红外发射器120、红外接收器130的位置信息以及键值预先存储于键值对照表113内。
请参阅图4，其为本发明一变更实施方式中用户界面100的结构示意图，该变更实施方式与前一实施方式基本相同，区别在于用户界面100的信息输入区Rev包括设置有基准位置，该基准位置作为信息输入区Rev内每个标识的参考点。在本实施方式中，选取ESC标识作为基准位置。预定的参考位置A与基准位置ESC标识在同一条直线上，ESC标识与红外发射器120的距离为S0。对应地，键值对照表113中对应每个标识的位置信息则为依据预定参考位置A与基准位置ESC的位置S0而换算的每个标识相对于基准位置ESC的距离。
请参阅图5，其为本发明输入方法一优选实施方式的流程图，本实施方式中该输入方法可以采用前述的键盘10来执行实现。该输入方法包括以下步骤：
步骤S101，按照时间间隔t发射红外光束并使得红外光束顺序扫描用户界面100。具体地，控制器110输出第一控制信号至红外发射器120，控制红外发射器120按照时间间隔t发射红外光束，同时控制器110输出第二控制信号至旋转驱动单元140以驱动红外发射器120自预定的参考位置A开始沿顺时针方向以角速度ω匀速周期性转动。红外发射器120发射该红外光束的方向平行于用户界面100在平面，且发射该红外光束的方向与该预定方向相互垂直。
步骤S102，启动计时，第一计时单元160在第一控制信号的控制下，在红外发射器120每次发射红外光束时清零并开始计时。
第二计时单元170在红外发射器120运动至预定的参考位置A时始计时，具体地，位置检测单元150用于检测红外发射器120的位置，当检测到红外发射器120运动至预定的参考位置A时，输出启动计时信号至第二计时单元170，第二计时单元170开始启动计时。
步骤S103，停止计时，当红外接收器接收到反射的红外光线时控制第一计时单元160与第二计时单元170停止计时。具体地，红外接收器130接收自障碍物190反射的红外光线，输出该停止计时信号至第一计时单元160与第二计时单元170，第一计时单元160与第二计时单元170停止计时。将第一计时单元160的计时时间作为第一时间T1；将第二计时单元170的计时时间作为第二时间T2。
优选地，发射红外光束的位置与接收反射的红外光线的位置相同。
步骤S104，依据第一时间T1与第二时间T2计算反射红外光线的障碍物190的位置，计算单元111依据第一时间T1与红外光线在空气中的传输速度V0计算出障碍物190相对于红外接收器130的距离S；依据第二时间T2与红外发射器120自转速度ω计算出障碍物190相对于红外发射器120的预定的参考位置A的角度α，从而确定障碍物190的位置（S，α）。
步骤S105，依据该红外光束被障碍物190反射的位置，匹配与该障碍物的位置对应的键值，将该障碍物190的位置与键值对照表113中的标识相对于红外发射器120的预定的参考位置的位置信息进行对比，当该障碍物190的位置与键值对照表113中某一个标识的位置信息相同，获取与该标识对应的键值。该步骤可以匹配单元50来执行实现。
步骤S106，传输该键值，将匹配获取的该键值传输至信息接收设备20。
相较于现有技术，该键盘无需设置任何按键开关矩阵以及复杂的处理电路，元件较少，制程方便简单，厚度较薄。
进一步，该键盘的输入可以采用软质材料制作，因此，收纳方便。
再次，本发明中的键盘无需用力敲击用户界面，因此可以避免在操作过程中发出噪音。

Claims (12)

1.一种键盘，其特征在于，包括：
用户界面，包括多个标识，每个标识对应特定的键值；
红外发射器，用于按照预设的时间间隔向该用户界面发射红外光束；
红外接收器，用于接收被障碍物反射红外光线；
旋转驱动单元，用于驱动红外发射器转动；
位置检测单元，用于检测该红外发射器的位置；
第一计时单元，在红外发射器每次发射该红外光束时启动计时，并在该红外接收器接收到被障碍物反射红外光线时停止计时，以用于对该红外发射器发射红外光束至该红外光束被障碍物反射的第一时间进行计时；
第二计时单元，当该红外发射器转动至预定的参考位置，在该位置检测单元控制下开始计时，并在该红外接收器接收到被障碍物反射红外光线时停止计时，以用于对该红外发射器自该预定的参考位置转动至该红外光束被障碍物反射的第二时间进行计时；
控制器，依据该第一时间与该第二时间计算该障碍物的位置，并确定与该障碍物的位置对应的键值；及
传输单元，用于将该键值传输至信息接收设备。
2.根据权利要求1所述的键盘，其特征在于，该红外发射器自控制器接收第一控制信号，并在该控制信号的控制下按照该预设的时间间隔发射该红外光束，该红外光束的方向平行于该用户界面所在的平面，且与一预定方向垂直。
3.根据权利要求2所述的键盘，其特征在于，该第一计时单元自控制器接收该第一控制信号，并在该第一控制信号的控制下在该红外发射器每次发射红外光束时清零并开始计时；当该位置检测单元检测到该红外发射器位于该预定的参考位置时，输出启动计时信号控制该第二计时单元开始计时。
4.根据权利要求1所述的键盘，其特征在于，该旋转驱动单元自该控制器接收第二控制信号，并在该第二控制信号灯的控制下驱动该红外发射器自该预定的参考位置按照预定方向匀速周期性转动。
5.根据权利要求1所述的键盘，其特征在于，该红外接收器与该红外接收器的数量为一个，且设置于相同的位置，使发射红外光束的位置与接收被红外光线的位置相同。
6.根据权利要求5所述的键盘，其特征在于，该控制器包括计算单元、匹配单元以及传输单元，该计算单元计算第一时间与该红外发射器的转动速度的乘积而获得该障碍物距离该预定的参考位置的距离，该计算单元计算该第二时间与红外光线的传播速度的乘积获得该障碍物相对于该红外接收器的预定的参考位置的角度，该匹配单元用于依据该距离与角度匹配与该障碍物的位置对应的键值。
7.根据权利要求6所述的键盘，其特征在于，该控制器还包括一键值对照表，该键值对照表包括有该用户界面上每个标识相对于该红外发射器的该预定的参考位置的位置信息与对应的键值，该匹配单元自该键值列表中查找并读取与该障碍物的位置对应的键值。
8.一种输入方法，其特征在于，包括以下步骤：
按照预设的时间间隔在用户界面内发射红外光束，该用户界面，包括多个标识，且每个标识对应特定的键值；
启动计时，在每次发射红外光束时开始第一时间的计时；在预定的参考位置发射红外光束时开始第二时间的计时；
停止计时，当接收到反射的红外光线时停止第一时间与第二时间的计时；
依据第一时间与第二时间计算该红外光束被障碍物反射的位置；
依据该障碍物所在的位置，匹配与该障碍物的位置对应的键值；及
传输该键值，将匹配获取的该键值传输至信息接收设备。
9.根据权利要求8所述的输入方法，其特征在于，按照预定方向匀速周期性转动发射红外光束，该发射该红外光束的方向平行于该用户界面所在的平面，且发射该红外光束的方向与该预定方向相互垂直。
10.根据权利要求8所述的输入方法，其特征在于，在同一位置发射该红外光束与接收该反射的红外光线。
11.根据权利要求8所述的输入方法，其特征在于，在该计算步骤中，依据第一时间与红外光束在空气中的传输速度的乘积，以及依据第二时间与转动该红外光束的速度的乘积计算出该障碍物的位置。
12.根据权利要求8所述的输入方法，其特征在于，在该匹配步骤中，依据该障碍物的位置自一键值对照表中获取该键值，该键值对照表包括有该用户界面上每个标识相对于发射该红外光束的该预定的参考位置的位置信息及对应的键值，将该障碍物的位置与该键值对照表中的标识的位置信息进行对比，当该障碍物的位置与键值对照表中标识的位置信息相同，获取与该标识对应的键值。
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