[发明专利]用光束及其阻断方式操作的人机接口输入设备

说明书

技术领域

本发明是关于用光束及其阻断方式来给电子设备输入信息的装置和方法，更具体地说，本发明是关于用光束及其阻断方式操作的计算机键盘，鼠标，手机的键盘，以及各种电子仪器的输入设备及其使用的新方法。

背景技术

让操作者用光束，以及红外光束来给电子仪器或设备输入信息的装置可分为两大类。一类是让操作者将光束发送到接收器的特定部位以触发输入信号。这一类的主要装置有：用激光或光笔操作的键盘和鼠标，以及用反射光操作的键盘和鼠标等。第二类是通过阻断正在通行的光束，以达到触发输入信号的目的。这一类装置主要有红外触摸屏等。

让操作者用发光器来操作的输入设备，主要缺陷是输入速度慢，且容易发生错误，无法普及。用反射光操作的键盘和鼠标，虽然解决了输入速度问题，但生产成本较高，且由于反射距离难以控制一致，使得使用方式与传统键盘和鼠标相差较大，使用者需要花较长时间学习才行。这两种设备都基本上可以避免或减少传统按键式键盘和鼠标对使用者的伤害，但由于这些缺陷，很难成为市场的主流产品而取代传统的按键式键盘和鼠标。

红外触摸屏是在显示屏周围分布红外发射和接受对管，当物体如手指进入光网时，可以从被阻挡的光束判断出物体的位置，并触发按键信号。常用的红外触摸屏由于在背景光较强时的不稳定性，和使用方法等原因，并不适用于小型电子设备，如个人计算机和手机等的输入设备。

美国专利5,707,160试图把红外触摸屏的感知方式应用于键盘和鼠标，但其光学稳定性，手指误操作等问题均未实际解决，并不实用。

发明内容

本发明的目的在于创造一种基于光束的人机输入设备，使得其不仅可以避免传统键盘和鼠标对人体的伤害，而且还有输入速度更快，使用方式容易上手，在各种光学环境中都能稳定工作，且成本较低等优点。

本发明包括一个光束的发射，接受，及分析装置。该装置有自己的微处理器和一些按特定方式安置的发光和光敏元件，及其相关电路。当光敏元件所接收的光线被阻断时，则触发输入信号。像键盘那样将触发信号转为输入字母符号或指令信号的装置称为光敏键盘，像鼠标那样控制光标在屏幕上的移动的装置称为光敏鼠标。

光敏键盘有两种实施方案。第一种方案的光敏接收元件就处于字符处，其顶面略低于四周，但暴露于背景光中。发光管则处于四周，保证每个接收元件都能在周围X-Y四个方向上接收到来自发光管的光线。当手指或物件置于接收元件上方足够接近时，来自发光管和背景光的光线都被遮挡，则此接受元件的状态就可以触发一个输入信号。这种方案的好处之一是背景光不再成为干扰的因素，从而彻底解决了困扰各种光学输入系统的光学稳定性问题。另一好处是光敏接受面，即字符面，可以做得非常小，如贴片型的光敏元件可以只有1-2mm的尺度。这就使得在小型器件，如手机，手表等器件上也可以部属大量的字符，解决了小型器件信息输入较难的问题。

第二种的光信号发射和接受元件成对状，分布在印刷有键盘字符的盘面四周，有些类似于红外触摸屏。但在每个字符四周都有凸起间隔，在这些凸起上有小槽口以让发光管的光束通过。这些凸起主要有三重作用：1)它们可以防止手指在起落时错误地触及其它字符位置。2)它们给手指以触摸感。这种触摸感可以提高输入速度，又可以避免手指正面撞击在盘面上，以减少手的劳损伤害。3)这些凸起可以有效地防止背景光被盘面反射至接收管，从而大大地增加了光敏键盘的光学稳定性。当手指或其它物件，如笔杆等，置于字符上而挡住槽口时，光敏管就接收不到正常的光信号。这时，此装置的微处理器就产生相应的字符或命令信号，并通过相连电路进行处理。

光敏鼠标的器件布置也有相应的两种方案，而每种器件又可以有两种不同的使用方式。

第一种方案是接收元件成阵列集中排放，接收面略低于四周，但暴露于背景光中。发射管则在四周，以保证每个接收面都可以接受到来自四方发射的光线。当手指或物件置于接收元件上方足够接近时，来自发光管和背景光的光线都被遮挡，则从此接受元件的状态就可以判断手指或物件的位置。这种方案的第一种使用方式可以根据手指或光线阻挡物移动的方向和距离来相应地移动光标在显示屏上的方向和距离。，也可以由光敏面的中心到手指或光线阻挡物的方向和距离来决定光标在显示屏上移动的方向和速度。