專利名稱：輸入數(shù)據(jù)的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
概括地說，本發(fā)明涉及輸入數(shù)據(jù)的設(shè)備和方法。更具體地說，本發(fā)明涉及用探測到的光確定物體位置的設(shè)備和方法。
背景技術(shù)：
幾乎在日常生活的每個方面都要用到輸入裝置，其中包括計算機的鍵盤和鼠標、自動取款機、車輛控制和無數(shù)其它應(yīng)用。與大多數(shù)事物一樣，輸入裝置通常具有很多移動部分。例如傳統(tǒng)的鍵盤具有打開和閉合電觸點的可移動鍵。但是不幸的是大多數(shù)移動部分可能會在其它部件之前損壞或工作異常，特別是那些固態(tài)裝置。這樣的工作異?；驌p壞在骯臟或滿是灰塵的環(huán)境中更容易發(fā)生。另外，輸入裝置已經(jīng)成為限制小型電子裝置尺寸的一個因素，如膝上型計算機和個人備忘記事本。例如為了有效，一個鍵盤輸入裝置必須具有彼此分開一定距離的鍵，這個分開的距離至少要有用戶手指指尖的尺寸。這樣大的鍵盤已經(jīng)成為小型化電子裝置的一個限制因素。
一些現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)試圖解決上述的一個或多個問題。例如，觸摸屏可以探測到用戶接觸顯示器上的圖像。但是這樣的裝置通常需要在顯示器之中、之上或其周圍的傳感器和其它裝置。另外，減小這種輸入裝置的尺寸受到顯示器尺寸的限制。
其它的現(xiàn)有技術(shù)裝置利用光學(xué)傳感器探測用戶手指的位置。但是通常這些裝置需要放置光學(xué)傳感器使得它們在鍵盤或其它輸入裝置的上面或與它們垂直。這樣它們的體積就比較大并且不適于用在小型手持裝置中。
其它現(xiàn)有技術(shù)的裝置利用放置在待檢測表面上的光學(xué)傳感器探測用戶手指的位置。例如當使用鍵盤時，這樣的裝置通常需要傳感器位于鍵盤的角部或其它的邊界上。這樣，由于傳感器分布的尺寸必須至少要和鍵盤的尺寸一樣大，它們的體積就比較大。這樣的裝置不能用在小型手持裝置中或者不能提供實際大小的鍵盤或其它輸入裝置。
這樣就需要一種輸入裝置，它大到能夠有效地使用它，并且能夠把它放在諸如電子裝置等小設(shè)備中，如膝上型計算機和個人備忘記事本等。還需要一種輸入裝置，它不會由于骯臟的環(huán)境或灰塵等微粒物質(zhì)而導(dǎo)致失效。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明包括一種用于相對于參考平面探測輸入的輸入裝置。輸入裝置包括一個光學(xué)傳感器，定位光學(xué)傳感器使得它能夠相對于參考平面以銳角探測光并且產(chǎn)生表示探測光的信號；和一個電路，它響應(yīng)所述的光學(xué)傳感器用來確定物體相對于參考平面的位置。于是可以用物體相對于參考平面的部分來產(chǎn)生目前用機械裝置產(chǎn)生的那種類型的輸入信號。這個輸入信號輸入到電子裝置中，如膝上型計算機和個人備忘記事本。
本發(fā)明還包括一種確定輸入的方法。該方法包括提供一個光源，相對于參考表面以銳角探測光，產(chǎn)生至少一個表示物體相對于參考平面位置的信號。
本發(fā)明通過提供一種輸入裝置克服了現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，這種輸入裝置結(jié)構(gòu)緊湊并且允許提供實際尺寸的鍵盤或其它輸入裝置。不同于現(xiàn)有技術(shù)的裝置，那些現(xiàn)有技術(shù)的裝置需要傳感器直接位于所要探測區(qū)域的上面或者在所要探測區(qū)域的邊界，本發(fā)明允許輸入裝置是自持的并且遠離所要探測的區(qū)域。
通過下面對優(yōu)選實施例的描述本發(fā)明的那些其它優(yōu)點和好處將變得明顯。


為了能夠更清晰地理解和更容易地實施本發(fā)明，下面結(jié)合附圖描述本發(fā)明，在附圖中圖1是結(jié)構(gòu)圖，示出了根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的輸入裝置；圖2是輸入裝置的頂視平面示意圖，示出了第一和第二傳感器的方位；圖3是定位在根據(jù)本發(fā)明所構(gòu)造的輸入裝置中的投影儀和光源的示意圖；圖4是探測用戶手指的輸入裝置的透視圖；圖5-8示出了二維陣列型傳感器探測到的光；圖9是側(cè)視平面圖和結(jié)構(gòu)圖的組合，示出了本發(fā)明另一個實施例，其中光源產(chǎn)生靠近輸入模板的光平面；圖10是二維陣列型傳感器的示意圖，示出了可以怎樣使用單獨一個二維陣列型傳感器的圖像確定輸入模板附近的物體位置；圖11和12示出了可以用來取代圖10示出的二維陣列型傳感器的一維陣列型傳感器；圖13是本發(fā)明另一個實施例的結(jié)構(gòu)圖，其中包括一個在實際現(xiàn)實應(yīng)用中可以使用的投影眼鏡，用來給用戶提供輸入模板的圖像；圖14示出了另一個實施例，其中分度光源為對齊輸入模板提供分度標記；圖15是結(jié)構(gòu)圖，示出了相對于參考平面探測輸入的方法；圖16是結(jié)構(gòu)圖，示出了校準輸入裝置的方法。
具體實施例方式
應(yīng)該理解為了示出那些與清晰理解本發(fā)明相關(guān)的元件，本發(fā)明的附圖和描述已經(jīng)簡化了，同時為了清晰，去除了許多其它元件。那些本領(lǐng)域技術(shù)人員會認識到為了實施本發(fā)明可能需要和/或必需其它元件。但是，由于那些元件在本領(lǐng)域中是已知的，并且它們并不利于更好地理解本發(fā)明，這里就不提供對那些元件的討論了。
圖1是結(jié)構(gòu)圖，示出了根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的輸入裝置10。輸入裝置10包括一個輸入模板12、一個光源14、一個第一光學(xué)傳感器16、一個第二光學(xué)傳感器18和一個電路20。
輸入模板12給使用輸入裝置10提供方便，它可以是鍵盤或指示器等輸入裝置的圖像。輸入模板12可以是實體模板，如上面印刷了輸入設(shè)備的圖像的表面。例如，輸入模板12可以是一張紙或一片塑料片，它上面打印了鍵盤的圖像。輸入模板12也可以用投影到固體表面上的光形成。例如，投影儀22可以把輸入模板12的圖像投影到固體表面如桌面上。投影儀22可以是例如幻燈機或激光投影儀。投影儀22還可以同時或單獨提供幾個不同的輸入模板12。例如，可以在開始時同時提供鍵盤和指示器。但是在其它的功能中，輸入模板12可以采取其它的形式，如按鈕型控制板、小鍵盤和CAD模板。另外，投影儀22可以提供自定義輸入模板12。輸入模板12也可以不用投影儀22形成，而是利用全息圖像或球面反射等形成。甚至如下所述，可以不使用輸入模板12。
輸入模板12位于參考平面24中。參考平面24由輸入裝置10限定并且作為確定用戶輸入的參考。例如，如果輸入裝置12起到鍵盤的作用，可以認為參考平面24是虛擬鍵盤。參考參考平面24監(jiān)測用戶的動作從而確定用戶正在選擇鍵盤上的哪些鍵?？梢园褏⒖计矫?4想象為它被進一步限定在鍵盤上的那些鍵內(nèi)，而每個鍵在參考平面24上都具有一個位置，從而可以把用戶的動作解釋為從鍵盤上選出的字符。
光源14提供靠近輸入模板12的光。光源14可以提供多種類型光中的任何一種，包括可見光、相干光、紫外光和紅外光。光源14可以是白熾燈、熒光燈或激光。由于輸入裝置10可以使用來自周圍環(huán)境的環(huán)境光或來自人體的紅外光，所以光源14不必是輸入裝置10的機械部件。當在平坦表面的上部使用輸入裝置10時，光源14通常會把光提供到輸入模板12上方。但是輸入裝置10具有很多用途并且不一定在平坦表面的上面使用它。例如，輸入裝置10可以垂直安裝在墻上，如自動取款機、控制板或一些其它的輸入裝置。在這樣的實施例中，光源14將提供靠近輸入模板12的光，并且從用戶的角度看，光源14把光提供到輸入模板12的前面。另外，如果輸入裝置10安裝在用戶的上方，如汽車或飛機的頂部，光源14將提供靠近15并且在輸入模板12下方的光。但是，在那些實施例的每個實施例中，所提供的光都靠近輸入模板12。
定位第一和第二光學(xué)傳感器16、18使得它們能夠與輸入模板12成銳角探測光，并且產(chǎn)生表示探測到光的信號。第一和第二光學(xué)傳感器16、18可以是很多種類型的光學(xué)傳感器中的任何一種，并且可以包括聚光和記錄設(shè)備(即照相機)。例如，第一和第二光學(xué)傳感器16、18可以是二維陣列型光學(xué)傳感器并且還可以是一維陣列型光學(xué)傳感器。另外，第一和第二光學(xué)傳感器16、18可以探測多種類型光中的任何一種，如可見光、相干光、紫外光和紅外光。還可以選擇或調(diào)整第一和第二光學(xué)傳感器16、18使得它們對預(yù)定類型的光特別敏感，如對光源14產(chǎn)生的特殊頻率的光特別敏感，或者對人的手指發(fā)出的紅外光特別敏感。如下所述，輸入裝置10還可以只使用第一和第二光學(xué)傳感器16、18中的一個，或者可以使用兩個以上光學(xué)傳感器。
電路20響應(yīng)第一和第二光學(xué)傳感器16、18并且確定一個物體相對于參考平面24的位置。電路20可以包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器28、30，用來把來自第一和第二光學(xué)傳感器16、18的模擬信號轉(zhuǎn)換為處理器32可以使用的數(shù)字信號。必須在三維空間中確定一個或多個物體相對于參考平面的位置。也就是說，如果使用一個二維圖像從正上方觀察鍵盤，能夠確認出手指正在哪個鍵上面。這不會告訴我們手指是否垂直移動去按下那個具體的鍵。如果從與桌面平行的平面觀察鍵盤，能夠觀察到手指的垂直位置和在單個平面上的位置(x和y位置)，但是不能觀察到在z方向的位置(離開的距離)。因此存在幾種方法來確定需要的信息。處理器32可以應(yīng)用一種或多種這些技術(shù)來確定靠近輸入模板12的物體位置。處理器32還可以應(yīng)用圖像識別技術(shù)來區(qū)分用來輸入數(shù)據(jù)的物體和背景物體。用于確定物體位置和用于圖像識別的軟件已經(jīng)商業(yè)化了，可以從Millennia 3，Inc.，Allison Park，Pa得到。電路20可以給電子裝置33提供輸出信號，如手提電腦或個人備忘記事本。輸出信號表示用戶所選擇的輸入。
存在幾種確定物體位置的處理方法。這些方法中包括應(yīng)用結(jié)構(gòu)光的三角測量、雙目不對稱、測距和使用模糊邏輯。
為了使用應(yīng)用結(jié)構(gòu)光的三角測量方法探測物體的位置屬性，使用從一個或幾個手指反射回來的光的三角測量來計算手指的X和Z位置。手指(是否按下鍵)的Y位置(即垂直位置)利用光平面是否交叉來確定。根據(jù)所需的具體角度和分辨率，實施這種方法時可以使用一個或多個光學(xué)傳感器或照相機。
雙目不對稱方法是三角測量方法的一般形式，其中來自每個光學(xué)傳感器或照相機的所有圖像點需要關(guān)聯(lián)。一旦建立起關(guān)聯(lián)，比較點落在每個傳感器上的相應(yīng)位置。從數(shù)學(xué)的角度講，這樣就能夠利用這些位置之間的差別使用三角測量方法來計算所述距離。實際上由于關(guān)聯(lián)圖像點這個問題比較復(fù)雜，這種方法也就比較困難。通常要使用一些顯著的參考位置作為代替，如明確的參考點、角、邊等。根據(jù)定義，這需要兩個傳感器(或單獨一個傳感器的兩個區(qū)域)。
測距方法是一種確定物體離開傳感器距離的方法。傳統(tǒng)上使用過兩種方法。第一種方法使用聚焦。在測試圖像的清晰度時調(diào)節(jié)透鏡。第二種方法使用當光從物體反射回到傳感器時光的“飛行時間”。其關(guān)系是距離＝1/2(光速×?xí)r間)。從這兩種技術(shù)的結(jié)果可以得到感興趣區(qū)域的三維圖，由此顯示出在什么時間按下了哪些鍵。一般來講，這些方法使用單獨一個傳感器。
針對處理操作的困難已經(jīng)開始使用新一代的硬件(和軟件實現(xiàn))。具體地說，模糊邏輯這一技術(shù)能夠直接或使用統(tǒng)計推斷相關(guān)來比較信息(在這種情況下是指圖像)。例如，通過連續(xù)相互比較所選擇的圖像區(qū)域可以使用這種方法來執(zhí)行雙目不對稱。當比較結(jié)果達到峰值時，就確定出距離。相關(guān)技術(shù)包括自相關(guān)、人工智能和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。
圖2是輸入裝置10的頂視平面示意圖，示出了第一和第二傳感器16、18的方位。與一些現(xiàn)有技術(shù)的裝置不同，本發(fā)明中的傳感器16、18可以遠離要探測的區(qū)域，并且可以在大致相同方向上面對。由于第一和第二光學(xué)傳感器16、18可以遠離要探測的區(qū)域，輸入裝置10可以是小型緊湊裝置，這在一些應(yīng)用中是很理想的，如用在個人備忘記事本和膝上型計算機上時。例如本發(fā)明可以應(yīng)用在膝上型計算機中，它具有比鍵盤小很多的尺寸，但是給用戶提供實際大小的鍵盤和鼠標。
圖3示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的輸入裝置10中的投影儀22和光源14。輸入裝置10可以放在固體表面34上。可以把投影儀22放置得比輸入裝置10高從而增加投影儀把輸入模板12投影到表面34上的角度?？梢园压庠?4放置得比輸入裝置10低，從而靠近表面34提供接近輸入模板12的光，并且通過減少入射到表面34上的光量來減少投射到輸入模板12的“沖失”。
圖4是探測用戶手指36的輸入的輸入裝置10的透視圖。當用戶手指36接近輸入模板12時，光源14照亮用戶手指36的部分38。光從用戶手指36的照亮部分38反射回來并且第一和第二光學(xué)傳感器16、18探測到這些光(在圖1和2中示出)。定位光學(xué)傳感器16、18(在圖1和2中示出)使它們相對于輸入模板12以銳角探測光。來自用戶手指36的光的精確角度依賴于輸入裝置10中的第一和第二光學(xué)傳感器16、18(在圖1和2中示出)的位置以及輸入裝置10離用戶手指36的距離。
圖5和6圖示了二維陣列型傳感器探測到的光，第一和第二光學(xué)傳感器16、18可以使用這樣的傳感器。二維陣列型傳感器是一種用于攝影機中的光學(xué)傳感器，在用圖形示出時可以把它表示為光學(xué)傳感器的二維網(wǎng)格。二維陣列型傳感器所探測到的光可以表示為像素的二維網(wǎng)格。在圖5和6中變暗的像素表示從圖4示出的用戶手指36反射回來并且分別被第一和第二光學(xué)傳感器16、18探測到的光?？梢园央p目不對稱技術(shù)和/或三角測量技術(shù)應(yīng)用到來自第一和第二光學(xué)傳感器16、18的數(shù)據(jù)從而確定用戶手指36的位置。從所探測到的光在像素陣列中的位置可以確定用戶手指36的相對左右位置。例如，如果物體出現(xiàn)在第一和第二光學(xué)傳感器16、18的左側(cè)，那么物體在傳感器16、18的左側(cè)。如果在傳感器16的右側(cè)探測到物體，那么物體在右側(cè)?？梢詮膫鞲衅魈綔y到的圖像中的差距來確定用戶手指36的距離。例如，用戶手指36離傳感器越遠，來自第一和第二光學(xué)傳感器16、18的圖像就越相似。反之，當用戶手指36接近第一和第二光學(xué)傳感器16、18時，圖像會變得越來越不相似。例如，如果用戶手指36靠近第一和第二光學(xué)傳感器16、18并且大致靠近輸入模板12的中心，在一個傳感器的右側(cè)會出現(xiàn)一個圖像，在另一個傳感器的左側(cè)會出現(xiàn)一個不同的圖像，這就如圖7和圖8分別示出的那樣。
根據(jù)用戶手指36和輸入模板12之間的距離，輸入裝置10能夠確定什么時候用戶意圖從輸入模板12選擇一項，這與用戶并不想做選擇時是不同的。例如，當用戶手指36離輸入模板12的距離小于1英寸時，輸入裝置10就斷定用戶想要選擇用戶手指下面的那一項?？梢孕瘦斎胙b置10以確定用戶手指36和輸入模板12之間的距離。
圖9是側(cè)視平面圖和結(jié)構(gòu)圖的組合，示出了本發(fā)明的另一個實施例，其中光源14產(chǎn)生一個靠近輸入模板12的光平面。在該實施例中，光平面限定了輸入模板12上面的一個距離，為了在輸入模板12上選擇一項，物體必須放置在輸入模板12上面所限定的距離的光平面上。這是由于如果用戶手指36在光平面上面，用戶手指36不會向第一和第二光學(xué)傳感器16、18反射光。反之，一旦用戶手指36穿過光平面，光就會反射回到第一和第二光學(xué)傳感器16，18上。
可以定位光源14使得光平面是傾斜的并且它在輸入模板12上面的高度不是恒定的。如圖9所示，光平面可以是輸入模板12上面的一個平面，在靠近光源14的一點上與輸入模板12分開一定距離，光平面在遠離光源14的位置在輸入模板12上面離開輸入模板12的距離要小一些。當然也可以實施與之相反的形式。利用光平面的這種不均勻高度便于探測距離。例如，如果用戶手指36靠近光源14，它將向二維陣列型傳感器的頂部反射光。反之，如果用戶手指36遠離光源14，它將向二維陣列型傳感器底部反射光。
圖10是二維陣列型傳感器的示意圖，示出了可以怎樣使用來自單獨一個二維陣列型傳感器的圖像確定輸入模板附近的物體位置?？梢詮亩S陣列型傳感器上探測到反射光的部分來確定物體位置。例如，利用上述的實施例，可以利用從物體反射的光的水平位置確定物體相對于傳感器的方向。例如，位于傳感器左側(cè)的物體會向傳感器左側(cè)反射光。位于傳感器右側(cè)的物體會向傳感器右側(cè)反射光?？梢允褂梦矬w反射光的垂直位置確定傳感器離物體的距離。例如，在圖9示出的實施例中，靠近傳感器的物體會使得光反射向傳感器的頂部。反之，遠離傳感器的物體會把光反射到更靠近傳感器底部的位置。光平面的傾斜度和傳感器的分辨率會影響輸入裝置10的深度靈敏性。當然，如果把圖9中示出的光平面斜度反向，傳感器的深度識別也會相反。
圖11和12示出了可以用來取代圖10示出的二維陣列型傳感器的一維陣列型傳感器。一維陣列型傳感器與二維陣列型傳感器類似，除了它們只在一維中探測光。所以可以使用一維陣列型傳感器來確定探測到的光的水平位置，但是不能確定探測到的光的垂直位置?？梢远ㄎ灰粚σ痪S陣列型傳感器使得它們彼此垂直，這樣就可以用類似于參考圖10描述過的方式使用它們來確定物體如用戶手指36的位置。例如，圖11示出了沿垂直方向定位的一維陣列型傳感器，可以使用這個傳感器確定用戶手指36的位置的深度分量。圖12示出了沿水平方向定位的一維陣列型傳感器，可以使用它確定用戶手指36的左右位置。
本發(fā)明還可以包括一種下述的校準方法。例如當使用輸入裝置的紙張或塑料圖像等實體模板時，可以使用校準方法。在這樣的實施例中，輸入裝置10可以提示用戶進行一些嘗試輸入。例如，當使用鍵盤輸入模板12時，輸入裝置10可以提示用戶鍵入幾個鍵。使用輸入裝置10所探測到的輸入來確定輸入模板12的位置。例如，輸入裝置10可以提示用戶鍵入“the quick brown fox”，從而確定用戶把輸入模板12放在了哪里?；蛘咴谑褂檬髽说戎甘酒鞯那闆r下，輸入裝置10可以提示用戶指出指示器運動范圍的邊界。利用這個信息，輸入裝置10能夠標準化輸入模板12的輸入。
在另一個實施例中，輸入裝置10可以不使用輸入模板12。例如，一個好打字員可以不需要鍵盤的圖像來輸入數(shù)據(jù)。在這種情況下，如果用戶正在使用輸入模板12，輸入裝置10可以提示用戶做一些嘗試輸入從而確定輸入模板12會放在哪里。另外，對于簡單的輸入模板，如只具有很少幾個輸入數(shù)字的輸入模板12，那么任何用戶都可以不需要輸入模板12。例如，在大多數(shù)情況下輸入模板12只有兩個輸入，那么用戶不需要輸入模板就能夠可靠地進行輸入。在這個例子中，把用戶手指36大致放置在輸入裝置10的左側(cè)就可以選擇一個輸入，把用戶手指36大致放置在輸入裝置10的右側(cè)就可以選擇另一個輸入。即使不使用輸入模板12，參考平面22仍然存在。例如，即使用戶不使用輸入模板12，定位一個或多個光學(xué)傳感器16、18探測相對于參考平面22成銳角反射回來的光。
圖13是表示本發(fā)明另一個實施例的結(jié)構(gòu)圖，其中包括一個在實際現(xiàn)實應(yīng)用中可以使用的投影眼鏡42，從而給用戶提供輸入模板12的圖像。這個實施例沒有使用輸入模板12。處理器32可以控制投影眼鏡42。投影眼鏡42可以對位置敏感從而處理器32知道投影眼鏡42在什么位置、什么角度，這樣就使得即使用戶腦袋移動了，投影眼鏡42所創(chuàng)建的圖像相對于用戶也一直保持在一個位置。投影眼鏡42可以使用戶在看到周圍實景的同時看到輸入模板12的圖像。在這個實施例中，即使用戶的腦袋移動了，輸入模板12在用戶的視野中也可以保持在相同的位置。另外，如果投影眼鏡42可以對位置敏感，當用戶腦袋移動時，輸入模板12可以保持在實體(如桌面)的一個位置上。圖13示出的實施例只使用了一個傳感器16，沒有使用光源14或投影儀22，但是如上所述，可以使用更多的傳感器、光源14和投影儀22。
圖14示出了另一個實施例，其中提供了分度光源44。分度光源44用來在表面34上提供一個或更多個分度標記46。用戶可以使用分度標記46正確地對齊實體輸入模板12。在這個實施例中，不需要較準步驟來確定實體輸入模板12的精確位置。
圖15是一個結(jié)構(gòu)圖，示出了探測相對于參考平面的輸入的方法。該方法包括提供一個光源50、相對于參考平面以銳角探測光52、產(chǎn)生至少一個表示探測光的信號54、根據(jù)至少一個表示探測光的信號確定物體相對于參考平面的位置56、并且從物體相對于參考平面的位置確定輸入58。類似于上述對所提供的裝置的描述，該方法可以包括在參考平面中提供輸入模板。
圖16是一個結(jié)構(gòu)圖，示出了校準輸入裝置的一種方法。該方法包括提示用戶在參考平面上的一個位置提供輸入60、確定用戶所提供的輸入位置62、定位參考平面使得提示用戶輸入的位置與用戶所提供的輸入位置一致64。可以使用一個輸入模板，把它放置在參考平面中并且執(zhí)行校準方法。無論是否使用輸入模板，都把參考平面定義為輸入裝置。可以把參考平面定義為許多輸入裝置中的任何輸入裝置，如鍵盤或指示器。例如，如果把參考平面定義為鍵盤，校準方法可以包括提示用戶輸入鍵盤上的字符并且定位參考平面使得提示用戶的字符位置與用戶所提供的輸入位置一致?？梢杂脕碜杂脩舻囊粋€以上輸入來執(zhí)行校準方法，從而該方法包括提示用戶要多個輸入(每個輸入在參考平面上具有一個位置)，確定用戶所提供的每個輸入的位置，定位參考平面使得每個提示用戶輸入的位置與用戶所提供的每個輸入位置一致。可以用與正常操作中確定輸入一樣的方式來實現(xiàn)確定用戶所提供的一個或多個輸入的位置。換言之，確定過程可以包括提供一個光源、相對于參考平面以銳角探測光、產(chǎn)生至少一個表示探測光的信號、和根據(jù)至少一個表示探測光的信號確定物體相對于參考平面的位置。
那些本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠認識到可以實現(xiàn)本發(fā)明的多種改進和變化。例如，本發(fā)明是參考用來選擇輸入模板12上的項的用戶手指36來描述的，但是其它諸如鉛筆和鋼筆等物體也可以用來選擇輸入模板12上的項。作為另一個例子，可以不使用光源14?？梢岳梦矬w的尺寸來確定物體的深度。靠近傳感器的物體比遠離傳感器的物體顯得大。上述對輸入裝置10的校準可以用來確定物體在各個位置的尺寸。例如，在輸入數(shù)據(jù)之前，可以提示用戶選擇靠近輸入模板12頂部的輸入，然后選擇靠近輸入模板12本體的項。利用這些信息，輸入裝置10可以對它們之間的位置進行插值。前面的描述和后面的權(quán)利要求意圖涵蓋所有的這些改進和變化。
權(quán)利要求
1.一種用來探測一個區(qū)域中的物體的系統(tǒng)，不可見光譜范圍中的波照射該區(qū)域，該系統(tǒng)包括一個投影儀，它的結(jié)構(gòu)使得視頻圖像可以投射到該區(qū)域上；一個用來發(fā)射不可見光譜范圍中的波的裝置，它的結(jié)構(gòu)使得能夠基本上照射該區(qū)域；一個接收裝置，它的結(jié)構(gòu)使得接收裝置記錄受照射區(qū)域，把接收裝置特別地均衡到與這些波對應(yīng)的不可見光譜范圍；和一個計算機，它配置有識別算法，其中使用識別算法探測這些發(fā)射的波照射的物體。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中發(fā)射不可見光譜范圍中波的裝置具有至少一個紅外光源，并且其中接收裝置是至少一個照相機。
3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中紅外光源是紅外光發(fā)射二極管和具有紅外濾光器的白熾燈泡中的一個。
4.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中照相機具有一個只允許紅外光透射的濾光器。
5.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中照相機的濾光器只允許紅外光發(fā)射二極管或具有紅外濾光器的白熾燈泡的一個光譜范圍內(nèi)的光透射。
6.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中用紅外光從下面照射該區(qū)域，并且使得投射表面反射可見光譜范圍而且透射紅外光譜范圍。
7.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中發(fā)射不可見光譜范圍中波的裝置具有至少一個發(fā)射紫外輻射的裝置，并且其中接收裝置是至少一個紫外輻射接收器。
8.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中發(fā)射裝置和接收裝置位于一個光軸上。
9.一種探測在一個區(qū)域中的物體的方法，該方法包括下述步驟在該區(qū)域中產(chǎn)生一個視頻圖像，它具有計算機能夠把可用功能施加到其上的至少一個范圍，視頻圖像投射到一個預(yù)定區(qū)域上；把物體移動到該預(yù)定區(qū)域中；為了探測物體，用波長在不可見光譜范圍內(nèi)的波照射該區(qū)域；使用一個接收裝置探測物體，該接收裝置特別均衡到與這些波對應(yīng)的不可見光譜范圍；和當物體停留在該范圍中預(yù)定時間后，物體觸發(fā)該范圍的功能。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，進一步包括通過移動用戶手指移動與物體相關(guān)的鼠標指針越過照射區(qū)域的步驟。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，進一步包括實現(xiàn)控制的步驟，使用用戶的一個手指、用戶的一只手或指針是實現(xiàn)控制的特征。
12.一種非接觸裝置，用來把物體的移動轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)據(jù)，包括一個或多個光源；一個或多個光學(xué)傳感器，當所述的一個或多個光源照射所述的物體時，排列該一個或多個光學(xué)傳感器以探測從所述物體上反射的光；和一個電路，用來根據(jù)所述的探測到的反射光計算所述的物體相對于一個或多個參考點的相對位置。
13.如權(quán)利要求12所述的裝置，進一步包括一個數(shù)據(jù)輸入裝置的模板。
14.如權(quán)利要求13所述的裝置，其中所述的輸入模板是實體模板。
15.如權(quán)利要求12所述的裝置，進一步包括一個投影儀；其中所述的輸入模板是投影圖像。
16.如權(quán)利要求12所述的裝置，其中所述的輸入模板是全息圖像。
17.如權(quán)利要求12所述的裝置，其中所述的輸入模板是球面反射。
18.如權(quán)利要求12所述的裝置，其中所述的一個或多個光源提供從一組光中選擇出來的一種光，這組光包括可見光、相干光、紫外光和紅外光。
19.如權(quán)利要求12所述的裝置，其中所述的電路包括一個處理器，它使用算法計算所述物體的所述位置。
20.如權(quán)利要求19所述的裝置，其中所述的算法使用三角測量。
21.如權(quán)利要求19所述的裝置，其中所述的算法使用雙目不對稱。
22.如權(quán)利要求19所述的裝置，其中所述的算法使用數(shù)學(xué)測距。
23.如權(quán)利要求20所述的裝置，其中所述的算法使用模糊邏輯。
24.如權(quán)利要求21所述的裝置，其中所述的算法使用模糊邏輯。
25.如權(quán)利要求22所述的裝置，其中所述的算法使用模糊邏輯。
26.如權(quán)利要求12所述的裝置，其中所述的一個或多個光學(xué)傳感器是二維陣列型光學(xué)傳感器。
27.如權(quán)利要求12所述的裝置，其中所述的一個或多個光學(xué)傳感器是一維陣列型光學(xué)傳感器。
28.如權(quán)利要求12所述的裝置，進一步包括一個連接所述的裝置和計算機的接口，使得代表所述的物體位置的所述數(shù)據(jù)能夠從所述的裝置通過所述的接口傳遞到所述的計算機上。
29.如權(quán)利要求28所述的裝置，其中所述的接口是硬接線的。
30.如權(quán)利要求28所述的裝置，其中所述的接口是無線的。
31.如權(quán)利要求30所述的裝置，其中所述的無線接口從包括紅外、射頻和微波的組中選擇。
全文摘要
一種相對于參考平面(24)探測輸入的輸入裝置(10)。輸入裝置(10)包括一個或多個光學(xué)傳感器(16，18)，定位它們使得能夠相對于參考平面(24)以銳角探測光并且產(chǎn)生表示探測到的光的信號，和一個響應(yīng)所述的光學(xué)傳感器的電路(20)，用來確定物體相對于參考平面(24)的位置。
文檔編號G06F3/033GK1666222SQ03816070
公開日2005年9月7日 申請日期2003年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月10日
發(fā)明者史蒂文·蒙特利斯 申請人:史蒂文·蒙特利斯