虚拟键盘工作原理

在近来剖析Fly Pen笔触式电脑的热潮中，让我们也把目光瞄准另一种设计巧妙的产品——iTech虚拟键盘(Virtual Keyboard)，这种产品旨在解决手持设备所面临的文本输入困难问题。

它利用标准键盘(QWERTY)布局的投影来代替实际键盘，用户在敲击这种虚拟键盘时，键盘会自动读取“键击”位置，并转换为真实的输入。

至少就技术层面而言，这是一种相当精巧灵活的东西。

这种虚拟键盘的重量只有3盎司(约合85克)多一点，宽度和长度都仅为1英寸多(1英寸相当于2.54厘米)，高度稍超过3.5英寸(约合8.89厘米)。

它直立发射激光光束，可在几乎任何平坦的表面上投影出一个梯形的全尺寸键盘虚拟图像。

制造商表示，这种虚拟键盘每分钟能够处理多达400次键击，电池充电每充满一次后，连续键击时间可达2小时。

这种键盘配有接口适配器线缆，适用于大多数流行PDA；其中一款键盘还支持蓝牙无线连接，从而免除了配备线缆之虞。

在我们进行的次数有限的测试中，该产品工作得出奇地好，其设计似乎考虑得非常全面。

那么，它到底是如何工作的呢？尽管我们的分析常常包含推测成份，但其核心工作原理似乎简单明了——将键盘布局进行投影，并捕获能够帮助确定“输入”内容的图像。

这种虚拟键盘的实现方案内包含一块电路板，电路板两端各配一个激光组件。

其中一个激光二极管(或称半导体激光器)插在电路板顶端，负责将键盘投影到一个平坦的表面上。

而要将复杂得多的QWERTY键盘投影，顶端的这个激光二极管的光束通过衍射光或全息光学原理进行投影，从而产生键盘图像。

个中的光学原理包括把激光二极管的点光源转换为精确的二维图像的显微模式。

新颖的激光指示器就常常利用类似的光学原理来投影一些更奇特的影像，比如心脏、文本消息和微笑的脸庞等，但原理是相同的。

对于设计来说，除了要考虑对图像进行投影，更重要的是要知道按键何时被“按下”。

在设计中，第二个激光器嵌入在到电路板的底端，也就是位于直立式设计方案的底部；它在投影表面上方几毫米处投影出一个隐形的平面。

当用户的手指经过较低的平面时，激光就被反射回监测器件。

在这个过程中，每当激光平面受到扰动(disruption)，就意味着是时候进行相应的图像传感了，这就相当于电影《碟中谍》(Mission: Impossible)中先进的入侵传感器功能了。

iTech虚拟键盘采用了Atmel的MCU和OmniVision的传感器
用户手指触碰键盘传感平面所反射的激光会被图像传感器接收到，这里采用的是OmniVision公司具有CIF 分辨率的CMOS图像传感器。

一旦图像传感器检测到反射激光，传感器就要捕捉投影键盘的图像。

虽然带有一点猜想成分，但我们在这里还是这样假设，即捕捉到的图像被处理分析，以确定QWERTY键盘图案中哪些部分被占据(blocked)或是仍然可见(visible)，从而推断出用户的手指位置，因此，也就可以确定实际的键击动作，并输出到相应的设备。

这种虚拟键盘的全部处理与控制工作皆由Atmel的AT94S10AL微控制器(MCU)来完成，这款MCU集成了FPGA逻辑和E2PROM。

OmniVision图像传感器将数字图像数据输出到Atmel微控制器，由其进行分析。

该虚拟键盘还采用了1个串行8位A/D转换器(猜想是用于监控激光二极管驱动级)、1个温度传感器芯片、2个LDO稳压器以及2个运算放大器，这些器件皆出自美国国家半导体公司，它们提供了提供了所有必需的基本功能。

此外，该键盘还采用了1个Sipex串行收发器，以此作为连接PDA主机的串行接口。

系统中的电子部件除了这些，剩下的就是电池与插在电路板顶端和底端的激光二极管了。

虽然电路板上的两个激光二极管看起来别无二致，但二者在功能上的差异表明它们各自的电子与光学原理完全不同。

CMOS图像传感器所捕获的图像的分辨率并不高(288×352像素)，可见其光学结构相当简单，只不过是在出厂时业已聚焦的光学模块上集成了1个玻璃镜头和镀膜的红外(IR)滤光镜。

虽然iTech虚拟键盘能够完成复杂的功能，但却只含有11块芯片封装。

估计其总制造成本为44美元，其中包括随之交付的价格超过5美元的配件。

该虚拟键盘的建议零售价为100美元，可见对制造商而言，具有足够的利润空间，而该产品支持蓝牙无线连接的型号的利润则更加可观。

这种虚拟键盘的应用并不局限于PDA，还能够成为个人计算系统的更完整更精巧方案的一部分；在个人计算机中，“轻负荷(light-duty)”键盘可以根据需要收放自如，完全不占用空间，也不会遭遇诸如不小心把咖啡泼洒在上面的这类麻烦。

虚拟键盘可以用于笔记本和智能设备上，包括智能手机和PDA等。

虚拟蓝牙键盘使用激光技术产生一条电路，可以在任何表面投射出一幅虚拟的QWERT全尺寸键盘。

虚拟键盘就和传统的键盘一样，实现技术基于光学识别，用户敲击键位的图像区域完成键入。

智能手机提供强大的处理功能，但是在某些方面并不很易于使用，其中书写较长的电子邮件或文档并不能有传统键盘的良好交互方式，甚至有人抱怨在智能手机上写文章简直是痛苦的体验，简直没法和传统的PC 键盘相提并论。

尽管现在越来越多的新机型考虑到输入问题，加入小键盘设计和触控笔结合使用，这种设计一方面解决了智能手机上部分输入问题（键盘和输入法相结合），但又破于智能手机的移动性质，还是没能提供全尺寸键盘，智能手机已有集成键盘存在按键过小布局过于紧凑等问题。

虚拟键盘拥有范围广大的应用领域：个人数字助理（PDA），移动电话，小型电脑（为了解决占放空间），笔记本，Tablet PC（可书写型笔记本），工业环境，医学环境（无菌室），测试设备，运输业等等。

这里有一个官方提供的兼容设备列表，你可以看到i-Tech虚拟键盘可以在Windows 2000和Windows XP
系统上使用，当然前提是电脑上必须有蓝牙适配器。

还可以看到Pocket PC, Palm 和大多数智能手机都是可以使用的。

经过在一些设备上测试虚拟键盘，其中有些设备并不在兼容列表中，例如Orange SPV C500 和Fujitsu-Siemens Pocket Loox 720，虽然安装驱动和配置有些许问题，设置完毕后i-Tech虚拟键盘完全可以正常工作，所以也不要因为你的智能手机不在兼容列表中而感到失望。

蓝牙虚拟键盘支持设备：
VBK兼容设备型号
操作系统
SmartPhones
Blackberry 7100g,7100t,7100i,7130e,7250,7250,7290,7290,7520,8700c,8700r
HP 6300 Series
HP 6500 Series
Dopod 535 /Qtek 8080 / SPV E200 / Xphone
Audiovox xv6600 / PPC6601 / Harrier
Dopod 565 / i-mate SP3 / Qtek 8010 / SPV C500
Dopod 576 / i-mate SP3i / Qtek 8020 / SDA / Xphone II
Dopod 585 / Qtek 8100 / SDA Music / Xphone IIm
Dopod 699 / M2500 / Qtek 2020i / XDAIIi
Dopod 700 / i-mate PDA2K / MDAIII / Qtek 9090 / VPAIII / XDAIIs Dopod 818 / i-mate Jam / M500 / MDA Compact / Qtek S100 / XDA Mini M2000 / MDA II / Qtek 2020 / XDA II
I-mate JasJar/sp3
Motorola A1000
Motorola MPx220
Nokia 3650
Nokia 6600
Nokia 6260
Nokia 6630
Nokia 6680
Nokia N70
Nokia 7650
Palm Treo 650
Samsung i730
Sony-Ericsson P800
Sony-Ericsson P900
Sony-Ericsson P910i
XPlore M68
PDAs
Acer N50
Asus MyPal A716
Dell Axim 50/X50V
HP iPAQ H1940
HP iPAQ H2210
HP iPAQ H2700
HP iPAQ rx 3417
HP iPAQ rx3715
HP iPAQ 4700
HP iPAQ H5550
MIO 336 BT
Palm Tungsten T3
Palm Tungsten T5
Palm Zire 72
Palm TX
Palm Life Drive
Laptops and Desktops
i-Tech虚拟键盘通过蓝牙与智能设备连接后，然后要做的就是打开文本编辑程序（例如Pocket Word）在桌面上键区内轻松敲击，对于初次使用虚拟键盘难免会出现输入错误的情况。

而最大的问题是没有键程感（按键被按下），实际上虚拟键盘并没有实际的凸起按键。

尽管 i-Tech虚拟键盘没有明确的要求手指弯曲尺度，一旦习惯使用就能达到正确的键入速度。

明确一点虚拟键盘的出现还无法淘汰传统键盘，更好的便携性也往往是传统键盘望尘莫及的，可以放入口袋的虚拟键盘并无需输入法支持，如果你曾经有在智能手机上有过输入长文本的痛苦经验，应该会很赞许i-Tech公司提供这样的产品。

由于硬件制约虚拟键盘只能输入英文，这对于输入中文的用户不免有些失望，尽管可以在中文移动系统上安装驱动（例如Microsoft Windows Mobile 2003 Second Edition for Pocket PC Phone 简体中文版等），但仅能输入英文字符，希望能够尽快出现支持虚拟键盘的中文输入法。

还有一个好处就是不管何时何地从口袋中拿出虚拟键盘，定会吸引周遭人们的目光。

虚拟键盘设计的初衷是离开办公室同样的应用体验。

i-Tech虚拟键盘的机身尺寸为90 x 34 x 24mm，重量仅为80g，并不会为携带带来任何负担，在包装盒中还提供一个皮套，太阳能充电器和驱动CD。

电力供应大概能支持两个小时的工作时间，i-Tech还有一种有线的虚拟键盘版本（提供四条连接线对应四种不同设备），蓝牙传输也会消耗而外的电力。

在实际使用中发现平均连续工作时间在90分钟到105分钟左右，基本符合官方标称的数值。