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    • 光学设计存在安全缺陷
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激光投影键盘拆机:炫酷有余,定义存缺陷

2022/10/08
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阅读需 8 分钟
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2018年,被称为中国“第五大发明”的激光投影键盘横空出世,有人说它是一款来自未来世界的电路方案。几年过去了,像好莱坞大片中的酷炫投影键盘确已来到了现实生活当中,但是几乎没有看到有人在用,也就是说,它没有像当年Avago Technologies(安华高科技)推出的光电鼠标那样人手一个。

为什么?从原理上讲,其几种传感器的使用没有毛病,只是用错了地方,用的方式也有问题。说它是黑科技没有错,但却鸡肋不如!

下面通过对激光投影键盘的拆解来解释一二。

原理不错 但忽略了一个细节

记得一个搞发明的人说过,以前没有的东西你就可以发明,也可以申请专利,也能被批准。就像把一个燃气罐接在打火机上,原理上没有问题,也能用,但是不实用。这就是产品定义要解决的问题。

激光投影键盘的原理主要是采用光学测距技术,通过激光发射器二极管)将计算机键盘图案影像投射在平面上,让使用者看到;再利用采用一个由摄像头激光器组成的测距系统进行检测,用计算机视觉来处理按键事件。

底部红外激光照射每个按键,当手指遮住光线(按下一个虚拟键)时,手指反射的激光信号会被摄像头捕捉到。随后,利用信号处理软件计算出激光光斑定位(距离指尖位置),并求出二位坐标中对应的按键,通过蓝牙数据传输电子设备显示出相应的字符。

实际操作时误差很大,特别是手指还没有触及键盘(桌面),测距已提前发生,导致误操作。原因在于底部发射的激光与键盘表明有一定距离,会提前检测到手指的存在,所以,按键时必须迅速;如果几个手指都在这个范围内,就无法分辨是哪一个手指要按在键盘上,所以两次点击之间要有一些停顿才行,否则就会不停地“哔哔”乱响,电脑或手机屏幕上出现的字符就莫名其妙了。不要说玩游戏,就是双手正常打字也难以实现。至于鼠标模式、手势识别更是难以搞定。

激光投影键盘的实际打字的速度连一个初学打字的人都不如。

这个图才是实际使用情况——只能单指操作

拆解全程 图文呈现

激光投影键盘是一个长方形的小盒子,造型简捷,结构紧凑,内外工艺都不错。除了键盘相关功能,还在上部加入了机械式结构的手机支架,按下顶部即可弹出。另外,这款产品还搭载了2600Ah锂电池,可以当充电宝使用。

产品外观结构,传感器即摄像头;红外灯即激光器

取下手机支架下面的2颗螺丝后,从侧面用刀片即可撬开。

拆开外壳

打开外壳后,取下用双面胶粘住的锂电池;拆下电池架固定螺丝即可看到电路板。2600Ah锂电池实际上作为移动电源还是容量不够。

内部结构

拆下电路板固定螺丝,拔下与之连接的几个插头,即可取出电路板。

取出电路板

电路板正面有2颗比较大的芯片,一颗是主控芯片跑信号处理算法软件,下面是蓝牙芯片;电路板背面的一颗芯片是移动电源管理SoC,实现锂电池充电、放电管理、电量指示。芯片没有更多可以讲的,主要功能集中于光学部分。

光学设计存在安全缺陷

光学部分都是用螺丝固定的,只是底部红外激光器的4个固定螺丝要撕掉外壳底部产品标贴才能看到。

激光投影键盘是虚拟的,基于跨平台计算机视觉和机器学习软件库OpenCV,结合广角摄像头、980nm一字红外激光器、红外滤光片及键盘投影激光器。利用加装了红外滤光片的摄像头检测由手指遮挡引起的一字红外激光漫反射生成的光点,以定位这个光点(虚拟键盘某一点)的中心位置。

广角摄像头

激光发射原理及产生过程的特殊性决定了激光具有普通光所不具备的特点:单色性好、相干性好、方向性好和亮度高。

之所以选择980nm红外激光是因为其具有低功耗和聚焦效果好,且光的频率人眼觉察不到,考虑到人眼安全,所以是30mW功率。由于键盘是一个平面,所以不能使用传统的单束激光作为光源,所以只能选择一字形激光,线角度为120°。

980nm红外激光覆盖范围

按照设计要求,线性激光器发出的激光线产生的平面需要紧贴桌面等表面,并保持与桌面表面平行,这样才可以使激光键盘有效工作。事实上这是做不到的,因为激光器本身是有厚度的,光孔不可能完全与虚拟键盘表面在同一平面上。

线性激光器光孔与桌面的距离

然而,980nm红外激光发射出的不可见光束也可能造成人眼潜在危害,也容易被忽视。

再看键盘投影模组,激光发射器的铜壳外面加了散热器,光孔表面覆盖的是键盘的缩影薄膜,可以投射出键盘图形。它选择650nm可见光激光,可以在平面上投射出键盘图形,而且不会对摄像头检测980nm信号产生干扰。

不过,从实际使用看,虽然使用说明书中提示:“特别注意,使用时不要对着人的眼睛。”但键盘投影激光器发出的光一直对着使用者的面部,因为要低头看键盘,正好对着激光。

实拍使用者人眼角度激光亮度

一般来说650nm激光对人体没有害,但它处于血红蛋白光谱吸收峰值,能被血红蛋白强烈吸收,所以被用来治疗鼻炎。早在2003年,眼科专家邵立功博士首先在中国申请了半导体激光近视弱视治疗仪国家发明专利,后来他查阅了大量北美西欧和日本以及国际激光医学防护手册等资料,证实存在严重安全隐患,遂决定放弃。

写在最后

你可能会说,光电鼠标不是也有红光吗?但它是红光LED;当然,近年来出现的激光鼠标也采用了不可见光束,更加灵敏、可靠,可在更多表面上享有更精准的操控感,但是,不管是LED鼠标,还是激光鼠标,使用时都不必用眼睛盯着,而且其光线是向下的,你根本就看不到!

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