基于觸摸屏的虛擬鍵盤專利技術綜述

易建瓊

摘 要：當下，觸摸屏移動終端的發展進入了一個空前的階段，觸摸屏上虛擬鍵盤的設計的優劣直接影響用戶對觸摸屏終端的使用體驗。因此，虛擬鍵盤的設計成為各觸摸屏終端廠商爭相研究的熱點。本文以基于觸摸屏上的虛擬鍵盤技術，以專利申請作為分析對象，重點分析全球及中國范圍內關于觸摸屏上的虛擬鍵盤技術的專利申請態勢、重要申請人、典型技術方案等方面。

關鍵詞：觸摸屏；虛擬鍵盤；專利

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2018）02-0058-02

A Survey of Patent Technology of Virtual Keyboard on Touch Screen

YI Jianqiong

（Patent Examination Cooperation Sichuan Center of the Patent Office， SIPO，Chengdu 610213，China）

Abstract：At present，the development of touch screen mobile terminal has entered an unprecedented stage. The design of the virtual keyboard on the touch screen directly influences the user experience of mobile terminal. As a result，the design of virtual keyboard has become a hot topic among the manufacturers of touch screen terminals. This paper focus on the trend of patent applications、important applicants、typical technical scheme of the virtual keyboard technology on the touch screen.

Keywords：touch screen；virtual keyboard；patent

0 引 言

隨著觸摸屏技術、智能移動終端的迅速發展與普及，人機交互設備的鍵盤也相應地發展成為觸摸屏幕上的虛擬鍵盤，虛擬鍵盤在GUI信息輸入中扮演著非常重要的角色。虛擬鍵盤作為觸摸屏人機交互設備的重要輸入媒介，隨著觸摸屏技術的迅猛發展經歷了一系列技術創新，包括在智能布局、提高輸入速率和準確性、擴大輸入空間、改善用戶體驗等方面。

1 基于觸摸屏的虛擬鍵盤的技術分支

虛擬鍵盤用于人機交互設備上的信息輸入。相比于傳統鍵盤，它具有較多優點，如由軟件實現、具有可編程性、可以根據用戶的需求進行個性化定制以及滿足用戶在個體化上的需求。同時，其相對物理鍵盤也存在一些明顯的缺點，如受屏幕大小的限制，虛擬鍵盤的顯示空間較小，導致了虛擬鍵盤中每個字符的排列位置緊密，容易出現輸入錯誤、以及用戶使用虛擬鍵盤時，不能像使用物理鍵盤一樣獲得觸感反饋，從而導致體驗不佳等。

本文基于現有的全球專利申請文獻進行檢索、閱讀、分析，總結出觸摸屏虛擬鍵盤技術的主要研究方向，主要包括：（1）布局優化；（2）提高輸入準確性；（3）提高輸入效率；（4）虛擬鍵盤的附加功能。從觸摸屏虛擬鍵盤各研究技術分支在全球專利申請量中的分布，可以看出關于觸摸屏虛擬鍵盤布局的專利申請量最多，這是由于相較于傳統物理鍵盤，虛擬鍵盤最大的優點是可編程性，可以實現虛擬鍵盤的用戶定制，因此，為了提高觸摸屏虛擬鍵盤的用戶體驗效果，各觸控智能終端的制造商都對虛擬鍵盤的布局進行了大量的研究；其次是提高在虛擬鍵盤上進行文本輸入的效率，主要是提高輸入速度。由于觸摸屏虛擬鍵盤最大的不足是顯示空間有限，導致虛擬鍵盤上的按鍵大多都非常緊湊，在用戶使用手指進行輸入時，容易出現輸入錯誤，因此，在提高輸入的準確性方面的研究也非常重要。虛擬鍵盤是觸摸屏設備上最常用的輸入工具，用戶使用的頻率高；另外，為了提高觸控設備使用的便捷性，在虛擬鍵盤上添加附屬功能，如快捷啟動應用程序、快捷操作等也是研究的熱點。上述各個分支并不是完全獨立的，多個分支之間會交叉融合，以達到進一步提高用戶體驗的效果。

2 基于觸摸屏的虛擬鍵盤的技術領域專利總覽

2.1 申請態勢

觸摸屏虛擬鍵盤技術的全球專利申請總體可以分為三個階段。2001年以前，是觸摸屏虛擬鍵盤研究的萌芽期，2002-2005年之間是觸摸屏虛擬鍵盤技術的緩慢增長期，2006-2012年之間是觸摸屏虛擬鍵盤的快速增長期，在2012年達到頂峰，最大申請量為276項。觸摸屏虛擬鍵盤技術在2006-2012年間獲得快速發展，這是由于觸摸智能終端在此期間快速發展的推進，特別是智能手機的發展，基于開源操作系統Android的智能手機地突起更是促進了虛擬鍵盤各個研究方面的發展，逐漸步入技術發展創新的成熟期。因此，在2013年后其相關專利申請量也從急劇增長的狀態開始轉向回落。

國內的申請量情況體現為初期的發展相對滯后，但是隨著國內觸摸屏智能移動終端的發展，不斷有新的企業加入到觸摸智能移動終端的制造大軍中來，加上國內高新技術企業對知識產權越來越重視，因此國內各觸摸屏智能移動終端在觸摸屏虛擬鍵盤領域的創新研究勢頭從2011年到現在仍然強勁。

2.2 全球主要申請人分布

觸摸屏虛擬鍵盤主要的技術原創地區依次為：美國、中國、韓國、日本和歐洲，其中美國和中國的申請項數最多，韓國和日本分別位列第三、第四位。中國在觸摸屏虛擬鍵盤領域的技術創新能力越來越強，這得益于觸摸智能移動終端在中國的快速發展。

三星公司在該領域的申請量最大，達到了91件，這與三星公司在智能便攜式終端產品領域，如手機和平板電腦的巨大成功是密不可分的；其次是加拿大的捷迅研究公司，該公司旗下的黑莓手機在智能手機領域中占有一席之地；第三位是蘋果公司，蘋果公司在智能便攜式終端的引領地位是顯而易見的。另外，有多家中國公司躋身全球觸摸屏虛擬鍵盤研究領域的前列，包括聯想、鴻海集團、中興、華為公司，這也說明了中國在該領域已經具備相當強大的創新能力，正在快速邁進國際先進水平行列。

2.3 國內主要申請人的地區分布

觸摸屏虛擬鍵盤技術的專利申請量在國內的區域分布不均勻，主要集中在經濟發達地區，其中廣東省的申請數量位居全國首位，占據了國內申請人全部申請量的33%，其次是北京和上海，分別位居第二位和第三位。在廣東省內，以深圳的申請量最多，達145件。這是由于觸摸智能手機的快速發展推動了觸摸屏虛擬鍵盤的研究，而廣東省有多家知名的觸摸智能手機廠商，如華為、中興、OPPO等。

3 典型專利分析

（1）智能布局（US2006033724A1，被引證次數200，同族數量14）

要解決的技術問題：由于虛擬鍵盤和應用界面顯示在同一屏幕上，這樣虛擬鍵盤就會擠壓或覆蓋應用的顯示空間，因此，如何布局虛擬鍵盤使其能夠方便使用成為需要解決的技術問題。

采用的技術手段：對特定的應用以特定的方式顯示虛擬鍵盤，依賴于應用的特性，確定應用顯示的不重要的部分，壓縮或者覆蓋不重要的部分，使顯示虛擬鍵盤形成復合顯示圖像。

達到的技術效果：增大虛擬鍵盤的顯示空間，方便用戶輸入。

（2）基于位置檢測的虛擬鍵盤布局（EP03738447A，被引證次數85，同族數量7）

要解決的技術問題：實現盲打。

采取的技術方案：預先定義虛擬鍵盤的布局，當使用者將至少兩個手指放在觸摸屏上時，由微控制器將虛擬鍵盤上的參考鍵，如QWERTY鍵盤中的“F、J”鍵盤，分配給被接觸區，然后根據已知的虛擬鍵盤的布局分配虛擬鍵盤上剩余的其他按鍵。參考鍵的大小可以與手指的大小成比例。

達到的技術效果：根據手指位置來顯示虛擬鍵盤，能夠方便用戶操作，且不需要用戶一直看著屏幕，更加方便用戶輸入。

（3）連續筆劃輸入（US2004140956A1，被引證次數262，同族數量7）

要解決的技術問題：提高文本輸入的速度。

采用的技術手段：在固定的布局鍵盤上，通過與屏幕的接觸、描繪出連續圖形以及當達到字詞的最后一個字母時斷開與屏幕的接觸，這樣一來用戶輸入字詞時，連續圖形順次通過字詞的每個字母或在其附近。

當用戶在觸摸屏上描繪出輸入圖形時，系統記錄由觸摸屏控制硬件探測的接觸點的順序。當輸入圖形被記錄時，通過輸入圖形分析組件對其進行處理，由輸入圖形分析組件提取圖形匹配組件所需的數據，將一個或多個被識別出的字詞提供給用戶供其選擇，在分析輸入圖形時，確定一個或多個轉折點相關的位置，并計算每個確定的位置和與文本字符按鍵相關位置之間的距離，確定出最匹配的字母，圖形匹配組件將提取的數據與數據庫中的字詞進行比較，以識別一個或多個被確定為最可能匹配的候選字詞的列表供用戶選擇。

達到的技術效果：當用戶輸入文本字詞時，不必針對每一字母輸入執行舉起并放下記錄筆的動作，且用戶描繪的路徑不需要精確地接觸預期字詞的每個字母，有效地提高了輸入速度。

4 結 論

本文通過對觸摸屏虛擬鍵盤專利文獻進行閱讀分析和整理，將現有的觸摸屏虛擬鍵盤技術專利按其發明點進行分類，并進一步對申請態勢和重要申請人進行了統計和分析，結果表明觸摸屏虛擬鍵盤技術在國內外正受到越來越高地重視。目前的研究熱點主要圍繞在智能布局和提高輸入效率以提高用戶體驗方面。

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