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解决触控技术三大挑战:看超声波触控如何实现曲面防水触控、为机身加控件和解决大屏触控的成本问题

2022-01-07 赵明灿 阅读:
目前,市场上的触控技术有三大挑战:1.可穿戴设备需要能在微小的曲面上实现防水触控操作,而电容式触控仅限于平面玻璃并且不能在有水的环境下正常工作。2.游戏手机需要提供更多的“控件”,然而手机的曲面屏显示和超薄机身趋势却需要去除物理按键。3.大尺寸屏幕也需要能够支持人们在移动设备上习惯了的用户体验,但是将目前的电容式触控方案应用到大屏幕上,其经济性将急剧下降。

目前,市场上的触控技术有三大挑战:RoAednc

  1. 可穿戴设备需要能在微小的曲面上实现防水触控操作,而电容式触控仅限于平面玻璃并且不能在有水的环境下正常工作。
  2. 游戏手机需要提供更多的“控件”,然而手机的曲面屏显示和超薄机身趋势却需要去除物理按键。
  3. 大尺寸屏幕也需要能够支持人们在移动设备上习惯了的用户体验,但是将目前的电容式触控方案应用到大屏幕上,其经济性将急剧下降。

日前,显通科技发布了一种独特的人机交互界面——软件定义智能界面。其超声波传感专利技术可以将任何表面(无论材料、形状或环境如何)都用作可编程触控和力敏传感界面。在该公司举办的超声波触控解决方案发布会上,几位发言人向我们介绍了其在可穿戴产品和大尺寸屏幕上的应用优势。RoAednc

据显通科技总裁兼首席执行官李政扬介绍,该公司的超声波传感触控技术在手机市场上已经有所应用。下图是其3个不同的应用场景。“最左边的是单手操作,可以看到菜单选择的一个应用。中间是游戏手机,可以通过边框很好地玩游戏。最右边是拍照的应用,更接近专业相机的操作方式,可以通过边框做按键来拍照。”李政扬介绍说。RoAednc

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区别于传统的触控屏,显通科技的超声波触控可以让设备的边框,甚至完全不一样的金属表面实现触控。“我们用发射端把超声波的信号发射在金属、木头或者塑料上(其实材质不重要),我们都可以处理,在这些固体表面上发射出来让它再传播。在传播的过程当中,当手指轻轻地碰触到表面的时候,超声波就会产生反弹。在接收到这个反弹之后,就可以精准确定手指的位置,并判断手指压力的大小。相较于电容屏,我们不但有位置信息,还有压力信息。超声波技术的应用,大家可以把它想象成像声纳一样的系统,非常容易使用。”李政扬解释说。RoAednc

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超声波技术并不是个单一的运算,而是分很多的层次。“第一,我们要对超声波技术的物理特性做非常深的研究,包括这方面的专利。第二,如何接收到信号,并把这些信号同时送到专用的大规模集成电路当中,让它对信号进行分析和判断。第三,如何把这些超声波的传感器通过模组的形式呈现出来;如何把这样的模组集成到非常小的空间当中,包括手机的边框这一类在很小的空间当中如何集成;如何让集成的过程形成自动化的组装,包括自动化组装的设备设计与开发;以及组装完成以后如何在软件上能够把超声波的应用体现出来。这一整套多层次的技术都是我们的核心技术。”李政扬指出。RoAednc

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显通科技销售和市场高级副总裁Remi Lacombe介绍了该公司最新的产品SNT520,这是一个全新的模组设计。RoAednc

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从应用端一直到生产端,显通科技都有相应的技术开发。过去在传感器的生产组装上,多数用的是FPC软板技术。显通科技这一全新的设计则是基于PCB硬板技术。“硬板技术更成熟,成本更低廉,同时它的可靠性也更高。我们首次开发出了基于PCB板的模组组装技术。”Remi Lacombe说。RoAednc

这一模组组装技术可以解决很多问题,不但能够使组装成本有所降低,而且在组装时不需要再在传感器的表面涂抹胶水,贴到所需要的触碰界面上。“我们可以用PCB的背面,通过粘合剂贴到所需要的表面,这样整体的粘合面积就比原来的传感器的贴合要大得多,可靠性会更高,性能也会更好。同时,这种方式也减少了所需的部件。过去会有相应的组装顶块放在软板后面,现在通过这样的设计可以把顶块去掉。这样整体的架构更简单,还可以很好地实现模块化设计。如果用一段,就用一个PCB;如果用更长的触控,就可以用两个PCB直接相互连接。这种模块化的设计更便于客户去使用。”Remi Lacombe指出。RoAednc

他表示,对于可穿戴应用,这类产品的特点首先是小巧,它的表面有可能不是平面的,而是微弯曲的表面。它还有一个很大的特点,就是有很多应用场景和水是无法分割的。在户外遇到不同的天气会有雨水的影响,在身体锻炼过程中会有汗水的影响,在这些场景当中,如何防止水的误触是非常重要的。RoAednc

显通科技的触控技术可以很好地应用在这个领域,因为其不依赖于一个屏幕,可以在看不见的地方使各种设备具有触控能力,而且有很好的防水能力。RoAednc

其应用场景有多种,比如智能手表、智能眼镜、耳机(TWS耳机)。“最近,虚拟现实技术也非常火,像元宇宙之类,中国、美国很多厂商都在推动。如何在看不见的地方做很好的触控,是显通科技能够提供的非常好的用户体验。”Remi Lacombe指出。RoAednc

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如上图所示,下面来看超声波触控在上述三种产品上是如何应用的:RoAednc

  1. 智能手表的应用。上面有一个绿色的横条代表压力的大小,下面有两个按键,这两个按键的区域可以做滑动。当手指触碰上去的时候,相应的信号都会通过颜色显示出来。在屏幕非常小的情况下,可穿戴产品可以通过边框做非常好的触控处理。
  2. 耳机的应用。显通科技超声波触控的特点是非常的小巧,在耳机这么小的空间中都可以组装进去。这里只用了三个传感器,就可以实现连续、非常精准的滑动触控,包括上下滑动和压力信息,在耳机上可以提供非常好的控制体验。
  3. 智能眼镜。该技术可以通过边框做非常精准的滑动控制。无论是塑料、铝合金,甚至用钛合金,都可以很好地提供非常精准的位置感知效果。

可穿戴产品经常会碰到雨水或者汗水误触的情况。“比如戴着智能眼镜外出,下雨天雨水打在智能眼镜上面,如果是电容触控的话就会误触。显通科技的技术在有水的情况下,是完全免疫的。”Remi Lacombe说。RoAednc

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据介绍,很多公司在开发AR技术的时候,同时在考虑开发一个非常便携的控制设备,可以像鼠标一样将用户动作迅速地反应在眼镜上,控制眼睛所能够看到的虚拟图像当中的内容。“有的公司认为跟踪眼球是很好的技术,但很多不同的技术做得不精准,而超声波可以帮助这些公司做小巧的触控控制,来帮助AR眼镜的应用。”Remi Lacombe说。RoAednc

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好的技术都离不开好的集成电路的支持,下面来看下该公司最新一代的处理器IC——SNT8255。RoAednc

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如上图所示,SNT8255非常小巧,为2.7mm×2.7mm,这样一个非常小巧的尺寸就可以帮助它适用于各种不同的穿戴类产品。同时,穿戴类产品还非常关注功耗,这款芯片最低的电流可以小到只有20μA,可以适用于不同的穿戴类产品。这款芯片和该公司在手机上所使用的芯片相比,功耗整整下降5倍。RoAednc

除了能在小尺寸的应用领域提供非常好的支持,显通科技的交互技术还可以做得很大而用于大型显示屏,也就是可交互的显示器。RoAednc

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可交互式显示器应用广泛,超市里的POS机都是可触控的,银行里的ATM机用的都是可触控的屏幕。这类屏幕基本上是在15英寸左右。这个市场每年的需求量也非常旺盛。在全球范围,每年POS机就有4500万台的数量,而且这个需求量还在不断地上升。显通科技在这方面所提供的超声波触控技术,主要是面向15英寸及其以上的大尺寸屏幕。RoAednc

此外,智能电视市场已经非常庞大,每年出货量大概有2亿多台。同时,越来越多的公司和企业会把智能电视移到工作环境中,在办公室和会议室中作为智能白板使用,因为它既可以看相应的视频内容,也可以做书写。超声波技术也可以协助这类的尺寸,包括55英寸、65英寸甚至到86英寸,超声波技术在这样大的尺寸上一样可以提供完美的触控能力和书写能力。RoAednc

超声波技术实现的屏幕触控,在签字时用的是被动笔而不是主动笔。只要能识别出被动笔的材料,就可以在屏幕上非常精准地快速反应,而且非常多细节的书写、签字都可以实现。“像这样的大尺寸屏幕用超声波实现的话,我们能够提供成本上非常高效的触控方案,包括户外的这些显示屏幕,未来都可以在非常高的性价比基础上,获得精准的触控能力。”Remi Lacombe说。RoAednc

超声波技术应用在55英寸及更大尺寸的智能白板上,不单是能够书写,还可以进行交互。与远端的人员进行包括视频会议、文件传输等,所有通过触控来掌握的应用,都可以用超声波来帮助实现。RoAednc

“和竞品做比较,我们有更流畅的书写,同时成本会更低,这是我们为大尺寸屏幕提供方案的非常巨大的优势。”Remi Lacombe说。RoAednc

下图对目前广泛使用的电容触控和超声波触控在结构上做了简单的对比。“对于电容触控,你不得不使用多层的内容去实现触控能力,包括很多的金属线,透明金属线,相应的传感的导体。但是超声波的触控就非常地简单。在玻璃上面,用我们的超声波传感器粘合上去就完成了,整体的生产和成本都会受到非常好的管控。”Remi Lacombe说。RoAednc

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超声波技术实现好的表现,其原因在于后端处理。“我们会用超声波识别的处理芯片,在简单的结构上面实现非常好的触控功能。在更加强大的芯片支持下,得到更加简单和成本有效化的触控的架构设计。”Remi Lacombe说。RoAednc

下图对超声波触控和电容触控在大尺寸屏幕上的性能进行了更详细的对比。超声波触控具有很多的优势,包括:RoAednc

  1. 在更大的尺寸上具有成本优势。电容触控屏的成本是随着尺寸增大而变大,它是和显示器的对角线长度的平方相关(尺寸变成两倍的话,它的成本会变成四倍)。由于超声波触控只是在屏幕的四周追加传感器,而传感器的数量在一定的尺寸范围内甚至是可以不变的,因此超声波触控的成本和屏幕尺寸的大小的相关性没有那么大,成本优势也就更加明显。
  2. 超声波触控有更简单的生产构造,可以使生产更加便利。
  3. 超声波触控技术不单是能够精准定位位置信息,还可以识别一定的压力信息。“这个压力信息本身就提供了电容触控所不具备的能力,过去也有很多3D触控往这个方向发展,成本很高,我们有天生的优势。”Remi Lacombe说。
  4. 抗噪声能力。电容触控底下有很多金属线,这些金属线很容易受到电磁场的影响,产生不好的体验。而超声波是一种机械波,它和电磁波相互之间是不干涉的,没有相互影响,所以能免受噪声影响。因此,从这个角度来看,超声波技术也具备针对电容触控技术更好的优势。

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在成本方面,首先电容屏随着尺寸的增加,成本上升得非常快。相比之下,显通科技的超声波触控技术对于尺寸并不敏感,因此随着尺寸的增加,成本的上升是非常有限的。再就是和IR技术相比,IR技术本身有很多问题,但是它一直以低成本为宣传导向,但是超声波触控与之相比依然有成本上的优势。RoAednc

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在二维尺寸屏幕上,显通科技的超声波触控可以支持从4英寸到100英寸的尺寸规格。同时,其传感器厚度大概在0.7mm到3.2mm之间。最重要的是,显通科技支持两种触控界面,既可以是很多显示屏所使用的玻璃界面,也可以是像铝合金材质或像不锈钢材质的金属界面。RoAednc

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下图是显通科技和国内供应链厂商合作生产出来的大尺寸显示屏解决方案。它所使用的触控芯片是该公司的核心技术——SNT8020。这款芯片可以支持15.6英寸到22英寸的尺寸范围。在这个尺寸范围之内,该解决方案的成本可以控制在10到20美金之间,因此是一种非常经济的、出色的解决方案。RoAednc

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赵明灿
赵明灿是EDN China的产业分析师/技术编辑。他在电子行业拥有10多年的从业经验。在加入ASPENCORE之前,他曾在电源和智能电表等领域担任过4年的工程师。
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