電子設(shè)備操控接口的未來(lái)

        消費(fèi)電子設(shè)備的爆炸性發(fā)展，改變了我們與設(shè)備之間的接口方式和我們所期望的功能。過(guò)去我們用來(lái)打電話和發(fā)短信的手機(jī)，如今已變成移動(dòng)多媒體中心，可以上網(wǎng)、收發(fā)電子郵件、聽音樂、看電影、下載與執(zhí)行應(yīng)用程序，幾乎無(wú)所不能?，F(xiàn)今最新的智能手機(jī)不僅功能更強(qiáng)、體積更小、速度更快，和消費(fèi)者之間的接口方式也不斷改變。

        手機(jī)上的按鍵式用戶接口，如今已演變成精密的觸控接口、整組鍵盤與/或類似計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)的操控功能。隨著手機(jī)功能的演進(jìn)，能支持像電子郵件與瀏覽網(wǎng)絡(luò)等功能，原來(lái)的操控界面已不再能滿足使用者的需求。因此開發(fā)出了各種機(jī)械操控工具(側(cè)滾輪、軌跡球、多指向按鈕、以及游戲桿等)，還有一些更先進(jìn)的系統(tǒng)，例如我們現(xiàn)在看到的觸摸屏以及光學(xué)手指操控(OFN) 跟蹤墊。

        隨著智能手機(jī)的持續(xù)發(fā)展，其提供了額外的功能與更高的性能，消費(fèi)者要求更先進(jìn)的操控工具來(lái)支持這些功能。對(duì)于商務(wù)人士，其要利用智能手機(jī)進(jìn)行編輯與察看文件，需要精準(zhǔn)的光標(biāo)控制功能以便編輯文字?，F(xiàn)在消費(fèi)者要求移動(dòng)設(shè)備具備先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)瀏覽、多媒體支持、以及游戲功能，這些都需要精細(xì)的操控功能，才能享受更好的游戲體驗(yàn)或簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)瀏覽。用戶接口已成為消費(fèi)者在選購(gòu)下一部智能手機(jī)時(shí)考慮的重要因素。因此各大智能手機(jī)制造商都將OFN視為滿足使用者需求的首選技術(shù)。

        OFN模塊擁有許多優(yōu)點(diǎn)，故可成為更出色的移動(dòng)設(shè)備操控系統(tǒng)。隨著智能手機(jī)持續(xù)發(fā)展，需要精準(zhǔn)的光標(biāo)控制與高分辨率，因?yàn)檫@對(duì)于編輯文件、選取段落文字、操控網(wǎng)頁(yè)瀏覽以及游戲等應(yīng)用都非常重要。OFN模塊讓用戶能單手操控，而且不會(huì)像機(jī)械式操控系統(tǒng)因沾黏灰塵而影響性能或產(chǎn)生其他故障，還具備防水功能，并提供高可靠性。此外，OFN系統(tǒng)不會(huì)因長(zhǎng)久使用而產(chǎn)生性能衰減，因?yàn)樗鼈兪峭耆芊獾淖酉到y(tǒng)，不同于一些機(jī)械式操控技術(shù)在長(zhǎng)久使用后容易有故障的情況。有別于觸摸屏和機(jī)械式操控技術(shù)，OFN解決方案有著許多優(yōu)點(diǎn)。表1比較了這幾種解決方案的各項(xiàng)參數(shù)：

*照明效果僅限于空間頻率檢測(cè)OFN方案


 表1　各種技術(shù)比較

        雖然所有OFN模塊都提供相同的功能，值得注意的是，現(xiàn)今市場(chǎng)上各種OFN方案的技術(shù)差異，各家制造商都采用獨(dú)家技術(shù)來(lái)達(dá)到相同目的。目前業(yè)界有兩大主流技術(shù)：影像相關(guān)(image correlation)與空間頻率檢測(cè)(spatial frequency detection)。

        影像相關(guān)技術(shù)采用發(fā)光二極管將光線打到物體表面(這里指的是手指)，光線會(huì)反射被照射區(qū)域的顯微特征，之后再由一個(gè)透鏡系統(tǒng)收集反射回來(lái)的光線，然后在傳感器上形成一個(gè)影像。圖1顯示了影像相關(guān)系統(tǒng)的典型設(shè)定。當(dāng)使用者的手指移動(dòng)時(shí)，傳感器上就會(huì)形成新的影像，比較多張影像后就可判斷手指在水平與垂直方向的移動(dòng)。移動(dòng)數(shù)據(jù)再傳給移動(dòng)設(shè)備的處理器，然后屏幕上鼠標(biāo)光標(biāo)就會(huì)產(chǎn)生相對(duì)應(yīng)的移動(dòng)。

 

圖1　影像相關(guān)技術(shù)

        空間頻率檢測(cè)，則是一種激光技術(shù)。由垂直腔面發(fā)射激光器 (VCSEL)產(chǎn)生的相干光，照射在使用者的手指后，反射的則是手指的顯微指紋圖像。反射光產(chǎn)生不同的空間頻率，則是表面材質(zhì)與動(dòng)作產(chǎn)生的結(jié)果。2D平面梳狀數(shù)組傳感器會(huì)偵測(cè)出空間頻率，并處理動(dòng)作信息，轉(zhuǎn)換成水平與垂直方向的移動(dòng)數(shù)據(jù)，并傳給移動(dòng)設(shè)備的主處理器。如圖2所示。

 

圖2　空間頻率檢測(cè)技術(shù)

        仔細(xì)研究OFN的兩種技術(shù)，我們可看出它們的優(yōu)劣，兩種技術(shù)的原理都是把光源照在物體表面上，然后對(duì)反射回的光線進(jìn)行分析、比較以及處理，產(chǎn)生垂直與水平方向的移動(dòng)數(shù)據(jù)，之后再傳給處理器。技術(shù)方面的主要差異之一就是，影像相關(guān)技術(shù)需要復(fù)雜的透鏡系統(tǒng)來(lái)收集反射光線并加以對(duì)焦，然后才能進(jìn)行處理。而空間頻率檢測(cè)技術(shù)，除了硅芯片本身外，并不需要額外的元件或透鏡。額外的透鏡需要用到許多影像校正技術(shù)，不僅讓組裝程序變得復(fù)雜，在制造過(guò)程中衍生了許多工藝控制與品質(zhì)問(wèn)題，而且物料清單成本也會(huì)提高。此外，影像相關(guān)技術(shù)采用一個(gè)發(fā)光二極管作為光源，因此容易受到環(huán)境光源的影響，導(dǎo)致發(fā)生追蹤錯(cuò)誤。由于空間頻率檢測(cè)技術(shù)采用激光作為光源，激光的頻率不在可見光頻譜范圍內(nèi)，環(huán)境光線并不會(huì)對(duì)它產(chǎn)生干擾，且不會(huì)影響操控的可靠性。并且由于環(huán)境光線不會(huì)影響其效能，因此空間頻率檢測(cè)技術(shù)能提供外部光照功能，為OFN模塊提供光圈或發(fā)光效果，藉以提升美感或在昏暗環(huán)境中讓用戶看清產(chǎn)品所在位置。更重要的是，由于影像相關(guān)技術(shù)需要用到各種比較技巧，空間頻率能在較低功耗的模式下運(yùn)作，這點(diǎn)對(duì)于使用電池的移動(dòng)設(shè)備而言特別重要。也就是說(shuō)，影像相關(guān)系統(tǒng)有較高的靈活性，在每個(gè)畫格中減少追蹤影像的分辨率，使得其功耗能低于空間頻率檢測(cè)技術(shù)?？臻g頻率檢測(cè)技術(shù)并沒有這樣的靈活性。我們必須記住，雖然影像相關(guān)技術(shù)可以降低分辨率來(lái)減少功耗，但這也會(huì)降低追蹤的效能。表2顯示了影像相關(guān)與空間頻率檢測(cè)方案的技術(shù)比較。

表2　技術(shù)比較摘要

        智能手機(jī)與移動(dòng)設(shè)備持續(xù)創(chuàng)新發(fā)展，為了滿足消費(fèi)者要求，整合設(shè)備上的操作工具也面臨挑戰(zhàn)。OFN模塊成為時(shí)下最受歡迎的接口之一，為了同時(shí)發(fā)揮兩方面的優(yōu)勢(shì)，智能手機(jī)制造商開始著手整合OFN與觸摸屏的功能。作為智能手機(jī)制造商，關(guān)鍵在于須了解OFN背后的技術(shù)，并了解不是所有設(shè)計(jì)都是一成不變的。空間頻率檢測(cè)的設(shè)計(jì)在許多方面大幅超越影像相關(guān)解決方案，其中包括更高的可靠性、組裝簡(jiǎn)單而且更省電。

        OFN的應(yīng)用領(lǐng)域正持續(xù)擴(kuò)展，包括RIM、三星以及HTC等一線廠家的智能手機(jī)都采用了OFN技術(shù)。另外許多上網(wǎng)本與超可攜(ultra mobile)PC也開始采用OFN。消費(fèi)者未來(lái)可在越來(lái)越多移動(dòng)電子產(chǎn)品上看到OFN的身影，這項(xiàng)新技術(shù)顯然會(huì)越來(lái)越普遍。