電子設備操控接口的未來(lái)

        消費電子設備的爆炸性發(fā)展，改變了我們與設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(huà)和發(fā)短信的手機，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(tīng)音樂(lè )、看電影、下載與執行應用程序，幾乎無(wú)所不能?，F今最新的智能手機不僅功能更強、體積更小、速度更快，和消費者之間的接口方式也不斷改變。

        手機上的按鍵式用戶(hù)接口，如今已演變成精密的觸控接口、整組鍵盤(pán)與/或類(lèi)似計算機鼠標的操控功能。隨著(zhù)手機功能的演進(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(mǎn)足使用者的需求。因此開(kāi)發(fā)出了各種機械操控工具(側滾輪、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，例如我們現在看到的觸摸屏以及光學(xué)手指操控(OFN) 跟蹤墊。

        隨著(zhù)智能手機的持續發(fā)展，其提供了額外的功能與更高的性能，消費者要求更先進(jìn)的操控工具來(lái)支持這些功能。對于商務(wù)人士，其要利用智能手機進(jìn)行編輯與察看文件，需要精準的光標控制功能以便編輯文字?，F在消費者要求移動(dòng)設備具備先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò )瀏覽、多媒體支持、以及游戲功能，這些都需要精細的操控功能，才能享受更好的游戲體驗或簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò )瀏覽。用戶(hù)接口已成為消費者在選購下一部智能手機時(shí)考慮的重要因素。因此各大智能手機制造商都將OFN視為滿(mǎn)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)設備操控系統。隨著(zhù)智能手機持續發(fā)展，需要精準的光標控制與高分辨率，因為這對于編輯文件、選取段落文字、操控網(wǎng)頁(yè)瀏覽以及游戲等應用都非常重要。OFN模塊讓用戶(hù)能單手操控，而且不會(huì )像機械式操控系統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系統不會(huì )因長(cháng)久使用而產(chǎn)生性能衰減，因為它們是完全密封的子系統，不同于一些機械式操控技術(shù)在長(cháng)久使用后容易有故障的情況。有別于觸摸屏和機械式操控技術(shù)，OFN解決方案有著(zhù)許多優(yōu)點(diǎn)。表1比較了這幾種解決方案的各項參數：

*照明效果僅限于空間頻率檢測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家技術(shù)來(lái)達到相同目的。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(spatial frequency detection)。

        影像相關(guān)技術(shù)采用發(fā)光二極管將光線(xiàn)打到物體表面(這里指的是手指)，光線(xiàn)會(huì )反射被照射區域的顯微特征，之后再由一個(gè)透鏡系統收集反射回來(lái)的光線(xiàn)，然后在傳感器上形成一個(gè)影像。圖1顯示了影像相關(guān)系統的典型設定。當使用者的手指移動(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)數據再傳給移動(dòng)設備的處理器，然后屏幕上鼠標光標就會(huì )產(chǎn)生相對應的移動(dòng)。

 

圖1　影像相關(guān)技術(shù)

        空間頻率檢測，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)生的結果。2D平面梳狀數組傳感器會(huì )偵測出空間頻率，并處理動(dòng)作信息，轉換成水平與垂直方向的移動(dòng)數據，并傳給移動(dòng)設備的主處理器。如圖2所示。

 

圖2　空間頻率檢測技術(shù)

        仔細研究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，然后對反射回的光線(xiàn)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)數據，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)需要復雜的透鏡系統來(lái)收集反射光線(xiàn)并加以對焦，然后才能進(jìn)行處理。而空間頻率檢測技術(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，導致發(fā)生追蹤錯誤。由于空間頻率檢測技術(shù)采用激光作為光源，激光的頻率不在可見(jiàn)光頻譜范圍內，環(huán)境光線(xiàn)并不會(huì )對它產(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(xiàn)不會(huì )影響其效能，因此空間頻率檢測技術(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(hù)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作，這點(diǎn)對于使用電池的移動(dòng)設備而言特別重要。也就是說(shuō)，影像相關(guān)系統有較高的靈活性，在每個(gè)畫(huà)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技術(shù)?？臻g頻率檢測技術(shù)并沒(méi)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)與空間頻率檢測方案的技術(shù)比較。

表2　技術(shù)比較摘要

        智能手機與移動(dòng)設備持續創(chuàng )新發(fā)展，為了滿(mǎn)足消費者要求，整合設備上的操作工具也面臨挑戰。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，智能手機制造商開(kāi)始著(zhù)手整合OFN與觸摸屏的功能。作為智能手機制造商，關(guān)鍵在于須了解OFN背后的技術(shù)，并了解不是所有設計都是一成不變的?？臻g頻率檢測的設計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的應用領(lǐng)域正持續擴展，包括RIM、三星以及HTC等一線(xiàn)廠(chǎng)家的智能手機都采用了OFN技術(shù)。另外許多上網(wǎng)本與超可攜(ultra mobile)PC也開(kāi)始采用OFN。消費者未來(lái)可在越來(lái)越多移動(dòng)電子產(chǎn)品上看到OFN的身影，這項新技術(shù)顯然會(huì )越來(lái)越普遍。