触控/指纹辨识革新,设备人机互动大不同

2014-07-03 08:33:27来源: 新电子 关键字:触控  指纹辨识  人机互动

    人机互动方式可望更为直觉与便利。人机介面已成为行动装置差异化的一大设计重点,因此今年台北国际电脑展(Computex)期间,触控、体感与指纹辨识等晶片开发商,皆针对行动装置应用发布新一代解决方案,期协助制造商创造更优质的使用者体验。

    未来消费者与行动装置互动方式将大有转变。在今年台北国际电脑展(Computex)期间,除了能发现当红的指纹辨识技术未来设计趋势所在,以及下一代人机介面(HMI)技术的明日之星--体感辨识技术的突破之外,亦能看到行之有年且技术日趋成熟的触控方案有所革新。 

Atmel/康宁合力 打造超薄多点触控萤幕

    爱特梅尔(Atmel)与康宁(Corning)成功合作开发出具备多点触控功能的新一代超薄型电容式触控萤幕,以满足智慧型手机、平板装置与笔记型电脑日益轻薄的设计要求,让多点触控萤幕可望大幅「瘦身」。 

图1 爱特梅尔触控材料部副总裁暨总经理Jalil Shaikh指出,XSense触控感测器,可实现轻薄且感应快速的电容式多点触控萤幕。

    爱特梅尔触控材料部副总裁暨总经理Jalil Shaikh(图1)表示,行动装置轻薄化设计已是大势所趋,然而,现今以氧化铟锡(ITO)材料所实现的多点触控萤幕,容易随着保护玻璃(Cover Lens)变薄,而产生重发(Retransmission)效应,俗称「误报」或「鬼影」现象,导致触控效能大打折扣。 

    有鉴于此,爱特梅尔利用金属网格(Metal Mesh)导电材料开发出具有可挠曲特性的XSense触控感测器,以及相关电路布局专利,可显著降低保护玻璃变薄时所产生的鬼影效应,达到极佳的讯噪比表现与多点触控性能。此次爱特梅尔与康宁合作开发的超薄型多点触控萤幕,即是结合前者的XSense触控感测器,及后者0.4毫米(mm)薄的抗磨损Gorilla玻璃,所打造而成。 

    不仅能实现更薄的触控萤幕,XSense触控感测器也有助缩减整体装置重量,达到既轻且薄的设计目标(图2)。Shaikh指出,XSense独特的电路设计能让触控萤幕边框变得更窄,以10.1寸平板装置为例,若改用XSense触控感测器,其萤幕边框将可较原本减少1公分,这意味着玻璃面积可缩减约18%,而触控面板重量也可减轻20公克以上。 

图2 采用爱特梅尔触控感测方案之触控萤幕

    除可用于0.4毫米薄的保护玻璃外,爱特梅尔XSense触控感测器也可与厚度仅0.3?0.4毫米的蓝宝石,以及0.1?0.3毫米的塑胶薄膜搭配使用,以满足不同产品制造商的设计需求。 

    Shaikh强调,爱特梅尔跨足发展触控感测器,目的是为客户创造更大的产品差异及创新价值。未来,爱特梅尔将会提供已印有电路图样的卷对卷(Roll to Roll)XSense触控感测器方案,给韩国、台湾或中国大陆等地的触控模组制造商,该公司并不会自行生产触控模组。 

    据了解,目前已有约十家触控面板模组厂正在与爱特梅尔洽谈合作;而台湾方面,已有一家预计在下半年将进入量产。 

    值得注意的是,除了金属网格导电材料之外,银奈米线(Silver Nanowire)导电材料发展同样声势看涨。银奈米线材料主要供应商Cambrios日前宣布,该公司与宸鸿、日本写真(Nissha Printing)合资成立的TPK Film Solutions,将于今年第三季量产采用银奈米线材料的触控感测薄膜,以5寸手机萤幕计算,产能约达每月二百万片,可望大幅提升其银奈米线在触控市场的占有率。 

TPK产能挹注 银奈米线扩大渗透率

图3 Cambrios总裁暨执行长John LeMoncheck表示,银奈米线具有高导电、可弯折特性,特别适合用于曲面及可挠式触控萤幕。

    Cambrios总裁暨执行长John LeMoncheck(图3)表示,宸鸿是投射式电容触控技术的领导厂商,为加强技术优势,而与Cambrios、日本写真进行合作。未来,宸鸿采用银奈米线材料的触控薄膜产能开出后,将可进一步推升银奈米线的市场规模。 

    LeMoncheck进一步说明,目前包含所有氧化铟锡替代技术虽仅占总体市场约10%,但由于传统ITO制造成本高,加以越来越多触控应用需要曲面、可弯折的特性,这些皆为ITO技术所缺乏,因此触控模组厂商在扩增新产能时,多倾向采用ITO替代方案,这对银奈米线的发展而言,将是一大利多。 

    据了解,TPK所生产的银奈米线触控方案,系导入Cambrios所开发的ClearOhm涂层材料技术。LeMoncheck指出,ClearOhm成分中包含许多细小的银奈米线,较ITO或金属网格方案,具有更高导电性与高透光性优势。 

    此外,银奈米线具有弹性,可依产品形状弯折,并能在常温下进行生产,因此能涂抹于富弹性、不耐高温制程的材质上。目前,ClearOhm已应用在各种创新产品上,如触控面板和显示器,未来亦将拓展至太阳能电池,或有机发光二极体(OLED)等领域。 

    除TPK的产能挹注外,Cambrios日前也获得三星创投(Samsung Venture Investment)高达1,000万美元的第二轮策略性投资。这是三星创投继2011年投资500万美元后的第二波资金挹注,足见其看好银奈米线方案在透明导体领域的前景,将为Cambrios带来强劲成长力道。 

    LeMoncheck强调,2012年,薄膜型触控技术占整个市场仅三分之一,但预估2014年市占率可上看80%。同时,受益于微软(Microsoft)不再支援Windows XP所引发的换机潮,以及Windows 8走向触控化,2015年包含笔记型电脑及一体成形(AIO)电脑等触控萤幕的需求,将变得更加强劲。 

    此外,触控方案的下一个潮流,则是与指纹辨识技术相结合,尤其按压式感测更将成行动装置指纹辨识的主流设计。 

    目前行动装置的指纹辨识多采用滑条式感测器(Slide Sensor),当使用者滑动方向、速度有明显偏差时均难以正常识别,误判率较高,因此未来的应用趋势将逐渐转向苹果(Apple)采用的按压式感测技术,而人机介面技术供应商新思国际(Synaptics)亦已计划于2014下半年发布相关方案,期能巩固该公司身为人机介面解决方案供应商的领导地位。 

提升指纹辨识度 按压式感测将成主流

图4 新思国际总裁暨执行长Rick Bergman认为,按压式指纹辨识方案可提升辨识精准度,未来可望跃居行动装置主流方案。

    新思国际总裁暨执行长Rick Bergman(图4)表示,随着苹果、宏达电、三星(Samsung)等高阶智慧型手机相继导入,指纹辨识的市场需求已跟着水涨船高。过去电容式指纹辨识方案大厂AuthenTec及Validity,合计一年的指纹辨识模组出货量可达一亿套。AuthenTec已被苹果收购,而新思国际在购并Validity之后,约有六成的订单量已经转移至新思国际,并成为非苹阵营指纹辨识技术的供应主力。 

    值得注意的是,新思国际目前提供的指纹辨识方案为滑条式指纹感测器,与苹果iPhone 5s采用的按压式分属不同的采集模式。 

    Bergman进一步指出,并非所有的智慧型手机都与iPhone一样拥有利于导入按压式感测方案的大面积主键(Home Key),而滑条式的感测方式由于能够置入于手机背盖或是侧边,设计弹性较大,因此新思国际初期的指纹感测方案系以滑条式为主。 

    不过,Bergman认为,考量到消费者的使用经验,按压式的指纹辨识方案未来仍将跃居行动装置主流,因此新思国际已拟于2014下半年发布小型区域触控感测方案(Small Area Touch Sensor)以符合市场应用趋势。 

    事实上,滑条式感测方案系将晶圆切割成条状式感测器,消费者将手指贴在感测器上滑动,感测模组再用软体演算法将撷取到的指纹片段画面组合成一完整的指纹影像,不过这种方式误判率高,当滑动速度、方向出现偏差将难以正常识别。Bergman表示,为了带给消费者更好的使用者体验,按压式感测方案将是未来的应用趋势,他也预期,约在1年半之后,按压式感测器市占,即有可能超越滑条式感测技术,成为指纹辨识的主流方案。 

    至于指纹辨识模组设计的下一步,则是将触控模组与指纹辨识方案相结合。Bergman透露,新思国际已计划开发被动式显示(Inactive Display)、主动式显示(Active Display)萤幕与指纹辨识模组整合的方案(图5);事实上,相关技术开发已经不成难题,不过将指纹辨识模组整合至市场上现有的触控方案时,手指头按压萤幕易有小黑点出现,此将引发消费者认为产品不良的疑虑,因此该公司仍在寻找适合的显示材质,希冀能顺利开发出无瑕疵的指纹辨识整合触控萤幕方案。

图5 新思国际指纹辨识方案产品发展蓝图

    Bergman强调,虽然2014年,导入新思国际指纹辨识方案的机种多以高阶智慧型手机为主,不过至2015年,即可望渗透至中低阶智慧型手机。 

    据悉,指纹辨识技术已为新思国际挹注可观营收,Bergman指出,该公司2014年会计年度营收,较2013年大幅成长40%,主要即归因于购并指纹辨识大厂--Validity后的营运成效,由此也可窥见指纹辨识技术在行动装置市场的成长潜力不容小觑。 

    除了触控、指纹辨识之外,在微软、Google、英特尔(Intel)等大厂推波助澜之下,体感辨识技术无疑成为人机介面领域的下一个明日之星。 

    事实上,近年来体感辨识应用崛起,对三维(3D)影像及空间深度辨识技术之需求亦随之攀高(图6);然而市面上的主流3D影像深度撷取技术,系透过单颗3D深度影像感测镜头来侦测人机之间的距离、范围等资讯,无法真正模拟生物「双眼」的视觉效果,如今透过「3D双影像撷取及深度辨识」技术,即能克服此一弊病,让体感辨识更加精准。 

图6 体感辨识为下一波热门的人机介面技术
3D双影像撷取技术助力 体感辨识更精准

图7 钰创科技影像晶片设计中心处长薛乐山强调,3D双影像撷取技术能透过两颗3D深度影像感测镜头的交互运算,产生更细致的深度图。

    钰创科技影像晶片设计中心处长薛乐山(图7)表示,动物要辨识物体距离和范围,主要系透过两种方式,其一系以超音波/红外线侦测距离,如海豚、蝙蝠等;另一种则是透过成对的视觉系统,如人体的双眼、昆虫的复眼等;而体感辨识应用主要也系经由模拟生物界的两大类视觉辨识方式,以达辨识物体距离、范围的目的。  

    薛乐山进一步指出,现在普遍的体感晶片主流技术,是以一颗互补式金属氧化物半导体(CMOS)影像感测器,搭配红外线技术,以计算物体的间距,完成体感辨识功能;不过,只单用一颗3D深度影像感测镜头,事实上并无法精准模拟生物「成对」的视觉系统,当镜头判断人机之间的距离、范围、颜色时会出现误差,自然无法描绘出细腻的深度图(Depth Map),体感辨识的精准度及细腻度亦会大打折扣。  

    有鉴于此,钰创科技首创全球可做即时深度图输出之3D双影像撷取及深度辨识单晶片--eSP870。据了解,eSP870单晶片系模拟动物双眼观察环境的方式,以补捉即时的3D影像,最高可撷取每秒六十帧的高清画面,再透过第三代通用序列汇流排(USB 3.0)或MIPI介面,将高画质影像资料和深度图资料同步传送到主机,让系统软体发挥影像辨识效能,创造出色的使用者体验。  

    薛乐山强调,深度图描绘技术是一切体感、手势辨识的基础;而3D双影像撷取技术之所以重要,即系因为该技术能透过两颗3D深度影像感测镜头的交互运算,产生更细致的深度图,再经由演算法的相互搭配,发展出更多层次、多元的应用模式,体感辨识也将更趋精准。  

    薛乐山认为,消费性电子的产品差异愈来愈小,消费者在不同品牌产品间能感受到的差异也愈来愈模糊,他指出,能推动产品代代革新的关键主要就是人机介面技术,如从早期的键盘、滑鼠、触控萤幕,到如今的语音辨识、体感侦测、虹膜/指纹辨识等各种生物感测技术,都是备受瞩目的创新技术,而这也是钰创科技在3年前决定投入体感技术开发的原因之一。  

    不过,薛乐山也坦言,体感、语音辨识等人机介面技术要为消费者普遍认可并广为使用,事实上还有一段路要走,除了技术之外,最重要的是操作介面必须符合技术的应用需求;如行之有年的触控技术,即是待苹果(Apple)将iOS系统设计成适合手指操控的介面,大幅增进操作流畅度及提升消费者体验后,应用商机才终于正式爆发。  

    不过在此之前,仍有赖各家半导体商戮力推出各式创新方案,以加速人机介面技术演进。

关键字:触控  指纹辨识  人机互动

编辑:刘燚 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/IoT/2014/0703/article_740.html
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