电子设备操控接口的未来

        消费电子设备的爆炸性发展，改变了我们与设备之间的接口方式和我们所期望的功能。过去我们用来打电话和发短信的手机，如今已变成移动多媒体中心，可以上网、收发电子邮件、听音乐、看电影、下载与执行应用程序，几乎无所不能。现今最新的智能手机不仅功能更强、体积更小、速度更快，和消费者之间的接口方式也不断改变。

        手机上的按键式用户接口，如今已演变成精密的触控接口、整组键盘与/或类似计算机鼠标的操控功能。随着手机功能的演进，能支持像电子邮件与浏览网络等功能，原来的操控界面已不再能满足使用者的需求。因此开发出了各种机械操控工具(侧滚轮、轨迹球、多指向按钮、以及游戏杆等)，还有一些更先进的系统，例如我们现在看到的触摸屏以及光学手指操控(OFN) 跟踪垫。

        随着智能手机的持续发展，其提供了额外的功能与更高的性能，消费者要求更先进的操控工具来支持这些功能。对于商务人士，其要利用智能手机进行编辑与察看文件，需要精准的光标控制功能以便编辑文字。现在消费者要求移动设备具备先进的网络浏览、多媒体支持、以及游戏功能，这些都需要精细的操控功能，才能享受更好的游戏体验或简单的网络浏览。用户接口已成为消费者在选购下一部智能手机时考虑的重要因素。因此各大智能手机制造商都将OFN视为满足使用者需求的首选技术。

        OFN模块拥有许多优点，故可成为更出色的移动设备操控系统。随着智能手机持续发展，需要精准的光标控制与高分辨率，因为这对于编辑文件、选取段落文字、操控网页浏览以及游戏等应用都非常重要。OFN模块让用户能单手操控，而且不会像机械式操控系统因沾黏灰尘而影响性能或产生其他故障，还具备防水功能，并提供高可靠性。此外，OFN系统不会因长久使用而产生性能衰减，因为它们是完全密封的子系统，不同于一些机械式操控技术在长久使用后容易有故障的情况。有别于触摸屏和机械式操控技术，OFN解决方案有着许多优点。表1比较了这几种解决方案的各项参数：

*照明效果仅限于空间频率检测OFN方案


 表1　各种技术比较

        虽然所有OFN模块都提供相同的功能，值得注意的是，现今市场上各种OFN方案的技术差异，各家制造商都采用独家技术来达到相同目的。目前业界有两大主流技术：影像相关(image correlation)与空间频率检测(spatial frequency detection)。

        影像相关技术采用发光二极管将光线打到物体表面(这里指的是手指)，光线会反射被照射区域的显微特征，之后再由一个透镜系统收集反射回来的光线，然后在传感器上形成一个影像。图1显示了影像相关系统的典型设定。当使用者的手指移动时，传感器上就会形成新的影像，比较多张影像后就可判断手指在水平与垂直方向的移动。移动数据再传给移动设备的处理器，然后屏幕上鼠标光标就会产生相对应的移动。

 

图1　影像相关技术

        空间频率检测，则是一种激光技术。由垂直腔面发射激光器 (VCSEL)产生的相干光，照射在使用者的手指后，反射的则是手指的显微指纹图像。反射光产生不同的空间频率，则是表面材质与动作产生的结果。2D平面梳状数组传感器会侦测出空间频率，并处理动作信息，转换成水平与垂直方向的移动数据，并传给移动设备的主处理器。如图2所示。

 

图2　空间频率检测技术

        仔细研究OFN的两种技术，我们可看出它们的优劣，两种技术的原理都是把光源照在物体表面上，然后对反射回的光线进行分析、比较以及处理，产生垂直与水平方向的移动数据，之后再传给处理器。技术方面的主要差异之一就是，影像相关技术需要复杂的透镜系统来收集反射光线并加以对焦，然后才能进行处理。而空间频率检测技术，除了硅芯片本身外，并不需要额外的元件或透镜。额外的透镜需要用到许多影像校正技术，不仅让组装程序变得复杂，在制造过程中衍生了许多工艺控制与品质问题，而且物料清单成本也会提高。此外，影像相关技术采用一个发光二极管作为光源，因此容易受到环境光源的影响，导致发生追踪错误。由于空间频率检测技术采用激光作为光源，激光的频率不在可见光频谱范围内，环境光线并不会对它产生干扰，且不会影响操控的可靠性。并且由于环境光线不会影响其效能，因此空间频率检测技术能提供外部光照功能，为OFN模块提供光圈或发光效果，藉以提升美感或在昏暗环境中让用户看清产品所在位置。更重要的是，由于影像相关技术需要用到各种比较技巧，空间频率能在较低功耗的模式下运作，这点对于使用电池的移动设备而言特别重要。也就是说，影像相关系统有较高的灵活性，在每个画格中减少追踪影像的分辨率，使得其功耗能低于空间频率检测技术。空间频率检测技术并没有这样的灵活性。我们必须记住，虽然影像相关技术可以降低分辨率来减少功耗，但这也会降低追踪的效能。表2显示了影像相关与空间频率检测方案的技术比较。

表2　技术比较摘要

        智能手机与移动设备持续创新发展，为了满足消费者要求，整合设备上的操作工具也面临挑战。OFN模块成为时下最受欢迎的接口之一，为了同时发挥两方面的优势，智能手机制造商开始着手整合OFN与触摸屏的功能。作为智能手机制造商，关键在于须了解OFN背后的技术，并了解不是所有设计都是一成不变的。空间频率检测的设计在许多方面大幅超越影像相关解决方案，其中包括更高的可靠性、组装简单而且更省电。

        OFN的应用领域正持续扩展，包括RIM、三星以及HTC等一线厂家的智能手机都采用了OFN技术。另外许多上网本与超可携(ultra mobile)PC也开始采用OFN。消费者未来可在越来越多移动电子产品上看到OFN的身影，这项新技术显然会越来越普遍。