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从可穿戴到大屏商显,超声波触控开启全尺寸设备进击之路

时间:2021-12-29 14:42:53 作者:邵乐峰 阅读:
除手机外,通过超声波技术给未来的创新型应用提供更高的准确度、更大的灵活性和自由度,将交互界面扩展到任何形状(弯曲或平面)、任何材料(金属/玻璃/塑料)和任何条件(潮湿或干燥),让材质本身不再成为交互的障碍,是显通科技为自身制定的更宏伟的目标。
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作为一家软件定义智能表面交互领域的领导厂商,显通科技近三年来的主要精力都聚焦于手机市场,从2019年7月为华硕ROG 2游戏手机提供AirTriggers功能,到2020年再度为华硕ROG 3游戏手机和联想首款游戏手机“拯救者”提供SDS GamingBar解决方案,他们希望通过打造一套适用于任何设备/各种表面的高精度触控和压力传感技术,为移动设备市场带来全新交互体验的战略目标非常清晰。 

目前,显通科技ML处理器系列已经搭载在超过200万部智能手机上。但显通科技总裁兼首席执行官李政扬在接受媒体采访时表示,现有的手机正面触控屏市场,目前为止每年的市场容量约为60亿美元。而另一个更广泛的触控领域市场差不多也有60亿美元的市场容量,但还远远没有被发掘。

因此,除手机外,通过超声波技术给未来的创新型应用提供更高的准确度、更大的灵活性和自由度,将交互界面扩展到任何形状(弯曲或平面)、任何材料(金属/玻璃/塑料)和任何条件(潮湿或干燥),让材质本身不再成为交互的障碍,是显通科技为自身制定的更宏伟的目标。

果然,日前,显通科技就面向大型显示屏(15-24英寸)和小型可穿戴设备(耳机、智能手表、智能眼镜)推出了两款超声波触控解决方案:超低功耗和高精度的SNT8255处理器;手势识别引擎,可以精确识别力度和手势来启动虚拟控制操作设备中的应用程序和内置功能。

这两款用于可穿戴设备和大型显示屏的解决方案都是显通科技超声波SDSWave解决方案套件的最新成员。这意味着,今后,无论设备的大小和形状如何,SDSWave 解决方案都可以将其表面转变为压力敏触控界面,可以识别和捕捉不同速度和任何压力的手势变化,同时不会影响电池续航或设计一体化。

崭露头角的超声波触控

基于超声波的传感器技术是显通科技的核心。李政扬所领导的这家公司,正试图通过将SDSWave处理器、传感器融合模块和手势引擎组成的超声波高精度触控平台,让以往被忽视的手机边框甚至背板都变成交互区域,使得消费者可以用不同的速度和压力精确实现挤压、轻敲、滑动和多触点等多样化的操作,从而突破现有的物理按键和触摸屏局限,创建由软件定义的智能互动界面。

具体而言,采用16个内核架构的DSP处理器SDSWave承担了“司令塔”的角色,所有的计算、运算功能都集成在该芯片中,负责指挥隐藏在表面下的传感器阵列分工处理超声波的发射与接受,并做出相应的分析与读取,具备高速处理、超低功耗和低延迟特性。压电陶瓷发射器和接收器则形成密集的波矩阵,能够以高空间敏锐度进行“成像”,同时,超声调制应变计提供绝对的压力灵敏度,可实现带壳和戴手套操作。

其实在触摸屏刚开始流行的时候,它的智能边缘操控采用了电容式方案,但电容触摸方案本身缺乏压力信息,只要一点点的碰触,哪怕大于1克都会感觉到,很难做出精准控制。而且电容触控技术本身不能应用于金属材质,对水或汗液也非常敏感,从而会限制其用途。

于是有厂商选择了将压力传感和触觉驱动器结合起来的做法。但压力传感器的问题在于它需要依靠形变获取数值,其临界初始值一般在50g以上。此外,压力传感器可能会随着运行时间过长而老化,从而产生误差;或是由于温度变化引起材料形变,继而影响压力传感器的准确度。

相比之下,超声波方案不会受到材质的影响,压力传感精度可以达到毫克级,超声波位置准确度可以达到毫米级,两者结合在一起使用,整体精准度大幅提升。再结合防水、支持手套操作等特性,就能够实现更丰富的交互。

向全尺寸市场迈进

“1000亿美元规模的可穿戴设备市场正面临着基本的用户体验挑战。”李政扬说,目前,这些设备无法捕捉和感知用户输入。同时,设备制造商需要持续给消费者带来惊喜和愉悦,为了实现这一目标,尽管可穿戴设备表面空间非常有限,没有按键或屏幕,但它们依然需要在任何条件下(包括有水的环境)都能实现自然的、不受限制的交互。

于是,SNT520模组应运而生,这是显通科技专为可穿戴设备开发的全新模组。根据显通科技销售和市场高级副总裁Remi Lacombe的介绍,不同于以往传感器生产组装上常用的FPC软板技术,SNT520采用了PCB硬板方案,技术更成熟、可靠性更高、成本更低廉。

采用PCB硬板之后,组装时模块可以更方便的贴合在PCB背面,不再需要在传感器表面涂抹胶水,也无需塑料支架,提高了粘合面积,在可靠性及性能表现方面会更好。此外,灵活性更强,用户完全可以根据产品的形状和尺寸,灵活选用所需的PCB数量。

SNT520模组中的可穿戴设备用户体验处理器SNT8255则基于40纳米ULP的第五代平台设计,封装尺寸2.7 x 2.7毫米,非常适合可穿戴设备。其漏电功率仅为20uA,比电池自泄漏低5倍,支持手表、眼镜和小型控制器等严苛的应用场景。

以智能手表、TWS耳机、AR眼镜为代表的应用是显通科技关注的重点。Lacombe表示,可穿戴设备种类非常丰富,但其表面形状、材质存在各种可能性,应用场景会涉及下雨、出汗等复杂状况,因此设计公司需要相关技术能够满足诸如防水和低于5克的压力敏触控;支持在曲面上滚动点击、滑动点击功能;允许在任何表面(铝、钛、塑料)上互动;防止误操作等各种要求,超声波传感技术将可以很好地应对上述这些市场的特点。

而在大屏市场中,显通科技首先将目光投向了包括POS/自助服务终端、交互式智能屏、智能电视等应用。数据显示,智能电视市场每年产能高达2亿台;POS机市场每年的销售量约为4500万台,年复合增长率为15%;而交互式显示屏(IFPD和IWB)的全球销量则为270万台,年复合增长率为7%,55英寸、65英寸甚至86英寸成为主流产品。

Lacombe从四个方面将超声波触控和电容触控在大尺寸屏幕上的表现进行了对比:

1. 成本优势。电容触控屏的成本和显示器对角线长度的平方相关。即屏幕尺寸增加两倍,电容触控屏成本将增加四倍。而超声波触控只是在屏幕周边追加传感器,在一定的尺寸范围之内,传感器数量甚至可以保持不变,其成本和屏幕尺寸大小没有强相关性,成本优势更加明显。

显通科技触控大面板成本比较

如上图所示,在20寸以上,电容触控技术成本已经不再呈线性上升趋势,超声波技术和红外触摸屏技术成本优势都比较明显。但相比之下,红外触摸屏更容易受到灰尘等因素影响,也容易发生误触。

2. 电容触控需要使用多层内容去实现触控,而超声波触控有更简单的结构构造,生产更加便利。

3. 超声波触控技术不仅能够提供精准定位,还可以识别一定的压力信息,这是电容触控所不具备的。

4. 抗噪声能力强。电容触控中存在多条金属导线,很容易受到电磁场的影响。而超声波是一种机械波,和电磁波之间不存在干涉,没有相互影响。

显通科技第一款涉足大屏幕的应用选择的是15-22英寸市场。对此,李政扬表示,目前15 英寸以下手机和平板电脑玻璃上小区域的2D触摸市场高度商品化,电容式触控集成在显示器中,因此成本非常低。而到了15英寸之上,由于集成设计逐渐复杂,分立式方案采用的较多,这就为超声波方案提供了成长空间。

与竞争对手的解决方案需要在整个显示区域中使用透明传感器网格不同,显通科技大型显示屏解决方案SNT8020仅包括12个外围传感器,BOM可以控制在10-20美元之间,具有易操作、防水和成本效益等优势,能够用经济的成本给在教室、工作场所及其他场所的智能显示平板上提供丰富的交互式体验。

此外,考虑到无论是可穿戴还是商用显示,客户种类相比手机OEM会更分散更碎片化,显通科技也正在开发SDK和标准模块。这样,客户就能够将传感器贴合在他们自己的材料表面,记录传输的超声波信号,从而根据记录的特定信号SDK自动更新固件(Firmware),而无需显通科技FAE人员的过多干预。

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邵乐峰
ASPENCORE 中国区首席分析师。
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