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2.6.1 表面声波触控技术(编号6)

《实感交互:人工智能下的人机交互技术》第2章触觉感知,本章试图为应用于人机交互界面的触控技术提供一个明确的定义。本节为大家介绍表面声波触控技术(编号6)。

作者:温秀颖 译来源:机械工业出版社|2019-02-03 20:48

2.6 声波触控技术 

2.6.1 表面声波触控技术(编号6)

目前周知的表面声波(SAW) 是由著名发明家RobertAdler博士于1985年在Zenith发明的[33]。(Adler博士以共创1956年首度问世的超声波电视机遥控器而闻名[34]。) Zenith在1987年向当时美国Raychem所有的EloTouchSolutions(当时名为Elographics) 出售表面声波触屏技术。RobertAdler在售后继续为Elo提供咨询服务,为表面声波技术在20世纪90年代的商业化进程做出了积极的贡献。

如图220所示,表面声波传感器相对简易,由一个普通钠钙基板、4个压电换能器和4个波导部分反射器组成,该反射器由低温玻璃熔块制成并丝网印刷在表面上以火烧制。压电换能器成对安装,一个给X轴,一个给Y轴。X和Y轴的发射换能器发送穿过基板表层的超声瑞利波(Raleighwaves),瞄准X轴和Y轴的发射反射器。

在4~10MHz范围内的频率是可行的,但是出于历史原因,目前大多数的表面声波触摸屏在5.53MHz运行工作。发射换能器由一组呈45°角的隆起物组成;随着瑞利波击中这些隆起物后脊线,它们部分会被反射到屏幕上。相邻隆起物脊线的距离空间是基板上的扩散波波长的整数倍。这在波列穿行时能够防止隆起物对其产生的巨大干扰,波列在经过每个隆起物时会部分折射。石屏幕相对边缘处的一组匹配的接收反射器将波导向X轴和Y轴接收换能器。

任何特定的瑞利波从发射换能器到接收换能器的传输时间取决于路径的长短;反射器首反射的平行波耗时比起反射器尾反射的时间要短。这种运用“飞行时间” 的方法在中介介质呈非色散时是可行的,也就是当波速在测试的频率范围内没有重大波动的时候。这样,碰触屏幕的物理位置就能折射到时间区域。当手指或其他柔软(吸音) 物体碰触基板时,基板能吸收一部分特定的X轴和Y轴的瑞利波。

表面声波控制器本身具有自适性。为了忽略触控表面的大多数污染物质,它们持续监控在无触点条件下接收的波形,在环境发生改变时自行调整,并在必要时更改噪声阈值。

表面声波触摸屏有6~52in。但由于瑞利波在钠钙基板中的相对高衰减性(吸入性),大于24in的屏幕要特别使用低衰减性的硼硅基板或钡基板(此基板能增加30dB到42in表面声波触摸屏的信噪比中[35])。但是,随着触摸屏尺寸接近42in,光触控技术变得性价比更高。因此,虽然从技术上说制造一个52in的表面声波触摸屏是可行的,但在实际应用中却非常少有。

表面声波起初只是一项单触点技术,但是其两个最大的供应商———EloTouchSolutions和GeneralTouch(两者占据大多数市场份额)在2009年和2010年分别2018送彩金的娱乐网站了支持双触点的触摸屏。Elo的方法是在除了45°角之外(如15°或75°)增加另一组的反射器,以为触控位置提供另一种数据来源[36]。双触点表面声波的主要不足是需要很大的压力来记录触点———在20~80g之间,具体取决于产品情况。即便是单一触点,这也比投射电容式要求的力度(基本为零)大得多。两个手指保持足够的压力,同时做出诸如放大或旋转的手势,或是需要用力下压来划过,这些都不是良好的用户体验。一些一体化的Windows7联想和三星电脑型号与双触点表面声波曾经一起营销,但此外就再无大型的消费市场存在了。Windows8已经不再考虑在消费市场投放表面声波,因为Windows8触控规范要求至少有五点触控。

标准表面声波的另一个问题在于其要求使用边框来遮罩玻璃边缘的反射器。EloTouchSolutions和GeneralTouch都已经发明了无边框(又称“零边框” “齐平包边” 或“边对边”)的两点触控版本。EloTouchSolutions的方法是将换能器和反射器移到玻璃以下以及环绕玻璃的边缘,这样瑞利波就能平滑地从前表面流向玻璃表面的后部。由于LCD框架使得玻璃以下几乎没有空间,EloTouchSolutions使用单组并使其多路传输。成型的边缘和换能器、反射器的位置使得该结构比投射电容式更难以整合在无边框的装置中。

由前面可知,电阻式触控技术目前在商业触控应用市场中占有很大的利润比例,而表面声波和表面电容技术则在竞争剩余的市场空间。表面声波的主要应用包括公共咨询台(移动信息站)、电子销售机(POS)、自动取款机和游戏机等。表面声波较表面电容技术有更多的应用,这是因为它成本低、可视功效好、耐用程度高、装配简单且供应商更多。这些优势再加上其两点触控功能,意味着表面声波可能继续发挥它的商业化用途。表29列举了表面声波触摸屏的优势和劣势。

表29 表面声波触控技术的优缺点


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