觸控板的未來就是觸覺!

作者 : Heinns Lin,Boréas Technologies

台灣設計人員及龍頭IT設計中心對觸控板技術重拾興趣...

選購新電腦時,觸控板往往是被忽視的零組件;可以說很少有客戶在購買電腦時,僅根據觸控板品質即可做出決定,不過觸控板技術依舊是新一代電腦不可或缺的存在。在搭配觸覺技術後,不起眼的觸控板可躍升為未來電腦設計的關鍵驅動力之一。

在筆記型電腦使用者體驗之中,觸控板是非常重要的一環,因此OEM正投入大量資源進行改良。觸控板看起來簡單,但實際上包括了一些先進技術,因為它們可採用不同類型的設計與硬體來協助您與電腦互動。除了靜態觸控板外,機械式觸控板也很常見,並由移動零件與按鈕組成。產業內越來越傾向透過觸覺觸控板來與筆記型電腦互動。

為什麼是觸覺

與傳統設計相比,觸覺電腦觸控板具備眾多優勢。電腦OEM從普遍的機械式觸控板變更為採用觸覺觸控板的最大動機之一,正是縮小整體模組尺寸。機械式觸控板的厚度通常高達4mm;而觸覺觸控板則是3mm甚至2.4mm,端視OEM採用的觸覺技術而定。儘管減少了1mm看似沒什麼影響,但在厚度不到15mm的超輕薄筆電中,堪稱大幅進化。

查看觸控板下方的情況以了解輕量模組的價值也很重要。在筆記型電腦設計中,觸控板下方的另一件重要硬體是電池。由於電池與觸控板要爭奪相同的空間,這代表更薄的觸控板可為更大型的電池提供更多空間。如果OEM想要設計面積更大的觸控板,這可能會對整體電腦的電池壽命造成重大影響。大面積並且較厚的觸控板會佔據原本電池使用的寶貴空間。

觸覺觸控板技術備受台灣等龍頭IT中心和電腦設計人員青睞,原因在於它能帶來更出色的使用者體驗。相較於存在無法點擊「盲區」(dead zones)的機械式觸控板,觸覺觸控板反而能在整體表面上提供一致的點擊與觸感效果。視施加不同程度的力道而定,強大的觸覺技術不僅能感測位置,也可以感測到表面的施力,進而達成不同的事件結果。藉助壓電致動器建構觸控板模組,可運用壓電效應將致動器應用於觸覺和施力感測。

何種觸覺技術

目前有兩種用於建置觸覺觸控板模組的領先技術:線性諧振致動器(LRA);以及壓電致動器(piezoelectric actuator)。雖然兩者都可以產生觸覺效果,但分別使用不同的致動機制,因此其整合方式以及性能均有顯著分別。

電腦OEM廠商追求使用觸覺觸控板的最大動機,在於其纖薄度。機械式觸控板的厚度通常超過3mm,而標準觸覺觸控板的厚度則可以低於3mm,但只有壓電觸覺架構才能實現最纖薄的設計。

觸控板模組採用傳統零組件技術為基礎,LRA模組設計的厚度通常約為3mm,其中LRA包含了模組中最厚的部分。儘管可使用更纖薄的LRA,但這個代價將是犧牲了觸覺回饋品質。為了在觸控板模組中達到可接受的觸覺性能水準,通常需要更大且至少3mm厚的LRA。

與同時支援觸覺回饋與施力感測的壓電觸覺致動器不同,LRA僅提供觸覺回饋,而這僅需增加體積和功耗的附加施力感測器,而不會縮減觸控板模組中的物料清單(BOM)。

此外,LRA無法完全複製機械式觸控板的確切點擊感,並且耗用更多電力。壓電致動器可達到更纖薄的觸控板設計,具有比LRA更快且更強的觸覺回饋,進而產生更清晰的點擊感,並與驅動器及Boreas Technologies專利CapDrive技術結合,功耗比LRA低10倍。

一切跟著感覺走

壓電優於LRA技術的另一個顯著區別,是在觸控板上產生觸覺效果(點擊)的品質。觸覺回饋品質有兩個主要因素:振動軸和致動器上升時間。將LRA整合到觸控板模組並保持模組纖薄的唯一方法,是將致動器水平放置。這使得致動器在X或Y軸上橫向振動。這意謂著觸控板可以左右移動(X軸),或者從使用者方向(Y軸)前後移動。雖然移動速度很快,但並不能產生最令人滿意的按鈕點擊效果,

這是因為使用者習慣於感覺按鈕在Z軸(垂直)方向上抵著手指移動,而壓電致動器可以平放在表面上,在Z軸上產生觸覺回饋。意即觸控板模組會對您的手指產生作用力,就像普通按鈕操作一樣,這會讓使用者感覺更加自然。LRA和壓電致動器使用截然不同的工作特性,將能量轉換為運動和振動。LRA使用磁力以共振頻率來回移動物體。另一方面,壓電致動器則使用壓電效應來產生運動。壓電致動器在高壓(電壓)電流下幾乎瞬間變形。

這表示壓電致動器的上升時間(脈衝從全振幅的10%上升到90%所需的時間)明顯較LRA的上升時間短,並轉化為更清晰的點擊效果。由於LRA需要更多時間才能達到最大振幅,因此對於觸覺效果面言,在點擊開始和結束時會產生不需要的雜訊。這些雜訊是造成點擊缺乏準確性或「不爽快」的原因。

壓電致動器提供更出色的解決方案

壓電致動器提供不同的外形尺寸,不僅體積纖薄且能產生優秀的觸覺響應。藉由使用各種壓電致動器來建置觸控板模組,設計人員可實現理想的觸控板纖薄度,此外,憑藉可逆壓電效應,壓電致動器可當成感測器與致動器使用。

例如Boréas的BOS1901高解析度(HD)壓電觸覺驅動器是整合壓電觸覺層的最後一個環節,可在微型體積、低功耗足跡下提供內建感測。除了提供無比的纖薄度及豐富的使用者體驗外,BOS1901架構的壓電觸覺模組還能將功能整合至單一平台中,進而節省電路板空間及減少物料清單。

Boréas團隊特別建置了參考設計以落實大規模採用,而其壓電觸覺觸控板參考設計則運用其核心壓電驅動器架構CapDrive技術,這是其晶片的基礎。

CapDrive提供最低功耗、內建施力感測與優異的觸覺感受,運用更簡單的電子元件來提供比競爭對手更精簡且可靠的設計。由於CapDrive需要的致動器更少,所以有助於降低壓電觸覺觸控板模組的總物料清單成本。

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