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深度揭秘苹果iPhone6s的ForceTouch技术

发布时间:2020-03-11 09:35:32 阅读: 来源:陶瓷厂家

首页iPhone之家iPhone新闻 深度揭秘苹果iPhone6s的Force Touch技术 2015-9-9 20:57:40来源:雷锋网作者:三个博士责编:缘字 评论: 最近,媒体曝出苹果新一代手机iPhone6s中会采用Force Touch技术。其实,早在Apple Watch和MacBook系列笔记本之上就已经有所应用,不过这次的版本与此前不同。因为MacBook触控板和Apple Watch可感应两种不同水平的压力,即轻点和按压。而根据外媒爆料,新一代iPhone的“3D Touch Display”可以感应三种不同水平的压力,有轻点、按压和更强的按压。

所以,“3D Touch”的命名很可能因此而来。

因为专业的缘故,我在新一代触觉振动技术上耕耘多年,看到这个消息觉得很兴奋,觉得触觉互动的春天来了。带着对“触觉互动”、下一代“人机对话”的好奇,我在这里来科普下苹果的新“黑科技”:Force Touch技术(由于苹果没有官方明确表示技术为“3D Touch”,这里就还称为Force Touch技术),以及由此开启的更广阔方向:触觉互动。

一、由Force Touch开启的“触觉互动”大门

Force Touch,即压力触觉,指通过感应压力的产生和改变,从而实现电学数据的变化,再通过电学数据而产生指令,最后达到压力而间接实现指令的过程。

压力触觉的研究探索,已经有很多年了。其中,美国Z-origin的Z-Tohch则是较早的触控探索者,后来,微软、黑莓都相继提出触控方面的专利和应用,但由于各类原因,其触控给顾客感受,并不完美。

前不久,华为也在中国发布了其压力触控屏幕的手机MATES,其采用的技术方案暂未拆解清楚,但以其比上一款更薄的宣传,其技术方案与苹果有些许差异,但却没能引起行业的热议,苹果的影响力之大可想而知。

苹果发布的压力触控,以苹果惯有的风格而言,应该是比较成熟和完善的,所以才会发布在手机上。因此,苹果的号召力,让压力触控开启了“触觉互动”的大门。

目前的手机,对于触觉反馈的应用,仅仅停留在振动和提醒上。但是,美国“IMMERSION”公司等振动和触控行业的公司,已经布局了基于“触觉互动”的大量技术储备与专利,其中软件系统和硬件均有中国科技公司的身影。

比如TI公司早前推出过基于高电压的新一代振动马达的驱动芯片;IMMERSION公司布局了多项振动反馈专利,其网站也显示推出新一代振动反馈方案;中国如衡业新材等,也在研发“新一代触摸反馈”的核心硬件。

这次苹果推出了“Force Touch”的技术应用,为更广大的“人机触觉互动”打开了大门,让用户迈进了新一代“触觉互动”的时代。

二、FORCETOUCH的技术原理

压力触控的原理,其实很容易理解:

屏幕感应手指压力——通过手指压力的面积变化——从而产生不同的电学信号——压力传感器件根据电信号进行处理——手机CPU接收压力传感器信号——手机CPU产生相应的指令——顾客感知由压力产生的指令变化(比如屏幕变化、菜单)

下图就是展示用户如何通过按压方式,获得手机/平板反馈的这一完整过程的流程:

从上图所示,触觉反馈的技术原理,由触摸产生的压力、压力的识别、识别后的回馈指令三个大的部分组成,其中很重要的是触觉传感器“Force Touch Sensors”,它是按压触摸的重要部件。

而手机构造的轻薄,也给触摸传感器与FPC提出很高的要求,相对于平板和电脑来说必须非常轻薄。这次苹果手机反而增加厚度,是因为“Force Touch”的关键部件所产生的厚度,也就是加入了Force Touch压力模块。不过也有传,苹果在下一代手机上,会缩小这个厚度,那么苹果届时会在哪里作何改动?

三、Force Touch的构造

1、整体触控构造:

根据目前对iPhone6s的拆解,其采用的屏幕依然是Incell屏幕,供应商为JDI等日本公司,Incell屏的触控层在COVERGLASS之下,而且还要加上“Force Touch”的物理部件,因此,屏幕的构造必须非常的精巧。

2、触控层的特殊变革/材料变化

虽然依然是INCELL屏幕,而其触控层是否引入了最新的革命性材料,暂时尚未可知,但从网络上能看到:苹果要求其日本供应商供应纳米银屏幕,因此,行业看好的SILVERNANOWIRE(纳米银)是否已经应用与新一代苹果中,暂未确认。

(SILVERNANOWIRE)

苹果的专利显示,苹果将原有的触控层,接近液晶的部分,将其中ITO的VCOM层切割成平行线,就是为了压力触控的实现。

3、压力传感器部分

根据对苹果MAC的公开拆解,MAC上有四个压力传感器,分别位于触控的四方,而且还有一个由磁性材料组成的“回馈体系”。

(Mac的触控板拆解)

从以上拆解的Mac触控板上看,Force Touch早已应用在Mac上,由于Mac面积和厚度,都更适合进行压力触感层的处理,因此,苹果手机的采用,也来自于在Mac上使用的工艺积累。

必须要看到的是,Mac上有个专门的“回馈系统”——由磁性材料组成的“反馈器”,它的作用是对用户按压时候,进行声音或震动的回馈,让用户的体验更有“真实感”。

(网上流出的苹果6s的拆解:比6略厚,因为内置了触控传感器)

由于目前还没有真实完整的iPhone6s拆解,特别是针对其压力触控部分的逐件拆解,因此,如何精巧地将压力触控部分放置其中是一大难题。且根据媒体公布的手机厚度的增加,应该起触控控制器件的作用,但目前尚无法做到非常轻薄,有其物理极限。

下一代的iPhone7,苹果已经表示会更薄,而更薄是来自于触控部分的变化,还是苹果本身其他器件的结构的变化,不得而知,只能等相关消息放出,我们再做深入分析。

四、“触觉互动”才是Force Touch开启的未来

1、触觉互动的起源与雏形

压力传感技术,只是“触觉反馈体系”的开局,下一代手机,有望在触觉反馈体系上,衍生出很多令消费者惊呼的应用。目前的Force Touch技术,只有指令和屏幕功能的变化,还没有“来自手机对顾客的物理回馈”。

----这就是未来的“触觉互动”。

触觉互动不仅包括手机的软件体系的反馈,也包括手机“硬件体系的反馈”。比如,当你触摸屏幕的“仙人球”,你如果能感到一种刺手的感觉,这就是对“触觉互动”的通俗诠释。更通俗来说,就是仿真,真实的感觉。

几年前,日本在触觉振动器件的推动下,生产了几款可以快速响应振动的手机和平板,但当时的这些产品和压力触控都没有多大关系:

比如,日本DOCOMO生产的一款“RAKURAKU”老人手机,其振动回馈可以让在老人触摸屏幕有触感,如按压键盘一样的实物感,还曾风靡一时;日本松下也推出独特振动回馈的平板;韩国PANTECH(潘泰)也推出过精敏振动的平板等等。

(日本富士通的RAKURAKU老人手机)

但由于当时没有提出由压力传导,再通过物理回馈而组成一个闭环回路,这些置入了触觉振动器件的产品并没有引起行业的热议,但这已经算是“触觉互动的雏形”。

2、触觉互动的关键器件:物理回馈器件

触觉互动体系,离不开一个关键器件:触觉振动反馈器件,它要求的反馈速度和精度,根本不是现有的偏转振动马达或直线振动马达所能达到的。它需要全新的振动反馈器件,其中包括磁性材料、压电陶瓷材料,而压电陶瓷材料与MEMS工艺结合的器件,被认为是最佳的反馈器件。

而颇具悲伤的是,目前压电MEMS器件也在突破之中。现在存在的局限性有:体积只适合PAD,离手机对体积的要求有距离、功耗问题,但目前由多层陶瓷带来的功耗大大降低,有望解决这一问题。

从事关键硬件研发的有日本的科技企业,也有中国年轻的海归科技企业的身影。比如有从事陶瓷振动材料与器件研发的的科研朋友常和我坦言:我们坚信这一趋势,通过材料与结构技术,已经将电压由100V以上降到36V,并在部分大尺寸的平板上进行试用,但应用于手机上面,还需要在体积等方面进行诸多改进。

(中国企业衡业新材研发的“新一代陶瓷振动器件”原型)

3、“触觉互动”的未来

苹果引领的“触觉互动”,有着广阔的未来应用前景,它不仅让顾客有真正的“人机对话”体验感,更会产生更多更大的应用市场,比如物联网的应用等,也将翻开手机应用的新一页。

更重要的是,触觉反馈也将带来行业的一系列连锁反应,将催生更多新材料、新工艺、新器件的革命,特别是新材料与MEMS工艺的结合,将在其中得到广泛的应用。

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