MEMS傳感器掀起消費電子體驗變革
http://www.debgrams.com 2011-08-03 15:10 來源：電子工程專輯
急遽下滑的價格、大幅改善以簡化設計的軟件工具等因素，可望成為推動慣性傳感器(inertial sensor)新一代應用，為移動消費性裝置帶來差異化的動力。雖然首度內置微機電系統(MEMS)加速度計的iPhone以及Wii游戲機，藉由引進手勢識別掀起了用戶介面革 命，產品設計者還是花費好一番工夫，才厘清該如何充分發揮慣性傳感器的性能。
現在，拜價格下滑以及相關設計知識基礎與環境走向成熟、傳感器設計更簡便之賜，慣性傳感器正準備進軍更廣泛的手勢識別與精準定位 (location)應用；市場研究機構Yole Developpement預估，那些新發展將推動加速度計、磁力計等元件在手機內的滲透率，于五年內達到近五成。
目前陀螺儀幾乎已經是所有平板裝置的基本配備，主要是因為蘋果iPad占據該市場的九成以上。此外Yole Developpement也預期，慣性傳感器在消費性電子領域的應用規模，將在接下來五年達到平均每年24%左右的成長，出貨量將在2015年達到50億顆。
不過慣性傳感器在游戲領域以外的應用，目前看來還是有某種程度的局限；加速度計已經是手機產品提供屏幕畫面橫屏與直屏切換功能的必要配備，也有部分產品運用于提供計步器功能。磁力計則是在去年獲得手機產品的大量采用，以提供正確的導航指向功能。另外多軸(multiaxis)MEMS陀螺儀則因剛達到消費性產品可接受的價格點與產能，首度進軍手機、并已幾乎進駐所有平板裝置，初期以游戲的應用為主。
更低的價格將有助于激勵更廣泛的采用；Yole預見分立慣性傳感器元件價格將持續下跌，以三軸加速度計為例，將由2010年的0.7美元，到2015年跌至0.3美元或是每軸低于0.1美元。這類方案成本下跌的部分原因，是因為能將加速度計與磁力計、或是加速度計與陀螺儀封裝在一起，讓兩顆傳感器裝置能分享一顆ASIC控制器；這也能改善傳感器數據。
另一個推動MEM傳感器滲透率的原因是，越來越容易將傳感器輸出數據轉換成有用的應用。包括ST、InvenSense等領導級供應商都可提供越來越多的軟件與程序庫，讓手機與平板裝置廠商能更容易地將基本手勢識別功能加入系統產品中。
運動傳感器軟件專門供應商如Movea與Hillcrest Labs，也可提供設備無關(device-agnostic)的軟件工具，以支持更廣泛的應用，特別是無線鼠標(air mice)、電視遙控器等可透過手勢操控的應用。此外，最新版的Android操作系統支持部分運動處理應用程序介面(API)，未來的版本預期將會支持更精密的動作。
LG的Android手機Optimus Black采用了一顆陀螺儀，以提供方便的單手操控介面，使用者能藉由傾斜手機來切換屏幕畫面(在手機側邊的一個拇指按鈕能啟動陀螺儀)；這是采用MEMS新創公司InvenSense陀螺儀的首款產品，這家小型無晶圓廠供應商能拿到如此規模龐大的設計案，意味著MEMS產業鏈的代工技術已經邁向成熟、產量也趨于穩定，還有無論是InvenSense或Android的軟件支持，都能很順暢地將傳感器資料轉換成各種功能。
陀螺儀在短時間內看來也會應用于改善手機拍攝影像的穩定性，目前該元件還已經被應用在電視遙控器中，以簡化網絡電視的使用。目前LG新推出的、支持點擊式(point-and-click)遙控功能的一款電視產品，就配備了Hillcrest Labs的手勢識別軟件，可進行傳感器數據融合、校準與信號處理，移除數據中的瑕疵與補償溫度變化，以產生更精確的數據流，再將之與鼠標指向功能結合，提供精密的點選功能，讓電視功能操控更簡便。
而推動慣性傳感器在便攜式消費產品應用的主力，看來將會是對于更精確定位與導航資訊的需求；根據GPS芯片組供應商表示，他們的客戶正在尋找更具可靠性的行人導航功能，可結合戶外與室內地圖以支持位置感知搜尋(location-aware searches)，能允許使用者查找所需地點資訊。而加速度計與磁力計是這類導航功能的關鍵，搭配陀螺儀與壓力傳感器，就能精確追蹤使用者的步伐與方向之改變，以及在無線或衛星訊號收不到的地方推測使用者位置。
一些基礎建設也正在發展中，例如在美國，服務供應商Point Inside等已可提供一些購物中心與機場的室內地圖與位置服務，可結合商店促銷資訊。而商店內的數據搜尋與擴增實境等功能，將需要精確度更高、低漂移(low drift)的一整套傳感器，將精確度由數十米進一步提升到幾米之內。
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