电容感应式与毫米波雷达，谁能挑起三维触控的大梁？

电容感应式与毫米波雷达，谁能挑起三维触控的大梁？

探照灯通过改变光束方向来探测目标（左上），雷达通过改变波束方向来扫描目标（右上），Project Soli利用和雷达原理来探测手的位置从而实现三维触控（下）

那么什么是毫米波雷达呢？它与电视里出现的那种巨大的雷达有什么区别呢？原来，雷达的分辨率和它发射电磁波的波长有关，发射的电磁波波长越短则分辨率越好，也即对物体探测位置越精确。但是，电磁波波长越短则在空气中的衰减会越大，因此如果物体距离雷达很远就会检测不到。因此物体探测精度和探测距离是一对矛盾。传统军用和警用雷达使用的是微波波段，因为传统雷达需要检测的物体通常尺寸很大，微波波段能做到大约10cm级别的分辨精度已经很够用了；

另一方面传统雷达需要有足够的探测距离才能满足使用需求。然而，10cm级别的分辨精度对于三维触控来说完全不够用。另一方面，三维触控所需要检测的距离很短，通常手距离触摸屏的距离不会超过20cm。最后，三维触控模组的体积必须足够小。因此，Project Soli使用了波长为毫米数量级的毫米波雷达，理论上可以实现毫米级别的分辨精度。该雷达可以集成到硬币大小的芯片中，从而可以安装在各类设备上。

另一种非常有前景的三维触控技术是电容感应技术。毫米波雷达技术利用的是动态电磁波，而电容感应技术利用的是静电场。电容感应型三维触控技术是目前电容触摸屏的增强版：电容触摸屏可以感应到与屏幕接触的手的位置，而电容感应式三维触控技术则增强了感应范围，在手尚未接触到屏幕时就能感应到手在空间中的三维位置，从而实现三维触控。

热传感器阵列可以通过相对温度分布和绝对温度来判断火苗在三维空间中的位置

电容传感式三维触控的原理也是这样，只不过这里探测的不是火苗带来的温度改变而是手指带来的静电场改变。通过探测哪一个电容传感器探测到的静电场改变最大我们可以感应到手指的二维位置，而通过电容传感器探测到静电场改变的绝对强度我们可以感应到手指的第三维坐标，从而实现三维触控。

电容传感式三维触控的优势在于传感器的功耗可以远远小于毫米波雷达（大约仅仅是毫米波雷达的十分之一甚至更小），因此可以安装在对功耗比较敏感的移动设备上。但是电容传感也有自己的问题需要解决，就是传感器之间的互相干扰。我们同样拿热传感器感应火苗位置来作类比。现在我们假设除了火苗会发热以外，热传感器自己也会发热。

目前在电容传感式三维触控已经出现在微软的pre-touch screen demo中，该demo可以实现离屏幕较近距离（1-2cm）的三维触控。另一方面，不少顶尖高校的实验室也展示了基于电容传感原理的三维触控模块。例如，普林斯顿大学由Naveen Verma教授领衔的团队成功地展示了基于薄膜电子的三维触控（目前成立了SpaceTouch公司），有机会可以用在未来可弯曲屏幕上。

结语