多點(diǎn)觸控技術(shù)實(shí)現(xiàn)面面觀

　　

　　觸摸屏起源于20世紀(jì)70年代，是美國(guó)軍方因軍事用途而發(fā)展起來的一種裝置，80年代轉(zhuǎn)移民用，早期多被裝于工控計(jì)算機(jī)、POS機(jī)終端等工業(yè)或商用設(shè)備之中。這些領(lǐng)域的特點(diǎn)多為應(yīng)用環(huán)境不便使用鍵盤、鼠標(biāo)操控，或者根本就是僅需幾個(gè)簡(jiǎn)單的按鍵即可完成輸入動(dòng)作的設(shè)備，整體市場(chǎng)規(guī)模不大。

　　2007年iPhone手機(jī)的推出，是觸控行業(yè)發(fā)展中的一個(gè)里程碑。蘋果公司把一部至少需要20個(gè)按鍵的移動(dòng)電話，設(shè)計(jì)得僅需三、四鍵就能搞定，剩余操作全部交由觸摸屏來完成，使手機(jī)在外型變得更加時(shí)尚輕薄之后，又增加了人機(jī)直接互動(dòng)的親切感，最令人驚艷的是，蘋果還將以往主要用于大屏領(lǐng)域的電容式觸控技術(shù)引入小尺寸的手機(jī)屏幕，并實(shí)現(xiàn)了多點(diǎn)觸控功能，賦與了使用者更加直接、更加便捷、更加接近人們?nèi)粘Ｐ袨榈牟僮黧w驗(yàn)，引發(fā)了消費(fèi)者持續(xù)不斷的熱烈追捧，也開啟了觸摸屏向主流操控界面邁進(jìn)的征程，市場(chǎng)規(guī)模成倍數(shù)增長(zhǎng)。在此情況下，業(yè)內(nèi)眾多手機(jī)大廠、顯示大廠也紛紛致力于觸摸屏，特別是基于觸摸屏的多點(diǎn)觸控技術(shù)的研發(fā)，使多點(diǎn)觸控技術(shù)成為觸摸屏研發(fā)領(lǐng)域的一門無(wú)可爭(zhēng)議的顯學(xué)。

　　投射電容式技術(shù)仍處主流
　　
　　傳統(tǒng)觸控技術(shù)，一次只能向控制器傳達(dá)一個(gè)觸點(diǎn)信息，而多點(diǎn)觸控技術(shù)卻能夠記錄同時(shí)發(fā)生的多點(diǎn)觸控信息。這與人們?nèi)粘Ｉ�活中操控物體的行為更加接近，更加受到消費(fèi)者的青睞，因此有實(shí)力的顯示大廠均致力于對(duì)此項(xiàng)技術(shù)的研究開發(fā)。目前市場(chǎng)上也出現(xiàn)了一系列與之相關(guān)的技術(shù)，主要有蘋果的投射式電容、TMD的SOG技術(shù)、三星的HTSP技術(shù)等。不過，后兩者不是存在制作成本較高，就是存在影響光與色彩的飽和度等問題，因此投射式電容技術(shù)仍是目前多點(diǎn)觸控技術(shù)中的兵家必爭(zhēng)之地。

　　電容式觸控技術(shù)中應(yīng)用較廣的是表面電容(Surface Capacitive)技術(shù)。它的架構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，采用一層ITO玻璃為主體，外圍至少有四個(gè)電極，在玻璃四角提供電壓，在玻璃表面形成一個(gè)均勻的電場(chǎng)，當(dāng)使用者進(jìn)行觸按操作時(shí)，控制器就能利用人體手指與電場(chǎng)靜電反應(yīng)所產(chǎn)生的變化，檢測(cè)出觸控坐標(biāo)的位置。不過，此種架構(gòu)也決定了表面電容式技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)觸控功能，因?yàn)樗�采用了一個(gè)同質(zhì)的感應(yīng)層，而這種感應(yīng)層只會(huì)將觸摸屏上任何位置感應(yīng)到的所有信號(hào)匯聚成一個(gè)更大的信號(hào)，同質(zhì)層破壞了太多的信息，以致于無(wú)法感應(yīng)到多點(diǎn)觸摸。另外，表面電容式觸摸屏還存在小型化的困難，很難應(yīng)用于手機(jī)屏幕，大多用于中大尺寸領(lǐng)域。

　　投射電容(Projective Capacitive)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)觸控的希望所在。它的基本技術(shù)原理仍是以電容感應(yīng)為主，但相較于表面電容式觸摸屏，投射電容式觸摸屏采用多層ITO層，形成矩陣式分布，以X軸、Y軸交叉分布做為電容矩陣，當(dāng)手指觸碰屏幕時(shí)，可通過X、Y軸的掃描，檢測(cè)到觸碰位置電容的變化，進(jìn)而計(jì)算出手指之所在。基于此種架構(gòu)，投射電容可以做到多點(diǎn)觸控操作。

　　具體來看，投射電容的觸控技術(shù)主要有兩種：自我電容(self capacitance)式和交互電容(mutual capacitance)式。自我電容又稱絕對(duì)電容(absolute capacitance)，它把被感應(yīng)的物體（如手指）作為電容的另一個(gè)極板。當(dāng)手指觸碰屏幕時(shí)可在傳感電極和被傳感電極之間感應(yīng)出電荷，從而被感覺到。交互電容又叫做跨越電容(transcapacitance)，它是通過相鄰電極的耦合產(chǎn)生的電容。當(dāng)被感覺的手指靠近從一個(gè)電極到另一個(gè)電極的電場(chǎng)線時(shí)，交互電容的改變被感覺到，從而報(bào)告出位置。

　　根據(jù)兩種電容技術(shù)的原理不同，設(shè)計(jì)出的投射式電容觸摸屏的架構(gòu)也不相同，形成多點(diǎn)觸控的方式也就不同。與自我電容相關(guān)的是手勢(shì)的辨識(shí)追蹤與互動(dòng)(Gesture interaction)，也就是僅偵測(cè)、分辨多點(diǎn)觸控行為，如縮放、拖拉、旋轉(zhuǎn)等，實(shí)現(xiàn)方式為軸交錯(cuò)式(Axis intersect)技術(shù)。它是在導(dǎo)電層上進(jìn)行菱形狀感測(cè)單元規(guī)劃，每個(gè)軸向需要一層導(dǎo)電層。以兩軸型式為例，在偵測(cè)觸控行為時(shí)，感測(cè)控制器會(huì)分別掃描水平軸和垂直軸，產(chǎn)生電容耦合的水平/垂直感測(cè)點(diǎn)會(huì)出現(xiàn)上升波峰，這兩軸交會(huì)處即為觸控點(diǎn)。

　　其實(shí)，軸交錯(cuò)式電容式觸控技術(shù)，就是筆記本電腦觸控板上使用的技術(shù)。電腦觸摸板采用X、Y軸的傳感電極陣列形成一個(gè)傳感格子。當(dāng)手指靠近觸摸板時(shí)，在手指和傳感電極之間會(huì)產(chǎn)生小量電荷，此時(shí)通過運(yùn)算，即可確定物體的位置。當(dāng)然，觸控板與觸控屏幕最大差異在于，前者是不透明、后者是透明的。

　　不過需要指出的是軸交錯(cuò)式雖能實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)觸控手勢(shì)辨識(shí)功能，但若要定位多點(diǎn)觸控的正確位置仍有困難。因?yàn)樵谶M(jìn)行兩個(gè)軸向的掃描時(shí)，兩個(gè)觸控點(diǎn)分別會(huì)在X軸與Y軸各產(chǎn)生兩個(gè)波峰，交會(huì)起來就產(chǎn)生4個(gè)觸點(diǎn)，其中兩個(gè)點(diǎn)是假性觸控點(diǎn)，這會(huì)使系統(tǒng)無(wú)法進(jìn)行正確判讀。解決的辦法是增加軸向，提高可辨識(shí)觸點(diǎn)位置、數(shù)目，每增加1軸向可多辨識(shí)1點(diǎn)(如3軸可辨識(shí)2點(diǎn)、4軸為3點(diǎn))；不過，每增加1個(gè)軸向，就要多1層導(dǎo)電層，這會(huì)增加設(shè)計(jì)的觸控面板厚度、重量與成本，都不是以手機(jī)等便攜式產(chǎn)品為主要應(yīng)用的觸摸屏廠商所樂見的。

　　復(fù)雜觸點(diǎn)可定位式(All point addressable)技術(shù)也能達(dá)成多點(diǎn)觸控功能，且能辨別觸控點(diǎn)確切位置，可以說是理想的多點(diǎn)觸控解決方案，iPhone即是采用此種觸控技術(shù)。它主要架構(gòu)為兩層導(dǎo)電層，其中一層為驅(qū)動(dòng)線(driving lines)，另一層為感測(cè)線(sensing lines)，兩層的線路彼此垂直。運(yùn)作上會(huì)輪流驅(qū)動(dòng)一條驅(qū)動(dòng)線，并量測(cè)與這條驅(qū)動(dòng)線交錯(cuò)的感測(cè)線是否有某點(diǎn)發(fā)生電容耦合現(xiàn)象。經(jīng)逐一掃描即可獲知確切觸點(diǎn)位置。

　　但是，要實(shí)現(xiàn)此種技術(shù)在，不論是導(dǎo)電層規(guī)劃、布線或CPU運(yùn)算，難度都提高許多，需要采用更加強(qiáng)大的處理器。以iPhone為例，它就是以兩顆獨(dú)立芯片分擔(dān)這項(xiàng)工作，一顆感測(cè)控制器，將原始模擬感測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)為X-Y軸坐標(biāo)；另一顆則是ARM7處理器，專門用來解讀這些信息，辨識(shí)手指動(dòng)作，并做出相應(yīng)的反應(yīng)。

　　此外，復(fù)雜觸點(diǎn)可定位技術(shù)還會(huì)面臨一些設(shè)計(jì)上挑戰(zhàn)，如需要供應(yīng)高電壓才能得到較好的信噪比表現(xiàn)，不適合在大尺寸面板使用等。

　　投射電容式多點(diǎn)觸控技術(shù)特性比較

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