多点触控

多点触控 发展 多点触控技术始于1982年由多伦多大学发明的感应食指指压的多点触控屏幕。同年贝尔实验室发了首份探讨触控技术的学术文献。 1984年，贝尔实验室研制出一种能够以多于一只手控制改变画面的触屏。同时上述于多伦多大学的一组开发人员终止了相关硬件技术的研发，把研发方向转移至软件及界面上，期望能接续贝尔实验室的研发工作。同年，微软开始研究该领域。 1991年此项技控取得重大突破，当Pierre Wellner发表的一份文件，他对多点触控 “数码服务台”，即支持多手指的提案(这为后来的发展起着至关重要的作用)，研制出一种名为数码桌面的触屏技术， 容许使用者同时以多个指头触控及拉动触屏内的影像。 1999年，“约翰埃利亚斯”和“鲁尼韦斯特曼”生产了的多点触控产品包括iGesture板和多点触控键盘。经过多年维持专利的iGesture板和多点触控键盘，在2005年，被苹果电脑收购。 2006年，Siggraph大会上，纽约大学的Jefferson Y Han教授向众人演示最新成果，其领导研发的新型触摸屏可由双手同时操作,并且支持多人同时操作。利用该技术，Jefferson Y Han在36英寸×27英寸大小的屏幕上，同时利用多只手指(姆指似乎还无法感应到)，在屏幕上画出了好几根线条。与普通的触摸屏技术所不同的是，它同时可以有多个触摸热点得到响应，而且响应时间非常短——小于0.1秒。 分类 LLP技术 主要运用红外激光设备把红外线投影到屏幕上。当屏幕被阻挡时，红外线便会反射，而屏幕下的摄影机则会捕捉反射去向。再经系统分析，便可作出反应。 FTIR技术 它会在屏幕的夹层中加入LED光线，当用户按下屏幕时，便会使夹层的光线造成不同的反射效果，感应器接收光线变化而捕捉用户的施力点，从而作出反应。 ToughtLight技术 运用投影的的，把红外线投影到屏幕上。当屏幕被阻挡时，红外线便会反射，而屏幕下的摄影机则会捕捉反射去向。再经系统分析，便可作出反应。 Optical Touch技术 它在屏幕顶部的两端，分别设有一个镜头，来接收用户的手势改变和触点的位置。经计算后转为座标，再作出反应 就在刚刚前不久的三星论坛上，三星显示器推出了其旗下的触摸屏液晶显示器LD220Z Touch 显示器，不仅如此， AOC也在前几日的发布会上推出了其新品“平行线”系列的E2239FW触摸屏显示。 最常见的光学式 光学式触控面板就是我们最常见的一种触控技术。当然，它的优势也是十分明显的，和其他技术相比较，光学式触控面板可以做到较大。 光学式触控面板技术是一种泛称，常见的有两种方式，其中一种是指采用CCD或是CMOS照相感测的技术，主要是采用模块方式外挂在屏幕上，还有一种是红外线式感测技术。红外式感应技术的工作原理是当手指伸向液晶屏幕的时候，手指切断了显示器周边的红外对射线，通过X轴和Y轴的位置，确定手指的位置，将信号反馈回去，就形成了触控式面板。 红外线式感测技术原理图 对于外挂模块方式，CCD和CMOS照相感测技术在专利方面为少数几家厂商持有，因此供应商不多，其优势是适用于20英寸以上的大尺寸产品。不过，它的缺点也很明显，多点触控反应不够灵敏，容易产生误判，屏幕尺寸越小情况越明显，因此在导入IT应用领域时，对这种屏幕有相当大的考验。从目前市面的产品来看，采用外挂模块的解决方案更多。 而红外线式感测技术则是 光学式触控屏幕的优点是显而易见的，最大可做到250英寸的显示屏幕，所以这种屏幕也特别适合商用和民用显示器(相对其他两种技术而言)。 廉价的改良电阻式方案 过去的触控屏手机大多采用的是电阻式触控面板，这种面板的最大优势是成本低，所以受到很多厂商的青睐。但是受限于技术，要满足多点触控的操作需求，早期的电阻式面板已经无法胜任。面对来势迅猛的多点触控应用和其他技术的竞争，电阻式触控技术也不免要进行改良，这就是类比矩阵式触控(Analog Matrix Resistive)。 改良的电阻式触控技术主要有两种，一种是改用多线类比电阻式架构。以往的电阻式触控面板最多采用4线设计，而改良的电阻式触控面板则可以用4、5、7、8线等不同设计，来实现精密度不等的多点触控功能;另一种则是在电阻式触控面板中采用多功能控制IC，利用面板“分割”侦测的方式，进行多触点侦测。 值得一提的是，目前采用改良的电阻式触控面板，已可做出22英寸的多点触控电阻式屏幕，这是利用分割面板的触控区块，将单一触控区以单一触点方式进行区隔，达到最大12点的多点应用。改良后的电阻式面板不但解决了多点触控问题，同时也让面板的寿命进一步提升。由于技术比较成熟，加之成本较低，目前很多厂商都推出了基于改良电阻式触控屏幕的产品，比如我们常见的GPS、PMP播放器等。 从设计原理来看，改良电阻式触控面板和过去的电阻式触控面板并没有实质的变化，比如表面采用ITO(氧化铟)薄膜，材料也是普通的电阻材料等等。因此，过去电阻式触控面板的可较好支持手写识别、屏幕不易受尘埃污染等优点得到了继承，而一些缺点也保留了下来，比如必须要有压感才能感应、面板透明度及耐用度降低等。更关键的是，当改良电阻式方案在多触点应用时，也会出现如触控侦测出现时间差、无法精确感应触点等技术问题。 出尽风头的投射式电容方案 早期的电容触控屏幕为感应式电容技术，这一技术虽然在成本上与电阻式触控方案相差无几，但是它无法实现多点触控，并且由于元件体积较大无法用于手持设备上，所以很快就被市场所淘汰。直到投射式电容触控面板的问世和iPhone在全球的火爆，电容式触控面板才焕发了青春。 简单来说，投射式电容触控技术(Projected Capacitive)是透过捕捉电极间的电容变化，进行触控位置侦测。由于人体本身是一个导体，因此当人体靠近电极时，手指与电极之间的电容值会增加，此时只要查出哪条线的静电容量变大，就可得知是哪个点被触控了。 投射式电容触控面板在使用时的确要比电阻式触控面板更加自如，一方面无需为屏幕添加压力，隔着1cm的距离，投射电容式触控面板即可正确感应。另一方面在耐用性和触控精确度上，投射电容式触控面板也要强于电阻式触控面板。当然，投射式电容触控面板并非没有缺点，抛开成本、良率不谈，环境因素是最影响投射式电容触控面板的，无论是EMI干扰或者是受天气的影响(如下雨、下雪以及不同的温湿度)，投射式电容触控面板的产品在触控的精细度上都会有不同的表现。同时由于电容式触控屏是使用手指进行触控，设计者也必须考量使用者手指大小，感测的单元越大，那么触控的正确性就会提升，但相对就会牺牲屏幕的分辨率，因此，厂商也必须在正确性和分辨率间取得平衡点。 投射式电容触控面板主要用于手持设备，特别是3.5英寸,5英寸设备，虽然现在最大可以制造出18英寸的产品，但这显然不是为PC显示器准备的，未来笔记本和平板电脑或许会更多地使用这种解决方案。另外，投射式电容触控面板的制作过程繁琐，成本高昂，产品良率也不高，所以目前市面上采用这种解决方案的产品价格都比较贵。 投射电容触控技术 投射电容(Projective Capacitive)触控技术 基本原理:触摸屏采用多层ITO层，形成矩阵式分布，以X轴、Y轴交叉分布做为电容矩阵，当手指触碰屏幕时，可通过X、Y轴的扫描，检测到触碰位置电容的变化，进而计算出手指之所在。基于此种架构，投射电容可以做到多点触控操作。 投射电容的触控技术主要有两种:自我电容(self capacitance)式和交互电容(mutual capacitance)式。 自我电容:又称绝对电容(absolute capacitance)，它把被感应的物体(如手指)作为电容的另一个极板。当手指触碰屏幕时可在传感电极和被传感电极之间感应出电荷，从而被感觉到。 交互电容又叫做跨越电容(transcapacitance)，它是通过相邻电极的耦合产生的电容。当被感觉的手指靠近从一个电极到另一个电极的电场线时，交互电容的改变被感觉到，从而报告出位置。 根据两种电容技术的原理不同，设计出的投射式电容触摸屏的架构也不相同，形成多点触控的方式也就不同。 与自我电容相关的是手势的辨识追踪与互动(Gesture interaction)，也就是仅侦测、分辨多点触控行为，如缩放、拖拉、旋转等，实现方式为轴交错式(Axis intersect)技术。它是在导电层上进行菱形状感测单元规划，每个轴向需要一层导电层。以两轴型式为例，在侦测触控行为时，感测控制器会分别扫描水平轴和垂直轴，产生电容耦合的水平/垂直感测点会出现上升波峰，这两轴交会处即为触控点。 其实，轴交错式电容式触控技术，就是笔记本电脑触控板上使用的技术。电脑触摸板采用X、Y轴的传感电极阵列形成一个传感格子。当手指靠近触摸板时，在手指和传感电极之间会产生小量电荷，此时通过运算，即可确定物体的位置。当然，触控板与触控屏幕最大差异在于，前者是不透明、后者是透明的。 不过需要指出的是轴交错式虽能实现多点触控手势辨识功能，但若要定位多点触控的正确位置仍有困难。因为在进行两个轴向的扫描时，两个触控点分别会在X轴与Y轴各产生两个波峰，交会起来就产生4个触点，其中两个点是假性触控点，这会使系统无法进行正确判读。解决的办法是增加轴向，提高可辨识触点位置、数目，每增加1轴向可多辨识1点(如3轴可辨识2点、4轴为3点);不过，每增加1个轴向，就要多1层导电层，这会增加设计的触控面板厚度、重量与成本，都不是以手机等便携式产品为主要应用的触摸屏厂商所乐见的。 复杂触点可定位式(All point addressable)技术也能达成多点触控功能，且能辨别触控点确切位置，可以说是理想的多点触控解决方案，iPhone即是采用此种触控技术。它主要架构为两层导电层，其中一层为驱动线(driving lines)，另一层为感测线(sensing lines)，两层的线路彼此垂直。运作上会轮流驱动一条驱动线，并量测与这条驱动线交错的感测线是否有某点发生电容耦合现象。经逐一扫描即可获知确切触点位置。 但是，要实现此种技术在，不论是导电层规划、布线或CPU运算，难度都提高许多，需要采用更加强大的处理器。以iPhone为例，它就是以两颗独立芯片分担这项工作，一颗感测控制器，将原始模拟感测信号转为X-Y轴坐标;另一颗则是ARM7处理器，专门用来解读这些信息，辨识手指动作，并做出相应的反应。 此外，复杂触点可定位技术还会面临一些设计上挑战，如需要供应高电压才能得到较好的信噪比表现，不适合在大尺寸面板使用等。