電容式多點(diǎn)觸摸技術(shù)

多點(diǎn)觸控技術(shù)隨著iPhone的火爆讓人們所熟知和關(guān)注，傳統(tǒng)的電阻式觸控技術(shù)也逐漸被LLP技術(shù)和電容式觸控技術(shù)所取代。雖然途拓科技專注于大尺寸觸控技術(shù)和LLP技術(shù)，但是對于電容式觸控技術(shù)也有所涉獵。本文主要就電容式觸控技術(shù)的幾個(gè)分類做簡要分析。

多點(diǎn)觸控示意圖

要進(jìn)行多點(diǎn)觸控的技術(shù)操作，必然經(jīng)過一個(gè)載體才能夠完美實(shí)現(xiàn)，這就是我們今天所面對的屏幕。以手機(jī)這個(gè)大家熟知的產(chǎn)品為例，目前在手機(jī)領(lǐng)域具有觸控屏設(shè)計(jì)的手機(jī)已經(jīng)占領(lǐng)絕大部分，也就是我們現(xiàn)在用的手機(jī)大多數(shù)都是可以進(jìn)行觸控指令來完成操作的。典型的例子有：諾基亞的5800XM、蘋果的iPhone、或者索尼愛立信的X10等，但是有沒有想過為什么諾基亞的5800XM與蘋果iPhone 4不能夠站在一個(gè)級別上?究其原因有很多種，其中一點(diǎn)必須被我們承認(rèn)：即它們都是觸控屏手機(jī)，屏幕材質(zhì)選用不一樣導(dǎo)致最終產(chǎn)品定位的高低。前者選用電阻屏只能進(jìn)行單點(diǎn)觸控，后者搭配電容屏能夠多點(diǎn)觸控，分辨率更高、顯示效果更為清晰、娛樂性更多等。這也是電阻式觸控技術(shù)逐漸被電容式技術(shù)取代的原因。

看來在屏幕選材方面，也是能夠定義該機(jī)是否處于高端水平的一個(gè)衡量標(biāo)準(zhǔn)。但是又有疑問被我們發(fā)現(xiàn)，即：iPhone手機(jī)與索尼愛立信X10同為電容屏，為什么前者能夠多點(diǎn)觸控，后者亦不能?諾基亞5800XM不能多點(diǎn)觸控，是其電阻屏原因，那么X10又是電容屏為什么不能進(jìn)行多點(diǎn)觸控，軟件還是硬件?同樣，iPhone 4既然支持多點(diǎn)觸控，那么兩者主要區(qū)別在哪里?這就要說說電容觸控技術(shù)的幾大分類。

電容觸控技術(shù)分類

電容屏技術(shù)主要分兩種：表面電容(Surface Capacitive)技術(shù);投射電容(Projective Capacitive)技術(shù)。

表面電容(Surface Capacitive)技術(shù)，即它的架構(gòu)相對簡單，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，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靜電反應(yīng)所產(chǎn)生的變化，檢測出觸控坐標(biāo)的位置。此類架構(gòu)決定了表面電容式技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)觸控功能，因?yàn)樗捎昧艘粋€(gè)同質(zhì)的感應(yīng)層，而這種感應(yīng)層只會(huì)將觸控屏上任何位置感應(yīng)到的所有信號匯聚成一個(gè)更大的信號，同質(zhì)層破壞了太多的信息，以致于無法感應(yīng)到多點(diǎn)觸控。另外，表面電容式觸控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。(該技術(shù)在手機(jī)應(yīng)用方面很難實(shí)現(xiàn)，排除X10、iPhone 4)

表面電容應(yīng)用

投射電容(Projective Capacitive)技術(shù)，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，檢測到觸碰位置電容的變化，進(jìn)而計(jì)算出手指之所在?；诖朔N架構(gòu)，投射電容可以做到多點(diǎn)觸控操作。

投射電容的應(yīng)用

投射電容的觸控技術(shù)主要有兩種：一種是自電容型(self capacitance，也稱absolute capacitance)，另一種為互電容型(mutual capacitance，也稱transcapacitance)。自電容型是指觸控物與電極間產(chǎn)生電容耦合，并量測電極的電容變化確定觸碰發(fā)生;互電容型則是當(dāng)觸碰發(fā)生，會(huì)在鄰近2層電極間產(chǎn)生電容耦合現(xiàn)象。

根據(jù)這兩種原理，可以設(shè)計(jì)不同的投射電容式架構(gòu)，不同架構(gòu)能做到的多點(diǎn)觸控功能也就不同。多點(diǎn)觸控其實(shí)可細(xì)分為兩種：一種是手勢辨識(shí)追蹤與互動(dòng)(Gesture interaction)，也就是僅偵測、分辨多點(diǎn)觸控行椋如縮放、拖拉、旋轉(zhuǎn)…等，實(shí)現(xiàn)方式為軸交錯(cuò)式(Axis intersect)技術(shù);另一種則是找出多點(diǎn)觸控個(gè)別位置，此功能需要復(fù)雜觸點(diǎn)可定位式(All point addressable;APA)技術(shù)才能達(dá)成。

投射電容實(shí)際應(yīng)用

軸交錯(cuò)式

軸交錯(cuò)式(又稱Profile-based)技術(shù)，是在導(dǎo)電層上進(jìn)行菱形狀感測單元規(guī)劃，每個(gè)軸向需要1層導(dǎo)電層。以2軸型式為例，觸控偵測時(shí)，感測控制器會(huì)分別掃描水平/垂直軸，產(chǎn)生電容耦合的水平/垂直感測點(diǎn)會(huì)出現(xiàn)上升波峰(peak)，而這2軸交會(huì)處即正確觸控點(diǎn)。由于每次量測為利用單導(dǎo)電層與觸碰物電容耦合現(xiàn)象，因此屬自電容型技術(shù)。

軸交錯(cuò)式電容式觸控技術(shù)，其實(shí)正是筆記型電腦觸控板(touch pad)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)，技術(shù)相當(dāng)成熟，但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。因?yàn)椴煌该鳎杂|控板可在感測區(qū)使用金屬或碳原子式電極。投射電容式觸控屏幕則是透明的，因此需用透明ITO做為導(dǎo)電電極，而且此層ITO不像電阻式或表面電容式是均勻?qū)щ妼樱枰鰳邮交O(shè)計(jì)。

筆記本觸控板

單點(diǎn)觸控應(yīng)用上，軸交錯(cuò)式能得到確切觸控位置，因此不像表面電容式需經(jīng)校準(zhǔn)修正。透過一些演算法，軸交錯(cuò)式也能做到多點(diǎn)觸控手勢辨識(shí)功能，但若要定位多點(diǎn)觸控正確位置會(huì)有困難。以2軸的掃描來說，2個(gè)觸控點(diǎn)分別會(huì)在X軸與Y軸各產(chǎn)生2個(gè)波峰，交會(huì)起來就產(chǎn)生4個(gè)觸點(diǎn)，其中2個(gè)點(diǎn)是假性觸控點(diǎn)(Ghost point)，這將造成系統(tǒng)無法進(jìn)行正確判讀。

不過，仍有方法能解決多點(diǎn)定位問題。在2軸式觸控屏幕中，可以利用2根手指觸控時(shí)間差分辨前/后觸點(diǎn)，或以觸點(diǎn)的不同移動(dòng)方向辨別。此外，也可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，這都不是可攜式產(chǎn)品樂見的結(jié)果。