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觸摸屏背后的科技

編輯：馮飛 2011-03-08 15:21:36 瀏覽：1963 來源：

　　看到iPhone上方便華麗的多點(diǎn)觸摸技術(shù)和微軟Surface那巨大的屏幕，未來我們使用各種科技產(chǎn)品的方法，必將因?yàn)橛|摸而改變。究竟觸摸屏幕是怎么回事？未來觸摸技術(shù)又能達(dá)到什么樣的程度？這正是本期新技術(shù)研習(xí)社的重點(diǎn)補(bǔ)習(xí)內(nèi)容。

　　從少到多，觸摸屏進(jìn)化論

　　我們看到能摸的屏幕，就會(huì)說這個(gè)屏幕是觸摸屏。但事實(shí)上觸摸屏只是一片透明薄膜，并沒有任何顯示功能。我們只要拆開一部觸摸手機(jī)，就可以發(fā)現(xiàn)屏幕和觸摸透明薄膜是完全可以分離的，只是在生產(chǎn)過程中觸摸屏和顯示屏?xí)环庋b在一起，加快生產(chǎn)速度。

　　下次再聽到有人說“液晶屏幕是可以觸摸的，又或者OLED屏幕是可以觸摸的”之類的錯(cuò)誤觀點(diǎn)時(shí)，你就可以上去狠狠的打臉，對(duì)此人說——普通CRT也是能觸摸的！你沒見過以前很多ATM取款機(jī)都是觸摸屏的嗎？同樣的，面對(duì)許多JS宣稱觸摸屏要比普通顯示屏畫面質(zhì)量更好的謬論時(shí)，你也可以大義凜然的指出他的錯(cuò)誤——觸摸和顯示類型以及顯示質(zhì)量并沒有任何的聯(lián)系。

　　1971年，美國人Sam Hurst發(fā)明了世界上第一個(gè)觸摸傳感器。雖然這東東和我們今天看到的觸摸屏并不一樣，卻被視為觸摸屏技術(shù)研發(fā)的開端。在隨后的30年年間，觸摸屏已經(jīng)派生出了紅外線式觸摸屏、電阻式觸摸屏、表面聲波觸摸屏和電容式觸摸屏幾種。

　　我們?cè)诠矆?chǎng)合見到的許多觸摸系統(tǒng)，大多采用表面聲波式觸摸屏。表面聲波是一種沿介質(zhì)表面?zhèn)鞑サ臋C(jī)械波。該種觸摸屏的角上裝有超聲波換能器。能發(fā)送一種高頻聲波跨越屏幕表面，當(dāng)手指觸及屏幕時(shí)，觸點(diǎn)上的聲波即被阻止，由此確定坐標(biāo)位置。

　　表面聲波觸摸屏不受溫度、濕度等環(huán)境因素影響，分辨率極高，有極好的防刮性，壽命長(zhǎng)，透光率高，能保持清晰透亮的圖像質(zhì)量，最適合公共場(chǎng)所使用。雖然耐用，但表面聲波式觸摸屏很容易因?yàn)槲酃笇?dǎo)致定位錯(cuò)誤，要經(jīng)常洗洗更健康。

　　我們手機(jī)、筆記本上用的觸摸屏，大部分都是電容式觸摸屏。該觸摸屏是利用人體的電流感應(yīng)進(jìn)行工作的，在玻璃表面貼上一層透明的特殊金屬導(dǎo)電物質(zhì)，當(dāng)有導(dǎo)電物體觸碰時(shí)，就會(huì)改變觸點(diǎn)的電容，從而可以探測(cè)出觸摸的位置。但用戴手套的手或手持不導(dǎo)電的物體觸摸時(shí)沒有反應(yīng)，這是因?yàn)樵黾恿烁鼮榻^緣的介質(zhì)。

　　電容觸摸屏能很好地感應(yīng)輕微及快速觸摸、防刮擦、不怕塵埃、水及污垢影響，適合惡劣環(huán)境下使用。但由于電容隨溫度、濕度或環(huán)境電場(chǎng)的不同而變化，所以電容式觸摸屏穩(wěn)定性較差，經(jīng)常需要進(jìn)行屏幕校正，否則就可能出現(xiàn)觸點(diǎn)偏移。

　　在電容式觸摸屏問世后多年，觸摸屏都只能每次響應(yīng)一個(gè)觸點(diǎn)。一旦我們操控超過一個(gè)觸點(diǎn)，電容式觸摸屏就會(huì)因?yàn)闊o法定位而讓光標(biāo)錯(cuò)亂。究其原因，不過是電容式觸摸屏的信號(hào)線較少，無法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜多重定位所致。

　　知道了問題的原因，那開發(fā)出更復(fù)雜、一次可以響應(yīng)多點(diǎn)壓力的觸摸屏就不再是什么難事。2006年，蘋果就率先申請(qǐng)了2個(gè)觸摸屏專利，分別是Self capacitace（自我電容型）與Mutual capacitace（相互電容型）。

　　根據(jù)蘋果的設(shè)計(jì)，多點(diǎn)觸摸屏幕在導(dǎo)電層上劃分出了許多獨(dú)立的觸控單元，而每個(gè)單元通過獨(dú)立的連線連接到外部電路。由于所有的觸控單元呈矩陣形排布，所以無論用戶手指接觸到哪一個(gè)部分，系統(tǒng)都能夠?qū)ο鄳?yīng)手指動(dòng)作產(chǎn)生反應(yīng)。在初期蘋果運(yùn)用于iPhone的多點(diǎn)觸摸屏幕上，最多能同時(shí)間響應(yīng)2個(gè)壓力點(diǎn)。

　　通過增加交錯(cuò)矩陣型觸控單元設(shè)計(jì)，還可以提供更為復(fù)雜大量的同時(shí)壓力感應(yīng)數(shù)。微軟就在Surface上實(shí)現(xiàn)了最多52個(gè)壓力點(diǎn)的同時(shí)感應(yīng)——隨著半導(dǎo)體集成度的不斷提升，未來的iPhone說不定也能獲得最少3~4個(gè)同時(shí)壓力定位，到時(shí)放大縮小圖片就不是簡(jiǎn)單的兩指頭神功，而可能是一個(gè)爪子都能放上去。

　　不僅要靈敏，還要有觸感

　　如果你覺得能對(duì)這屏幕做各種各樣手勢(shì)就已經(jīng)很牛很華麗了，那接下來的新技術(shù)肯定會(huì)讓你嘆為觀止。最先登場(chǎng)的就是超精確、超穩(wěn)定、完全不會(huì)偏移的多點(diǎn)觸摸技術(shù)——電容投射式（Projected Capacitive Touch Screen ，PCT）觸摸屏。

　　在電容投射式（Projected Capacitive Touch Screen ，PCT）觸摸屏上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)觸摸會(huì)變得相當(dāng)容易，電容投射式觸控屏利用人體的電流感應(yīng)進(jìn)行工作。電容式觸控屏是一塊四層復(fù)合玻璃屏，玻璃屏的內(nèi)表面和夾層各涂有一層ITO(鍍膜導(dǎo)電玻璃)，最外層是一薄層矽土玻璃保護(hù)層, ITO涂層作為工作面, 四個(gè)角上引出四個(gè)電極，內(nèi)層ITO為屏蔽層以保證良好的工作環(huán)境。

　　當(dāng)手指觸摸在金屬層上時(shí)，由于人體電場(chǎng)、用戶和觸控屏表面形成以一個(gè)耦合電容，對(duì)于高頻電流來說，電容是直接導(dǎo)體，于是手指從接觸點(diǎn)吸走一個(gè)很小的電流。這個(gè)電流分別從觸控屏四角上的電極中流出，并且流經(jīng)這四個(gè)電極的電流與手指到四角的距離成正比，控制器通過對(duì)這四個(gè)電流比例的精確計(jì)算，得出觸摸點(diǎn)的位置信息。

　　在觸摸屏結(jié)構(gòu)方面，將超細(xì)微感應(yīng)線陣列嵌入多層壓屏幕中，在前方采用面板保護(hù)，從而保護(hù)感應(yīng)介質(zhì)不受意外或惡意破壞。據(jù)介紹，采用此技術(shù)的觸摸屏結(jié)實(shí)可靠，具有業(yè)界最高的光傳輸特性，可帶手套或不帶手套操作。投影電容式感應(yīng)器的觸摸壽命很長(zhǎng)，而且無偏移，基本無需維護(hù)。

　　觸摸屏雖然直觀方便，但你在使用的時(shí)候，有沒有感覺少了些什么？對(duì)了，Touch is good，觸摸屏是個(gè)平面，按下去一點(diǎn)手感也沒有，感覺好奇怪。所以力反饋領(lǐng)域壟斷廠商Immersion就推出了基于觸摸屏的力反饋技術(shù)Touchsence。

　　根據(jù)Immersion的介紹，該技術(shù)將為導(dǎo)航設(shè)備、媒體播放器等掌上設(shè)備的觸摸屏幕添加震動(dòng)功能，給手指一種力反饋，讓人感覺到好像正在按下一個(gè)真實(shí)的按鍵，而不是光滑的屏幕Touchsense技術(shù)將會(huì)通過OEM的方式交給其他廠商應(yīng)用到具體產(chǎn)品上，實(shí)現(xiàn)它需要經(jīng)過電路、機(jī)械設(shè)計(jì)、Firmware、API和震動(dòng)運(yùn)行庫的通力合作。API經(jīng)過編程后對(duì)觸摸輸入信息作出反應(yīng)，執(zhí)行程序向震動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路發(fā)出信號(hào)，控制屏幕背后安裝的震動(dòng)發(fā)生器，給人以栩栩如生的按鍵觸感。Immersion宣稱，Touchsense技術(shù)可以用在最大6英寸的觸摸屏上。根據(jù)諾基亞的計(jì)劃，他們將有可能率先將Touchsence技術(shù)運(yùn)用到新一代觸摸屏手機(jī)中，從而再度超越Apple iPhone成為觸摸手機(jī)的一哥。

　　結(jié)語

　　從紅外線觸摸屏到電容觸摸屏，我們經(jīng)歷了模糊到精確的蛻變。從單點(diǎn)觸摸到多點(diǎn)觸摸，我們又迎來了電腦操控方式的變革。在電容投射式觸摸屏和觸摸屏力反饋技術(shù)的推波助瀾下一場(chǎng)電子設(shè)備操控的革命已經(jīng)向我們席卷而來。