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同是电容屏为何不能多点触控

时间:2012-10-31 19:16 来源:未知 作者:zaw
对于电容屏,是与触控技术密不可分的,我们先简单了解触控本身,再了解电容屏就容易很多了。

  触控技术对于我们使用手机的用户并不陌生,在银行的取款机上大多有触控屏功能,很多医院、图书馆等大厅也都有这种触控技术的电脑,另外我们常用的MP3、数码相机、平板电脑等也有很多这种技术。但是这些已经存在的触控基本都是单点触控,即只能识别和支持每次一个手指的触控、点击,若同时有两个以上的点被触碰,就不能做出正确反应,而多点触控技术能把任务分解为两个方面的工作,一是同时采集多点信号,二是对每路信号的意义进行判断,也就是所谓的手势识别,从而实现屏幕识别人的五个手指同时做的点击、触控动作。

  多点触控的定义:即多点触控 (又称多重触控、多点感应、多重感应,英译为Multitouch或Multi-Touch)是采用人机交互技术与硬件设备共同实现的技术,能在没有传统输入设备(如:鼠标、键盘等。)下进行计算机的人机交互操作。多点触摸技术,能构成一个触摸屏(屏幕,桌面,墙壁等)或触控板,都能够同时接受来自屏幕上多个点进行计算机的人机交互操作。

  但是,要进行多点触控的技术操作,必然经过一个载体才能够完美实现,这就是我们今天所面对的屏幕。大家熟知,目前在手机领域具有触控屏设计的手机已经占领绝大部分,也就是我们现在用的手机大多数都是可以进行触控指令来完成操作的。典型的例子有:诺基亚的5800XM、苹果的iPhone、或者索尼爱立信的X10等,但是有没有想过为什么诺基亚的5800XM与苹果iPhone 4不能够站在一个级别上?究其原因有很多种,其中一点必须被我们承认:即它们都是触控屏手机,屏幕材质选用不一样导致最终产品定位的高低。前者选用电阻屏只能进行单点触控,后者搭配电容屏能够多点触控,分辨率更高、显示效果更为清晰、娱乐性更多等。

  看来在屏幕选材方面,也是能够定义该机是否处于高端水平的一个衡量标准。但是又有疑问被我们发现,即:iPhone手机与索尼爱立信X10同为电容屏,为什么前者能够多点触控,后者亦不能?诺基亚5800XM不能多点触控,是其电阻屏原因,那么X10又是电容屏为什么不能进行多点触控,软件or硬件?同样,iPhone 4既然支持多点触控,那么两者主要区别在哪里?(传言索尼爱立信X10是个杯具的机皇,那么我们再进一步了解该机到底杯具在什么地方?)

  常规定义:

  电容屏技术分两种:表面电容(Surface Capacitive)技术&投射电容(Projective Capacitive)技术。

  表面电容(Surface Capacitive)技术,即它的架构相对简单,采用一层ITO玻璃为主体,外围至少有四个电极,在玻璃四角提供电压,在玻璃表面形成一个均匀的电场,当使用者进行触按操作时,控制器就能利用人体手指与电场静电反应所产生的变化,检测出触控坐标的位置。此类架构决定了表面电容式技术无法实现多点触控功能,因为它采用了一个同质的感应层,而这种感应层只会将触控屏上任何位置感应到的所有信号汇聚成一个更大的信号,同质层破坏了太多的信息,以致于无法感应到多点触控。另外,表面电容式触控屏还存在小型化的困难,很难应用于手机屏幕,大多用于中大尺寸领域。(该技术在手机应用方面很难实现,排除X10、iPhone 4)

    投射电容(Projective Capacitive)技术,是实现多点触控的希望所在。它的基本技术原理仍是以电容感应为主,但相较于表面电容式触摸屏,投射电容式触摸屏采用多层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。(官方宣布索尼爱立信X10版本升级将会支持多点触控,结果版本升级了,多点触控没了。)

  投射电容的触控技术主要有两种:一种是自电容型(self capacitance,也称absolute capacitance),另一种为互电容型(mutual capacitance,也称transcapacitance)。自电容型是指触控物与电极间产生电容耦合,并量测电极的电容变化确定触碰发生;互电容型则是当触碰发生,会在邻近2层电极间产生电容耦合现象。

  根据这两种原理,可以设计不同的投射电容式架构,不同架构能做到的多点触控功能也就不同。多点触控其实可细分为两种:一种是手势辨识追踪与互动(Gesture interaction),也就是仅侦测、分辨多点触控行為,如缩放、拖拉、旋转…等,实现方式为轴交错式(Axis intersect)技术;另一种则是找出多点触控个别位置,此功能需要复杂触点可定位式(All point addressable;APA)技术才能达成。

    轴交错式

  轴交错式(又称Profile-based)技术,是在导电层上进行菱形状感测单元规划,每个轴向需要1层导电层。以2轴型式为例,触控侦测时,感测控制器会分别扫描水平/垂直轴,产生电容耦合的水平/垂直感测点会出现上升波峰(peak),而这2轴交会处即正确触控点。由于每次量测为利用单导电层与触碰物电容耦合现象,因此属

  自电容型技术

  轴交错式电容式触控技术,其实正是笔记型电脑触控板(touch pad)的实现技术,技术相当成熟,但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。因为不透明,所以触控板可在感测区使用金属或碳原子式电极。投射电容式触控屏幕则是透明的,因此需用透明ITO做为导电电极,而且此层ITO不像电阻式或表面电容式是均匀导电层,而需要做样式化设计。

  单点触控应用上,轴交错式能得到确切触控位置,因此不像表面电容式需经校准修正。透过一些演算法,轴交错式也能做到多点触控手势辨识功能,但若要定位多点触控正确位置会有困难。以2轴的扫描来说,2个触控点分别会在X轴与Y轴各产生2个波峰,交会起来就产生4个触点,其中2个点是假性触控点(Ghost point),这将造成系统无法进行正确判读。

  不过,仍有方法能解决多点定位问题。在2轴式触控屏幕中,可以利用2根手指触控时间差分辨前/后触点,或以触点的不同移动方向辨别。此外,也可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,这都不是可携式产品乐见的结果。

  触点可定位式

  触点可定位式(All point addressable)技术则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,这也是iPhone没能采用4.0级别屏幕原因之一。

  总结:

  简单来说,不是所有的电容屏都支持多点触控,采用多层ITO(2层/3层)的投射电容技术可实现多点触控。那么我们可以认为,索尼爱立信X10虽然采用电容屏,没能支持多点触控是出于该机仅采用单层ITO电容技术,即便是采用多层ITO多层技术,那也要配合投射电容技术方可实现。与iPhone 4多层相比,X10差就差在这里了,仅仅是“层”的原因。“差之毫厘谬之千里”,就是这个道理。

  不仅X10如此,现在市面应用电容屏的手机颇为繁多,所以消费者在选用手机时,千万要了解清楚。不是所有的电容屏都支持多点触控。世上没有后悔药,既然买了,就珍藏吧。

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