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同是電容屏為何不能多點觸控

時間:2012-10-31 19:16 來源:弘智培訓
對于電容屏,是與觸控技術密不可分的,我們先簡單了解觸控本身,再了解電容屏就容易很多了。

  觸控技術對于我們使用手機的用戶并不陌生,在銀行的取款機上大多有觸控屏功能,很多醫院、圖書館等大廳也都有這種觸控技術的電腦,另外我們常用的MP3、數碼相機、平板電腦等也有很多這種技術。但是這些已經存在的觸控基本都是單點觸控,即只能識別和支持每次一個手指的觸控、點擊,若同時有兩個以上的點被觸碰,就不能做出正確反應,而多點觸控技術能把任務分解為兩個方面的工作,一是同時采集多點信號,二是對每路信號的意義進行判斷,也就是所謂的手勢識別,從而實現屏幕識別人的五個手指同時做的點擊、觸控動作。

  多點觸控的定義:即多點觸控 (又稱多重觸控、多點感應、多重感應,英譯為Multitouch或Multi-Touch)是采用人機交互技術與硬件設備共同實現的技術,能在沒有傳統輸入設備(如:鼠標、鍵盤等。)下進行計算機的人機交互操作。多點觸摸技術,能構成一個觸摸屏(屏幕,桌面,墻壁等)或觸控板,都能夠同時接受來自屏幕上多個點進行計算機的人機交互操作。

  但是,要進行多點觸控的技術操作,必然經過一個載體才能夠完美實現,這就是我們今天所面對的屏幕。大家熟知,目前在手機領域具有觸控屏設計的手機已經占領絕大部分,也就是我們現在用的手機大多數都是可以進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不能夠站在一個級別上?究其原因有很多種,其中一點必須被我們承認:即它們都是觸控屏手機,屏幕材質選用不一樣導致最終產品定位的高低。前者選用電阻屏只能進行單點觸控,后者搭配電容屏能夠多點觸控,分辨率更高、顯示效果更為清晰、娛樂性更多等。

  看來在屏幕選材方面,也是能夠定義該機是否處于高端水平的一個衡量標準。但是又有疑問被我們發現,即:iPhone手機與索尼愛立信X10同為電容屏,為什么前者能夠多點觸控,后者亦不能?諾基亞5800XM不能多點觸控,是其電阻屏原因,那么X10又是電容屏為什么不能進行多點觸控,軟件or硬件?同樣,iPhone 4既然支持多點觸控,那么兩者主要區別在哪里?(傳言索尼愛立信X10是個杯具的機皇,那么我們再進一步了解該機到底杯具在什么地方?)

  常規定義:

  電容屏技術分兩種:表面電容(Surface Capacitive)技術&投射電容(Projective Capacitive)技術。

  表面電容(Surface Capacitive)技術,即它的架構相對簡單,采用一層ITO玻璃為主體,外圍至少有四個電極,在玻璃四角提供電壓,在玻璃表面形成一個均勻的電場,當使用者進行觸按操作時,控制器就能利用人體手指與電場靜電反應所產生的變化,檢測出觸控坐標的位置。此類架構決定了表面電容式技術無法實現多點觸控功能,因為它采用了一個同質的感應層,而這種感應層只會將觸控屏上任何位置感應到的所有信號匯聚成一個更大的信號,同質層破壞了太多的信息,以致于無法感應到多點觸控。另外,表面電容式觸控屏還存在小型化的困難,很難應用于手機屏幕,大多用于中大尺寸領域。(該技術在手機應用方面很難實現,排除X10、iPhone 4)

    投射電容(Projective Capacitive)技術,是實現多點觸控的希望所在。它的基本技術原理仍是以電容感應為主,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,當手指觸碰屏幕時,可通過X、Y軸的掃描,檢測到觸碰位置電容的變化,進而計算出手指之所在;诖朔N架構,投射電容可以做到多點觸控操作。(官方宣布索尼愛立信X10版本升級將會支持多點觸控,結果版本升級了,多點觸控沒了。)

  投射電容的觸控技術主要有兩種: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生電容耦合,并量測電極的電容變化確定觸碰發生;互電容型則是當觸碰發生,會在鄰近2層電極間產生電容耦合現象。

  根據這兩種原理,可以設計不同的投射電容式架構,不同架構能做到的多點觸控功能也就不同。多點觸控其實可細分為兩種:一種是手勢辨識追蹤與互動(Gesture interaction),也就是僅偵測、分辨多點觸控行為,如縮放、拖拉、旋轉…等,實現方式為軸交錯式(Axis intersect)技術;另一種則是找出多點觸控個別位置,此功能需要復雜觸點可定位式(All point addressable;APA)技術才能達成。

    軸交錯式

  軸交錯式(又稱Profile-based)技術,是在導電層上進行菱形狀感測單元規劃,每個軸向需要1層導電層。以2軸型式為例,觸控偵測時,感測控制器會分別掃描水平/垂直軸,產生電容耦合的水平/垂直感測點會出現上升波峰(peak),而這2軸交會處即正確觸控點。由于每次量測為利用單導電層與觸碰物電容耦合現象,因此屬

  自電容型技術

  軸交錯式電容式觸控技術,其實正是筆記型電腦觸控板(touch pad)的實現技術,技術相當成熟,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。因為不透明,所以觸控板可在感測區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做為導電電極,而且此層ITO不像電阻式或表面電容式是均勻導電層,而需要做樣式化設計。

  單點觸控應用上,軸交錯式能得到確切觸控位置,因此不像表面電容式需經校準修正。透過一些演算法,軸交錯式也能做到多點觸控手勢辨識功能,但若要定位多點觸控正確位置會有困難。以2軸的掃描來說,2個觸控點分別會在X軸與Y軸各產生2個波峰,交會起來就產生4個觸點,其中2個點是假性觸控點(Ghost point),這將造成系統無法進行正確判讀。

  不過,仍有方法能解決多點定位問題。在2軸式觸控屏幕中,可以利用2根手指觸控時間差分辨前/后觸點,或以觸點的不同移動方向辨別。此外,也可增加軸向提高可辨識觸點位置、數目,每增加1軸向可多辨識1點(如3軸可辨識2點、4軸為3點);不過,每增加1個軸向,就要多1層導電層,這會增加設計的觸控面板厚度、重量與成本,這都不是可攜式產品樂見的結果。

  觸點可定位式

  觸點可定位式(All point addressable)技術則能達成多點觸控功能,且能辨別觸控點確切位置,可以說是理想的多點觸控解決方案,iPhone即是采用此種觸控技術。它主要架構為兩層導電層,其中一層為驅動線(driving lines),另一層為感測線(sensing lines),兩層的線路彼此垂直。運作上會輪流驅動一條驅動線,并量測與這條驅動線交錯的感測線是否有某點發生電容耦合現象。經逐一掃描即可獲知確切觸點位置。

  但是,要實現此種技術不論是導電層規劃、布線或CPU運算,難度都提高許多,需要采用更加強大的處理器。以iPhone為例,它就是以兩顆獨立芯片分擔這項工作,一顆感測控制器,將原始模擬感測信號轉為X-Y軸坐標;另一顆則是ARM7處理器,專門用來解讀這些信息,辨識手指動作,并做出相應的反應。此外,復雜觸點可定位技術還會面臨一些設計上挑戰,如需要供應高電壓才能得到較好的信噪比表現,不適合在大尺寸面板使用等,這也是iPhone沒能采用4.0級別屏幕原因之一。

  總結:

  簡單來說,不是所有的電容屏都支持多點觸控,采用多層ITO(2層/3層)的投射電容技術可實現多點觸控。那么我們可以認為,索尼愛立信X10雖然采用電容屏,沒能支持多點觸控是出于該機僅采用單層ITO電容技術,即便是采用多層ITO多層技術,那也要配合投射電容技術方可實現。與iPhone 4多層相比,X10差就差在這里了,僅僅是“層”的原因。“差之毫厘謬之千里”,就是這個道理。

  不僅X10如此,現在市面應用電容屏的手機頗為繁多,所以消費者在選用手機時,千萬要了解清楚。不是所有的電容屏都支持多點觸控。世上沒有后悔藥,既然買了,就珍藏吧。

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