标签: 多点触摸

　　科幻影片中的图像往往突破现实的限制，如电影Minority Report.中，汤姆-克鲁斯使用多点触摸屏浏览信息。电容感应技术改变了我们与设备的交互方式。我们不再使用简单的按钮或开关。我们可以在触摸屏上触摸，滑动或者缩放数据本身，与其进行交互。科幻电影中看似遥远的界面已经不再是虚幻的了。事实上，他们已经存在并设计到了各种应用中，包括汽车。 　　多点触摸感应是电容感应的延伸，电容感应使得触控技术变得更加直观，可以同时检测到多个手指并能识别手势。本文中将介绍电容感应基本原理以及电容感应技术在汽车应用中的改进。在介绍了多点触摸屏/轨迹板的结构和内部操作之后将会探讨多点触摸感应给人机界面（HMI）所带来的改变。 　　 多点触摸感应 　　多点触摸系统的核心是一对相邻电极组成的电容感应。当一个导体如手指接近这些电极时，两个电极之间的电容就会增加（见图1），可以通过微控制器检测到。另外，电容感应还可用于接近感应，传感器和用户身体并不需要接触到。这可以通过提高传感器的灵敏度来达到。 　　电容感应越来越多的用来取代机械按钮，旋钮，汽车系统中，触摸按钮和滑条（见图2）可以用于车载娱乐、开关后备箱、采暖通风空调控制（HVAC），以及被动式无钥匙进入传感器（PKE）。机械部件和凹槽（需要更复杂的模具，容易进入灰尘等等） 的数量减少了，提高了可靠性并降低了系统成本。   　　 触摸屏 轨迹板 　　触摸屏使得用户直接“触摸”设备的应用功能，从而减少对外部按钮的依赖。同样的，在轨迹板上，用户也可以使用本能动作与系统进行交互，例如触摸、轻击、缩放、拖曳。触摸屏主要有三种形式：单点触摸，多点触摸识别手势，多点接触识别位置（见图3）。   　　单点触摸触摸屏主要是电阻式触摸屏，在同一区域定位屏和按钮。电阻式单点触摸屏的局限是一次只能检测屏幕上的一个手指，手势识别能力有限，传感器容易磨损，性能较差。 　　这些限制带来了投射式电容技术的发展，多点触摸手势触摸屏就是基于这个原理。多点触摸手势触摸屏不依赖于压力来检测用户交互。他们也能够支持同时多点触摸手势识别和跟踪，方便机器屏幕和浏览网页。 　　多点接触识别位置指的是触摸感应表面（轨迹板/触摸屏）能够同时识别接触表面上的两个或两个以上的点。用户双手有十个手指，车上有多个乘客时数量会增加。音乐浏览，地图操纵，身体的电子控制如座椅位置这些都是汽车应用的例子，这些都是触摸屏很好的应用。 　　汽车上的轨迹板方便驾驶员操作系统，如导航和音频子系统，无需伸到中心控制台。轨迹板可以识别字符，不再需要字母数字键。 　　触摸屏的覆盖物有玻璃和塑料，下面是两层透明的导体比如铟锡氧化物（ITO），他们由绝缘材料分离（见图4）。ITO层的制式形成了电容栅格。ITO层透明度极高，有助于触摸屏更明亮、更容易阅读。由于不需要压力来检测触摸，所以屏幕更耐用。 　　在轨迹板中，也有类似的电容式传感器结构，只不过系统有一个不透明的保护层，简单的铜层就是传感器。 　　扫描触摸屏传感器，可以检测传感器电容的任何变化，从而检测到手指触摸。分析这些数据可以识别手势，手指范围，手指运动方向。系统还可以驱动输出设备如LED，或着控制电机。   　　支持十个手指的电容式触摸屏和轨迹版越来越多的用在汽车上，被各种各样的汽车系统用作综合界面。多点触摸识别位置感应系统还允许车内的多个用户同时访问触摸屏。此外，汽车网络协议如CAN/LIN，可以集成分布式机电系统到中央控制台。这使得人机界面设计者可以在控制台协调各子系统的运行，用统一风格的用户界面来创建人机界面，增加了灵活性，同时开发人员可以在外观和感觉方面有更大的设计空间。 　　多点触摸识别位置感应可以创建直观的，美观的显示界面，更有竞争力。随着尺寸的增加和处理能力的增强，触摸屏和轨迹板越来越深入人心，他们最终成为汽车界面的选择。 (本文转自电子工程世界：http://www.eeworld.com.cn/dygl/2012/0422/article_11678.html)  

　3 触摸屏多点触控技术的发展 　　3.1 电阻式多点触摸屏（Multi -touchresiSTive screen）技术 　　不管是传统的四线电阻式触摸屏还是TOUCHLENS 结构，以上手机只能单点触摸，不能满足丰富的触摸动作体验，火热的多点触摸技术促使电阻式触摸屏的进一步发展。在电容屏大行其道的今天，电阻式触摸屏解决方案以其固有的简单、低成本，支持多种输入介质（导体、非导体）的优点仍然占据市场的一席之地，和电容式触摸屏解决方案相比，耐久性和多点触摸是电阻屏的两大软肋，但是目前其中的一个技术难题---多点触摸，已经有所突破，下面对目前电阻屏多点触摸应用进行阐述。 　　当前电阻式多点触摸技术可大致分为数字矩阵电阻DMR、模拟矩阵电阻AMR 及五线多点电阻MF 三类。 　　3.2 模拟矩阵电阻AMR 技术 　　如图5 所示，AMR 是沿X 与Y 两个方向在ITO层蚀刻出一条一条平行排列的区块，相当于将整个触摸屏划分成很多小矩阵区块，每个小矩阵相当于一个小的模拟四线电阻式触摸屏，各个区块彼此独立。如图6 所示，当手指按压到对应的区块时，区块就会传出对应比例的电压，控制器接收到电压后再将其翻译成坐标信息。   　　图5 给出了利用四线式电阻触摸屏实现多点触摸技术的方法：第一个时刻，在X1 电极上加上电压，由Y1、Y2、Y3 电极读取A、B、C 触摸单元所探测到的X 坐标；同理，在以后的各个时刻依次读取剩余触摸单元的X 坐标。获得所有触摸单元的X 坐标后，再依次给Y 电极加上电压，以获得各个触摸单元的Y 坐标。 　　模拟矩阵电阻AMR 与纯数字的DMR 技术多点触摸屏系统不同，AMR 是一个数字模拟混合系统，因此，在扫描电路、AD 转换电路、控制电路的基础上，还需添加各种辅助元件来减小外界噪声对模拟电路的干扰。特别是对于AD 转换，为了提高转换的精准度，有必要在硬件电路上添加下拉电阻，以避免无触摸发生时AD 输入端浮接的现象。 　　控制电路将控制扫描电路生成恰当的扫描信号，并使得AD 转换电路在恰当的时候进行数据采样和转换。对于AD 转换电路，可以在串行转换和并行转换间做取舍。串行转换结构简单，需要的AD 模块数量少，但是总的转换频率低；并行转换需要的AD 模块数量稍多，但总的转换频率可以得到提高。 　　于是基本电路构架便可以分为串行和并行两种，如图7 所示。值得注意的是，图6 仅表现了坐标采集转换电路的基本原理和结构，并没有画出为减小各种电器噪声而添加的元件，如AD 的下拉电阻、滤波电容等。 　　3.3 数字矩阵电阻DMR 技术 　　原理上，DMR 是将触控面板上下层划分成许多很小的区块，当某一区块被碰触，这一区块就会被启动开关，此时线路会发出指示开关的数字讯号传给控制器，控制器便能计算出触碰位置的坐标。 　　如图8 所示，8×8 数字电阻触摸屏， 基于Altera 解决方案［1］：它采用两层ITO 分别作为水平的sensing line（触摸感测线）和垂直的driving line（加电驱动线），driving line 和sensing line 之间的触点就相当于一个开关，在未接触时，它们之间是绝缘的，而接触发生后，两者发生短路，相当于开关闭合。驱动的时候，其中sensing line 通常由一个上拉电阻施加高电平，同时在driving line 上以一定频率依次在各列中施加负脉冲电压，这样当扫描到触点所在的那一列时，由于触点开关闭合，形成直流通路，使得触点所在行的电压被拉低，形成一个负脉冲，这样就检测到了触点的位置。由于driving line 是依次扫描，所以可以检测到多个触点的位置。 图8 触摸解码的工作模式 　　数字矩阵电阻DMR 其实就是一个开关网格，由于各个开关节点彼此独立识别，所以互不干扰，可以实现真正意义上任意多点的多点触摸。横向数据的并行写入以及不需要AD 转换，极大地提高了触摸屏的工作速度。但是，数字矩阵电阻DMR 需要众多的电极和端口，导致其成本远高于模拟矩阵电阻AMR，故仅适用于对系统可靠性和工作速度有特别要求的应用场合。 　3.4 五线多点电阻MF 技术 　　无论是AMR 还是DMR，只要上层的导电薄膜被划伤，整个触摸屏就会无法正常使用。传统五线电阻屏，只有下导电层是电压分布层，上导电层只是电压检测层，所以对上导电层的电阻均匀性没有严格的要求，不存在真实坐标，耐受性较高。工作时在下导电层的四个角上加电压，这样就可以在下导电层X 和Y 两个方向产生均匀电压场分布，如图9（a）所示，当有触摸时，通过上导电层检测接触点电压，然后传送给控制器转换为触摸点X 和Y方向的坐标。 　　传统五线电阻屏的优点：（1）上导电层电阻均匀性要求较低；（2）上导电层只做检测作用，损伤后只要导通即可使用，点击、划线寿命大大优于四线屏（例如：点击：四线100 万次，五线500 万次；划线： 　　四线10 万次，五线50 万次）；（3）只在下导电层完成X、Y 坐标的检测，定位更加准确。缺点：（1）从四角加电压，容易产生枕形失真；（2）由于补偿电极的设计，边框不可能做得很窄，因此目前一般只在中大尺寸屏上应用，在手机上应用很少。 　　MF 除了具有传统五线屏的所有优点之外，还有本身的一些特点，如图9（b）所示：（1）采用分段电极设计，取代原来的补偿电极设计，使用金属走线代替印刷银线，边框可以做得较窄，适合在各种尺寸上应用；（2） 通过在上导电层进行分块可以实现多点触摸，支持手写输入；（3）具有和四线电阻屏同样优秀的线性。 　　MF 需要在Glass 上进行一次ITO 和金属的溅射和蚀刻（Metal sputtering and etching），因此价格比四线电阻屏要高。电容屏（Cypress）需要溅射两层二氧化硅、两层ITO 和一层金属，然后蚀刻，后续都要进行一定的加工，因此电容屏的价格要比多点触摸电阻屏高出30~40%.MF 因为是多电极引出，边框不可能非常窄，现阶段可以做到最内侧金属电极到屏边界2.3mm，还可进一步窄化。另外，其上导电层分块之间的间隙会影响外观，目前已经可以将间隙做到30μm 以下，只有特殊角度才可以看得到，并且该间隙对使用没有任何影响。 　　目前致力于电阻式多点触摸解决方案的公司除了Altera，还有Stantum、Touchco、Samsung等，成本低是它的最大优势，如果能在精确度和可靠性上更进一步，相信电阻式触摸屏会更受青睐。 　　4 结论 　　多点触摸技术的操作方式把我们带进了一个人机交互的新纪元，尤其是手机的操作理念正经历着一场革命。新的触摸屏技术正向着更简单、更直观、更人性化的方向发展，用触控式的屏幕虚拟键盘替代传统实体键盘可以节约手持设备宝贵的体积空间，并且可以在不需要使用键盘应用（如电影播放）时获得更大的可视空间。同时，省去了键盘也可以大大简化厂家的生产工艺，减少材料的浪费。未来是一个触摸的时代，多点触摸技术将会带给人更多的欣喜和体验。 (本文转自电子工程世界：http://www.eeworld.com.cn/dygl/2011/1022/article_7748_2.html)

　　1 引言 　　目前电容式触摸屏已经广地应用于彩色和黑白TFT—LCD显示屏，具有可靠性高、耐用性好等优点，非常适合于通讯、消费类电子、仪器仪表等应用领域。但目前电容式触摸屏大多使用多层ITO结构，制造工艺复杂。因此，单层ITO电容式触摸屏，特别是能够实现多点触摸的电容式触摸屏，成为电容式触摸屏的一个研究方向。 　　本文提出了一种单层ITO结构实现电容式触摸屏的设计方法，能够实现单点／多点触摸功能。 　　2 电容式触摸屏的基本结构 　　电容式触摸屏的基本结构如图1所示。Lens材质是玻璃或者PMMA／PC等材料，具有较高的表面硬度以及一定的机械强度，用于提高触摸屏的可靠性；Sensor一般是单层或多层ITO膜层结构，基板为玻璃或PET材料；中间是贴合层，用于将Lens和Sensor贴合，一般为0CA光学胶膜或者UV胶进行贴合。   图1电容式触摸屏结构 　　电容式触摸屏中Sensor的电极设计尤为关键，目前流行的主要有菱形图案、系状图案以及网状图案等设计，如图2所示。其中网状结构必须为双层IT0膜；条状、菱形图案可以制造成单层ITo膜，但需要搭桥方式连接X方向或y方向的电极。 图2各种电极图形 　　多层方式会降低透过率且工艺复杂。搭桥方式，因绝缘层膜厚与IT0或者金属膜厚差别较大，容易产生断裂问题。因此本文提出一种新型设计，用来改善以上情况。 　　3 单层ITO膜多点式触摸设计 　　3.1 原理 　　电容式触摸屏的工作原理是设计出一组特殊的电极走线，将“边缘场”引到手指能够得到的有效感应区域，把手指放在边缘电场的附近将增加电容式系统的导电表面积。由手指所产生的额外电荷积聚电容被称为手指电容Cf。在本文中，无手指触摸时的传感器电容用Cp表示，它代表寄生电容。这两个电容为触摸屏的关键设计参数。 　　根据平行板电容公式，电容量与面积成正比，因此可以设计一组三角形电极，实现二维方向的感应，如图3所示。 图3单层电极图形 　　其中Cn代表第九组电极的Cp。n代表电极的组数，L是电极宽，D是一组电极的高。其X坐标的计算是通过左侧通道的感应值加和与右侧通道感应值加和的比例来计算的。y是通过同一行的左右两通道感应值的加和与上下行的感应值加和的比例来计算的。具体计算方法由式（1）确定： 　　此种单层ITO设计可以实现二维方向的坐标识别。但是此种设计只能实现单点式设计。对于两个手指同时触摸的情况下，在X方向则无法分辨。因此本文又提出一种改进的图形设计，使其能够识别两个手指的触摸感应。 　　3.2 多点触摸设计 　　多点触摸的设计关键在于实现单点触摸功能的同时，也能检测两个手指触摸的位置。如图4所示，改进后的电极设计增加多组菱形设计，使用导线将其引出。 图4多点触摸电极图形 　其中 ，代表第n组电极a的Cp，其余电极记法相同， 为一组感应电极。 　　单点工作方式与上述坐标计算方法相同，X坐标的计算是通过左侧两通道的感应值加和与右侧两通道感应值加和的比例来计算的。y是通过同一行的左右4通道感应值的加和与上下行的感应值加和的比例来计算的。具体计算方法由式（2）确定：   (本文转自电子工程世界：http://www.eeworld.com.cn/dygl/2011/1108/article_8282.html)

      随着全球各行各业对于信息化水平的不断提高，触摸屏技术已广泛应用于金融、电信、公共传媒、娱乐、新闻展示、会议系统、交通监控、宾馆、医院和教育等领域，成为固定式设备人机交互科技的主流方向之一。但这些领域要求采用10.4英尺以上的中大尺寸触摸屏，这就对触摸屏技术提出了更高的挑战。 触摸屏市场存在众多触摸技术之间的竞争，没有一种技术可以满足各种场合的所有应用要求。在多点触摸时代，一种触摸技术能否支持多点触摸以及支持多点触摸的程度，将成为能否抓住市场机遇的决定性因素。 中大尺寸红外触摸屏技术的世界领先供应商佳格科技最近在一份报告中对该市场未来的发展前景表现了其信心，“估计未来五年内中大尺寸多点触摸屏市场会保持20%以上的复合增长率，虽然触摸屏的传统应用市场依然会占主导，但我们估计新型的触控电脑设备也会成为推动触摸屏需求增长的一股力量，”佳格科技的总经理齐洋先生评论说。 “在现有技术中，投射电容技术、红外线技术和光学影像技术可以给多点触摸技术应用上最佳的支持。由于成本因素，投射电容技术将在小尺寸触摸屏市场上占据优势地位，光学影像技术将在超大尺寸触摸屏市场上占据优势地位，而红外线技术将在大尺寸触摸屏市场上，以及在单点触摸时代尚未显现明显优势的中尺寸触摸屏市场上占据优势地位,”齐洋先生补充说，“举例来说，2009年约20%的20-50英寸触摸屏采用红外屏，约50%左右的50英寸以上触摸屏采用光学屏。此外，触摸技术能否支持多点触摸以及支持程度，将成为决定触摸屏企业是否可以赢得市场竞争的关键因素。而无论从尺寸的延展性、操作稳定性、透光率、还是性价比而言，红外多点触屏技术无疑是最佳的选择。” 对于推动增长的力量，齐洋表示传统的行业应用和专业设备如自助服务设备（KIOSK一体机）、POS机、ATM机等对触摸屏的需求将保持较为稳定的增长，而新兴的触摸电脑设备快速发展，以及教育培训领域对交互式电子白板的强劲需求，将带动触摸屏需求快速增长。 文章来源： http://info.edu.hc360.com/2012/03/191510512631.shtml

capacitor multitouch screen 电容屏的三部分结构，盖板+导电膜+控制器；现在确实很火，极佳的用户体验和操控性，就是成本太高，要是能在工艺上有所突破，前景无限。