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多点触控概述

点滴 admin 6年前 (2013-12-17) 256次浏览 已收录 0个评论 扫描二维码

本文介绍了多点触控技术以及触控屏幕和触控屏幕控制器。两种多点触控技术多点触控手势识别(Multi-Touch Gesture)和多点触控全区输入(Multi-Touch All-Point),各有其特色,触控屏幕和触控屏幕控制器是整个模组核心所在。触控屏幕是人机介面的最终选择。不管是单点触控,还是多点触手势,或是多点触控全区输入,皆可运用其强大优势在许多应用上。今天真正的多点触控技术已经出现,真实触控(True Touch)也就真的名符其实了。

Apple的iPhone手机问世后,引发业界领导厂商对此新款触控屏幕及其多点触控技术的高度兴趣,触控屏幕技术已成为丛所瞩目的热门技术。

触控屏幕技术之所以如此风行,是因本身具备多项优点,甚可以“小屏幕,大世界”来形容之。此技术还能为小体积的手持设备提供大尺寸的显示屏幕。因此,在考量控制按键和显示屏幕尺寸的设计时,无需牺牲功能和外观。触控屏幕的透明特性可在显示屏幕上实现各种控制功能,尤其是近期最流行的多点触控技术,使用者可在小小一块的触控屏幕上同时在多个位置进行操作,更简单直觉地运用多种功能。

本文将先简述多点触控技术原理,再介绍触控屏幕的物理架构,最后触及多点触控关键技术──触控屏幕控制器。

1.多点触控技术简介

顾名思义,多点触控就是让触控屏幕可辨别两个或两个以上手指的触控讯息。多点触控技术目前有两种:多点触控手势识别(Multi-Touch Gesture)和多点触控全区输入(Multi-Touch All-Point)。

1.1多点触控手势识别(Multi-Touch Gesture)

目前市面上最常见的应用就是多点触控手势识别技术,也就是两个手指触摸时,可以判断两个手指的相对运动方向。虽然不能判断出他们的具体位置,但可以进行缩放、平移、旋转等操作。这是比较容易建置的多点触控方案,透过座标轴方式,把ITO分为XY轴,可以感应到两点触控操作。

无法准确判断具体位置

但是,感应到触摸和探测到触摸的具体位置是两个不同概念。XY轴方式的触控屏幕可以探测到第2个触摸点,但是无法辨识第2个触摸点的确切位置。由于单一触摸在每个轴上会产生一个单一最大值,从而判断触摸位置,若有第2个手指触摸屏幕表面,则在每个轴上就会有两个最大值。这两个最大值可以由两组不同的触摸来产生,这样系统就无法准确判断其位置。因此,有的系统会采用时序来进行判断,假设两个手指不是同时放上去的,但是总有同时触碰的情况时,这样系统就无法判断了。这种不是真正触摸的点称为“鬼点”。如图一所示。

可满足多数触控手势应用需求

多点触控手势识别虽然不能探测触摸的具体位置,但是已能满足许多应用需求,例如:对目标的旋转、平移,缩放等等,如图二所示,这些动作是我们常用的。对于这些动作,无须确定两个触摸点的精确位置,只需判断手势的相对位置和相对运动即可。

旋转手势的特点是,两点触摸,一个固定,另一个转动,透过手指转动的过程,构成了弧形轨迹。斜线式两点构成了矩形,矩形形状的变化就决定了旋转方向。平移手势的两个手指在移动过程中相对距离是不变的,并且它们的方向也是一致的。

平移手势有两种,上下平移和左右平移。上下平移的特点是,同一水平线上有两个触摸点,两个手指的方向是向上或向下,从而使目标向上或向下;左右平移的特点是同一直线上有两个触摸点,两个手指的方向是向左或向右,从而使目标向左或向右。

缩放手势的特点是斜线式的两点触摸,两只手指的运动方向是相反的,所以他们会是拉近或拉远。两个触摸点构成了一个矩形,矩形面积会有变化,这种手势可以设定目标放大或缩小以及缩放程度。

1.2多点触控全区输入(Multi-Touch All-Point)

多点触控全区输入(Multi-Touch All-Point)是最近比较流行的话题,这种多点触控可以辨识触摸点的具体位置,而不会产生“鬼点”现象。多点触控识别位置可以应用于任何触摸手势识别,可以识别到双手十个手指的同时触摸,也允许其他非手指触摸形式,例如手掌,脸,拳头等等,甚至戴手套也可以,它是最人性化的人机介面方式,很适合多手同时操作的应用,例如游戏控制。

扫瞄次数是行列数的乘积

多点触控全区输入是最新的触摸感应技术,它的扫描方式不同于多点触控手势识别。多点触控手势识别是使用轴座标方式,是对X、Y轴分别扫描,也就是对行和列进行扫描,扫描次数就是行数和列数之和。对于多点触控全区输入方式,每行和每列交叉点都需单独扫描检测,扫描次数是行数和列数的乘积。例如,一个10条行线和15条列线所构成的触控屏幕,轴座标方式,扫描次数为25次,而多点触控全区输入的识别位置方式则需要150次。

采用行列交叉互电容检测方式

多点触控全区输入这项最新的触摸感应技术,是基于互电容(藕合电容CM)的检测方式,而不是自电容(寄生电容Cp)。自电容检测的是每个感应单元的电容的变化,有手指存在时寄生电容会增加,从而判断有触摸存在;而互电容是检测行列交叉处的互电容变化,对行加入驱动激励信号,列进行感应,如图三所示。当行列交叉通过时,行列之间会产生互电容(包括:驱动和感应单元之间的边缘电容,行列交叉重叠处产生的藕合电容),当手指触碰时,互电容会减小,即可判断触摸存在,并且准确判断每一个触摸点位置,如图四所示。

2.触控屏幕技术与材质介绍

简言之,触控屏幕就是将输入和输出合而为一,不再需要机械式的按键或控制滑?,其显示屏幕本身就是人机介面。

2.1触控屏幕材质简介

表面护罩

表面护罩厚度通常小于100um。所有塑胶覆盖层上面都需要有较硬的护罩,这是因为手指触摸可能划伤塑胶表面,如果覆盖层是玻璃,则不需使用表面护罩,但玻璃必须是经过化学加强或淬火处理的,表面护罩需要与覆盖层进行光学匹配,以免光损失过多。

覆盖层

覆盖层厚度大约是0~3mm,并不是所有的触控屏幕都需要覆盖层,覆盖层越薄,越可以获得更高的讯号杂讯比(Signal to Noise Ratio)和更好的感应灵敏度。常用材料有:聚碳酸脂、有机玻璃、玻璃。

掩膜层与标示层

第三层是掩膜层与标示层,它的厚度大致是100mm。掩膜层位于覆盖物的下面,可以隐藏?线和LCD的边缘等。在设计中允许增加标示性文字或图示,不过标示物必须相当平整的压在ITO的衬底上,而且标示物的材质需要是非导电体。

光学黏贴层

第四层是光学黏贴层,厚度约:25mm~200mm。光学黏贴层越薄,表示讯号杂讯比越好,高价电常数(er)的光学黏贴层可以更好的感应手指电容,进而也能获得更高的讯号杂讯比。此层通常应用PSA胶。

第一层感应层与衬底

第五层为第一层感应层与衬底,其ITO涂层的厚度均小于100nm,ITO涂层衬底可以是100 um~1mm的玻璃(IR ~ 1.52)或是25mm~300mm PET薄膜(IR ~ 1.65)。越厚的ITO,单位面积电阻越低,讯号杂讯比越好;越薄的ITO,透光率越好。衬底可以是薄膜或玻璃。如果ITO做在玻璃衬底的下表面,玻璃衬底则可作为表面覆盖物。

光学黏贴层

第六层又是一层光学黏贴层,与前一层光学黏贴层比较,这一层光学黏贴层越厚、讯号杂讯比越好,这一层光学黏贴层通常与ACA各向异性导电胶结合使用。

第二层感应层与衬底

第七层是第二层感应层与衬底,它与第一层衬底的材料相同。注意薄膜与玻璃不要混合使用。如果ITO在衬底上表面,厚的衬底可以获得更高的讯号杂讯比;如果ITO在衬底的下表面,薄的衬底使讯号杂讯比更高。同样在边缘区域要求采用ACA异方性导电胶。现在已有单衬底?程来简化生产和降低成本。

空气或光学黏贴层层

第八层是空气或光学黏贴层层,空气的介电常数等于1,这可以减小来自LCD上表面的寄生电容。假如使用光学黏贴层,则可以使安装变得更坚固。使光学参数匹配可以使得光损失更小,并选择尽可能最低介电常数的光学黏贴层,还要保证ITO感应层与LCD上表面之间的距离最小250mm。

LCD显示屏幕

第九层是LCD显示屏幕,对于触控屏幕设计来说,它是一个杂讯源,杂讯来自于背光,LCD图元驱动控制讯号,通常不采用被动点阵屏,这会在LCD的正面产生高压讯号,?量使用带有Vcom驱动的点阵屏,可构成虚拟或遮罩功能;如果确实需要采用被动点阵屏,则需在触控屏幕中再增加一个ITO遮罩层,遮罩层必须接地,以去除寄生电容CP的影响。

2.2多点触控屏幕控制器

v多点触控屏幕控制器是触控屏幕模组的核心,已经有一些厂商开始进行相关研究,例如Cypress的触控屏幕控制器系列,即是感应电容触控屏幕方案,广泛采用可编程系统单晶片架构的PSoC技术,结合了可编程类比、数位周边以及MCU核心的混合信号阵列。

从上述触控屏幕的结构可知,有许多种LCD的厂家和种类,其感应器组件包含玻璃、薄膜、ITO等等,甚至也有不同的ITO的模型。触控屏幕控制器必须与丛多的LCD和ITO都能产生良好的搭配应用。厂商的多点触控控制器,透过屏幕尺寸、扫描速度、通讯方式、记忆体大小、功耗等方面作区别,可以满足不同的应用。采用感应电容式触控屏幕技术,不需要安装其他机械组件辅助,也更耐用。因此可以这?说,高弹性、高相容性、具可编程性、能缩短开发周期、让产品快速上市,便是多点触控屏幕控制器能否在市场中胜出的关键。

总结

简而言之,触控屏幕是人机介面的最终选择。不管是单点触控,还是多点触手势,或是多点触控全区输入,皆可运用其强大优势在许多应用上,例如手机、Mp3、GPS等等。这些产品本身就具有体积小,且便于携带的特点。我们可以透过触控屏幕的应用,使小体积产品发挥更多的功能。回顾一下触控屏幕的发展?程,从最初的「Signal-touch」,我们只能运用一个手指进行触摸或滑动,到后来「Multi-touch gesture」的出现,可以识别到两个手指的方向,但还是无法判断出他们的具体位置,只可以进行缩放、平移、旋转等操作。发展到今天,厂商可以做到「Multi-Touch All-Point」,可以识别到多个手指并判断出准确位置,展现真正的多点触控技术,真实触控(True Touch)也就真的名符其实了。

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