互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，我們最親密的伴侶早已不是親朋好友，而是24小時(shí)不離身的——手機(jī)。隨時(shí)隨地，點(diǎn)點(diǎn)點(diǎn)，滑滑滑，通過一個(gè)小小的屏幕了，和整個(gè)世界產(chǎn)生聯(lián)系。一個(gè)個(gè)小小的觸摸屏徹底改變了我們的生活方式。

但是你有沒有想過，為什么你在玻璃板上動(dòng)動(dòng)手指頭，機(jī)器就知道你要做什么？究竟是什么樣的技術(shù)，足以在一個(gè)巴掌大的屏幕上支撐起一個(gè)龐大的互聯(lián)網(wǎng)世界？

觸摸屏技術(shù)的發(fā)展歷程

觸控技術(shù)的起源可以追溯到1982年，當(dāng)時(shí)多倫多大學(xué)開發(fā)出第一個(gè)感知手指壓力的多媒體觸摸顯示屏，成功地實(shí)現(xiàn)了多點(diǎn)觸控技術(shù)的研發(fā)。

此后，盡管技術(shù)人員一直不斷地完善，形成了多種不同應(yīng)用的觸控顯示技術(shù)，但無論其中哪種技術(shù)，在應(yīng)用層面上都停留于小規(guī)模階段，無法為大眾知曉。

人機(jī)交互最早通過按鍵、鼠標(biāo)等實(shí)體設(shè)備進(jìn)行，直至2007年蘋果公司成功推出了具有高分辨率、多點(diǎn)觸控功能的第一臺(tái)iPhone手機(jī)，在電容式技術(shù)上實(shí)現(xiàn)了多點(diǎn)觸控，這才使得這項(xiàng)技術(shù)不斷地家喻戶曉。而在今天，電容觸摸屏已經(jīng)成為一種智能手機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)配備。

然后進(jìn)入了我們所處的觸控時(shí)代，實(shí)體按鍵不斷減少，甚至出現(xiàn)了所有操作都通過虛擬按鍵實(shí)現(xiàn)的產(chǎn)品。現(xiàn)在觸控技術(shù)的不斷升級(jí)，讓我們可以通過各種手勢(shì)、力度、多點(diǎn)觸控等方式，實(shí)現(xiàn)平時(shí)需要復(fù)雜操作才能實(shí)現(xiàn)的功能。

觸控面板也叫觸摸屏(Touch Panel, or Touch Screen, or Touch Pad, etc)，觸控技術(shù)現(xiàn)今有著極大的消費(fèi)市場(chǎng)，凡是電子設(shè)備都要用到屏幕，如果你不想讓你的屏幕被無聊的鍵盤占據(jù)一半面積，就必須要使用觸摸屏作為人機(jī)對(duì)話的媒介。觸摸屏作為一種最新的電腦輸入設(shè)備，它是目前最簡(jiǎn)單、方便、自然的一種人機(jī)交互方式。

觸控技術(shù)的應(yīng)用并不局限于手機(jī)，在電腦上也有很多應(yīng)用。早在iPhone推出的2007年，微軟也曾推出一款采用多點(diǎn)觸控技術(shù)的概念產(chǎn)品Surface，在業(yè)界引起廣泛關(guān)注。如今，更多的電腦產(chǎn)商運(yùn)用技術(shù)，華碩的EeeP 900等產(chǎn)品就是例子。此外，觸控技術(shù)還運(yùn)用于其他領(lǐng)域，比如，有研究院在研究汽車擋風(fēng)玻璃當(dāng)信息顯示平臺(tái)，可以通過機(jī)器識(shí)別手勢(shì)，進(jìn)行駕駛操作；有人研究在運(yùn)動(dòng)員的訓(xùn)練中應(yīng)用觸控技術(shù)，通過設(shè)點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作實(shí)現(xiàn)對(duì)訓(xùn)練的監(jiān)控，大大簡(jiǎn)化訓(xùn)練過程。

觸摸屏技術(shù)的分類

根據(jù)屏幕表面定位原理不同，可以把觸摸屏技術(shù)分為電容式觸摸屏技術(shù)和電阻式觸摸屏技術(shù)兩類。

1.電阻式觸摸屏技術(shù)

電阻屏是利用觸摸屏表面隨著所受壓力的變化，產(chǎn)生屏幕凹凸變形而引起的電阻變化實(shí)現(xiàn)精確定位的觸摸屏技術(shù)。

電阻屏性能具備以下特點(diǎn)：

a.是一種對(duì)外界完全隔離的工作環(huán)境，不怕灰塵、水汽和油污；

b.可以用任何物體來觸摸，可以用來寫字畫畫；

c.電阻觸摸屏的精度只取決于A/D轉(zhuǎn)換的精度，因此都能輕松達(dá)到4096*4096。

電阻屏不支持多點(diǎn)觸控、功耗大、壽命較短、同時(shí)長(zhǎng)期使用會(huì)帶來檢測(cè)點(diǎn)漂移，需要校準(zhǔn)。但是電阻屏結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低，在電容式觸摸屏成熟以前，一度占據(jù)大部分觸摸屏市場(chǎng)。

2.電容式觸摸屏技術(shù)

電容式觸摸屏是在玻璃表面貼上一層透明的特殊金屬導(dǎo)電物質(zhì)。當(dāng)手指觸摸在金屬層上時(shí)，觸點(diǎn)的電容就會(huì)發(fā)生變化，使與之相連的振蕩器頻率發(fā)生變化，通過測(cè)量頻率變化可以確定觸摸位置獲得信息。

電容觸摸屏的雙玻璃不但能保護(hù)導(dǎo)體及感應(yīng)器，更有效地防止外在環(huán)境因素對(duì)觸摸屏造成影響，就算屏幕沾有污穢、塵埃或油漬，電容式觸摸屏依然能準(zhǔn)確算出觸摸位置。
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，故其穩(wěn)定性較差，分辨率低，易漂移。

電阻式、電容式觸摸屏工作原理

1.電阻式觸摸屏工作原理

電阻式觸控板主要由兩片單面鍍有ITO(氧化銦錫)的薄膜基板組成，上板與下板之間需要填充透光的彈性絕緣隔離物(spacer dot)來分開，如圖所示，下極板必須是剛性的厚玻璃防止變形，而上極板則需要感應(yīng)外力產(chǎn)生形變所以需要爆玻璃或者塑膠。

正常工作時(shí)，上下極板接電壓并且處于斷開狀態(tài)，當(dāng)外力按下時(shí)上極板發(fā)生形變與下極板接觸導(dǎo)通，此時(shí)產(chǎn)生電壓變化，通過此電壓變化可以精確測(cè)量觸摸點(diǎn)坐標(biāo)(因?yàn)橛|摸上下極板接觸后則上下極板由原來的整體電阻變成了一分為二的電阻，而電阻值分壓值與它到邊緣的距離成比例推算X、Y坐標(biāo)的)。所以電阻式觸摸屏的精度主要取決于這個(gè)坐標(biāo)電壓的轉(zhuǎn)換精度，所以非常依賴于A/D轉(zhuǎn)換器的精度(力度大小的電壓敏感性)。

因?yàn)殡娮枋轿災(zāi)煌高^壓力操控，所以不一定要用手來控制，筆、信用卡等都可以操作，即使戴套也沒關(guān)系，而且它和外界是隔離的所以它具有防塵防污的優(yōu)勢(shì)；不過如果「摸」得太輕，電阻式螢?zāi)徊粫?huì)有反應(yīng)，要用輕戳才行。電阻式螢?zāi)怀杀镜土⒓夹g(shù)門檻低，而且，操作電阻式觸控螢?zāi)粫r(shí)需要輕敲，所以容易壞，而且靈敏度也不太好，畫畫、寫字并不流暢。

2.電容式觸摸屏工作原理

然而，真正帶來智能手機(jī)風(fēng)潮的是電容式觸摸屏，它是由一片雙面鍍有導(dǎo)電膜的玻璃基板組成，并在上極板上覆蓋一層薄的SiO2介質(zhì)層。如圖所示，其中上電極是用來與人體(接地)構(gòu)成平板電容感測(cè)電容變化的，而下極板用來屏蔽外界信號(hào)干擾的。

工作時(shí)，上透明電極需要接電壓并在四個(gè)角上引出四個(gè)電極，所以當(dāng)手指觸碰上面的SiO2層時(shí)，因人體是導(dǎo)電的，所以人體與上透明電極之間產(chǎn)生足夠的耦合電容，并且根據(jù)與四個(gè)角(或周邊)測(cè)量的電容值變化來計(jì)算出觸控位置坐標(biāo)(離觸控位置越近則電容越大)。但是這種表面電容式觸控(Surface Capacitive)還是無法滿足現(xiàn)在流行的多點(diǎn)觸控，如果要實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)觸控必須要使用新技術(shù)叫做Projected-Capacitive Touch，它主要改變?cè)谟趯⒈砻娴母袘?yīng)電極鋪設(shè)成一層或兩層并且進(jìn)行圖案化(主要是菱形)，一層負(fù)責(zé)X方向，一層負(fù)責(zé)Y方向。然后通過X方向和Y方向電極電容的變化來定位。

由于現(xiàn)在主流都是多點(diǎn)觸控(Multi-Touch)，所以我稍微多講一點(diǎn)他的演變過程，多點(diǎn)觸控的Projected Capacitive主要有兩種：自電容(Self-Capacitive)和互電容(Mutual Capacitive)。

自電容它是直接掃描每個(gè)X和Y的電極電容，所以當(dāng)兩個(gè)觸摸點(diǎn)的時(shí)候會(huì)額外產(chǎn)生兩個(gè)虛擬點(diǎn)(Ghost Points)，如圖所示，左邊為兩層電極圖形化示意圖(多為菱形)，它只需要一層ITO層即可，通過光刻形成X和Y電極。右邊為原理圖，從原理圖上看，當(dāng)同時(shí)觸摸(X2, Y0)和(X1, Y3)時(shí)，由于量測(cè)四個(gè)電極的電容，所以會(huì)額外多出兩個(gè)點(diǎn)(X1, Y0)和(X2, Y3)，這就是Ghost Points，只能靠軟件解決了。雖然自電容有Ghost-Points的問題，但是自電容位置精準(zhǔn)靈敏度高，最大的好處是它可以做Single layer ITO膜，但是到大尺寸(>15寸)的時(shí)候點(diǎn)數(shù)增加導(dǎo)致管腳增多，成本會(huì)很高，而且點(diǎn)數(shù)多了之后中間的線路會(huì)走不出來，必須要把ITO變細(xì)，所以電阻增大，而且點(diǎn)數(shù)多掃描時(shí)間也會(huì)增長(zhǎng)，看似沒有優(yōu)勢(shì)，但是現(xiàn)在蘋果手機(jī)貌似就是在走自電容觸控技術(shù)，這些技術(shù)應(yīng)該都突破了。

而互電容(Mutual-Cpacitiveor Trans-Capacitive)它需要兩層ITO膜層，通過特殊的結(jié)構(gòu)把X和Y電極在每個(gè)節(jié)點(diǎn)上分隔開，這樣它掃描的就是節(jié)點(diǎn)(Intersection)電容，而不是電極電容了。只是這兩層ITO在交點(diǎn)處的接觸必須隔開，需要用到MEMS技術(shù)將它類似立交橋架起來。

不管是自電容還是互電容，都是依賴于將電容從人體電容中導(dǎo)到電極上，所以這兩種技術(shù)都叫做電荷轉(zhuǎn)移型電容觸控(Charge-Transfer)。

電容式觸控優(yōu)勢(shì)在于速度快，可以滑而不用再用戳的。然而它只能用導(dǎo)電物體操控，它還有個(gè)缺點(diǎn)是如果觸控面積比較大(手掌)，可能你還沒碰到就有動(dòng)作了，因?yàn)槊娣e大耦合電容大，所以觸發(fā)了屏幕，所以它對(duì)外界電場(chǎng)或溫濕度導(dǎo)致的電場(chǎng)變化比較敏感。但是它是一層玻璃板結(jié)構(gòu)所以透光率比電阻式高可達(dá)90%以上。

然而不管是電阻式還是電容式觸摸屏都很難做到均勻電場(chǎng)，所以只能用于20幾寸以下的面板尺寸。如果要做大屏幕觸控必須要使用波動(dòng)式觸控技術(shù)(主要有表面聲波或紅外線波兩種)，它主要在四角或邊緣安裝紅外線或聲波發(fā)射器/接收器，當(dāng)觸控阻斷聲波或紅外線時(shí)，對(duì)應(yīng)的接收器接收不到信號(hào)則可以斷定坐標(biāo)，這種觸控屏怕臟怕灰怕油，太嬌氣了，而且很容易受環(huán)境波動(dòng)影響。

無論如何，觸摸屏技術(shù)已經(jīng)成了繼鍵盤、鼠標(biāo)、手寫板、語音輸入后最為普通百姓所易接受的計(jì)算機(jī)輸入方式。它讓人機(jī)交互更為直截了當(dāng)，以觸摸屏技術(shù)為交互窗口的公共信息傳輸系統(tǒng)通過采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，運(yùn)用文字、圖像、動(dòng)畫、等多種形式，直觀、形象地把各種信息介紹給人們，給人們帶來極大的方便。

我們相信，隨著觸摸屏技術(shù)的迅速發(fā)展，觸摸屏的應(yīng)用領(lǐng)域會(huì)越來越廣，性能會(huì)越來越好，未來也許會(huì)像科幻電影里一樣，隨時(shí)隨地可以用手指激活屏幕，接入互聯(lián)網(wǎng)。