多點(diǎn)觸控傳感器技術(shù)有可能徹底改變我們與各種電子硬件的連接方式，使基于觸摸屏的圖形用戶(hù)界面 （GUI） 能夠使用多個(gè)手指識(shí)別復(fù)雜的手勢(shì)，例如旋轉(zhuǎn)、兩位數(shù)滾動(dòng)、三個(gè)- 數(shù)字拖動(dòng)和捏縮放，以及允許多個(gè)用戶(hù)協(xié)作。分析公司 Markets & Markets 預(yù)測(cè)，到 2016 年，全球多點(diǎn)觸控業(yè)務(wù)將達(dá)到 55 億美元（占現(xiàn)階段整個(gè)觸控面板市場(chǎng)的 30% 以上）。多點(diǎn)觸控領(lǐng)域目前的復(fù)合年增長(zhǎng)率超過(guò) 18%，其中便攜式消費(fèi)領(lǐng)域推動(dòng)了這一增長(zhǎng)的絕大部分。

展望未來(lái)，設(shè)計(jì)工程師面臨的問(wèn)題是如何將智能手機(jī)和平板電腦中已經(jīng)司空見(jiàn)慣的多點(diǎn)觸控功能帶到其他也可以從中受益的領(lǐng)域。數(shù)字標(biāo)牌、銷(xiāo)售點(diǎn) （POS）、公共信息和工業(yè)控制系統(tǒng)可以從這種功能中獲益匪淺。然而，在這些非消費(fèi)領(lǐng)域，某些障礙阻礙了多點(diǎn)觸控的采用。

目前市場(chǎng)上較大格式的多點(diǎn)觸控傳感器選項(xiàng)，雖然可以接受個(gè)人使用，例如多合一觸控 PC，但在應(yīng)用于要求更高的應(yīng)用場(chǎng)景時(shí)存在嚴(yán)重缺陷。紅外和基于攝像頭的系統(tǒng)都需要一個(gè)外露的邊框來(lái)容納傳感器元件。這意味著，除了增加外力損壞的脆弱性外，邊框凹槽中的灰塵或污垢隨著時(shí)間的推移會(huì)影響操作性能。這些系統(tǒng)還遭受傳感器漂移的影響，需要定期重新校準(zhǔn)以糾正此問(wèn)題。

某些形式的投射電容，例如自電容類(lèi)型，本質(zhì)上在 Z 軸上非常敏感，已證明非常適合堅(jiān)固的觸摸屏實(shí)施，并且可以同時(shí)測(cè)量?jī)蓚€(gè)獨(dú)立的觸摸點(diǎn)。另一種形式的投射電容感應(yīng)，互電容，它測(cè)量由 XY 網(wǎng)格創(chuàng)建的相鄰電池之間的交叉點(diǎn)或節(jié)點(diǎn)上的充電/放電，在 Z 軸上往往不太敏感，因此通常只適用于薄玻璃。然而，當(dāng)與適當(dāng)?shù)目刂齐娮釉O(shè)備和軟件配合使用時(shí)，互電容感應(yīng)提供了檢測(cè)兩個(gè)以上獨(dú)立觸摸點(diǎn)的能力。因此，近年來(lái)，這項(xiàng)技術(shù)被選為將多點(diǎn)觸控功能引入消費(fèi)者應(yīng)用程序的主要方法。

互電容感應(yīng)的優(yōu)缺點(diǎn)

當(dāng)前的互電容觸摸屏品種通常依賴(lài)于氧化銦錫 （ITO） 作為導(dǎo)電傳感介質(zhì)。ITO 已在整個(gè)顯示行業(yè)廣泛使用，并具有近乎透明的優(yōu)勢(shì)。

雖然 ITO 是觸摸屏的成功選擇，但在消費(fèi)領(lǐng)域之外應(yīng)用時(shí)存在一定的局限性。首先，雖然是導(dǎo)電的，但 ITO 具有相對(duì)較高的電阻。這意味著它通常具有相當(dāng)弱的透過(guò)玻璃性能，只能通過(guò)約 2 毫米的正面覆蓋層厚度檢測(cè)到觸摸。其次，ITO 僅適用于較小的顯示格式，因?yàn)樽杩箷?huì)在導(dǎo)電軌道的長(zhǎng)度上增加。這意味著一旦涉及的顯示器的對(duì)角線(xiàn)遠(yuǎn)超過(guò) 22 英寸，傳感器系統(tǒng)的信號(hào)完整性水平將無(wú)法接受，除非使用高輸入功率、復(fù)雜的平鋪排列或其他精心設(shè)計(jì)的方法。最后，傳統(tǒng)的基于 ITO 的傳感器可以不允許他們的生產(chǎn)靈活性，因?yàn)槊總€(gè)新的傳感器設(shè)計(jì)或尺寸都需要?jiǎng)?chuàng)建一套單獨(dú)的光刻工具（參見(jiàn)圖 1）。這需要大量的前期投資，并且只有在制造足夠多的單元來(lái)支付初始支出時(shí)才能證明是合理的，初始支出可能在 5，000 美元到 30，000 美元之間，具體取決于規(guī)模和復(fù)雜性。

圖 1：傳統(tǒng)的基于 ITO 的多點(diǎn)觸控傳感器包含許多不同的層。

考慮交互式數(shù)字標(biāo)牌或小容量定制 POS 系統(tǒng)的示例。該系統(tǒng)所需的顯示格式可能對(duì)于 ITO 實(shí)施來(lái)說(shuō)太大了，加上有限的前玻璃厚度（通常最多 1-2 毫米）不太可能足以滿(mǎn)足要求苛刻的、面向公眾的、高使用的環(huán)境它將被部署在其中。此外，在許多情況下，交互式數(shù)字標(biāo)牌或 POS 系統(tǒng)的特殊性質(zhì)意味著生產(chǎn)的單元數(shù)量可能無(wú)法證明與傳統(tǒng) ITO 結(jié)構(gòu)相關(guān)的工具的高初始支出是合理的。因此，希望創(chuàng)建引人注目、外觀獨(dú)特的用戶(hù)界面的硬件設(shè)計(jì)人員可能被迫接受通用的觸摸屏設(shè)計(jì)。

工程師在嘗試將基于投射電容的多點(diǎn)觸控功能整合到涉及大尺寸或相對(duì)較少數(shù)量的單元的設(shè)計(jì)中時(shí)，還面臨技術(shù)和經(jīng)濟(jì)挑戰(zhàn)，這兩種情況都是非消費(fèi)類(lèi)設(shè)計(jì)項(xiàng)目中可能出現(xiàn)的情況。然而，投射電容感應(yīng)仍然被證明是確保觸摸屏在苛刻環(huán)境中使用壽命的最佳方式。

一種投射電容感應(yīng)的新方法

Zytronic 的工程團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種互電容感應(yīng)方法，克服了幾個(gè)重大障礙，提供了一種耐用的投射電容感應(yīng)機(jī)制，可以同時(shí)支持至少 10 個(gè)獨(dú)立的觸摸點(diǎn)，并在 70 英寸以上的顯示屏上實(shí)現(xiàn)。這種多點(diǎn)觸控系統(tǒng)基于該公司的專(zhuān)利投射電容技術(shù) （PCT），其中包含直徑 10 毫米銅電容器的復(fù)雜傳感器矩陣嵌入層壓基板中。

該基板可以放置在厚厚的玻璃或聚碳酸酯保護(hù)層后面，以保護(hù)其免受各種形式的潛在損壞。它可以通過(guò)高達(dá) 6 毫米的鋼化玻璃檢測(cè)觸摸事件，有效地將可以指定的投影覆蓋層厚度加倍，從而提供更高的保護(hù)，防止沖擊、劃痕、振動(dòng)以及暴露于刺激性化學(xué)品或極端溫度。此外，這種機(jī)制可以由戴手套的手操作，使其非常適合不妥協(xié)的工業(yè)環(huán)境，或通過(guò)導(dǎo)電手寫(xiě)筆，允許用戶(hù)直接在屏幕上書(shū)寫(xiě)。

通過(guò)使用十多年來(lái)用于生產(chǎn)自電容 PCT 屏幕的相同經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的無(wú)掩模繪圖工藝，可以根據(jù)需要擴(kuò)大傳感器格式，而不會(huì)產(chǎn)生光刻掩模的非經(jīng)常性工程成本。這意味著單位數(shù)量不會(huì)對(duì)采用多點(diǎn)觸控操作的項(xiàng)目的商業(yè)可行性產(chǎn)生負(fù)面影響，允許小批量企業(yè)以與大批量、面向消費(fèi)者的產(chǎn)品相同的方式利用此功能。

多點(diǎn)觸控 PCT 傳感器與 Zytronic 的 ZXY200 觸控控制器結(jié)合使用。該設(shè)備處理由層壓到玻璃傳感器后部的專(zhuān)有設(shè)計(jì)銅陣列捕獲的所有觸摸事件數(shù)據(jù)。使用互電容方法意味著圖案中創(chuàng)建的每個(gè)相交節(jié)點(diǎn)都由運(yùn)行專(zhuān)有固件的控制器單獨(dú)監(jiān)控，該固件針對(duì)銅的使用和更低的電阻（數(shù)百歐姆/米，而 ITO 的數(shù)千歐姆/米）進(jìn)行了優(yōu)化。 m），加上由此帶來(lái)的 Z 軸靈敏度和超大尺寸能力的改進(jìn)。此外，由于銅線(xiàn)涂有電介質(zhì)，因此可以在單個(gè)工藝/層中沉積電極，從而簡(jiǎn)化傳感器的橫截面結(jié)構(gòu)（參見(jiàn)圖 2）。這對(duì)于 ITO 是不可能的，

圖 2：?jiǎn)螌鱼~電極取代了基于 ITO 的多層多點(diǎn)觸控傳感器。

能量傳輸定位于多點(diǎn)觸控 PCT 觸控傳感器的 X 和 Y 電極交叉的交叉點(diǎn)。然后從測(cè)量中生成接收到的能量的圖像映射，并且可以確定每個(gè)觸摸點(diǎn)的位置（參見(jiàn)圖 3）。通過(guò)在屏幕上檢測(cè)到多個(gè)觸摸點(diǎn)，可以結(jié)合真正的“手掌拒絕”功能，觸摸性能不會(huì)因用戶(hù)將手、手臂或肘部放在屏幕上而受到阻礙。戴手套操作的能力使其特別適合在戶(hù)外環(huán)境中使用，例如零售和公共信息應(yīng)用，以及用戶(hù)需要穿防護(hù)服的醫(yī)療和工業(yè)部署。

圖 3：圖像映射可用于一次確定多個(gè)不同接觸點(diǎn)的位置。

創(chuàng)新的多功能人機(jī)界面技術(shù)

投射電容式多點(diǎn)觸控技術(shù)已經(jīng)在便攜式消費(fèi)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，其中大容量和小尺寸設(shè)計(jì)是地方性的。創(chuàng)新的單層技術(shù)的出現(xiàn)現(xiàn)在為行業(yè)提供了一種經(jīng)濟(jì)可行的多點(diǎn)觸控功能實(shí)現(xiàn)方式，這種方式可以在大尺寸顯示器和惡劣環(huán)境中得到支持。這種復(fù)雜的人機(jī)交互可以有效地變得無(wú)處不在，因此，不再將復(fù)雜的手勢(shì)識(shí)別或幾個(gè)不同用戶(hù)的同時(shí)操作限制在便攜式小工具上。

作者：Andrew Morrison，Ian Crosby

審核編輯：郭婷