多點觸控傳感器技術(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界面 （GUI） 能夠使用多個手指識別復(fù)雜的手勢，例如旋轉(zhuǎn)、兩位數(shù)滾動、三個- 數(shù)字拖動和捏縮放，以及允許多個用戶協(xié)作。分析公司 Markets & Markets 預(yù)測，到 2016 年，全球多點觸控業(yè)務(wù)將達(dá)到 55 億美元（占現(xiàn)階段整個觸控面板市場的 30% 以上）。多點觸控領(lǐng)域目前的復(fù)合年增長率超過 18%，其中便攜式消費領(lǐng)域推動了這一增長的絕大部分。

展望未來，設(shè)計工程師面臨的問題是如何將智能手機(jī)和平板電腦中已經(jīng)司空見慣的多點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、銷售點 （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，在這些非消費領(lǐng)域，某些障礙阻礙了多點觸控的采用。

目前市場上較大格式的多點觸控傳感器選項，雖然可以接受個人使用，例如多合一觸控 PC，但在應(yīng)用于要求更高的應(yīng)用場景時存在嚴(yán)重缺陷。紅外和基于攝像頭的系統(tǒng)都需要一個外露的邊框來容納傳感器元件。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間的推移會影響操作性能。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)以糾正此問題。

某些形式的投射電容，例如自電容類型，本質(zhì)上在 Z 軸上非常敏感，已證明非常適合堅固的觸摸屏實施，并且可以同時測量兩個獨立的觸摸點。另一種形式的投射電容感應(yīng)，互電容，它測量由 XY 網(wǎng)格創(chuàng)建的相鄰電池之間的交叉點或節(jié)點上的充電/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，互電容感應(yīng)提供了檢測兩個以上獨立觸摸點的能力。因此，近年來，這項技術(shù)被選為將多點觸控功能引入消費者應(yīng)用程序的主要方法。

互電容感應(yīng)的優(yōu)缺點

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

雖然 ITO 是觸摸屏的成功選擇，但在消費領(lǐng)域之外應(yīng)用時存在一定的局限性。首先，雖然是導(dǎo)電的，但 ITO 具有相對較高的電阻。這意味著它通常具有相當(dāng)弱的透過玻璃性能，只能通過約 2 毫米的正面覆蓋層厚度檢測到觸摸。其次，ITO 僅適用于較小的顯示格式，因為阻抗會在導(dǎo)電軌道的長度上增加。這意味著一旦涉及的顯示器的對角線遠(yuǎn)超過 22 英寸，傳感器系統(tǒng)的信號完整性水平將無法接受，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，因為每個新的傳感器設(shè)計或尺寸都需要創(chuàng)建一套單獨的光刻工具（參見圖 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支付初始支出時才能證明是合理的，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于 ITO 實施來說太大了，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、外觀獨特的用戶界面的硬件設(shè)計人員可能被迫接受通用的觸摸屏設(shè)計。

工程師在嘗試將基于投射電容的多點觸控功能整合到涉及大尺寸或相對較少數(shù)量的單元的設(shè)計中時，還面臨技術(shù)和經(jīng)濟(jì)挑戰(zhàn)，這兩種情況都是非消費類設(shè)計項目中可能出現(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)隊開發(fā)了一種互電容感應(yīng)方法，克服了幾個重大障礙，提供了一種耐用的投射電容感應(yīng)機(jī)制，可以同時支持至少 10 個獨立的觸摸點，并在 70 英寸以上的顯示屏上實現(xiàn)。這種多點觸控系統(tǒng)基于該公司的專利投射電容技術(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。它可以通過高達(dá) 6 毫米的鋼化玻璃檢測觸摸事件，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，或通過導(dǎo)電手寫筆，允許用戶直接在屏幕上書寫。

通過使用十多年來用于生產(chǎn)自電容 PCT 屏幕的相同經(jīng)過驗證的無掩模繪圖工藝，可以根據(jù)需要擴(kuò)大傳感器格式，而不會產(chǎn)生光刻掩模的非經(jīng)常性工程成本。這意味著單位數(shù)量不會對采用多點觸控操作的項目的商業(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、面向消費者的產(chǎn)品相同的方式利用此功能。

多點觸控 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有設(shè)計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)建的每個相交節(jié)點都由運行專有固件的控制器單獨監(jiān)控，該固件針對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），加上由此帶來的 Z 軸靈敏度和超大尺寸能力的改進(jìn)。此外，由于銅線涂有電介質(zhì)，因此可以在單個工藝/層中沉積電極，從而簡化傳感器的橫截面結(jié)構(gòu)（參見圖 2）。這對于 ITO 是不可能的，

圖 2：單層銅電極取代了基于 ITO 的多層多點觸控傳感器。

能量傳輸定位于多點觸控 PCT 觸控傳感器的 X 和 Y 電極交叉的交叉點。然后從測量中生成接收到的能量的圖像映射，并且可以確定每個觸摸點的位置（參見圖 3）。通過在屏幕上檢測到多個觸摸點，可以結(jié)合真正的“手掌拒絕”功能，觸摸性能不會因用戶將手、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外環(huán)境中使用，例如零售和公共信息應(yīng)用，以及用戶需要穿防護(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不同接觸點的位置。

創(chuàng)新的多功能人機(jī)界面技術(shù)

投射電容式多點觸控技術(shù)已經(jīng)在便攜式消費領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，其中大容量和小尺寸設(shè)計是地方性的。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)可行的多點觸控功能實現(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處不在，因此，不再將復(fù)雜的手勢識別或幾個不同用戶的同時操作限制在便攜式小工具上。

作者：Andrew Morrison，Ian Crosby

審核編輯：郭婷