投射電容觸控技術

投射電容(Projective Capacitive)觸控技術基本原理:觸控螢幕採用多層ITO層,形成矩陣式分布,以X軸、Y軸交叉分布做為電容矩陣,當手指觸碰螢幕時,可通過X、Y軸的掃描,檢測到觸碰位置電容的變化,進而計算出手指之所在。基於此種架構,投射電容可以做到多點觸控操作。

概述

利用人體的電流感應進行工作的。電容式觸控螢幕是是一塊四層複合玻璃屏,玻璃屏的內表面和夾層各塗有一層ITO,最外層是一薄層矽土玻璃保護層,夾層ITO塗層作為工作面,四個角上引出四個電極,內層ITO為禁止層以保證良好的工作環境。 當手指觸摸在金屬層上時,由於人體電場,用戶和觸控螢幕表面形成以一個耦合電容,對於高頻電流來說,電容是直接導體,於是手指從接觸點吸走一個很小的電流。這個電流分從觸控螢幕的四角上的電極中流出,並且流經這四個電極的電流與手指到四角的距離成正比,控制器通過對這四個電流比例的精確計算,得出觸摸點的位置。

內容

投射電容的觸控技術主要有兩種:自我電容(self capacitance)式和互動電容(mutual capacitance)式。
自我電容:又稱絕對電容(absolute capacitance),它把被感應的物體(如手指)作為電容的另一個極板。當手指觸碰螢幕時可在感測電極和被感測電極之間感應出電荷,從而被感覺到。
互動電容又叫做跨越電容(transcapacitance),它是通過相鄰電極的耦合產生的電容。當被感覺的手指靠近從一個電極到另一個電極的電場線時,互動電容的改變被感覺到,從而報告出位置。
根據兩種電容技術的原理不同,設計出的投射式電容觸控螢幕的架構也不相同,形成多點觸控的方式也就不同。
與自我電容相關的是手勢的辨識追蹤與互動(Gesture interaction),也就是僅偵測、分辨多點觸控行為,如縮放、拖拉、旋轉等,實現方式為軸交錯式(Axis intersect)技術。它是在導電層上進行菱形狀感測單元規劃,每個軸向需要一層導電層。以兩軸型式為例,在偵測觸控行為時,感測控制器會分別掃描水平軸和垂直軸,產生電容耦合的水平/垂直感測點會出現上升波峰,這兩軸交會處即為觸控點。
其實,軸交錯式電容式觸控技術,就是筆記本電腦觸控板上使用的技術。電腦觸摸板採用X、Y軸的感測電極陣列形成一個感測格子。當手指靠近觸摸板時,在手指和感測電極之間會產生小量電荷,此時通過運算,即可確定物體的位置。當然,觸控板與觸控螢幕最大差異在於,前者是不透明、後者是透明的。
不過需要指出的是軸交錯式雖能實現多點觸控手勢辨識功能,但若要定位多點觸控的正確位置仍有困難。因為在進行兩個軸向的掃描時,兩個觸控點分別會在X軸與Y軸各產生兩個波峰,交會起來就產生4個觸點,其中兩個點是假性觸控點,這會使系統無法進行正確判讀。解決的辦法是增加軸向,提高可辨識觸點位置、數目,每增加1軸向可多辨識1點(如3軸可辨識2點、4軸為3點);不過,每增加1個軸向,就要多1層導電層,這會增加設計的觸控面板厚度、重量與成本,都不是以手機等攜帶型產品為主要套用的觸控螢幕廠商所樂見的。
複雜觸點可定位式(All point addressable)技術也能達成多點觸控功能,且能辨別觸控點確切位置,可以說是理想的多點觸控解決方案,iPhone即是採用此種觸控技術。它主要架構為兩層導電層,其中一層為驅動線(driving lines),另一層為感測線(sensing lines),兩層的線路彼此垂直。運作上會輪流驅動一條驅動線,並量測與這條驅動線交錯的感測線是否有某點發生電容耦合現象。經逐一掃描即可獲知確切觸點位置。
但是,要實現此種技術在,不論是導電層規劃、布線或CPU運算,難度都提高許多,需要採用更加強大的處理器。以iPhone為例,它就是以兩顆獨立晶片分擔這項工作,一顆感測控制器,將原始模擬感測信號轉為X-Y軸坐標;另一顆則是ARM7處理器,專門用來解讀這些信息,辨識手指動作,並做出相應的反應。
此外,複雜觸點可定位技術還會面臨一些設計上挑戰,如需要供應高電壓才能得到較好的信噪比表現,不適合在大尺寸面板使用等。

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