指尖上的科技！谈多点触摸屏技术

　　●触控板技术的由来

　　触控板(Touchpad)是目前笔记本电脑中使用最广的光标定位和菜单确定设备。触摸板操作起来很方便，初学者很容易上手。借助于触摸板，可以用手指代替键盘和触控笔而直接进行指令输入，正如苹果CEO乔布斯所说的，“手是最好用的工具。”

图4 不透明的触控板与透明的触摸屏实际上可以称得上“近亲”

　　形形色色的触摸屏

　　从血缘关系上说，触控板是触摸屏的近亲。二者不仅结构上相似，而且工作原理也几乎完全相同。唯一的区别是：触摸板是不透明的，而触摸屏是透明的。在介绍多重触控技术之前，让我们先了解一下触摸屏的相关技术。

　　从技术角度来说，触摸屏是一套透明的绝对寻址系统。它有两个明显特点：

　　(1)触摸屏是透明的的定位和输入设备，而数字化仪、写字板、电梯开关等，虽然也都是轻触式操作方式，但它们都不是触摸屏。

　　(2)触摸屏是一个以屏幕中心为原点的绝对坐标系，手指摸到哪儿就是哪儿，不需要第二个动作。相比之下，鼠标则是一个相对的定位系统，当我们需要光标移动到某个地方时，首先要知道现在在何处，然后往那个方向移动。

　　按照触摸屏的工作原理和传输信息的介质，触摸屏分为四种类型：电阻式、电容感应式、红外线式和表面声波式等。

　　形形色色的触摸屏技术

　　◇电阻式触摸屏

　　电阻式触摸屏的历史最早，使用最多，而且其工作原理也极其简单：在表面保护涂层和基层之间有两层透明导电层ITO(ITO：氧化铟，弱导电体)，分别对应X、Y轴，它们之间用细微透明的绝缘颗粒绝缘，触摸产生的压力会使两导电层接通，按压不同的点时，该点到输出端的电阻值也不同，因此会输出与该点位置相对应的电压信号(模拟量),经A/D转换后即可获取X、Y的坐标值。

图5 电阻式触摸屏的原理图

　　◇电容式触摸屏

　　后来技术人员又开发出一种电容式触摸屏，这种屏幕表面涂有透明电导层ITO，电压连接到四角，电荷分布于屏幕表面，形成一个均匀的电场。当手指碰触(或接近)屏幕表面时，人体作为耦合电容的一极，电流会从屏幕的四个角汇集形成耦合电容的另一极，通过控制器计算电流传到碰触位置的相对距离即可得到触摸处的坐标值。

　　从使用角度看，电容式触控屏比电阻式触摸屏的性能更好。由于轻触甚至不用接触就能产生感应，用户操作时无需尖锐的触控笔，直接用手指来操作，对屏幕表面几乎没有磨损，因此电容式触摸屏的使用寿命更长。iPhone和Surface都使用了电容式触摸屏，而且我们相信，在未来的触控系统中电容式触摸屏将会有长足的进步。

　　◇红外触摸屏

　　红外触摸屏是利用X、Y方向上密布的红外线矩阵来检测操作者的触摸动作的。红外触摸屏需要在显示器的前面安装了一个电路板外框，电路板在屏幕四边布置有红外发射管和红外接收管一一对应形成横竖交叉的红外线矩阵。用户在触摸屏幕时，手指就会挡住经过该位置的横竖两条红外线，因而可以判断出触摸点在屏幕的位置。任何不透光的物体都可改变触点上的红外线而实现触摸屏操作。

　　◇表面声波触摸屏

　　表面声波触摸屏的三个角分别粘贴着X、Y方向的发射和接收声波的换能器，四个边刻着反射表面超声波的反射条纹。当手指或软性物体触摸屏幕，部分声波能量被吸收，于是改变了接收信号的强度，通过控制器对接收信号的强度进行分析就可以得到触摸点的X、Y坐标。

　　◇受抑全内反射光学感应技术

图6 受抑全内反射光学感应技术的原理示意图

　　除了以上几种传统的触控技术之外，纽约大学的Jefferson Y. Han等人研究了一种称为FTIR (Frustrated Total Internal Reflection，受抑全内反射)的光学感应技术，可用多个手指进行绘图。Jefferson的创意是用背投方式将画面投射在屏幕上，然后利用LED发光照向塑料的内层表面以产生光线折射，光线的角度需要经过特别设计。比方说，屏幕外层是空气，光就会完全反射，但是如果某个具有干扰性的物体(如皮肤、手指等)按压在屏幕表面上，在接触点附近就会产生散射光，以此就可以实现在屏幕上更为复杂的几何操做。