多点触控技术其实并非一项新鲜的发明,其实早在1992年时即已被IBM和Bell South提出,而且陆续有许多可行的技术出现,但当这些技术被推往手机等手持设备市场时,业者大多认为这不是一个吸引人的应用方式,还是偏好键盘或使用Stylus笔尖触控的输入模式。然而,iPhone的上市,一下子将这些看法都推翻掉,业者才发现原来消费者很能接受用自己手指来点选控制的这种接口。
其实我们生来习惯使用我们的十指来做各种动作,而当手机中的功能愈来愈复杂,传统的接口只会埋没这些功能,因而发展到可携式接口不得不进行革命的阶段。这时,多点触控的出现即为市场点亮一盏明灯。不过,iPhone推出已有一段时间,但仍未见到市场上接二连三的相似概念产品出现,可见得在技术的实践上确实存在着一道颇高的门坎。
投影电容式触控技术在市场上仍属于相当先进且复杂的技术,其实现方式颇多,但要做到多点触控,基本上都得采用矩阵感测的触控面板,才能侦测出不同轴向的多点触击。这类面板的感测元素通常由多行(column)和多列(row)的矩阵(Matrix)扫描模式来组成,当要达到两点以上的触击辨识能力时,甚至得采用三到四个轴向的感测元素。
在说明投影电容式技术之前,必须了解多点触控判定的两种基本型式,即多点侦测(Multi-Touch Detect)和多点解析(Multi-Touch Resolve)。这两者的技术差异甚大,前者只需侦测出多点触控的动作,如用两指做放大或缩小的动作,并不需找到两点的正确位置;多点解析则需侦测出每个触控点的正确位置,在实践的难度上高出许多。
投影电容式技术又可分为轴交错式(Axis Intersect)和所有触点可定位式(All Points Addressable, APA)两种感测屏幕,说明如下:
轴交错式屏幕
在轴交错式触控面板中,控制器会分别扫描水平轴与垂直轴,以侦测是否有触控,其位置则是两轴交会处。以此方式来进行感测,只能正确判读一点触控点的位置;当两点触控时,就会出现另外两个Ghost的假性触控点,系统并无法进行正确的判读,但仍能分辨出两点触控的姿态。
APA屏幕
APA屏幕又可分为单层的独立矩阵感测元素(Independent-matrix sense elements)和双层的行列交错矩阵感测元素(Intersection-matrix of row and column sense elements)两种。独立矩阵式的布线最为复杂,其每个感测元素都必须各个与控制器进行联机,举例来说,一个10 x 10的矩阵,就需要有100条连接到控制器的感测线。因此,这类的屏幕会需要更大、更快和更复杂的处理器来处理大量的运算,也需要更大容量的RAM内存,此外,扫描的时间也会很长。
交错矩阵的方式则利用行与列的感测来解决复杂的绕线问题,不过,由于此方式是逐行和逐列进行扫描,其感测上所需的时间与独立矩阵式是相同的。
若比较轴交错式和APA,前者所需的运算资源会少许多,内存不需太小(小于1kB即可);后者因复杂许多,运算要求也会非常高,内存要求也很高(需数kB)。两者都同样能实现多点触控侦测,但轴交错式较难做到多点解析,除非采用独特的软件后处理技术,相较之下,APA就能做到多点解析的要求(参考表1)。

在系统建置上,电容式触控技术有一些相同的设计议题,包括环境影响、自我校正和专利权等问题。就环境因素来看,EMI是常见的设计挑战,在讯号复杂的手机中又显得更为困难;天气的变化也是不容忽视的因素,不同的温度、湿度或下雨状况,都会影响触控感测的正确性。此外,由于电容式是使用手指来触控,设计者也必须考虑使用者的手指大小,在正确性和分辨率之间取得一个平衡点。
结语
由于投影电容式技术较为复杂,目前市场宣称已掌握此技术的芯片或模块厂商还不多,知名者包括Synaptics、Cypress、义隆电子、Quantum等。如前所述,目前真正实现多点触控接口的手持设备仍屈指可数,由此可见从掌握技术到落实到商业化的产品上,仍然有一段距离。可以肯定的是,当下必然有许多厂商着手于此类设备的开发,但还是有许多设计瓶颈有待突破,如噪声干扰的防治、触控面积的最佳化设计、气候对灵敏度干扰的调校,以及专利权的回避或支付等。
看起来这段学习门坎颇高,芯片及系统业者并无法准确地设定其新产品上市的时程。当然,愈早跨越这个门坎的公司,愈有机会尝到先期市场的利润甜头。除了硬件方面的技术问题,软件也需同步配合,例如Window Mobile显示的触控面积太小,目前仍不适合用于电容式的手指触控模式。
此外,软件也是设备功能差异化的关键,在这方面,控制芯片的厂商已致力于提供各种功能的开发套件,有助于缩短研发的时程。就长远来看,我们仍得观察触控技术是否会成为手持设备操控接口的主流技术。只要市场驱动力够大,多数的技术问题都将会逐步被解决,少有例外。 |