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作者:Zytronic公司技術(shù)主管 Andrew Morrison 博士 對(duì)觸摸屏而言，大就是美。觸摸屏的應(yīng)用越來(lái)越多，面臨的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)也在變大，比如如何為用戶(hù)提供更好的觸摸體驗(yàn)，特別是大屏幕的觸摸體驗(yàn)。多點(diǎn)觸摸精度非常重要，即便是在最大的顯示屏上。但如何實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)呢？ 據(jù)Business Research公司的“2015年全球觸摸屏市場(chǎng)”報(bào)告顯示，自2009年以來(lái)，投影電容(P-CAP)技術(shù)占據(jù)了手機(jī)和平板電腦的最高數(shù)量觸摸類(lèi)別。這種成功的驅(qū)動(dòng)力是一組引人注目的功能集，包括通過(guò)耐用全玻璃表面實(shí)現(xiàn)的有效無(wú)限使用壽命、印刷邊框全平面設(shè)計(jì)(無(wú)需聚光圈)和高級(jí)靈敏度等。P-CAP 制造商當(dāng)前在最大85"的屏幕上采用此技術(shù)。他們側(cè)重四個(gè)領(lǐng)域以推進(jìn)觸摸性能和用戶(hù)界面設(shè)計(jì)。分別是速度、精度、抗EMI和集成。 
圖1：大尺寸觸控面板的影響已經(jīng)完全由PX Group集團(tuán)基于其商店理念, 已被設(shè)在南美洲的移動(dòng)之星公司Movistar的旗艦店所設(shè)置的 50”或 46”大小觸控面板的觸控電視墻所印證。 更快的速度和提高的精度 消費(fèi)者手機(jī)必須在約4.5"對(duì)角的屏幕上記錄一到兩次觸摸，47"對(duì)角的商用觸摸屏可通過(guò)現(xiàn)在常見(jiàn)的1mm精度記錄10到40次觸摸。對(duì)角翻倍時(shí)，16:9格式屏幕的區(qū)域大約是四倍。為保持相同觸摸檢測(cè)性能，47"屏幕上的觸摸處理器必須比4.5"手機(jī)處理多得多的輸入。防止手掌誤觸、姿勢(shì)識(shí)別和其他功能進(jìn)一步提高了對(duì)觸摸處理器的要求。
圖2：在首爾巴士站上的這些戶(hù)外觸控面板透過(guò)8毫米保護(hù)玻璃承受夏季平均29°C的高溫以及冬季平局的7.3°C的低溫，如此環(huán)境下觸控面板依然運(yùn)作正常,沒(méi)有問(wèn)題。 但觸摸屏尺寸進(jìn)一步增加，在多玩家賭場(chǎng)游戲桌、博物館的互動(dòng)展覽、多用戶(hù)設(shè)計(jì)/架構(gòu)工作站、零售賣(mài)場(chǎng)的目錄和 EPOS 臺(tái)、汽車(chē)展廳以及銀行分支機(jī)構(gòu)面板中，55"~85"正在成為主流。在這些屏幕尺寸上提供出色的觸摸體驗(yàn)，意味著增加觸摸檢測(cè)電極的數(shù)量。最新固件(韌體)中的高級(jí)觸摸檢測(cè)演算法將觸摸檢測(cè)電極的數(shù)量翻倍，可支持256個(gè)，而標(biāo)準(zhǔn)多觸摸控制器支持128個(gè)(針對(duì)最大47"的更小屏幕)。因此觸摸傳感器中的電容傳感矩陣可以更密集，反過(guò)來(lái)可通過(guò)更高精度確定個(gè)別同步觸摸事件的位置，甚至是在最大的基于MPCT的85英寸觸摸屏上。 這為觸摸控制器提供最多支持40個(gè)同步觸摸點(diǎn)的能力，每個(gè)點(diǎn)之間的觸摸分隔<10mm (即小于指尖的寬度)。它們?cè)诋?dāng)前可用的完整范圍MPCT傳感器尺寸都可實(shí)現(xiàn)此結(jié)果。 要將此數(shù)據(jù)傳送到主機(jī)PC而沒(méi)有可見(jiàn)的延遲，觸摸控制器必須具有充分的處理功能。觸摸屏通常最終具有和系統(tǒng)自身一樣強(qiáng)大的處理器 – ARM 32位Cortex很受歡迎。由于固件的精心設(shè)計(jì)，仍可收集、處理在大屏幕上實(shí)現(xiàn)這種性能水平需要捕獲的其他數(shù)據(jù)，并在5ms內(nèi)輸出到主機(jī)PC。 4K的延遲 UHD(4K)屏幕日益流行并成功與觸摸傳感器集成。不過(guò)，有時(shí)看到的延遲實(shí)際是由于早期4K屏幕的性能，而并非觸摸控制器。 今天觸摸屏使用的典型HD顯示屏像素刷新率約為120Hz。控制超大數(shù)量像素所需的數(shù)據(jù)處理要求意味著大部分當(dāng)前4K顯示屏在60Hz或更小操作。這讓處理實(shí)時(shí)觸摸事件成為挑戰(zhàn)，例如圍繞屏幕拖動(dòng)光標(biāo)，因?yàn)轱@示屏板上處理能力被刷新背景圖像有效消耗。因此UHD顯示屏上的一個(gè)移動(dòng)觸摸事件，如劃線(xiàn)，看起來(lái)手指的拖痕比在HD顯示屏上更明顯。即便以毫秒速度報(bào)告觸摸事件的P-CAP觸摸屏也將被此延遲捕獲。隨著刷新率更高的更新4K顯示屏進(jìn)入市場(chǎng)，此問(wèn)題將消失。但在那之前必須認(rèn)真考慮UHD顯示屏上運(yùn)行的觸摸應(yīng)用程序的種類(lèi)，以及對(duì)用戶(hù)體驗(yàn)的可能影響。
圖3：位于英國(guó)倫敦時(shí)尚高街眼鏡商 Kite GB 旗艦店開(kāi)拓性的、帶觸控體驗(yàn)并聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)品, 使用的就是Zytronic整合強(qiáng)化玻璃的42”觸控面板。 對(duì)抗 EMI 的改進(jìn) 盡管電磁干擾(EMI)可能只是工業(yè)環(huán)境中觸摸屏系統(tǒng)的問(wèn)題，但事實(shí)上存在EMI的各種商業(yè)應(yīng)用也可能對(duì)觸摸操作產(chǎn)生不利影響。例如列車(chē)經(jīng)過(guò)時(shí)，車(chē)站中諸如票務(wù)和自動(dòng)售貨機(jī)等自助亭將受到EMI中浪涌的影響。同樣，部署在電源不穩(wěn)定或沒(méi)有良好調(diào)節(jié)區(qū)域中的觸摸屏，也將受到主電源電纜瞬間干擾的影響。 特別是4K顯示屏當(dāng)前產(chǎn)生更高的EMI，原因是管理更高像素密度需要的驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜性提高。這會(huì)導(dǎo)致顯示屏放射的干擾或“噪音”最多比普通HD顯示屏高3~4倍。它會(huì)造成觸摸屏和它們的控制電子元件從周?chē)胍舸_定信號(hào)(或觸摸)的問(wèn)題，即降低信噪比，從而削弱真正觸摸事件的識(shí)別。 這些環(huán)境中需要的觸摸控制器部署的電子設(shè)計(jì)和觸摸檢測(cè)固件的主要改進(jìn)，是確保在高水平保持信號(hào)完整性。P-CAP觸摸技術(shù)，例如Zytronic勝創(chuàng)利公司的專(zhuān)屬投影電容式技術(shù)(PCT)具有微精電極的X-Y矩陣，嵌入一個(gè)分層玻璃基片，并使用頻率調(diào)制檢測(cè)傳導(dǎo)電極中的分鐘電容變化。對(duì)抗EMI的一種方法是在觸摸控制器中執(zhí)行“智能”頻率掃描功能。操作頻率在0.7MHz和2.2MHz之間動(dòng)態(tài)移動(dòng)，以避免檢測(cè)的環(huán)境“噪音”阻止檢測(cè)觸摸事件。 更出色的集成 盡管觸摸亭是相當(dāng)大的設(shè)備，但通常令人驚奇的是屏幕后面的小空間提供美學(xué)需求和其他元素，以便有時(shí)需要結(jié)合到設(shè)備中。如果觸摸控制器的體積可保持最小，則有明顯的優(yōu)勢(shì)。因此減小PCB尺寸也很重要，讓控制器成為一個(gè)芯片集產(chǎn)品，以便設(shè)計(jì)人員可以考慮將觸摸控制器嵌入現(xiàn)有的系統(tǒng)母板上。
圖4：如果覺(jué)得Zytronic勝創(chuàng)利公司的觸控面板太笨重，則SpinTouch International國(guó)際有限公司和Rok Interactive公司精心制作的Mozayo多點(diǎn)觸摸平板的優(yōu)雅設(shè)計(jì),已清楚說(shuō)明這樣的說(shuō)法是完全不正確的。 其他發(fā)展 觸摸屏包括四個(gè)關(guān)鍵元素：嵌入屏幕的觸摸傳感器、觸摸控制器、玻璃和系統(tǒng)界面。在我關(guān)注前兩項(xiàng)的同時(shí)，玻璃技術(shù)和系統(tǒng)界面也發(fā)生有趣的進(jìn)步。 材料技術(shù)讓玻璃非常薄，但又非常堅(jiān)固。最新進(jìn)展包括玻璃中的抗微生物元素，確保玻璃上的任何細(xì)菌死亡而不是繁殖。隨著日常接觸細(xì)菌污染表面產(chǎn)生的健康恐慌，用戶(hù)無(wú)疑更加注意潛在衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)不佳的他人使用的觸摸屏的風(fēng)險(xiǎn)，并且這將變得日益流行。 在系統(tǒng)界面方面，最顯著的近期發(fā)展可能是符合支付卡行業(yè)(PCI)安全要求的首款加密PIN觸摸屏應(yīng)用程序的啟動(dòng)。該應(yīng)用程序加密用戶(hù)在觸摸屏界面上進(jìn)行的所有PIN輸入，以便在自動(dòng)柜員機(jī)(ATM)、銷(xiāo)售點(diǎn)(POS)設(shè)備和無(wú)人值守的付款終端提供更安全的消費(fèi)者互動(dòng)。這樣潛在消除ATM和消費(fèi)亭為PIN輸入結(jié)合機(jī)械鍵盤(pán)的需求 – 這是它們?cè)O(shè)計(jì)的真正顯著優(yōu)勢(shì)。 高靈敏度 基本而言，諸如PCT和MCPT等P-CAP觸摸技術(shù)的關(guān)鍵貢獻(xiàn)是其高靈敏度。它可透過(guò)超厚重疊層、保護(hù)玻璃甚至厚手套檢測(cè)觸摸，因此具有無(wú)法超越的Z軸靈敏度和控制水平。配合良好設(shè)計(jì)的觸摸控制器，它可提供可靠直觀(guān)的觸摸體驗(yàn)，對(duì)高達(dá)40次觸摸精確響應(yīng)，識(shí)別姿勢(shì)并拒絕意外接觸。P-CAP控制器IC的持續(xù)改進(jìn)配合使用可打印傳感墨水和納米材料的傳感器開(kāi)發(fā)，可能進(jìn)一步擴(kuò)展這種通用觸摸技術(shù)系列的功能和使用。 |
