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2.4.2 表面电容式触控技术(编号2)

《实感交互:人工智能下的人机交互技术》第2章触觉感知,本章试图为应用于人机交互界面的触控技术提供一个明确的定义。本节为大家介绍表面电容式触控技术(编号2)。

作者:温秀颖 译来源:机械工业出版社|2019-02-03 20:35

2.4.2 表面电容式触控技术(编号2)

表面电容式触控技术由MicroTouchSystems公司发明并在市场推广。该公司成立于1982年,于2001年由3M公司收购并成为3MTouchSystems旗下的一个公司。由于表面电容技术缺乏在模拟电阻式触摸屏(当时主导的触控技术)中使用的易损塑料表层,它在20世纪90年代被认为是能够解决高难触控应用问题的方法。

如图212所示,表面电容式触摸屏传感器由一个透明导体匀质薄板组成,存放在玻璃基板之上。用于表面导体触屏的最常见透明导体是掺锑二氧化锡(ATO),它能生成一个电阻率高达1200~2000Ω/m2的高度均匀薄板。该技术的低成本方案是使用电阻较低的ITO或热解氧化锡(TO)替代。导电涂层和线性化的电极连接并被其包围,这些电极是由丝网印刷的银熔块制成,被连接到触摸屏的活动连接点(电极线性化的目的是纠正其电场内的本身的非线性(弯曲)属性,这与在矩形导电层内角到角流动的电流属性有关)。

导电涂层和线性化电极被一层焙干透明的绝缘硬膜覆盖,该硬膜通常由二氧化硅制成,还有防炫光(AG)功能。硬膜还总是抗粘连的,以减少手指和屏幕表面的静电摩擦;这使得拖拽物体(比如在视频扑克游戏中的卡片)更加简单。

图212还显示了一般由ITO制成的备选保护层;其目的是保护导电层免受显示屏发射的电磁干扰(EMI)。由于底部保护层增加了触摸屏的成本、减弱了传递性(即降低了图像亮度),该保护层并不受欢迎。减少EMI效应现在往往是通过触摸屏控制器中的硬件实现的。


表面电容使用一个贯穿导电涂层的匀质电场,这是通过将AC信号应用到涂层的四角而实现的。AC信号(通常是30~100kHz频率范围内有1~2V) 是必需的,因为绝缘硬膜阻止了DC驱动信号与用户的手指连接。所有四个角都由完全相同的电压、相位和频率驱动。当用户的手指接触顶部硬膜,一小部分电能与用户电容耦合,导致一小部分的电流流过每个角落连接。控制器通过比较已知的在无触碰状态下的“基准” 电流和用户触摸屏后的电流变化来识别触碰。触点的位置通过测量供应到各角的电流来定位,而且电流的大小与触碰位置到四角的距离远近成比例(表面电容式触摸屏的等效电路见图213)。电子控制器测量这些电流,将其转化成直流,对过滤噪声过滤,放大电流,再通过模拟数字转换器(ADC)将其转换成数字量,计算触点位置,增加合适的信息特征并向主机输出触摸位置坐标。

表面电容的优缺点详见表25。

表25 表面电容式触控技术的优缺点

表面电容是一项单触点技术。与模拟电阻相似的表面电容“模拟手势” 功能是由3MTouchSystems的竞争对手在2009年2018送彩金的娱乐网站的,但该功能效果有限,因为表面电容几乎绝大多数使用在商业性应用中,对多点触控的需求量相较于消费性应用要少得多。但是在不远的将来,某些商业应用的多点触控需求可能会改变。许多商业程序的用户(如公共咨询服务台用户和医疗器械用户)可能都会有投射电容式触摸屏的智能手机和/或平板电脑,因此他们会自然地对多点触控有所期待。终端机软件和医疗器械的2018送彩金的娱乐网站商们可能会通过优化产品的多触点功能来满足用户的期待。反过来看,这也将把表面电容技术逐出市场,并以投射电容式技术取代之。

表面电容技术相当成熟;3MTouchSystems已经对其不断改良,目前进一步优化的空间较小。3MTouchSystems自2001年收购MicroTouchSystems以来一直保持着主要市场份额。

但根据DisplaySearch的报告称,2013年表面电容的全部市场价值仅为约4500万美元,相对于2013年整个触摸屏市场价值的310亿美元而言[12],它并不是一个重要因子。

正确嗅到了未来触控技术的发展方向的3MTouchSystems已经将其注意力从表面电容转向了投射电容,这从3MTouchSystems在2013年展销会中表面电容的几乎全部缺席可以看出端倪。随着表面电容市场的萎缩,少数剩下的亚洲竞争对手也开始退出市场,这将加快该技术的消逝速度。结论是表面电容式触控技术正在走向其使用寿命的终结点;5~7年内,该技术将永久地成为一项历史。


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