液晶电子白板多点触摸技术.docx

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液晶电子白板多点触摸技术

液晶电子白板多点触摸技术

多点触摸技术

深圳市中视同创科技有限公司致力于视频设备的产品研发、生产、销售、服务等业务

触摸技术人们并不陌生，银行的取款机大多有触摸屏功能，很多医院、图书馆等的大厅都有这种触控技术的电脑，支持触摸屏的手机、MP3、数码相机也很多。

定义

　　多点触控（又称多重触控、多点感应、多重感应，英译为Multitouch或Multi-touch）是一项由电脑使用者透过数只手指达至图像应用控制的输入技术。

是采用人机交互技术与硬件设备共同实现的技术，能在没有传统输入设备（如鼠标、键盘等）的情况下进行计算机的人机交互操作。

特点

　　1、多重触控是在同一显示界面上的多点或多用户的交互操作模式，摒弃了键盘、鼠标的单点操作方式。

　　2、用户可通过双手进行单点触摸，也可以以单击、双击、平移、按压、滚动以及旋转等不同手势触摸屏幕，实现随心所欲地操控，从而更好更全面地了解对象的相关特征（文字、录像、图片、卫片、三维模拟等信息）。

　　3、可根据客户需求，订制相应的触控板，触摸软件以及多媒体系统；可以与专业图形软件配合使用。

识别手势方向

多点触摸技术

　　我们现在看到最多的是Multi-TouchGesture，即两个手指触摸时，可以识别到这两个手指的运动方向，但还不能判断出具体位置，可以进行缩放、平移、旋转等操作。

这种多点触摸的实现方式比较简单，轴坐标方式即可实现。

把ITO分为X、Y轴，可以感应到两个触摸操作，但是感应到触摸和探测到触摸的具体位置是两个概念。

XY轴方式的触摸屏可以探测到第2个触摸，但是无法了解第二个触摸的确切位置。

单一触摸在每个轴上产生一个单一的最大值，从而断定触摸的位置，如果有第二个手指触摸屏面，在每个轴上就会有两个最大值。

这两个最大值可以由两组不同的触摸来产生，于是系统就无法准确判断了。

有的系统引入时序来进行判断，假设两个手指不是同时放上去的，但是，总有同时触碰的情况，这时，系统就无法猜测了。

我们可以把并不是真正触摸的点叫做“鬼点”，如图1所示。

　　多点触摸技术

识别手指位置

多点触摸技术

　　Multi-TouchAll-Point是近期比较流行的话题。

其可以识别到触摸点的具体位置，即没有“鬼点”的现象。

多点触摸识别位置可以应用于任何触摸手势的检测，可以检测到双手十个手指的同时触摸，也允许其他非手指触摸形式，比如手掌、脸、拳头等，甚至戴手套也可以，它是最人性化的人机接口方式，很适合多手同时操作的应用，比如游戏控制。

Multi-TouchAll-Point的扫描方式是每行和每列交叉点都需单独扫描检测，扫描次数是行数和列数的乘积。

例如，一个10根行线、15根列线所构成的触摸屏，使用Multi-TouchGesture的轴坐标方式，需要扫描的次数为25次，而多点触摸识别位置方式则需要150次。

　　多点触摸技术　　Multi-TouchAll-Point基于互电容的检测方式，而不是自电容，自电容检测的是每个感应单元的电容（也就是寄生电容Cp）的变化，有手指存在时寄生电容会增加，从而判断有触摸存在，而互电容是检测行列交叉处的互电容（也就是耦合电容Cm）的变化，如图2所示，当行列交叉通过时，行列之间会产生互电容（包括：

行列感应单元之间的边缘电容，行列交叉重叠处产生的耦合电容），有手指存在时互电容会减小，就可以判断触摸存在，并且准确判断每一个触摸点位置。

触摸屏技术

多点触摸技术

　　下面介绍一下触摸屏。

触摸屏，简单讲就是输入和输出合二为一，不再需要机械的按键或滑条，显示屏就是人机接口。

　　图3所示为一个触摸屏模组示意图，整个模组由LCD，触摸屏，触摸屏控制器，主CPU，LCD控制器构成。

触摸屏和触摸屏控制器是整个模组的核心所在，所以我们会重点介绍这两个部分。

　　图4从上到下依次是：

1表面护罩；2覆盖层；3掩膜层&标示层；4光学胶；5第一层感应单元与衬底；6光学胶；7第二层感应单元与衬底；8空气层或光学胶；9LCD显示屏。

　　多点触摸技术　　表面护罩通常小于100um厚度。

所有塑料覆盖层上面都需要硬护罩，这是因为手指触摸会划伤塑料表面，如果覆盖层是玻璃可以不需要表面护罩，但玻璃必须经过化学加强或淬火处理，表面护罩需要与覆盖层进行光学匹配，以免光损失过多。

　　覆盖层可以是0~3mm厚，并不是所有的触摸屏都需要覆盖层，覆盖层越薄，越可以获得更高的信噪比和更好的感应灵敏度。

常用材料有：

聚碳酸脂、有机玻璃和玻璃。

　　第三层是掩膜层与标示层，它的厚度大致是100mm。

掩膜层位于覆盖物的下面，可以隐藏布线和LCD的边缘等。

在设计中允许增加标示性文字或图标，不过标示物必须相当平整的压在ITO的衬底上，而且标示物材料应该是非导电的。

　　第四层是光学胶，厚度约为25~200mm。

光学胶越薄，信噪比越好，高介电常数（er）的光学胶可有更好的感应手指电容，从而也能获得更高的信噪比。

通常应用PSA压敏胶。

　　第五层为感应单元与衬底，ITO涂层的厚度小于100nm，ITO涂层衬底可以是100um~1mm的玻璃（IR~1.52）或是25mm~300mmPET薄膜（IR~1.65）。

越厚的ITO，单位面积电阻越低，信噪比越好；越薄的ITO，透光率越好。

衬底可以是薄膜或玻璃。

如果ITO做在玻璃衬底的下表面，玻璃衬底可以作为表面覆盖物。

、

多点触摸技术

第六层又是一层光学胶，与前一层光学胶比较，这一层光学胶越厚信噪比越好，这一层光学胶通常与ACA-各向异性导电胶结合使用　　第七层也是感应单元与衬底，它与第一层衬底的材料相同。

注意薄膜与玻璃不要混合使用。

如果ITO在衬底上表面，厚的衬底可以获得更高的信噪比；如果ITO在衬底的下表面，薄的衬底使信噪比更高。

同样在边缘区域要求采用异向导电胶。

现在已有单衬底工艺来简化生产和降低成本。

　　第八层是空气或光学胶层，我们知道，空气的介电常数等于1，这可以减小来自LCD上表面的寄生电容。

假如使用光学胶，可以使安装更坚固。

需要使光学参数匹配可以使得光损失更小，需要选择尽可能最低介电常数的光学胶，还要保证ITO感应单元与LCD上表面之间的距离最小250mm。

　　最后是LCD屏，对于触摸屏设计来说，它是一个噪声源，噪声来自于背光，LCD像素驱动控制信号，通常不要采用被动点阵屏，这会在LCD的正面产生高压信号，尽量使用带Vcom的有源点阵屏，这可构成虚地或屏蔽功能；如果确实需要采用被动点阵屏，需要在触摸屏中再增加一个ITO屏蔽层，屏蔽层必须接地,以去除寄生电容CP的影响。

控制器

　　多点触摸屏控制器是触摸屏模组的核心，本文以Cypress的触摸屏控制器为例进行介绍。

　　Cypress的触摸屏控制器是Truetouch系列，它基于已经被广泛应用的PSoC（可编程系统芯片）技术。

PSoC是集成了可编程模拟和数字外围以及MCU核的混合信号阵列，所以PSoC的灵活性、可编程性、高集成度等特性同样适用于Truetouch方案。

　　TrueTouch方案是感应电容触摸屏方案。

前面已介绍了这种触摸屏的结构。

可以说LCD的厂家和种类有很多，感应器件也很多，玻璃、薄膜、ITO等，甚至ITO的模型也有多种。

Truetouch基于PSoC技术，所以PSoC的灵活性使得它和众多的LCD和ITO都能很好配合。

　　为什么Cypress的触摸屏控制器起名叫做Truetouch方案，或者是说这个“True”是怎么来的？

回顾一下触摸屏的发展历程，从最初Single-touch—只能有一个手指进行触摸或滑动；后来Multi-touchgesture也产生了—可以识别到两个手指的方向，但还不能判断出他们的具体位置，可以进行缩放、平移、旋转等操作；发展到今天—Cypress的Truetouch可以做到Multi-touchall-point，可以识别到多个手指并判断出准确位置，是真正的多点触摸，这也是True的由来。

　　Truetouch的产品系列可以分成三类，单点触摸,多点触摸识别方向（multi-touchgesture）以及多点触摸识别位置（multi-touchall-point）。

每一类又有各种型号，在屏幕尺寸、扫描速度、通讯方式、存储器大小、功耗等方面作了区别，可以满足不同的应用。

Truetouch系列是基于PSoC技术的，所以这些器件可以使用简单方便但功能强大的PSoCdesigner软件环境进行设计。

　　TrueTouch方案的价值主要体现在以下几个方面：

保持了触摸屏固有的美观、轻、薄特点，可以使客户的产品脱颖而出；采用感应电容触摸屏技术，不需机械器件，更耐用；拥有完整的系列，从单点触摸，到多点触摸识别方向，再到多点触摸识别位置；基于PSoC技术，使用灵活，可以和众多的LCD和ITO配合使用；PSoC所有的价值在Truetouch里都能体现，例如灵活性，可编程性等等，可以缩短开发周期，使产品快速上市，还有集成度高，可以把很多外围器件集成到PSoC（即Truetouch产品），这样不仅可以降低系统成本以外，还可以降低总体功耗，提高电源效率。

技术

　　多点触控技术分很多为种，但以下列4种较成熟。

　　1、“LLP（laserlightplane）技术”，主要运用红外激光设备把红外线投影到屏幕上。

当屏幕被阻挡时，红外线便会反射，而屏幕下的摄影机则会捕捉反射去向。

再经系统分析，便可作出反应。

　　2、“FTIR（FrustratedTotalInternalReflection）技术”，会在屏幕的夹层中加入LED光线，当用户按下屏幕时，便会使夹层的光线造成不同的反射效果，感应器接收光线变化而捕捉用户的施力点，从而作出反应。

　　3、“ToughtLight技术”，运用投影的的方法，把红外线投影到屏幕上。

当屏幕被阻挡时，红外线便会反射，而屏幕下的摄影机则会捕捉反射去向。

再经系统分析，便可作出反应。

　　4、“OpticalTouch技术”，它在屏幕顶部的两端，分别设有一个镜头，来接收用户的手势改变和触点的位置。

经计算后转为座标，再作出反应。

应用

　　1、手机:

　　2、电脑:

　　3、系统:

　　4、软件:

　　要使用多点触控技术，装置必需配备触屏或触控版，同时需装载可辨认多于一点同时触碰的软件，相较之下，标准的触控技术只能辨认一点，是其之间最大的分别。

能让电脑感受到物理上的触碰的事物包括:

热力、指压、高速摄影机、红外线、光学感应、电阻改变、超声波接收器，微音器、雷射波幅感应器及影子感应器等。

　　现时已有若干多点触控的应用及计划。

有些目的是令输入更个性化，不过这种技术最主的目的是带来人机互动新时代。

　　当下流行的智能手机，都被认为不够人性化。

因为，这些手机的用户界面40%被键盘占据，且控制按钮固定不变。

如果把这些键盘取消，就可以得到一个巨大的屏幕。

　　多点触控的出现是鼠标出现后用户控制界面的又一次全新升级，这种全新的用户界面通过创新的软件支持和超大的多点触控屏幕，能够通过手指轻松控制一切：

通过CoverFlow滑动选择专辑，手指点击图片和邮件，任意缩放网页局部。

　　长久以来，人们一直只习惯用鼠标来操控电脑画面，这导致多点触控技术无法在科技产品中获得完整的运用。

在理论上，利用手指直接在屏幕上进行操作远比使用鼠标要来得更为精确。

虽然这会让使用者耗费更多的动作及体力，却能够在操控过程中获得更多的乐趣。

另外，目前有许许多多的3D影像或者是影像处理软件接口，在操控的过程中设计过于复杂，必须要搭配鼠标及键盘一并使用，甚至许多操作方式也依赖直觉及经验，才能获得最佳的操控方式。

因此，多点触控技术，有望取代目前所使用的键盘、鼠标，将进一步体现出人性化操控接口的未来趋势。

发展

　　多点触控技术始于1982年由多伦多大学发明的感应食指指压的多点触控屏幕。

同年贝尔实验室发表了首份探讨触控技术的学术文献。

　　1984年，贝尔实验室研制出一种能够以多于一只手控制改变画面的触屏。

同时上述于多伦多大学的一组开发人员终止了相关硬件技术的研发，把研发方向转移至软件及界面上，期望能接续贝尔实验室的研发工作。

　　1991年此项技控取得重大突破，研制出一种名为数码桌面的触屏技术，容许使用者同时以多个指头触控及拉动触屏内的影像。

　　1999年，“约翰埃利亚斯”和“鲁尼韦斯特曼”生产了的多点触控产品包括iGesture板和多点触控键盘。

经过多年维持专利的iGesture板和多点触控键盘。

　　2006年，Siggraph大会上，纽约大学的JeffersonYHan教授向众人演示最新成果，其领导研发的新型触摸屏可由双手同时操作,并且支持多人同时操作。

利用该技术，JeffersonYHan在36英寸×27英寸大小的屏幕上，同时利用多只手指（拇指似乎还无法感应到），在屏幕上画出了好几根线条。

与普通的触摸屏技术所不同的是，它同时可以有多个触摸热点得到响应，而且响应时间非常短——小于0.1秒。

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