揭秘触控技术，如何撑起指尖上的互联网世界？

互联网时代，我们最亲密的伴侣早已不是亲朋好友，而是24小时不离身的——手机。随时随地，点点点，滑滑滑，通过一个小小的屏幕了，和整个世界产生联系。一个个小小的触摸屏彻底改变了我们的生活方式。

但是你有没有想过，为什么你在玻璃板上动动手指头，机器就知道你要做什么？究竟是什么样的技术，足以在一个巴掌大的屏幕上支撑起一个庞大的互联网世界？

触摸屏技术的发展历程

触控技术的起源可以追溯到1982年，当时多伦多大学开发出第一个感知手指压力的多媒体触摸显示屏，成功地实现了多点触控技术的研发。

此后，尽管技术人员一直不断地完善，形成了多种不同应用的触控显示技术，但无论其中哪种技术，在应用层面上都停留于小规模阶段，无法为大众知晓。

人机交互最早通过按键、鼠标等实体设备进行，直至2007年苹果公司成功推出了具有高分辨率、多点触控功能的第一台iPhone手机，在电容式技术上实现了多点触控，这才使得这项技术不断地家喻户晓。而在今天，电容触摸屏已经成为一种智能手机的标准配备。

然后进入了我们所处的触控时代，实体按键不断减少，甚至出现了所有操作都通过虚拟按键实现的产品。现在触控技术的不断升级，让我们可以通过各种手势、力度、多点触控等方式，实现平时需要复杂操作才能实现的功能。

触控面板也叫触摸屏(Touch Panel, or Touch Screen, or Touch Pad, etc)，触控技术现今有着极大的消费市场，凡是电子设备都要用到屏幕，如果你不想让你的屏幕被无聊的键盘占据一半面积，就必须要使用触摸屏作为人机对话的媒介。触摸屏作为一种最新的电脑输入设备，它是目前最简单、方便、自然的一种人机交互方式。

触控技术的应用并不局限于手机，在电脑上也有很多应用。早在iPhone推出的2007年，微软也曾推出一款采用多点触控技术的概念产品Surface，在业界引起广泛关注。如今，更多的电脑产商运用技术，华硕的EeeP 900等产品就是例子。此外，触控技术还运用于其他领域，比如，有研究院在研究汽车挡风玻璃当信息显示平台，可以通过机器识别手势，进行驾驶操作；有人研究在运动员的训练中应用触控技术，通过设点标准动作实现对训练的监控，大大简化训练过程。

触摸屏技术的分类

根据屏幕表面定位原理不同，可以把触摸屏技术分为电容式触摸屏技术和电阻式触摸屏技术两类。

1.电阻式触摸屏技术

电阻屏是利用触摸屏表面随着所受压力的变化，产生屏幕凹凸变形而引起的电阻变化实现精确定位的触摸屏技术。

电阻屏性能具备以下特点：

a.是一种对外界完全隔离的工作环境，不怕灰尘、水汽和油污；

b.可以用任何物体来触摸，可以用来写字画画；

c.电阻触摸屏的精度只取决于A/D转换的精度，因此都能轻松达到4096*4096。

电阻屏不支持多点触控、功耗大、寿命较短、同时长期使用会带来检测点漂移，需要校准。但是电阻屏结构简单、成本较低，在电容式触摸屏成熟以前，一度占据大部分触摸屏市场。

2.电容式触摸屏技术

电容式触摸屏是在玻璃表面贴上一层透明的特殊金属导电物质。当手指触摸在金属层上时，触点的电容就会发生变化，使与之相连的振荡器频率发生变化，通过测量频率变化可以确定触摸位置获得信息。

电容触摸屏的双玻璃不但能保护导体及感应器，更有效地防止外在环境因素对触摸屏造成影响，就算屏幕沾有污秽、尘埃或油渍，电容式触摸屏依然能准确算出触摸位置。
但用戴手套的手或手持不导电的物体触摸时没有反应，这是因为增加了更为绝缘的介质。电容触摸屏能很好地感应轻微及快速触摸、防刮擦、不怕尘埃、水及污垢影响，适合恶劣环境下使用。但由于电容随温度、湿度或环境电场的不同而变化，故其稳定性较差，分辨率低，易漂移。

电阻式、电容式触摸屏工作原理

1.电阻式触摸屏工作原理

电阻式触控板主要由两片单面镀有ITO(氧化铟锡)的薄膜基板组成，上板与下板之间需要填充透光的弹性绝缘隔离物(spacer dot)来分开，如图所示，下极板必须是刚性的厚玻璃防止变形，而上极板则需要感应外力产生形变所以需要爆玻璃或者塑胶。

正常工作时，上下极板接电压并且处于断开状态，当外力按下时上极板发生形变与下极板接触导通，此时产生电压变化，通过此电压变化可以精确测量触摸点坐标(因为触摸上下极板接触后则上下极板由原来的整体电阻变成了一分为二的电阻，而电阻值分压值与它到边缘的距离成比例推算X、Y坐标的)。所以电阻式触摸屏的精度主要取决于这个坐标电压的转换精度，所以非常依赖于A/D转换器的精度(力度大小的电压敏感性)。

因为电阻式萤幕透过压力操控，所以不一定要用手来控制，笔、信用卡等都可以操作，即使戴套也没关系，而且它和外界是隔离的所以它具有防尘防污的优势；不过如果「摸」得太轻，电阻式萤幕不会有反应，要用轻戳才行。电阻式萤幕成本低廉、技术门槛低，而且，操作电阻式触控萤幕时需要轻敲，所以容易坏，而且灵敏度也不太好，画画、写字并不流畅。

2.电容式触摸屏工作原理

然而，真正带来智能手机风潮的是电容式触摸屏，它是由一片双面镀有导电膜的玻璃基板组成，并在上极板上覆盖一层薄的SiO2介质层。如图所示，其中上电极是用来与人体(接地)构成平板电容感测电容变化的，而下极板用来屏蔽外界信号干扰的。

工作时，上透明电极需要接电压并在四个角上引出四个电极，所以当手指触碰上面的SiO2层时，因人体是导电的，所以人体与上透明电极之间产生足够的耦合电容，并且根据与四个角(或周边)测量的电容值变化来计算出触控位置坐标(离触控位置越近则电容越大)。但是这种表面电容式触控(Surface Capacitive)还是无法满足现在流行的多点触控，如果要实现多点触控必须要使用新技术叫做Projected-Capacitive Touch，它主要改变在于将表面的感应电极铺设成一层或两层并且进行图案化(主要是菱形)，一层负责X方向，一层负责Y方向。然后通过X方向和Y方向电极电容的变化来定位。

由于现在主流都是多点触控(Multi-Touch)，所以我稍微多讲一点他的演变过程，多点触控的Projected Capacitive主要有两种：自电容(Self-Capacitive)和互电容(Mutual Capacitive)。

自电容它是直接扫描每个X和Y的电极电容，所以当两个触摸点的时候会额外产生两个虚拟点(Ghost Points)，如图所示，左边为两层电极图形化示意图(多为菱形)，它只需要一层ITO层即可，通过光刻形成X和Y电极。右边为原理图，从原理图上看，当同时触摸(X2, Y0)和(X1, Y3)时，由于量测四个电极的电容，所以会额外多出两个点(X1, Y0)和(X2, Y3)，这就是Ghost Points，只能靠软件解决了。虽然自电容有Ghost-Points的问题，但是自电容位置精准灵敏度高，最大的好处是它可以做Single layer ITO膜，但是到大尺寸(>15寸)的时候点数增加导致管脚增多，成本会很高，而且点数多了之后中间的线路会走不出来，必须要把ITO变细，所以电阻增大，而且点数多扫描时间也会增长，看似没有优势，但是现在苹果手机貌似就是在走自电容触控技术，这些技术应该都突破了。

而互电容(Mutual-Cpacitiveor Trans-Capacitive)它需要两层ITO膜层，通过特殊的结构把X和Y电极在每个节点上分隔开，这样它扫描的就是节点(Intersection)电容，而不是电极电容了。只是这两层ITO在交点处的接触必须隔开，需要用到MEMS技术将它类似立交桥架起来。

不管是自电容还是互电容，都是依赖于将电容从人体电容中导到电极上，所以这两种技术都叫做电荷转移型电容触控(Charge-Transfer)。

电容式触控优势在于速度快，可以滑而不用再用戳的。然而它只能用导电物体操控，它还有个缺点是如果触控面积比较大(手掌)，可能你还没碰到就有动作了，因为面积大耦合电容大，所以触发了屏幕，所以它对外界电场或温湿度导致的电场变化比较敏感。但是它是一层玻璃板结构所以透光率比电阻式高可达90%以上。

然而不管是电阻式还是电容式触摸屏都很难做到均匀电场，所以只能用于20几寸以下的面板尺寸。如果要做大屏幕触控必须要使用波动式触控技术(主要有表面声波或红外线波两种)，它主要在四角或边缘安装红外线或声波发射器/接收器，当触控阻断声波或红外线时，对应的接收器接收不到信号则可以断定坐标，这种触控屏怕脏怕灰怕油，太娇气了，而且很容易受环境波动影响。

无论如何，触摸屏技术已经成了继键盘、鼠标、手写板、语音输入后最为普通百姓所易接受的计算机输入方式。它让人机交互更为直截了当，以触摸屏技术为交互窗口的公共信息传输系统通过采用先进的计算机技术，运用文字、图像、动画、等多种形式，直观、形象地把各种信息介绍给人们，给人们带来极大的方便。

我们相信，随着触摸屏技术的迅速发展，触摸屏的应用领域会越来越广，性能会越来越好，未来也许会像科幻电影里一样，随时随地可以用手指激活屏幕，接入互联网。