扩展多点触控功能的可能性

多点触控传感器技术有可能彻底改变我们与各种电子硬件的连接方式，使基于触摸屏的图形用户界面 （GUI） 能够使用多个手指识别复杂的手势，例如旋转、两位数滚动、三个- 数字拖动和捏缩放，以及允许多个用户协作。分析公司 Markets & Markets 预测，到 2016 年，全球多点触控业务将达到 55 亿美元（占现阶段整个触控面板市场的 30% 以上）。多点触控领域目前的复合年增长率超过 18%，其中便携式消费领域推动了这一增长的绝大部分。

展望未来，设计工程师面临的问题是如何将智能手机和平板电脑中已经司空见惯的多点触控功能带到其他也可以从中受益的领域。数字标牌、销售点 （POS）、公共信息和工业控制系统可以从这种功能中获益匪浅。然而，在这些非消费领域，某些障碍阻碍了多点触控的采用。

目前市场上较大格式的多点触控传感器选项，虽然可以接受个人使用，例如多合一触控 PC，但在应用于要求更高的应用场景时存在严重缺陷。红外和基于摄像头的系统都需要一个外露的边框来容纳传感器元件。这意味着，除了增加外力损坏的脆弱性外，边框凹槽中的灰尘或污垢随着时间的推移会影响操作性能。这些系统还遭受传感器漂移的影响，需要定期重新校准以纠正此问题。

某些形式的投射电容，例如自电容类型，本质上在 Z 轴上非常敏感，已证明非常适合坚固的触摸屏实施，并且可以同时测量两个独立的触摸点。另一种形式的投射电容感应，互电容，它测量由 XY 网格创建的相邻电池之间的交叉点或节点上的充电/放电，在 Z 轴上往往不太敏感，因此通常只适用于薄玻璃。然而，当与适当的控制电子设备和软件配合使用时，互电容感应提供了检测两个以上独立触摸点的能力。因此，近年来，这项技术被选为将多点触控功能引入消费者应用程序的主要方法。

互电容感应的优缺点

当前的互电容触摸屏品种通常依赖于氧化铟锡 （ITO） 作为导电传感介质。ITO 已在整个显示行业广泛使用，并具有近乎透明的优势。

虽然 ITO 是触摸屏的成功选择，但在消费领域之外应用时存在一定的局限性。首先，虽然是导电的，但 ITO 具有相对较高的电阻。这意味着它通常具有相当弱的透过玻璃性能，只能通过约 2 毫米的正面覆盖层厚度检测到触摸。其次，ITO 仅适用于较小的显示格式，因为阻抗会在导电轨道的长度上增加。这意味着一旦涉及的显示器的对角线远超过 22 英寸，传感器系统的信号完整性水平将无法接受，除非使用高输入功率、复杂的平铺排列或其他精心设计的方法。最后，传统的基于 ITO 的传感器可以不允许他们的生产灵活性，因为每个新的传感器设计或尺寸都需要创建一套单独的光刻工具（参见图 1）。这需要大量的前期投资，并且只有在制造足够多的单元来支付初始支出时才能证明是合理的，初始支出可能在 5，000 美元到 30，000 美元之间，具体取决于规模和复杂性。

图 1：传统的基于 ITO 的多点触控传感器包含许多不同的层。

考虑交互式数字标牌或小容量定制 POS 系统的示例。该系统所需的显示格式可能对于 ITO 实施来说太大了，加上有限的前玻璃厚度（通常最多 1-2 毫米）不太可能足以满足要求苛刻的、面向公众的、高使用的环境它将被部署在其中。此外，在许多情况下，交互式数字标牌或 POS 系统的特殊性质意味着生产的单元数量可能无法证明与传统 ITO 结构相关的工具的高初始支出是合理的。因此，希望创建引人注目、外观独特的用户界面的硬件设计人员可能被迫接受通用的触摸屏设计。

工程师在尝试将基于投射电容的多点触控功能整合到涉及大尺寸或相对较少数量的单元的设计中时，还面临技术和经济挑战，这两种情况都是非消费类设计项目中可能出现的情况。然而，投射电容感应仍然被证明是确保触摸屏在苛刻环境中使用寿命的最佳方式。

一种投射电容感应的新方法

Zytronic 的工程团队开发了一种互电容感应方法，克服了几个重大障碍，提供了一种耐用的投射电容感应机制，可以同时支持至少 10 个独立的触摸点，并在 70 英寸以上的显示屏上实现。这种多点触控系统基于该公司的专利投射电容技术 （PCT），其中包含直径 10 毫米铜电容器的复杂传感器矩阵嵌入层压基板中。

该基板可以放置在厚厚的玻璃或聚碳酸酯保护层后面，以保护其免受各种形式的潜在损坏。它可以通过高达 6 毫米的钢化玻璃检测触摸事件，有效地将可以指定的投影覆盖层厚度加倍，从而提供更高的保护，防止冲击、划痕、振动以及暴露于刺激性化学品或极端温度。此外，这种机制可以由戴手套的手操作，使其非常适合不妥协的工业环境，或通过导电手写笔，允许用户直接在屏幕上书写。

通过使用十多年来用于生产自电容 PCT 屏幕的相同经过验证的无掩模绘图工艺，可以根据需要扩大传感器格式，而不会产生光刻掩模的非经常性工程成本。这意味着单位数量不会对采用多点触控操作的项目的商业可行性产生负面影响，允许小批量企业以与大批量、面向消费者的产品相同的方式利用此功能。

多点触控 PCT 传感器与 Zytronic 的 ZXY200 触控控制器结合使用。该设备处理由层压到玻璃传感器后部的专有设计铜阵列捕获的所有触摸事件数据。使用互电容方法意味着图案中创建的每个相交节点都由运行专有固件的控制器单独监控，该固件针对铜的使用和更低的电阻（数百欧姆/米，而 ITO 的数千欧姆/米）进行了优化。 m），加上由此带来的 Z 轴灵敏度和超大尺寸能力的改进。此外，由于铜线涂有电介质，因此可以在单个工艺/层中沉积电极，从而简化传感器的横截面结构（参见图 2）。这对于 ITO 是不可能的，

图 2：单层铜电极取代了基于 ITO 的多层多点触控传感器。

能量传输定位于多点触控 PCT 触控传感器的 X 和 Y 电极交叉的交叉点。然后从测量中生成接收到的能量的图像映射，并且可以确定每个触摸点的位置（参见图 3）。通过在屏幕上检测到多个触摸点，可以结合真正的“手掌拒绝”功能，触摸性能不会因用户将手、手臂或肘部放在屏幕上而受到阻碍。戴手套操作的能力使其特别适合在户外环境中使用，例如零售和公共信息应用，以及用户需要穿防护服的医疗和工业部署。

图 3：图像映射可用于一次确定多个不同接触点的位置。

创新的多功能人机界面技术

投射电容式多点触控技术已经在便携式消费领域得到广泛应用，其中大容量和小尺寸设计是地方性的。创新的单层技术的出现现在为行业提供了一种经济可行的多点触控功能实现方式，这种方式可以在大尺寸显示器和恶劣环境中得到支持。这种复杂的人机交互可以有效地变得无处不在，因此，不再将复杂的手势识别或几个不同用户的同时操作限制在便携式小工具上。

作者：Andrew Morrison，Ian Crosby

审核编辑：郭婷