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超越触摸:先进用户接口介绍

作者:不详 ; 发布时间:2017-7-4 8:33:53 ; 来源:互联网  点击:

 提高用户体验是触摸屏技术创新的推动力之一。投射式电容触摸屏设备的产生替代了先前的电阻式触摸设备,开辟了一个新的风格,很大地改进了用户界面。投射式电容技术支持无限多点触摸手势,带来了更加顺畅的无缝的用户体验。移动设备制造商已经感受到了电容式触摸用户界面(UI)带来的好处,大多数手持设备都能提供几年前还不可想像的触摸性能。现在,工程师开发人员关注的是更快的反应时间,更好的精度,以及更高的信噪比(SNR),从而在他们的产品中提供更为创新的用户体验。

  但触摸屏需要的不仅是要能够有触摸功能。提供更好的用户体验就意味着要提供先进的功能,解决已知问题并使这些设备更容易、更直观的为最终消费者工作。它也帮助制造商能在激烈市场竞争中使自己的产品与众不同。什么样的特点可以提供这种体验呢?消费者需要设备制造商解决的是什么问题?有三项能力是当今的市场趋势,替代电阻式触笔(RSR)、防水能力、悬浮触控功能。这些特点有些已经开始出现在移动设备,并给终端用户提供了实际的好处。通过将这些特点结合手机里,原始设备制造商可以提供一个真正先进的用户接口 —— 超越触摸。

  支持触笔对于电容式触摸并不是新问题,当前大多数技术的问题是,传感器只能读出大体积的设备输入,模拟手指的尺寸和电容。控制器不记录任何小于触摸的输入。大尺寸的触笔使得不可能清楚地看到屏幕上的输入,因此完成精密的任务,操纵详细的导航接口,或手写亚洲字符变得非常困难,增加了错误的可能性。消费者不希望在当今的电容式触摸手机上使用又大又笨的触笔,他们想要的是精准的小巧的像电阻式触笔那样的1毫米的触笔。目前大多数触摸控制器支持的是3毫米大小甚至更大,准确性和便携性都不好,如果不是不可能的,那就实现它!图1图示了实际电阻式1毫米触笔和传统电容触笔并排比较的差异。很容易看出,小笔体积瘦笔尖小更容易完成具体任务。  

 
图1:电阻式1毫米触笔和传统电容触笔的实际比较

  防水功能解决了用户日常生活中的一个非常实际的问题。在现实世界中,我们有可能在雨中使用设备,用潮湿或出汗的手指触摸屏幕,或在潮湿环境中使用,这些都会带来电容的变化,我们希望触摸屏在所有的这些条件下都能正常工作。然而,触摸屏表面上的水可能在很多方面都显著影响性能,可能会造成幻影触摸,或是影响精度。在一些产品中,水会造成互电容不可逆转的影响,需要硬重启才行。甚至可能使屏幕冻结或用户擦干净水后也完全没有响应。市场上已经出现了少量完全防水设备,如数码相机或是某些手机,他们即使完全浸泡在水里也能正常操作,如果厂商想要增加甚至是保持市场份额,就需要保持竞争力。真正具有防水能力的器件要满足IP - 67标准,提供给用户无可比拟的鲁棒性,并使得原始设备制造商跟上这种市场趋势。

  悬浮触控功能是触摸技术的前沿。悬浮触控的重要性正在主要操作系统中迅速提升,目前所有指标表明这个功能在未来一年或两年将成为一个主要市场趋势。悬浮触控解决了触摸屏制造商有史以来难以解决的两个问题:厚手套和长指甲。因为电容随着手指和传感器距离变远而减小了,通过层层织物或长指甲就很难检测手指的位置。悬浮触控解决了这个问题,能够始终准确地检测悬浮手指的位置和其它物体的方位,即使戴着10毫米的绝缘手套

  使用悬浮触控方式,鼠标悬停功能也可以设计到手持设备里,可用于用户放大部分画面,例如超链接或屏幕键盘上的字,在他们上空悬浮,然后使用直接输入设备来进行精确选择。这种功能对便携式媒体播放器也有一定的意义,如先悬浮在歌曲或视频目录,然后直接选择,或者手机游戏应用,通过悬浮输入可以充分发挥全新的特点和指令。此外,移动设备制造商已经努力将新兴的3 D显示技术结合到手机。在这里,悬浮触控能让你在一个3 D显示器上打开多种应用程序。用户可以把某个应用程序设为在最前面屏幕上显示,而其他打开的应用程序放在后面。因为这种显示方式变得越来越普遍,悬浮触控会让用户能够有效地操纵屏幕元素,展现一个全新的世界。

  那么你如何才能设计所有这些元素到触摸屏设备中呢?今天大多数触摸屏使用互电容感应来检测触摸输入。互电容触摸屏是测量横轴和纵轴传感器交叉点(X*Y)的电容,而不是独立的传感器行(X + Y)。因为这种测量类型显著增加了同一个面板可用传感器的数量, 240个交叉点,而不是32行自电容传感器行,互电容扫描可以达到更高的精度,具备真正的多点触摸能力。图2显示了五个手指放在同一个电容触摸屏上的情形。所有五个输入点都能明确识别,没有位置的不确定性。  


图2. 互电容传感器有很强的精确测量多点输入的能力,它测量的是X和Y的
交叉点,而不是传感器行本身。所有五个手指都明确识别在传感器珊格中。

 但是,谈到先进的功能,如防水、小笔支持、悬浮触控,光有互电容是不够的。你可能会问,为什么不是所有的多点触摸屏设备都能支持这种功能?这是电容的问题。电容定义为电极上电荷和电压的比率。本质上只支持互电容的触摸屏控制器算法在有水时就会感到困惑,因为水本身的电容。传感器努力正确识别并跟踪有水时的触摸输入,可能会导致频繁的幻影触摸,精度明显退化,在某些情况下屏幕可能完全冻结。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/135953.htm

  电容和输入面积是成正比的。在支持触笔和悬浮触控的情况下,在大多数触摸屏控制器中,小笔尖或手指悬浮在触摸屏上空引发的电容变化并不能够判断为触摸。一些芯片厂商只支持互电容能够支持的特征。但当这些公司试图展示这种功能时,大部分使用演示板是显著增加了灵敏度,并降低的噪声极限。在演示板上,这些特点看起来还不错。但是演示工具是工作在安全、无噪声环境中,并没有紧密耦合收发器,LCD屏,USB充电器、和其它的影响触控面板性能的干扰源。在实际设备中,噪声几乎不可避免。一旦你把小笔或悬浮触控技术设计到系统中,就可能有噪声存在,降低阈值增加灵敏度可以让这些特征在演示板上实现,但是当存在噪声时,控制器就容易读入虚假触摸并降低精度(见图3)。这些先进的功能在演示工具上工作得很好,但在实际系统中性能会急剧下降。只使用互电容测量显然不能给触摸屏系统提供足够的信息,以支持先进触摸功能,如防水,支持小笔,悬浮触控。  


图3.,当接触灵敏度增加时,噪声引发的触摸误判

  另一方面,在很多情况下自电容都是一种鲁棒性很强的感应方式。它会产生更强的信号,并且比互电容可投射更大的区域。这种投射能力和力度的增加可以使触摸屏控制器准确地探测到目标电容,例如手指悬浮在屏幕上。自电容还可在不降低噪声阈值的情况下提供更好的灵敏度。这就能够探测到很小的触摸,例如1毫米触笔,不会像互电容那样有触摸误判,精度不佳,和延迟响应的问题。但是尽管有这些好处,自电容的问题是在多点触摸功能上并不十分理想。这是就是众所周知的鬼点问题,我们并不能判断触摸屏上两个手指的位置。在自电容感应中,输入测量的是横轴和纵轴的变化 (X + Y)。结果是如果用户触摸到不同行的两个地方,并不能明确判断位置。三点触摸更是不可能的。图4就是一个自电容触摸屏不能准确判断位置的例子。红圈是X行和Y行传感器上的实际触摸。因为每一行都读到一个触摸,这些行的交叉点也会记录触摸(标注为浅蓝色),即使并没有触摸存在。  


图4. 自电容系统受限于X + Y方法测量触摸输入。在不同传感器行上的多点触摸会产生鬼点

  因为今天的操作系统支持四个手指甚至更多,智能手机需要真正的无鬼点多点触摸。市场已期望和要求在触摸屏设备中实现完全多点触摸功能和手势识别功能。仅仅有自电容感应是不够的。

  那么,如何解决这个问题呢?对于一个设备制造商来说,为客户提供最先进的特点,使自己的产品不同于竞争对手是至关重要的,但只使用一种感应方法是难以实现的。最好的方式是选用同时支持自感应和互感应的触摸屏控制器。这可以让设计人员充分利用每一种感应的好处,提供真正独特的功能。某些芯片制造商有两种不同的芯片:一种是自电容,一种是互电容。但是,设备制造商真正需要的是,同一颗触摸屏控制器芯片既支持自电容又支持互电容,可以根据应用在这两种方法之间切换。利用差分信号分析,这种类型的控制器可以使制造商给市场提供真正的防水功能、小笔支持,悬浮触控。

  总之,触摸性能指标如响应时间、刷新率、和准确性都是重要的,但他们并不是用户体验的唯一评估指标。先进的功能提升了触摸屏设备用户体验质量。当你设计用户界面时,用户想要和需要的三个特征是,1毫米触笔支持,真正的防水能力,以及悬浮触控功能。这些特征对于只有一种感应方法的控制器来说是一个挑战,许多演示板在可控环境中可以工作。使用在同一芯片上支持自电容和互电容的触摸屏控制器,能有效在他们之间切换,可以确保这些高级功能在实际环境中的优异表现。它也可以降低材料成本并减小设备尺寸,因为不需要第二颗芯片。这些具有先进功能的设备提升了用户界面标准,使得制造商有机会使自己的产品更有竞争力。

 
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