触摸屏的前世今生

自智能手机普及以来,触摸屏就极大地改变了我们使用电子产品的习惯,通过简单的指尖滑动,日常的娱乐、消费等等就能在手掌大的智能手机上完成。


但如果将时间回拨15年,那时候的人们一定很难想象一块看似简单的屏幕能够如此神奇地改变我们生活的方式。

其实触摸屏比我们想象的更早出现在了人类社会里。


触控的技术概念在上世纪40年代就已经被提出,而第一块真正意义上的触控屏则是在1965年由英国皇家雷达公司的工程师埃里克·亚瑟·约翰逊(Eric Arthur Johnson)制造出来的。约翰逊最初在《Electronics Letters》上发表的文章中描述了他的这项成果,即我们现在所称的电容式触摸屏。

Johnson在《Electronics Letters》上发表的文章

 

电容式触摸屏利用人体的电流感应进行工作,可以简单地将其看成是由四层复合屏构成的屏体:最外层是玻璃保护层,接着是导电层,第三层是不导电的玻璃屏,最内的第四层也是导电层。


其工作原理是:当手指触摸电容式触摸屏时,在工作面接通高频信号,此时手指与触摸屏工作面形成一个耦合电容,相当于导体,手指触摸时在触摸点吸走一个小电流,这个小电流分别从触摸屏的四个角上的电极流出,流经四个电极的电流与手指到四角的直线距离成比例,控制器通过对四个电流比例的计算,即可得出接触点坐标值。


我们现在使用的多数智能手机采用的电容式触摸屏,其实就是以约翰逊的发明为基石发展起来的,但是1965年的电容式触控屏并没有“一举成名”而被投入大规模生产和使用,因为很快就出现了在当时来说更加优越的触控技术——电阻式触摸屏。

1971年当时任教肯塔基大学的萨姆·赫斯特(Sam Hurst)教授在一次偶然的机会中,发明了利用压力改变电流传输的电阻式触控,尽管资助这一项目的学院并不认为这一发明能够在短时间走出实验室投入商业生产,赫斯特博士却认为,只需要通过进一步的改良,这项技术与计算机屏幕的结合将会替代鼠标成为控制计算机更加便捷的方式。


后来的历史证明他的判断是正确的。


由赫斯特博士创立的Elographics公司于1977年正式开发了可以应用在计算机上的电阻式触摸屏,并很快获得了专利,此后便有无数公司在其基础上开发了不同特性的电阻式触摸屏,一直到2007年,电阻式触摸屏都是市场上占有绝对优势的触摸屏类型。


在电阻式触控技术发明之前,其实还有基于红外技术的触摸屏的发明。


PLATO是第一个通用的计算机辅助教学系统,在其发展和完善的过程中,PLATO第四代在其终端引入并配备了具备触控功能的半透明等离子显示器,在这个终端中,学生可以通过触摸屏幕的任意位置来回答问题,PLATO IV也成为第一台在教室使用的触控计算机。


但是这种红外线触控技术由于难以提高屏幕显示的透明度,因此除了在最早的触摸屏计算机中得到应用之外,电阻式触控技术仍然是炙手可热的应用对象。


那么电阻式触控技术在当时为什么比其他的触控技术更快获得市场的认可呢?


首先我们来看看电阻式触摸屏的工作原理。


简单来说电阻式触摸屏就是利用压力感应用控制屏幕的导电状态。其结构基本上是薄膜加上玻璃,薄膜和玻璃相邻的一面上均涂有ITO(Indium Tin Oxides,纳米铟锡金属氧化物)涂层,ITO具有很好的导电性和透明性(既下图中编号2的黄色部分)。


当人的手指触摸屏幕时,薄膜下层的ITO会接触到玻璃上层的ITO,下一步感应器传递出相应的信号,经过转换电路送到处理器,再通过运算转化为屏幕上的X、Y值,从而完成点选的动作,并呈现在屏幕上。

图源:网络


从70年代被发明到90年代长达几十年的时间里,电阻式触摸屏相对于电容式触摸屏都有着明显的优越性:

  1. 电阻式触摸屏操作的触摸操作相对稳定,因为只需要施加一定的压力就能成功操作,不受温度、操作主体以及恶劣环境的影响。

  2. 电阻式触摸屏使用寿命比电容式触摸屏更长。

  3. 电阻式触摸屏生产的成本更为低廉,有利于大规模的商业生产。

80年代开始,随着计算机的便携度逐步改善,科技公司看到触摸屏与计算机结合的商机。惠普是第一个发布将触屏计算机产品的公司,在这之前,惠普已经在计算机生产行业名声大噪,第一个被称为“个人电脑”的计算机产品就是惠普发布的。但是由于设计存在一定的缺陷再加上不符合人体工程学,这次尝试结果并不理想。

HP-150计算机

 

触控技术自发明起就有一个难以解决的技术难点——只能实现单次点击,无法多点同时触控。


为了解决这个问题,1982年多伦多大学研发了一种通过内置摄像机追踪手势的平板电脑,这项技术使得屏幕可以同时读取多个触摸点;


大约在同一时间,美国的计算机设计师迈伦·克鲁格(Myron Krueger)开发了一种光学系统,用以追踪手势运动,而这就是我们今天使用的触摸屏中手势识别功能的先驱;


紧接着在1984年,贝尔实验室的鲍勃·鲍伊(Bob Boie)博士在电容式触控技术的基础上开发了多点触摸屏,用户可以在屏幕上的不同位置同时画出图像,也被公认为第一块真正实现多点触控操作的屏幕。


到了90年代,能够实现多点触摸的技术已经愈加成熟,1993年IBM和电话公司BellSouth联合发布了第一款将触摸屏与电话相结合的手机产品Simon,如今这款手机被认为是真正意义上带有日历、通讯录和记事本的智能手机。

IBM推出的第一款智能手机Simon

 

1998年特拉华大学的教授John Elias和正在攻读博士学位的Wayne Westerman创立了FingerWorks公司,基于韦斯特斯曼的研究,FingerWorks开发了第一批多点触控产品,包括TouchStream LP,MacNTouch和iGesture Pad等产品都广受好评,但是由于价格过高,这些产品在发行之后一直是高端定位,无法真正融入广大消费者。


转机出现在2005年。


这一年苹果公司收购了FingerWorks,连同其所有多点触控专利技术和产品,并将这一技术运用在了即将推出的产品上。


2007年第一台全触摸屏控制的智能手机iPhone问世,史蒂夫.乔布斯在产品发布会上向人们展示了这个小巧简洁的手机,时尚的机身和人性化的控制界面设计,尤其是从左往右滑动的经典解锁界面都给人们留下了深刻的印象,也正是从这一年开始,触摸屏开始逐渐走进并融入我们的生活,成为不可或缺的一部分。


后面的故事相信大多数人都已经亲身经历过了,从iPhone开始,智能手机在多点触摸屏的辅助下实现了许多在从前只能在电脑上完成的功能,我们只需要两只手指轻轻一捏一放就能实现放大或缩小一张图片的操作,手机键盘也不再是必要的,一切操作都能在一张简单的屏幕上进行。

到2020年,触摸屏已经不能算一个新奇的东西了,不仅是我们日常使用的手机和平板电脑,大街上的触摸屏幕也是随处可见,而科学家们也在在努力做出更加大胆的创新。

 

触控技术是否可以脱离载体的限制呢?


实际上,已经有通过光学识别技术在人体上投影触摸屏的技术概念,或许不久的将来,人们出门不仅可以不带钱包,连智能手机也变成了人体的一部分,触摸屏能够投影在任何一个物体上,而科幻电影中的场景也将变成现实。

 

文章来源丨鹅博士

 

关键词:触摸屏展、触控展、显示展