指尖上的科技

劉思博

如今觸摸屏已經發展成為數碼產品使用最廣泛的一類產品，從手機到平板電腦，而今就連筆記本的發展也已經全面轉向了觸控操作。談到觸摸屏，我們就不由得會想到蘋果，因為蘋果是率先使用電容屏到自家產品上的，并將觸摸體驗提升到了一個全新的高度進而讓全世界人們對這種全新的觸摸體驗認可并由此依賴。事實上，如今的觸摸屏是經過了一段相當長期的發展過程。現在，就讓我們回過頭來看看那些具有劃時代意義的觸摸屏產品吧！

1971年

美國人山姆·赫斯特（Sam Hurst）發明了世界上第一個觸摸傳感器，被視為觸摸屏技術發展的開端。當年，赫斯特在肯尼迪大學教書，因為每天要處理大量的圖形數據而不勝其煩，就開始琢磨怎樣提高工作效率，用最簡單的方法搞定這些繁瑣的圖形。他把自己的三間地下室改造成了車間，一間用來加工木材、一間制造電子元件、一間用來裝配這些零件。在這里最終制造出了最早的觸摸屏。這種觸摸屏被命名為“AccuTouch”，由于是手工組裝，一天生產幾臺設備。1973年，這項技術被美國《工業研究》雜志評選為當年100項最重要的新技術產品之一。

不久之后，赫斯特成立了自己的公司，并和西門子公司合作，不斷完善這項技術。這個時期的觸摸屏技術主要被美國軍方采用，直到1982年，赫斯特的公司在美國一次科技展會上展出了33臺安裝了觸摸屏的電視機，普通用戶才第一次親手“摸”到神奇的觸摸屏。

1983年

到了上個世紀八十年代早期，當一些公司還在手忙腳亂地生產鼠標的時候，惠普公司于1983年推出了其第一臺商用觸摸屏電腦：HP-150。屏幕上網格紅外線可記錄手指運動，但其感應器會堵塞灰塵需要經常清潔。這臺PC配置了MS-DOS操作系統和Intel 8088微處理器，它最初被當作一個帶有可觸摸的屏幕組件的數據終端。研發團隊們集思廣益出有創造性的新方式來利用這個屏幕。HP-150安裝了兩個3-1/2英寸HP 9121磁盤驅動器。這是首個美國商用的3-1/2英寸軟盤驅動器。這些驅動器更便宜、更可靠，并可以保存和5-1/4英寸IBM兼容驅動器同樣數量的信息。它被作為現在惠普的Touchsmart電腦的前身而被人們記住。

1993年

時間進入九十年代，觸摸屏技術開始在民間獲得了不小的發展。那時的觸摸屏主要以電阻式觸摸屏為主，被廣泛應用在任天堂的DS掌上游戲機、PDA等產品上。其中具有代表性的就屬蘋果公司的這款Newton PDA掌上電腦了。

這款稱為Newton Message Pad的產品使用了蘋果公司自己開發的操作系統，是世界上第一款沒有鍵盤，使用觸控筆來操作的掌上電腦，這種全新的硬件形式也確定了今后掌上電腦的發展方向，成為現代掌上電腦的鼻祖。不過，創新并不意味著成功，由于糟糕的手寫識別問題和昂貴的價格，Newton總共只賣出了不到30萬臺，加上重新入主蘋果的喬布斯把主要精力集中在個人電腦核心業務上，Newton最終以失敗告終，1998年初，蘋果公司徹底停止了Newton的生產。

1993年

同年，IBM還聯合貝爾公司，發布了世界上第一個配備觸摸屏的移動電話“Simon”。它是世界上公認的第一部智能手機，由IBM與BellSouth合作制造。在當年制造時，它就已經集手提電話、個人數碼助理、傳呼機、傳真機、日歷、行程表、世界時鐘、計算器、記事本、電子郵件、游戲等功能于一身。其最大的特點就是，沒有物理按鍵，輸入完全靠觸摸屏操作。這在當時造成了不小的轟動。1994年全面上市時的價格為899美元，在美國有近200個城市在銷售“Simon”。

1996年

接下來，Palm出現了。1996年的4月，第一部PalmPilot掌上電腦Pilot 1000問世了，它使用的是自家開發的Palm OS 1.0操作系統，只有256K內存，隨后，配備了512K內存的Pilot 5000也上市了。

在開始的5個月時間里，PalmPilot銷量平平，然而很快，人們就發現這個小玩意兒使用簡單，能與個人電腦同步數據，而且價格還十分便宜。因此PalmPilot的銷售迅速增長，同年還獲得了PC Computing的“年度易用產品”MVP獎。雖然當時Pilot的功能還十分簡陋，但是它已經具備了后來Palm的很多特征，從外型、按鈕布局到手寫識別系統。不過Palm公司雖然在技術上是成功的，卻不是一個商業上成功的公司，最終導致了被惠普公司收購的命運。

2000年

微軟創始人比爾蓋茨看到手持平板終端的市場前景，并于2002年推出了搭載Windows XP系統的平板電腦，不過因價格高昂少有人問津。

2004年

進入21世紀，觸屏智能手機普遍流行，諾基亞Symbian系統手機、微軟Windows Mobile以及索尼愛立信UIQ平臺手機在此浪潮中推波助瀾。

2007年

蘋果的iPhone震驚了智能手機行業，蘋果開始在第一代iPhone手機上采用“投射式”電容觸摸屏技術，它的電極排列更精密，引發了手機行業的一場革命。iPhone觸摸屏的供應商是來自臺灣的宸鴻（TPK）。TPK創始人江朝瑞最先帶著這一技術拜訪的公司其實是諾基亞，但這個技術沒有被當時的諾基亞采用。

后來發生的我們都知道，觸摸屏開始出現在越來越多的手機上。市場研究集團NPD DisplaySearch發布的報告說，在2011年的時候，電容式觸摸屏已經替代了電阻屏，成為手機行業的主流技術。

2008年

微軟推出了一款8500美元的觸屏電腦，相對來說更適合商用而不是家用，該系統可以供多人同時觸控電腦，而2009年推出的Windows 7系統使得家用電腦支持多點觸控。

2010年

iPad誕生，這是一款蘋果公司于2010年發布的平板電腦，定位介于蘋果的智能手機iPhone和筆記本電腦產品之間，通體只有四個按鍵，與iPhone布局一樣，提供瀏覽互聯網、收發電子郵件、觀看電子書、播放音頻或視頻、玩游戲等功能。

起初，iPad被指“僅僅是一部大的iPhone”，缺少攝像頭以及多任務處理等問題被廣為詬病。但在美國發布后的一個月內，iPad銷售量就突破了100萬臺。

2012年

這一年，觸摸屏工藝得到了更多的突破。諾基亞在Lumia系列手機上的“超敏感觸摸屏”將傳感器和顯示屏融合在了一起。

過去，傳統的手機觸摸屏從外向內由四個部分組成，分別是蓋板、非集成式傳感器、顯示屏、機身，其中傳感器又是由感應器和傳送器兩個組件組成的，這兩個組件共同負責處理手指按壓屏幕時所產生的靜電信號。在這種設計中，顯示器必須首先通過傳送器，才能接收到感應器發出的信號。

而對于超敏感觸摸屏，感應器和傳送器的位置都發生了變化：傳送器挪到了顯示屏背部，而感應器則直接放置在了顯示器上方，變成了顯示屏的正面。

這個調整帶來了兩點好處。首先是節約電量，因為超敏感觸摸屏不會像普通屏幕那樣，由于分離式的傳感器設計吸收了顯示屏發出的一部分光，導致收集消耗額外電量；另一個更明顯的變化是抗干擾能力的提升。此前有其他介質，比如帶著手套就無法操控電容屏，原因在于手套干擾了電場，使手指與觸摸屏接觸產生的電流受到影響，無法完成準確的觸摸操控。現在通過傳感器直接接觸顯示屏，幫助傳感器捕捉更弱的觸摸信號，比如來自指尖、手套和手帕的觸摸信號，使“戴著手套操作觸摸屏”成為可能。

這種將顯示屏盡可能接近感應器的設計正在成為觸摸屏行業的一大趨勢，它主要被分為“In-cell”和“On-cell”兩種模式，前者是液晶面板內部直接嵌入觸摸傳感器，后者則是像“超敏感觸摸屏”一樣，在顯示面板的上方安裝傳感器。

相比On-cell，In-cell將過去的兩層屏幕變成了一層，它帶來更薄的機身，也通過觸摸層的整合減少零部件數量。蘋果iPhone5是最先采用了這種觸摸屏技術的手機，只是將傳感器直接嵌入顯示屏的工藝還有些復雜，因此仍然面臨產品合格率不夠高的問題。

2013年

并不是所有廠商都從超靈敏的角度去嘗試突破觸摸屏領域的局限。索尼就在自己的智能手機上使用了懸浮觸控技術（Floating Touch）。這項由索尼移動和Cypress Technologies聯合研發的技術也是業界最受關注的觸摸屏技術之一。

從技術角度而言，浮空觸屏技術是將兩種類型的觸摸屏——互電容（Mutual Capacitance）和自電容（Self-Capacitance）進行了結合。

索尼移動通信的相關人士表示，這一技術必須合理排列兩種電容，并對觸摸傳感器的控制軟件進行調整。如果軟件太靈敏，就失去了精準度，無法實現傳統的多點觸控；而如果靈敏度不足，就感應不到在屏幕上空的“觸控”操作。

自電容在早期的智能手機上比較常見。其技術特點是感應信號強大，支持“靠近”屏幕上方，而不是直接接觸屏幕的手指動作進行偵測。但自電容屏幕能感應的真實坐標有限，比如在四個坐標中，只會感應到其中的兩個點，而另外兩個則被稱為“鬼點”，與電阻式觸摸屏一樣，它無法實現多點觸摸。

互電容被廣泛用于現在的主流智能手機。它在手指與兩組電極交叉的地方形成電容，所有的橫向和縱向交叉點上，每一個電容值的大小都可以得到識別和測量，計算出每個觸摸點的真實位置。但互電容傳感器的電場很小，以至于信號強度很低，無法感應到那些非常弱小的信號—這也是過去的觸摸屏無法支持戴手套操作的原因。

在結合了互電容與自電容之后，“浮空觸屏”可以通過兩種方式與人的手指進行互動：當手指在屏幕上方時使用自電容進行感應，而當手指接觸屏幕時則使用精準度更高的互電容。這一技術目前還有一個最大的問題：當進行“浮空”操作時，它是沒有辦法實現多點觸控的。不過它仍然是可以讓應用程序設計師有更多發揮空間的一項令人興奮的技術。而如今的更多的“非手部接觸”式操控技術也開始嶄露頭角。除了被廣為宣傳的“手勢操作”，還有“眼球控制”。這些技術都讓觸摸屏技術遇到了不小的新挑戰。也讓人與終端設備有了更豐富的互動方式。這些技術還不夠成熟，所以如今觸摸并不會馬上被取代，但它似乎也應該開始考慮還能夠走多遠了。