電容屏的軍事需求與國(guó)內(nèi)外的研制狀況

俞紅偉 高麗雯 王春鋒

摘要：文章通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)、外觸摸屏的現(xiàn)狀研究，說(shuō)明了其在軍事指控系統(tǒng)中的簡(jiǎn)明、迅捷優(yōu)勢(shì)，重點(diǎn)介紹了電容式觸摸屏（表面電容式、玻璃和膜投射電容式）的結(jié)構(gòu)及工作原理，以充分表明電容觸摸屏在軍事運(yùn)用上的研究方向和實(shí)用意義。

關(guān)鍵詞：電容觸摸屏；投射式電容屏；觸摸屏技術(shù)

中圖分類號(hào)：TN141 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-2374 （2012）03-0046-04

最早的觸摸屏技術(shù)起源于國(guó)外軍方，當(dāng)時(shí)的單兵智能化武器發(fā)展較快，需要一種方便的瞄準(zhǔn)調(diào)節(jié)器，于是誕生了早期的壓力觸摸屏技術(shù)，讓士兵可以用手指在屏上觸動(dòng)來(lái)調(diào)節(jié)瞄準(zhǔn)顯示器中視野內(nèi)的準(zhǔn)星十字坐標(biāo)。這項(xiàng)技術(shù)的創(chuàng)始人是軍方研究所一位不知名的研究員，他恐怕并沒(méi)有意識(shí)到自己所做的事情對(duì)于現(xiàn)代信息技術(shù)的影響。20世紀(jì)70年代，美國(guó)軍方首次將觸摸屏技術(shù)應(yīng)用于軍事用途。此后，該項(xiàng)技術(shù)逐漸走向民用，一些世界頂尖研究機(jī)構(gòu)的介入，使得新型技術(shù)和產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，其堅(jiān)固耐用、反應(yīng)速度快、節(jié)省空間、易于交流的優(yōu)點(diǎn)也日益得到大眾的認(rèn)同。 由于極大地方便了人們對(duì)計(jì)算機(jī)的操作使用，因此自民用開(kāi)始，觸摸屏技術(shù)就被業(yè)界認(rèn)為是一種極富發(fā)展?jié)摿Φ慕换ナ捷斎爰夹g(shù)。

一、軍事需求

（一）國(guó)際現(xiàn)狀

IPhone采用小尺寸投射電容式觸摸技術(shù)，其絕佳的光學(xué)特性與多點(diǎn)觸摸功能掀起一陣風(fēng)潮，成為近年來(lái)最受矚目的觸摸技術(shù)。逐步應(yīng)用于日常生活各個(gè)領(lǐng)域，其中不僅包括面向行業(yè)領(lǐng)域的電子政務(wù)、銀行、醫(yī)院、電力等部門(mén)的業(yè)務(wù)查詢，也包括面向家庭和個(gè)人用戶的電子游戲機(jī)、通信設(shè)備、信息家電、掌上電腦等產(chǎn)品的應(yīng)用。

在服務(wù)業(yè)、公用信息查詢系統(tǒng)、教育訓(xùn)練，工業(yè)控制，軍事指揮控制等領(lǐng)域。有些技術(shù)應(yīng)用也已發(fā)展得相當(dāng)成熟，例如，在服務(wù)業(yè)方面，國(guó)外已將觸摸屏開(kāi)發(fā)應(yīng)用到了cd盒帶零售業(yè)、自助快餐業(yè)、視頻音樂(lè)點(diǎn)播業(yè)電子付款銷售業(yè)等領(lǐng)域；公用信息查詢系統(tǒng)是目前國(guó)內(nèi)外觸摸屏技術(shù)應(yīng)用得比較普遍、成熟的一個(gè)領(lǐng)域，如郵政業(yè)務(wù)查詢、銀行賬務(wù)查詢、運(yùn)動(dòng)場(chǎng)入場(chǎng)券查詢預(yù)訂等；在教育訓(xùn)練方面，著名的是波音公司將觸摸屏技術(shù)應(yīng)用到飛行訓(xùn)練上，波音公司從波音747開(kāi)始，用基于觸摸屏的訓(xùn)練單元來(lái)制作座艙模型，取代原座艙控制系統(tǒng)，用以仿真訓(xùn)練飛行員，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)易化，產(chǎn)生很大影響；在工業(yè)控制方面、軍事指揮控制等領(lǐng)域，各發(fā)達(dá)國(guó)家更是不遺余力地將觸摸屏技術(shù)引用進(jìn)來(lái)。在美國(guó)空軍警戒系統(tǒng)部門(mén)采用該技術(shù)作為臺(tái)式計(jì)算機(jī)訓(xùn)練模擬。在航天空間站、衛(wèi)犀測(cè)控、雷達(dá)技術(shù)、作戰(zhàn)指揮等諸多軍事技術(shù)高精尖部門(mén)，都使觸摸屏顯露身影。

（二）國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上，一開(kāi)始觸摸屏主要是應(yīng)用于公共場(chǎng)所的信息查詢系統(tǒng)上。當(dāng)初只是顯示菜單選擇的畫(huà)面，讓顧客逐個(gè)點(diǎn)按的簡(jiǎn)單系統(tǒng)，其軟件處理速度和觸摸屏耐久性等方面都存在的水平較低的問(wèn)題。近幾年，隨著國(guó)內(nèi)觸摸屏制造、開(kāi)發(fā)能力的增強(qiáng)，計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力的提高和顯示技術(shù)的進(jìn)步，業(yè)界專家開(kāi)發(fā)出了各種適合個(gè)性化用途且具備耐久性和可靠性的觸摸屏。現(xiàn)在，在不少公共場(chǎng)所中（如車(chē)站的售票機(jī)、圖書(shū)館的檢索終端等）都應(yīng)用了觸摸屏。另外，觸摸屏也被應(yīng)用在現(xiàn)代工廠所使用的機(jī)器設(shè)備，作為一種操控面板。除此之外，以POS系統(tǒng)為中心的銷售處理系統(tǒng)、便攜式信息終端和自動(dòng)記錄儀等方面通過(guò)采用觸摸屏，其工作的便利性得到了大大增強(qiáng)。

（三）軍事應(yīng)用特點(diǎn)

隨著多媒體和圖形用戶界面的興起，傳統(tǒng)的鍵盤(pán)輸入技術(shù)面臨著新型觸摸屏技術(shù)的挑戰(zhàn)。在軍事訓(xùn)練模擬中，觸摸屏已取代鍵盤(pán)且增長(zhǎng)迅速。傳統(tǒng)的鍵盤(pán)輸入技術(shù)無(wú)論在商用或軍事系統(tǒng)中均面臨著新型觸摸屏及觸摸按鍵技術(shù)的挑戰(zhàn)。

在軍事應(yīng)用中，海軍、空軍指揮系統(tǒng)也已開(kāi)始引用觸摸屏技術(shù)來(lái)提高作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)的效率。指控系統(tǒng)是一個(gè)信息收集、處理、利用的系統(tǒng)，它的一個(gè)最基本的功髓之一就是需要對(duì)信息作出綜合分析，以便于指揮人員對(duì)信息加以利用，根據(jù)綜合態(tài)勢(shì)作出及時(shí)、相對(duì)準(zhǔn)確的決策指揮，以達(dá)到消滅敵人，保存自己的目的。在對(duì)信息作出綜合顯示中，實(shí)時(shí)、快速、簡(jiǎn)練、智能化的人機(jī)交互方式是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。在提高人機(jī)交互能力方面，應(yīng)該說(shuō)語(yǔ)音技術(shù)是最自然、最方便的一種人機(jī)交互工具。但目前在這方面還有許多關(guān)鍵問(wèn)題有待于突破，語(yǔ)音識(shí)別輸入技術(shù)日前還僅限于大詞匯量，特定人這一最高程度，雖然其識(shí)別率比較喜人、但在惡劣的作戰(zhàn)環(huán)境下，其實(shí)用性還是存在著嚴(yán)重挑戰(zhàn)。相比較而言，觸摸屏技術(shù)應(yīng)用發(fā)展得比較成熟，以圖形方式通過(guò)視覺(jué)交互也是比較自然、方便的，完全可以避開(kāi)面對(duì)控制鍵、操縱桿而一籌莫展的煩惱，能夠做到信息綜臺(tái)顯示的智能化，達(dá)到交互友好、快速、簡(jiǎn)練的日常應(yīng)用。概括地說(shuō)在指控系統(tǒng)中增設(shè)觸摸屏后，能帶來(lái)以下優(yōu)點(diǎn)：

1．能夠獲得友好的人機(jī)界面。觸摸屏在圖形技術(shù)的支撐下。能夠根據(jù)實(shí)際需要設(shè)計(jì)出非常漂亮的人機(jī)界面。從二維的到立體的，從單色的到彩色的，只要在相應(yīng)硬件和軟件環(huán)境支持下，就可以設(shè)計(jì)出符臺(tái)實(shí)際需要的人機(jī)界面，操作人員只需在屏幕上根據(jù)罔標(biāo)就可以進(jìn)行控制信息輸入，觸摸屏可根據(jù)操作人員輸入的不同信息，變換不同的控制信息界面，以直觀的形式將不同的控制命令顯示在屏幕上。操作人員在這里完全只需直接按單一點(diǎn)觸的方式輸入信息，方便、簡(jiǎn)練。特別是在指控系統(tǒng)中，對(duì)于高層的指揮官而言，他們一般富于指揮經(jīng)驗(yàn)，但他們卻沒(méi)有必要去培訓(xùn)如何操作鍵盤(pán)。在這種情況下，有了觸摸屏以后，他們就可以只需根據(jù)觸摸屏顯示的指控命令、直接坐在觸摸屏終端上進(jìn)行點(diǎn)觸，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)指揮和演練的目的。

2．能夠達(dá)到簡(jiǎn)易靈活化。在現(xiàn)代指控系統(tǒng)的發(fā)展中，對(duì)于信息的綜臺(tái)顯示采用多功能顯控臺(tái)技術(shù)已成為主流。實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)重組足多功能鍵控臺(tái)的一個(gè)主要特色，因此顯控臺(tái)的人機(jī)界面應(yīng)能隨其狀態(tài)的變化而改變，以便快速重組界面簡(jiǎn)化操作，這就勢(shì)必要求在顯控臺(tái)中采用軟件可定義鍵盤(pán)，即智能鍵盤(pán)。觸摸屏技術(shù)就能很好的滿足這一需求，因?yàn)椴捎糜|摸屏作為軟件可定義鍵盤(pán)，由程序設(shè)計(jì)的模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化，根據(jù)實(shí)際需要調(diào)用和組臺(tái)相關(guān)的接口函數(shù)，就可以隨時(shí)根據(jù)系統(tǒng)的要求快速進(jìn)行擴(kuò)充和裁剪，提供比機(jī)械式鍵盤(pán)更靈活、更形象、更快速的輸入方式。除此以外引用觸摸屏作為鍵盤(pán)輸入信息命令，還能達(dá)到美觀、結(jié)構(gòu)緊湊的特點(diǎn)。一個(gè)A4紙張?zhí)〉挠|摸屏鍵盤(pán)就可以取代龐大的指揮控制臺(tái)，將物理輸入設(shè)備實(shí)現(xiàn)的輸入功能簡(jiǎn)化到用觸摸屏軟件可定義鍵盤(pán)實(shí)現(xiàn)，顯然其意義是不言而喻的。單兵手持終端，軍用電臺(tái)，便攜式電腦等設(shè)備中，人機(jī)交互界面都可以使用到觸摸屏這種便于人機(jī)交流的電子器件。

二、電容式觸摸屏在軍事上的研究

一個(gè)觸摸屏系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)一般包括兩個(gè)部分：觸摸檢測(cè)裝置和觸摸屏控制卡。觸摸板裝置檢測(cè)用廣在觸摸屏上的觸摸位置，并將該信息傳送給觸摸屏控制卡，觸摸屏控制卡上有自己的處理和監(jiān)控程序，它將接收的觸摸屏信息轉(zhuǎn)換成觸點(diǎn)的坐標(biāo)，發(fā)送給計(jì)算機(jī)，并接收和執(zhí)行計(jì)算機(jī)的指令。按工作原理分，觸摸屏有以下幾類：

矢量壓力傳感技術(shù)觸摸屏、電阻技術(shù)觸摸屏、電容技術(shù)觸摸屏、紅外線技術(shù)觸摸屏、表面聲波技術(shù)觸摸屏。其中以電容技術(shù)觸摸屏為目前市場(chǎng)發(fā)展最為優(yōu)越并加以重點(diǎn)介紹。

電容式觸摸屏采用的是電容探測(cè)技術(shù)，所偵測(cè)的信號(hào)來(lái)自于因觸碰而引起的微量變化。按工作原理的不同，可大略分為表面電容式觸摸技術(shù)（SCT，Surface Capacitive Touch）與投射電容式觸摸技術(shù)（PCT，Projected Capacitive Touch）。前者常見(jiàn)于大尺寸戶外應(yīng)用，而后者常見(jiàn)于中小尺寸應(yīng)用。

表面電容式觸摸屏（SCT）的構(gòu)造主要是在玻璃屏幕上鍍一層透明的薄膜體層，再在導(dǎo)體層外加上一塊保護(hù)玻璃，雙玻璃設(shè)計(jì)能徹底保護(hù)導(dǎo)體層及感

應(yīng)器。

如圖1所示：SCT在觸摸屏四邊均鍍上狹長(zhǎng)的電極，在導(dǎo)電體內(nèi)形成一個(gè)低電壓交流電場(chǎng)。在觸摸屏幕時(shí)，由于人體電場(chǎng)，手指與導(dǎo)體層間會(huì)形成一個(gè)耦合電容，四邊電極發(fā)出的電流會(huì)流向觸點(diǎn)，而電流強(qiáng)弱與手指到電極的距離成正比，位于觸摸屏幕后的控制器便會(huì)計(jì)算電流的比例及強(qiáng)弱，準(zhǔn)確算出觸摸點(diǎn)的位置。電容觸摸屏的雙玻璃不但能保護(hù)導(dǎo)體及感應(yīng)器，更有效地防止外在環(huán)境因素對(duì)觸摸屏造成影響，就算屏幕沾有污穢、塵埃或油漬，電容式觸摸屏依然能準(zhǔn)確算出觸摸位置。

圖1表面電容式觸摸屏工作原理圖示

（一）投射式電容屏

投射式電容屏（PCT）是采用投射電容觸控技術(shù)的屏幕，投射電容觸控技術(shù)屬于數(shù)字式偵測(cè)觸控點(diǎn)技術(shù)，原理是以表面電容觸控技術(shù)為概念，并將電極蝕刻成長(zhǎng)條狀以形成圖案化電極，當(dāng)手指接近時(shí)，控制器可迅速測(cè)知電容值改變，藉以測(cè)得觸控位置。

圖2 投射式電容屏結(jié)構(gòu)原理示意圖（俯視、剖面）

如圖2所示，感應(yīng)器上鍍有X、Y軸的ITO圖案，當(dāng)手指觸摸觸控屏幕表面時(shí)，觸碰點(diǎn)下方之電容值根據(jù)觸碰點(diǎn)遠(yuǎn)近而增加，感應(yīng)器上連續(xù)性的掃描探測(cè)到電容值的變化，控制芯片記算出觸控點(diǎn)并回報(bào)給處

理器。

1．玻璃投射電容結(jié)構(gòu)。

圖3玻璃投射電容結(jié)構(gòu)圖

2．膜投射電容結(jié)構(gòu)。

（1）表層玻璃與雙面ITO玻璃均為強(qiáng)化玻璃，其中表層為非導(dǎo)電類的玻璃。

（2）表層玻璃與雙面ITO玻璃之間的光學(xué)透明膠即為我們通常所說(shuō)的OCA膠。

投射電容技術(shù)需先將電極圖案化，因此可以一次偵測(cè)多點(diǎn)觸控點(diǎn)訊號(hào)；除此之外，投射電容觸控面板只需輕觸就能感應(yīng)，耐用程度因而較佳，其透光（Light Transmission）可達(dá)90%以上，較電阻式的透光（約82%）及表面電容式的透光（約87%）高，另反應(yīng)速度也優(yōu)于電阻式觸控產(chǎn)品，訊號(hào)漂移現(xiàn)象也較表面電容式少，因此在突破低良率、高成本的限制后，投射電容已成為未來(lái)觸控屏幕的主流技術(shù)。

圖4膜投射電容結(jié)構(gòu)圖示

（二）電容屏在軍事上應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)

寬溫抗振電磁屏蔽型觸摸屏的研制對(duì)于通訊系統(tǒng)的可靠性而言可以說(shuō)是影響深遠(yuǎn)，意義重大。電容觸摸屏的雙玻璃不但能保護(hù)導(dǎo)體及感應(yīng)器，更有效地防止外在環(huán)境因素對(duì)觸摸屏造成影響，就算屏幕沾有污穢、塵埃或油漬，電容式觸摸屏依然能準(zhǔn)確算出觸摸位置，雖在低溫情況下電容會(huì)出現(xiàn)一定的漂移，通過(guò)電路進(jìn)行偏移計(jì)算可進(jìn)行補(bǔ)足，而沒(méi)有天生的缺陷，故在考慮軍用觸摸屏幕式我們將電容式觸摸屏作為首選。電容屏在軍事上的應(yīng)用也有著傳統(tǒng)輸入設(shè)備所無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，將使得操作更加快速、精確、穩(wěn)定，進(jìn)一步提高軍事效率。

1．電容觸摸屏可以實(shí)現(xiàn)多指觸摸，快速的響應(yīng)時(shí)間結(jié)合手勢(shì)運(yùn)用，方便快捷實(shí)現(xiàn)各種功能，例如兩指分開(kāi)放大地圖、兩種收攏縮小地圖、一指固定一直移動(dòng)旋轉(zhuǎn)地圖等。電容觸摸屏手勢(shì)的運(yùn)用使得操作簡(jiǎn)單、相對(duì)于以往的鍵盤(pán)式可以更快地實(shí)現(xiàn)功能，非常人性化。而且電容屏對(duì)觸摸感應(yīng)很靈敏，只需接觸即點(diǎn)擊，而傳統(tǒng)的電阻式觸摸屏需要一定的力量按下才能點(diǎn)擊，造成漏點(diǎn)擊，這點(diǎn)可以看出，電容式觸摸屏避免了漏點(diǎn)擊，也就避免操作失誤造成的錯(cuò)誤

指令。

2．在單兵設(shè)備上，體積需要把握得很好，做到體積越小越好。對(duì)于帶有顯示器件電子設(shè)備而言，需要大面積的開(kāi)孔以容納顯示屏幕，因顯示屏幕而引起的開(kāi)孔，往往成為電磁干擾的重災(zāi)區(qū)域，若在顯示屏和觸控屏幕之間再增加抗干擾器件，會(huì)大大降低顯示亮度，影響顯示效果，增加持用設(shè)備的重量，而電容觸摸屏可以直接做在顯示屏上，輸入設(shè)備和顯示設(shè)備合二為一，體積自然就小了，這樣就可以做成更大的顯示屏，單屏顯示更多的作戰(zhàn)內(nèi)容。

3．傳統(tǒng)的電阻式觸摸屏在點(diǎn)擊時(shí)容易出現(xiàn)飛筆、斷筆，電容觸摸屏可以有效的避免這些情況，可以做到接觸即點(diǎn)擊，猶如去摸紙張一樣方便。電容觸摸屏還有一點(diǎn)優(yōu)勢(shì)是傳統(tǒng)的輸入設(shè)備所沒(méi)有的，其需要手指去進(jìn)行操作，其它對(duì)象的接觸不能引起電容觸摸屏的點(diǎn)擊，這樣就避免了其它對(duì)象的誤觸。在戰(zhàn)時(shí)，配合鎖屏的功能，完全可以避免操作者不知情的情況下，因誤操作而引起的無(wú)法預(yù)料的情況發(fā)生。

三、結(jié)語(yǔ)

由于中國(guó)幅員遼闊，冬季高寒區(qū)域相當(dāng)廣泛，例如新疆阿爾泰、喀喇昆侖等地區(qū)，每年冬季氣溫極低。武器裝備雖是“鋼筋鐵骨”，但受?chē)?yán)寒影響也會(huì)“感冒發(fā)燒”。有關(guān)實(shí)驗(yàn)表明：武器裝備在-30℃以下條件下，其作戰(zhàn)性能平均降低25%。-35℃以下條件，其作戰(zhàn)性能平均降低50%以上。同樣，太陽(yáng)暴曬引起的高溫也會(huì)影響電子設(shè)備性能。作為人機(jī)交流的重要界面，若在高溫或高寒環(huán)境下性能缺失，會(huì)大大影響軍隊(duì)的戰(zhàn)斗力和國(guó)防的護(hù)衛(wèi)能力。

電子設(shè)備在振動(dòng)環(huán)境下，由于振動(dòng)的疲勞效應(yīng)以及共振現(xiàn)象，可能出現(xiàn)電性能下降，零部件失效，疲勞損傷甚至破壞的現(xiàn)象，據(jù)統(tǒng)計(jì)，在引起電子設(shè)備失效的環(huán)境因素由振動(dòng)因素引起的約占27%，所以對(duì)電容屏結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高設(shè)備的抗振動(dòng)能力，是保障產(chǎn)品性能和可靠性的重要手段。若在振動(dòng)的環(huán)境下，導(dǎo)致人機(jī)交流的界面性能下降或失效，也將大大引起通訊價(jià)值的時(shí)效性。因此，電容屏在軍事上應(yīng)用的解決方案就成為了業(yè)界研究的對(duì)象，本文下篇將對(duì)此內(nèi)容進(jìn)一步闡述。

作者簡(jiǎn)介：俞紅偉（1967-），女（回族），寧夏銀川人，南京中電熊貓電子產(chǎn)業(yè)集團(tuán)南京華日液晶顯示技術(shù)有限公司工程師，研究方向：觸摸屏及液晶模組相關(guān)開(kāi)發(fā)。

（責(zé)任編輯：趙秀娟）