为什么手机屏幕只认手指,却不受别的控制捏?(科普解惑龙)

每次指尖轻轻一划,一点,应用便应声而开。

为什么这些屏幕似乎只认识我们的手指,而对普通的笔帽、钥匙、或者隔着厚手套的触摸却无动于衷?

答案就在那块玻璃底下捏!我们今天使用的绝大多数智能设备的屏幕,都属于电容式触摸屏。

要想理解它的工作原理,我们首先需要认识两个关键人物:看不见的“电网” 和 我们自己这个导体。

玻璃下微观透明的静电场手机屏幕玻璃下方,覆盖着一层微观且透明的“电网”。这层网络并非由金属丝构成,而是由一种叫做氧化铟锡的透明导电材料制成。

这层材料被蚀刻成横向和纵向的电极矩阵,形成了一个纵横交错的电极网络。

屏幕通电后,纵横交错的电极之间会形成一个持续、稳定且均匀的静电场。

静电场覆盖了整个屏幕的表面。屏幕内部的控制器则在时刻不停地以极高的频率监测湖面上每一个点的电荷量,也就是电容值。

在没有触摸发生时,整个湖面的电容值是稳定且均匀的。

人体的导电性人体大约70%由水构成,并含有大量的电解质,所以我们的身体是一个天然的优良导体。

这意味着电流可以在我们体内相对自由地流动。

当我们用手指去接触屏幕时,实际上是将一个巨大的“导体”接入了屏幕的电场系统。

触摸的瞬间会发生什么?先是电场耦合。作为导体的指尖与屏幕表面的静电场发生耦合。简单来说,你的手指和屏幕的电极网络之间形成了一个耦合电容器。

再是电荷被偷走。由于人体这个“导体”的介入,它会瞬间吸走触摸点附近的一部分电荷,这导致了触摸点位置的电容值发生了显著的下降。

然后是定位与响应。这个微小的电容变化,就像在平静的湖面上投下了一颗石子,控制器会立刻检测到这个电容降低的位置,并通过交叉在触摸点的横向与纵向电极,精确计算出触摸点的X、Y坐标。

最后再指令传达。一旦坐标被确定,控制器就会将这个信息(坐标(x, y)处发生了一次点击)发送给手机的CPU。CPU随即执行相应的指令。

整个过程从手指接触到系统响应,通常在几十毫秒内完成,快到我们几乎无法察觉。

那为啥其他物品不行捏?因为这些物品如塑料、木头、布料等,都是绝缘体。

它们内部的电子被原子核束缚得很紧,难以自由移动,因此导电能力极差。

当它们接触屏幕时,无法像导体一样与屏幕的静电场发生有效的耦合,也无法偷走电荷来改变屏幕的电容值,自然屏幕没有反应捏。

那为什么平板的电容笔可以在手压住平板的时候写字捏?先容我介绍一下手写笔:

电容笔它并非一根简单的笔。它的笔尖通常由导电橡胶或金属纤维等导电材料制成。

当你手握电容笔时,你的身体通过这支笔与笔尖相连,使得笔尖也变成了一个导体。

这样,它就能够像手指一样,有效地改变屏幕的电容,从而被识别。

再来说为什么手写笔能无视手掌?(防手掌误触技术) 虽然手掌也是导体,但是当我们在平板上用Apple Pencil手写笔写字画画时,靠在屏幕上的手掌却不会留下痕迹。这就要归功于主动式电容笔技术和防手掌误算法了。

主要是Apple Pencil这样的主动笔内置了独立电源和复杂的电子元件,工作原理稍显复杂。

1.首先它有专属的触碰信号:

主动笔会持续向屏幕发射自己独特高频率的电磁信号。

2.然后又有屏幕优先识别:

屏幕下的数字转换器能够接收并优先识别来自手写笔的专属信号。

当它同时检测到手写笔的精确信号和手掌造成的大面积电容变化时,系统会默认笔的输入是有效的,而手掌的输入是无效的。

3.再包括智能算法辅助:

算法进一步分析触摸的特征来区分笔尖那样的小而精确的触点,和手掌侧面那样大面积、不规则且相对静止的触点。

当检测到笔的信号时,系统会自动忽略掉手掌特征的触摸区域。

简单来说,就是软硬件协同作战。手写笔主动发射信号获得优先识别,而平板的系统通过智能算法,精准地屏蔽掉手掌这些干扰,从而让你能像在纸上一样,自然地将手靠在屏幕上进行创作了捏

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