許多觸控螢幕的操作功能都是由手指來執行，包括撥打電話、選擇應用程式、簡單的手勢以及選擇清單中的項目，用指尖就能輕易完成。這些動作以往都是透過按鈕、旋鈕或滑桿來執行，但有些，則非9mm寬的手指可以辦到的動作。

手機加入觸控筆後，最大的介面改良就是手寫辨識，手寫功能對於亞洲字元尤其重要，這些國家的文字不容易用鍵盤來輸入。觸控筆的優勢不僅限於此，筆尖接觸到小面積區域，容許你看到更多螢幕上的內容。觸控筆支援的應用能採用較小的圖標，僅須利用次數較少的觸控動作就能啟動想要的功能。細頭觸控筆在編輯相片與文字時比手指更為便利，細頭觸控筆搭配較快的更新率，即可同時支援手寫註記與簽名的功能。

電阻式觸控螢幕的缺點

任天堂的Gameboy DS系列遊樂器採用的塑膠觸控筆，正是電阻式觸控筆最好的例子。它擁有質地堅硬的尖細塑膠筆頭，使用很方便也較不會遮到視線。但由於Gameboy採用電阻式觸控螢幕，因此存在許多缺點。

電阻式觸控螢幕內含一個彈性的頂層，接著依序是一層ITO（氧化銦錫）材料、中空間隔層以及另一層ITO。螢幕面板中有4條線路接到ITO層：包括連結到X層左側與右側，以及連結到Y層的頂部與底部。當彈性頂層受到按壓後接觸到下方的元件層時，系統就會偵測到觸控動作。觸碰的位置經由兩個步驟來偵測：第一，X右側收到一個電壓，X左側驅動到接地端，接著Y軸感測器讀取到電壓值。這個步驟能得到X軸的座標。這個程序再到另一個軸向重覆做一次，即可判斷出手指的實際位置。

電阻式技術存在許多缺點。彈性頂層的透光率僅有75%至80%，而且電阻式觸控螢幕的量測程序存在許多產生錯誤的來源。如果ITO層材質不均勻，那麼感測器的電阻就不會呈線性分佈。系統要求量測到的電壓達到10或12位元的精準度，但這在許多環境中卻難以達到。現有許多電阻式觸控螢幕需要定期校正，以便讓觸控點對齊到底層的LCD圖像。

電容式觸控筆有辦法嘛？

另一方面，投影式電容式觸控螢幕是許多新設計的首選，因為它們是唯一能提供真正多點觸控反應的技術。但要在投射式電容觸控螢幕上使用觸控筆，則是一項艱鉅的挑戰。因為電阻式觸控螢幕是直接對壓力做反應，在使用觸控筆時它會自然反應。電阻式觸控筆的主要挑戰，是確保觸控筆不會刮傷螢幕。在電容式觸控系統中，電容輸入訊號大約和手指或其他導電物體所覆蓋到感測器的位置成比例，第一代電容式觸控筆則模擬手指產生的輸入電容。

第一代的電容式觸控筆有許多共有的特性，它們在螢幕上覆蓋較大的面積，以獲得最大的電容反應。其作法有兩種。一者是用平坦筆尖，觸控筆上有一個彈性的接頭或彈簧，讓筆尖能停留在觸控螢幕上。在網路上搜尋一輪將發現許多商業與DIY觸控筆，還有其他種類的電容式觸控筆，有著許多彈性材質的筆尖，包括使用導電的泡棉或導電塑膠，以模擬真實手指接觸到螢幕。

《圖一　第一代觸控筆（上方）利用導電的泡棉或有角度的筆尖用來模擬真實手指 》

兩種觸控筆的設計都有一些優點。它們讓你在使用觸控螢幕時獲得更高的精準度，它們支援一定的手寫辨識功能，它們甚至讓你能戴著手套來使用觸控螢幕。由於它們必須模擬手指，因此體積都很大。因此無法看到被觸控筆遮到的螢幕區域。這些觸控筆的直徑超過一些手機的厚度，因此觸控筆無法塞入到手機，就像早期智慧型手機的電阻式觸控筆一樣。

　　RSR （電阻式觸控筆替代方案）的設計，則屬新一代的電容式觸控筆。它的尖細筆頭和許多書寫筆一樣，因為能正常書寫。它讓你能看到筆尖週圍的螢幕畫面，因此允許採用搭載更高精準度手繪與書寫功能的小尺吋螢幕。它的直徑較細，因此裝置能配備塞入觸控筆的插槽。RSR觸控筆的唯一問題，就是無法相容於大多數現有觸控螢幕的感測晶片。

《圖二　電阻式觸控筆的替代方案– 尖細筆頭的導電觸控筆》

最佳方法：RSR觸控筆

業界必須克服許多技術問題才能支援RSR觸控筆。這些挑戰中，有許多是由RSR觸控筆的最佳特色所產生：亦即它的尖細筆頭。尖細的筆頭無法像手指一樣同時啟動多個感測器，因此需要採用新的位置演算法。觸控筆的筆尖在受啟動感測器上所產生的訊號強度較小，因此系統需要更高的訊噪比（SNR）。觸控筆的特徵尺吋較小，因此顧客要求更高的精準度與線性度，即使觸控筆本身提供的資訊並不多。觸控筆帶來許多新功能，像是手寫辨識與簽名擷取等這些需要更高更新率的應用。

　　最常見的手指位置演算法，是對手指啟動的感測器做加權平均。每個手指通常會啟動4x4 或5x5的感測點，並產生可用的訊號強度，因為手指會覆蓋範圍較大的感測器。面積約9mm大的指尖，其接觸面會直接覆蓋至少兩個感測器，通常會覆蓋到三個。觸控筆的接觸面通常只會直接接觸到一個感測器，而且只會在該感測器與鄰近感測器上提供有用的訊號。感測器位置演算法必須能夠光從兩個X軸訊號值以及兩個Y軸訊號值的資訊中，以內插法推算出觸控筆的位置。

《圖三　手指與電阻式觸控筆的訊號強度比較 》

較高的訊噪比（SNR）對於觸控筆與手指偵測都有助益，在開發RSR觸控筆解決方案方面，Cypress必須開發新的方法，一方面得增加訊號強度，一方面還得降低輸入到位置演算元件的雜訊。要提高訊號強度，提高TX線路的電壓，讓每次掃瞄時有更多訊號輸入到面板。運用互容與自容掃瞄，能提供更多的資訊。業者運用各種創新的韌體濾波器，以降低輸入訊號的雜訊。

要用更小的物體來達到更高的精準度，這個要求似乎有些矛盾。顧客怎麼能要求利用更少的輸入訊號來達到更高的精準度? 當機器能辨識出在螢幕上描畫的形狀時，他們的要求就稱得上合理了。指尖位置1mm的誤差，可以透過韌體來校正，在9mm的指尖下沒有人會察覺這樣的誤差。但若是觸控筆的位置出現1mm的誤差，就會立即造成混淆，因為這和觸控筆的筆尖一樣大。注意看到下圖中的黑色（理想值）與紅色（誤差）線。在手指下產生的誤差可透過韌體來修正，位置仍落在手指的範圍內，但在觸控筆附近的誤差，看起來就很明顯。

《圖四　由於手指指尖較大，因此能容許有較大的誤差，但觸控筆的誤差就會讓使用者很容易察覺 》

要透過手寫辨識提供自然直覺的使用者經驗，是項艱鉅的任務。要提供精準的訊號擷取，需要更高的更新率。手寫辨識不須辨識各種不同觸控筆所寫出的英文字母“A”，它只須辨識出該字母為 “A”。訊號擷取需要的更新率通常為150至200Hz，而手寫辨識需要的更新率要小得多。

結論

運用電阻式觸控筆替代方案打造的第一批多點觸控產品，在現有的使用者介面市場並未掀起熱潮，因為使用者介面的設計者仍習慣於針對手指輸入來設計介面。想像一下未來可能的發展。光是手寫辨識功能，就讓谷歌實驗室開發出手勢搜尋功能，您只須在觸控螢幕上畫手勢，就能在這些搭載Android作業系統的裝置上搜尋資料。

《圖五　用手指畫觸控手勢來搜尋資料 》

運用觸控筆來使用自然手寫辨識功能，會讓智慧型手機更聰明。想想一間教室裡的學生在手機上手寫筆記。不論何種用途，觸控筆這種電容式觸控手機市場的新型態產品，在近期將成為市場矚目的重要設計特色。

本文作者任職於賽普拉斯半導體