触控屏基本原理.doc

WWW.FPDISPLAY.COM触摸屏的应用技术一：从安装方式来分，触摸屏可以分为：外挂式、内置式和整体式。外挂式触摸屏就是将触摸屏系统的触摸检测装置直接安装在显示设备的前面，这种触摸屏安装简便，非常适合临时使用。内置式触摸屏是把触摸检测装置安装在显示设备的外壳内，显像管的前面。在制造显示设备时，将触摸检测装置制作在显像管上，使显示设备直接具有触摸功能，这就是整体式触摸屏。二：从技术原理来区别触摸屏，可分为五个基本种类：矢量压力传感技术触摸屏、电阻技术触摸屏、电容技术触摸屏、红外线技术触摸屏、表面声波技术触摸屏。其中矢量压力传感技术触摸屏已退出历史舞台；红外线技术触摸屏价格低廉，但其外框易碎，容易产生光干扰，曲面情况下失真；电容技术触摸屏设计构思合理，但其图像失真问题很难得到根本解决；电阻技术触摸屏的定位准确，但其价格颇高，且怕刮易损；表面声波触摸屏解决了以往触摸屏的各种缺陷，清晰不容易被损坏，适于各种场合，缺点是屏幕表面如果有水滴和尘土会使触摸屏变的迟钝，甚至不工作。按照触摸屏的工作原理和传输信息的介质把触摸屏分为四种，它们分别为电阻式、红外线式、电容感应式以及表面声波式。触摸屏如何工作触摸是人类最简单、最本能的共有行为之一。采用触控技术的原因有很多，其中包括在岗亭型应用中限制终端用户对计算机的访问，还包括需要在数据输入和计算机的密封、保护之间两相权衡的恶劣环境。触摸技术屏技术由于设计采用平板液晶显示器的触摸屏(LCD)不断增多，触摸屏应用已经发展成为显示器市场的一支生力军。触摸屏技术使界面能够访问计算机的数据库，而不依赖于传统的键盘-鼠标界面。如果在应用中计算机被编程为允许用户通过菜单系统逐步查找信息，例如租车公司的指示或使用ATM，那么使用触摸屏具有很强的优势。为什么要采用触摸技术？触控技术可以将这些应用改进为采用几项现有触控技术之一的计算机。触摸屏是用户和计算机之间实现互动的最简单、最直接的方式。尽管触摸屏技术相对较新（有两家大型触摸屏制造商声称在70年代开始运营），但是用户和触摸屏交互的基本方式已非常久远：你的手会伸向你想要的东西。这几乎是所有儿童和成人的本能。各行各业的公司都已成功地将触摸屏的效用发挥到各自的应用中。航空公司使用它来模拟机舱、训练飞行员驾驶飞机；房地产公司通过它使购房者能够在弹指之间观看商品房的全彩图像；贺卡公司使用它来让客户创建自己的个性化卡片；餐馆饭店使用它来简化店内的POS终端；医科学校使用它来教导护士学员如何应对危机状况。在所有行业和应用中，触摸屏技术带来的实质益处始终未变：触摸屏使用户无需经过任何培训就能马上使用计算机触摸屏几乎完全消除了操作员误操作的可能性，因为供用户选择的菜单设置非常明确触摸屏取代了键盘和鼠标，很多用户畏惧键盘和鼠标，认为使用它们很不方便触摸屏结实耐用，可以承受键盘和鼠标易受损坏的恶劣环境通过触摸屏可以快速访问所有类型的数字媒体，不会受到文本界面的防碍使用触摸屏可以保证空间（桌面或其它地方）不被浪费，因为输入设备已完全整合到显示器中-简化了人机界面-在恶劣条件下经久耐用-适用于所有环境-提高了精确度-底座更小触摸屏的应用场所有那些？.工业环境.医院.零售摊点.观光区.学校触摸屏如何工作？对于此处讨论的多数触控技术，工作原理都是将屏幕图像区域划分为预先确定的网格（取决于屏幕尺寸和分辨率）。触摸菜单选项的一个象限会执行一个子程序，效果和使用鼠标或在提示行输入命令相同。触摸屏最初的制作方法是在触敏图形数字转换器上添加一层透明表面，然后使其大小符合电脑显示器的尺寸。制作它的目的是提高向计算机输入数据的速度。如今，触摸屏已经转化为更易操作、更具环境坚固性的计算机键盘和鼠标替代品。因为它的存在，世界因触摸而改变。有了触摸屏，对计算机所知甚少或一窍不通的人都能够马上操作复杂的软件程序，他们甚至不会意识到自己正在从事的工作。触摸屏还使计算机能够工作在键盘或鼠标显得过于笨重、易受损或不实用的地方。涉及触摸屏技术的部件共有五个：1.触摸感应器：电容型、电阻型、表面声波型、WAV型等2.显示器：可以安装感应器的阴级射线管(CRT)、LCD或等离子显示器3.控制器：可以使感应器像其它外设一样工作4.软件驱动程序：实现控制器和计算机操作系统之间的通信并协助控制器对输入进行识别5.和触摸屏相连计算机（通常为PC），可以运行终端用户在访问时选择的选项当然，软件应用程序也是必不可少的，它使您能够针对特定应用开发新的或定制已有的触控应用程序。触摸屏技术分析摘要：触摸屏的应用随着信息社会的发展越来越普遍，目前触摸屏产品在中国已开始形成了产业，本文专题介绍有关触摸屏的相关基础技术知识，供广大用户和业者参考。随着多媒体信息查询的与日俱增，人们越来越多地谈到触摸屏，因为触摸屏作为一种最新的电脑输入设备，它是目前最简单、方便、自然的而且又适用于中国多媒体信息查询国情的输入设备，触摸屏具有坚固耐用、反应速度快、节省空间、易于交流等许多优点。利用这种技术，我们用户只要用手指轻轻地指碰计算机显示屏上的图符或文字就能实现对主机操作，从而使人机交互更为直截了当，这种技术极大方便了那些不懂电脑操作的用户。这种人机交互方式。它赋予了多媒体以崭新的面貌，是极富吸引力的全新多媒体交互设备。触摸屏在我国的应用范围非常广阔，主要有公共信息的查询，如电信局、税务局、银行、电力等部门的业务查询；城市街头的信息查询；此外还可广泛应用于领导办公、工业控制、军事指挥、电子游戏、点歌点菜、多媒体教学、房地产预售等，将来，触摸屏还要走入家庭。随着城市向信息化方向发展和电脑网络在日常生活中的渗透，信息查询都会以触摸屏显示内容可触摸的形式出现。本文提供一些有关触摸屏的相关基础技术知识，希望这些内容能对广大用户有所用处。 基本技术一、触摸屏的工作原理为了操作上的方便，人们用触摸屏来代替鼠标或键盘。工作时，我们必须首先用手指或其它物体触摸安装在显示器前端的触摸屏，然后系统根据手指触摸的图标或菜单位置来定位选择信息输入。触摸屏由触摸检测部件和触摸屏控制器组成；触摸检测部件安装在显示器屏幕前面，用于检测用户触摸位置，接受后送触摸屏控制器；而触摸屏控制器的主要作用是从触摸点检测装置上接收触摸信息，并将它转换成触点坐标，再送给CPU，它同时能接收CPU发来的命令并加以执行。二、触摸屏的主要类型从技术原理来区别触摸屏，可分为五个基本种类：矢量压力传感技术触摸屏、电阻技术触摸屏、电容技术触摸屏、红外线技术触摸屏、表面声波技术触摸屏。其中矢量压力传感技术触摸屏已退出历史舞台。触摸屏红外屏价格低廉，但其外框易碎，容易产生光干扰，曲面情况下失真；电容屏设计理论好，但其图象失真问题很难得到根本解决；电阻屏的定位准确，但其价格颇高，且怕刮易损。表面声波触摸屏解决了以往触摸屏的各种缺陷，清晰抗暴，适于各种场合，缺憾是屏表面的水滴、尘土会使触摸屏变的迟钝，甚至不工作。按照触摸屏的工作原理和传输信息的介质，我们把触摸屏分为四种，它们分别为电阻式、红外线式、电容感应式以及表面声波式，下面笔者就对上述的各种类型的触摸屏进行简要介绍：1、电阻式触摸屏电阻触摸屏的屏体部分是一块与显示器表面非常配合的多层复合薄膜，由一层玻璃或有机玻璃作为基层，表面涂有一层透明的导电层（OTI，氧化铟），上面再盖有一层外表面硬化处理、光滑防刮的塑料层，它的内表面也涂有一层OTI，在两层导电层之间有许多细小(小于千分之一英寸)的透明隔离点把它们隔开绝缘。当手指接触屏幕，两层OTI导电层出现一个接触点，因其中一面导电层接通Y轴方向的5V均匀电压场，使得侦测层的电压由零变为非零，控制器侦测到这个接通后，进行A/D转换，并将得到的电压值与5V相比，即可得触摸点的Y轴坐标，同理得出X轴的坐标，这就是电阻技术触摸屏共同的最基本原理。电阻屏根据引出线数多少，分为四线、五线等多线电阻触摸屏。五线电阻触摸屏的A面是导电玻璃而不是导电涂覆层，导电玻璃的工艺使其的寿命得到极大的提高，并且可以提高透光率。电阻式触摸屏的OTI涂层比较薄且容易脆断，涂得太厚又会降低透光且形成内反射降低清晰度，OTI外虽多加了一层薄塑料保护层，但依然容易被锐利物件所破坏；且由于经常被触动，表层OTI使用一定时间后会出现细小裂纹，甚至变型，如其中一点的外层OTI受破坏而断裂，便失去作为导电体的作用，触摸屏的寿命并不长久。但电阻式触摸屏不受尘埃、水、污物影响。这种触摸屏利用压力感应进行控制。它用两层高透明的导电层组成触摸屏，两层之间距离仅为2.5微米。当手指按在触摸屏上时，该处两层导电层接触，电阻发生变化，在X和Y两个方向上产生信号，然后送触摸屏控制器。这种触摸屏能在恶劣环境下工作，但手感和透光性较差，适合配带手套和不能用手直接触控的场合。电阻类触摸屏的关键在于材料科技，常用的透明导电涂层材料有：A、ITO，氧化铟，弱导电体，特性是当厚度降到1800个埃（埃10-10米）以下时会突然变得透明，透光率为80，再薄下去透光率反而下降，到300埃厚度时又上升到80。ITO是所有电阻技术触摸屏及电容技术触摸屏都用到的主要材料，实际上电阻和电容技术触摸屏的工作面就是ITO涂层。B、镍金涂层，五线电阻触摸屏的外层导电层使用的是延展性好的镍金涂层材料，外导电层由于频繁触摸，使用延展性好的镍金材料目的是为了延长使用寿命，但是工艺成本较为高昂。镍金导电层虽然延展性好，但是只能作透明导体，不适合作为电阻触摸屏的工作面，因为它导电率高，而且金属不易做到厚度非常均匀，不宜作电压分布层，只能作为探层。2、电容式触摸屏电容式触摸屏的构造主要是在玻璃屏幕上镀一层透明的薄膜体层，再在导体层外加上一块保护玻璃，双玻璃设计能彻底保护导体层及感应器。电容式触摸屏在触摸屏四边均镀上狭长的电极，在导电体内形成一个低电压交流电场。用户触摸屏幕时，由于人体电场，手指与导体层间会形成一个耦合电容，四边电极发出的电流会流向触点，而电流强弱与手指到电极的距离成正比，位于触摸屏幕后的控制器便会计算电流的比例及强弱，准确算出触摸点的位置。电容触摸屏的双玻璃不但能保护导体及感应器，更有效地防止外在环境因素对触摸屏造成影响，就算屏幕沾有污秽、尘埃或油渍，电容式触摸屏依然能准确算出触摸位置。电容式触摸屏是在玻璃表面贴上一层透明的特殊金属导电物质。当手指触摸在金属层上时，触点的电容就会发生变化，使得与之相连的振荡器频率发生变化，通过测量频率变化可以确定触摸位置获得信息。由于电容随温度、湿度或接地情况的不同而变化，故其稳定性较差，往往会产生漂移现象。该种触摸屏适用于系统开发的调试阶段。3、红外线式触摸屏该触摸屏由装在触摸屏外框上的红外线发射与接收感测元件构成，在屏幕表面上，形成红外线探测网，任何触摸物体可改变触点上的红外线而实现触摸屏操作。红外触摸屏不受电流、电压和静电干扰，适宜某些恶劣的环境条件。其主要优点是价格低廉、安装方便、不需要卡或其它任何控制器，可以用在各档次的计算机上。此外，由于没有电容充放电过程，响应速度比电容式快，但分辨率较低。红外线触摸屏原理很简单，只是在显示器上加上光点距架框，无需在屏幕表面加上涂层或接驳控制器。光点距架框的四边排列了红外线发射管及接收管，在屏幕表面形成一个红外线网。用户以手指触摸屏幕某一点，便会挡住经过该位置的横竖两条红外线，计算机便可即时算出触摸点位置。因为红外触摸屏不受电流、电压和静电干扰，所以适宜某些恶劣的环境条件。其主要优点是价格低廉、安装方便、不需要卡或其它任何控制器，可以用在各档次的计算机上。不过，由于只是在普通屏幕增加了框架，在使用过程中架框四周的红外线发射管及接收管很容易损坏。4、表面声波触摸屏表面声波是一种沿介质表面传播的机械波。该种触摸屏由触摸屏、声波发生器、反射器和声波接受器组成，其中声波发生器能发送一种高频声波跨越屏幕表面，当手指触及屏幕时，触点上的声波即被阻止，由此确定坐标位置。表面声波触摸屏不受温度、湿度等环境因素影响，分辨率极高，有极好的防刮性，寿命长（5000万次无故障）；透光率高（92%），能保持清晰透亮的图像质量；没有漂移，只需安装时一次校正；有第三轴（即压力轴）响应，最适合公共场所使用。表面声波触摸屏的触摸屏部分可以是一块平面、球面或是柱面的玻璃平板，安装在CRT、LED、LCD或是等离子显示器屏幕的前面。这块玻璃平板只是一块纯粹的强化玻璃，区别于其它触摸屏技术是没有任何贴膜和覆盖层。玻璃屏的左上角和右下角各固定了竖直和水平方向的超声波发射换能器，右上角则固定了两个相应的超声波接收换能器。玻璃屏的四个周边则刻有45角由疏到密间隔非常精密的反射条纹。三触摸屏三个基本技术特性 1透明性能触摸屏是由多层的复合薄膜构成，透明性能的好坏直接影响到触摸屏的视觉效果。衡量触摸屏透明性能不仅要从它的视觉效果来衡量，还应该包括透明度、色彩失真度、反光性和清晰度这四个特性。2绝对坐标系统我们传统的鼠标是一种相对定位系统，只和前一次鼠标的位置坐标有关。而触摸屏则是一种绝对坐标系统，要选哪就直接点哪，与相对定位系统有着本质的区别。绝对坐标系统的特点是每一次定位坐标与上一次定位坐标没有关系，每次触摸的数据通过校准转为屏幕上的坐标，不管在什么情况下，触摸屏这套坐标在同一点的输出数据是稳定的。不过由于技术原理的原因，并不能保证同一点触摸每一次采样数据相同的，不能保证绝对坐标定位，点不准，这就是触摸屏最怕的问题：漂移。对于性能质量好的触摸屏来说，漂移的情况出现的并不是很严重。 3检测与定位各种触摸屏技术都是依靠传感器来工作的，甚至有的触摸屏本身就是一套传感器。各自的定位原理和各自所用的传感器决定了触摸屏的反应速度、可靠性、稳定性和寿命。几种常用触摸屏的特性比较表见下列汇总表常用触摸屏特性比较表 四、触摸屏的常见问题由于触摸屏大多数放置在公共场所或大厅中，供各位普通用户使用，而这些用户使用水平可能差别很大，这就很难保证触摸屏在使用过程中不会出现问题，在这里，现将一些常见问题介绍一下：1、与硬件相关的问题触摸屏一般用串口进行信号的传输，从PS/2端口取信号，而TPS屏幕是从主机电源直接取电。如果指示灯不亮，说明没有取到信号，控制盒上的PS/2线可能坏了。如果灯亮着，但依旧不闪，说明控制盒坏了，因此我们必须更换控制盒。如果更换控制盒还是不行，有可能是屏幕被压得太紧，需要将四周的螺丝稍微松一下，因为触摸屏是由特殊材料组成，它本身不太容易损坏。如果串口是坏的或被禁用，将导致驱动程序无法安装，因为安装驱动时，会自动寻找串口。即使能够安装，也会出现鼠标不动或无法定位。最好不要用串口鼠标来判断串口的好坏，可能串口9根针对它们来说各自用的方式不一样。如果屏幕被压着，或者地线没有接好，会导致无法定位。如果出现有些区域无法点击或反应迟缓，有可能是灰尘影响，需拆开外壳来除去灰尘。2、与软件相关的问题软件问题主要是指驱动程序的安装，一台主机上不要安装两种或两种以上的触摸屏驱动程序，否则将导致无法使用。3、其他相关问题更换显示分辨率、调整屏幕大小和第一次安装时都有会出现单击不准或漂移，需启动应用程序中自带的定位程序重新定位，定位尽量用比较细的笔或指尖进行定位，这样比较准。应用程序中还包括调出鼠标右键、设置拖、拉式以及触摸屏硬件信息等。触摸屏的性能及应用原理和分类触摸屏系统一般包括两个部分：触摸检测装置和触摸屏控制器。触摸检测装置安装在显示器屏幕前面，用于检测用户触摸位置，接收后送触摸屏控制器；触摸屏控制器的主要作用是从触摸点检测装置上接收触摸信息，并将它转换成触点坐标，再送给CPU，它同时能接收CPU发来的命令并加以执行。随着科技的进步，触摸屏技术也经历了从低档向高档逐步升级和发展的过程。根据其工作原理，其目前一般被分为四大类：电阻式触摸屏、电容式触摸屏、红外线式触摸屏和表面声波触摸屏。电阻式触摸屏电阻触摸屏的屏体部分是一块多层复合薄膜，由一层玻璃或有机玻璃作为基层，表面涂有一层透明的导电层(ITO膜)，上面再盖有一层外表面经过硬化处理、光滑防刮的塑料层。它的内表面也涂有一层ITO，在两层导电层之间有许多细小(小于千分之一英寸)的透明隔离点把它们隔开。当手指接触屏幕时，两层ITO发生接触，电阻发生变化，控制器根据检测到的电阻变化来计算接触点的坐标，再依照这个坐标来进行相应的操作。电阻屏根据引出线数多少，分为四线、五线等类型。五线电阻触摸屏的外表面是导电玻璃而不是导电涂覆层，这种导电玻璃的寿命较长，透光率也较高。电阻式触摸屏的ITO涂层若太薄则容易脆断，涂层太厚又会降低透光且形成内反射降低清晰度。由于经常被触动，表层ITO使用一定时间后会出现细小裂纹，甚至变型，因此其寿命并不长久。电阻式触摸屏价格便宜且易于生产，因而仍是人们较为普遍的选择。四线式、五线式以及七线、八线式触摸屏的出现使其性能更加可靠, 同时也改善了它的光学特性。电容式触摸屏 电容式触摸屏的四边均镀上了狭长的电极，其内部形成一个低电压交流电场。触摸屏上贴有一层透明的薄膜层，它是一种特殊的金属导电物质。当用户触摸电容屏时，用户手指和工作面形成一个耦合电容，因为工作面上接有高频信号，于是手指会吸走一个很小的电流，这个电流分别从屏的四个角上的电极中流出；且理论上流经四个电极的电流与手指到四角的距离成比例，控制器通过对四个电流比例的精密计算，即可得出接触点位置。电容触摸屏的双玻璃不但能保护导体及感应器，更能有效地防止外在环境因素对触摸屏造成影响，就算屏幕沾有污秽、尘埃或油渍，电容式触摸屏依然能准确算出触摸位置。但由于电容随温度、湿度或接地情况的不同而变化，其稳定性较差，往往会产生漂移现象。尽管不像电阻式应用那么广, 电容式触摸屏也是受欢迎的供选类型。这类设备精确、反应快，尺寸稍大时也有较高分辨率, 更耐用(抗刮擦), 因而适合用作游戏机的触摸屏。而且，新出现的近场成像技术改良了电容式触摸屏的性能, 减弱了在它和电阻式触摸屏中可能出现的漂移现象。红外线式触摸屏红外触摸屏的四边排布了红外发射管和红外接收管，它们一一对应形成横竖交叉的红外线矩阵。用户在触摸屏幕时，手指会挡住经过该位置的横竖两条红外线，控制器通过计算即可判断出触摸点的位置。红外触摸屏也同样不受电流、电压和静电干扰，适宜于某些恶劣的环境。其主要优点是价格低廉、安装方便，可以用在各档次的计算机上。此外，由于没有电容充放电过程，响应速度比电容式快，但分辨率较低。表面声波触摸屏表面声波是超声波的一种，它是在介质(例如玻璃或金属等刚性材料)表面浅层传播的机械能量波。通过楔形三角基座（根据表面波的波长严格设计），可以做到定向、小角度的表面声波能量发射。表面声波性能稳定、易于分析，并且在横波传递过程中具有非常尖锐的频率特性，近年来在无损探伤、造影和退波器等应用中发展很快。这种触摸屏的显示屏四角分别设有超声波发射换能器及接收换能器，能发出一种超声波并覆盖屏幕表面。当手指碰触显示屏时，由于吸收了部分声波能量，使接收波形发生变化，即某一时刻波形有一个衰减缺口，控制器依据衰减的信号即可计算出触摸点位置。表面声波触摸屏不受温度、湿度等环境因素影响，分辨率极高，有极好的防刮性，寿命长(5000万次无故障)，透光率高(92)，能保持清晰透亮的图像；没有漂移，只需安装时一次校正；有第三轴(即压力轴)响应，最适合公共场所使用。表面声波触摸屏易受水滴、灰尘的影响，改进的方法是加防尘条，或者增加对污物的监控，准确识别出有效的操作和污物之间的区别。另外，由于声波屏能感受压力，无形中增加了控制手段，对屏功能的扩展十分有利，其应用范围因此而大大拓展。触摸屏的基本技术绝对坐标系统触摸屏是一种绝对坐标系统，其特点就是当前定位坐标与上一次定位坐标没有关系，每次触摸的数据通过校准直接转化为屏幕上的坐标。不管在什么情况下，触摸屏这套坐标体系对同一点的输出数据都是稳定的。不过，它并不能保证每一次对同一点触摸的采样都相同，即不能保证绝对坐标定位，这就是所谓的漂移问题。定位各种触摸屏都是依靠传感器来工作的，甚至有的触摸屏本身就是一套传感器。它们各自的定位原理和各自所用的传感器决定了触摸屏的反应速度、可靠性、稳定性和寿命。各类触摸屏的技术特性如表1所示。表1 各种触摸屏基本技术对照表触摸屏的性能比较电阻式触摸屏工作在与外界完全隔离的环境中，它不怕灰尘、水气和油污，可以用任何物体来触摸，比较适合工业控制领域使用。缺点是由于复合薄膜的外层采用塑料，太用力或使用锐器触摸可能划伤触摸屏。电容式触摸屏的分辨率很高，透光率也不错，可以很好地满足各方面的要求，在公共场所常见的就是这种触摸屏。不过，电容式触摸屏把人体当作电容器的一个电极使用，当有导体靠近并与夹层ITO工作面之间耦合出足够大的电容时，流走的电流就会引起电容式触摸屏的误动作；另外，戴着手套或手持绝缘物体触摸时会没有反应，这是因为增加了绝缘的介质。红外线触摸屏是靠测定红外线的通断来确定触摸位置的，与触摸屏所选用的透明挡板的材料无关(有一些根本就没有使用任何挡板) 。因此，选用透光性能好的挡板, 并加以抗反光处理，可以得到很好的视觉效果。但是，受到红外线发射管体积的限制，不可能发射高密度的红外线，所以这种触摸屏的分辨率不高。另外，由于红外线触摸屏依靠红外感应来工作，外界光线变化，如阳光或室内灯等均会影响其准确度。表面声波技术非常稳定，而且表面声波触摸屏的控制器靠测量衰减时刻在时间轴上的位置来计算触摸位置，所以其精度非常高。表面声波触摸屏还具有第三轴(z轴)，也就是压力轴通过计算接收信号衰减处的衰减量可得到用户触摸屏幕的力量大小，最多可分为2 5 6级力度。力量越大，接收信号波形上的衰减缺口也就越宽越深，在所有的触摸屏中，只有表面声波触摸屏具有感知触摸压力的性能。应用场合根据对触摸屏的结构、原理和性能特点的分析，不同触摸屏的适用场合如下所示。四线电阻触摸屏：不怕灰尘、油污和光电干扰，怕划伤是其主要缺陷。适用于有固定用户的公共场所，如工业控制现场、办公室、家庭等。五线电阻触摸屏：极好的灵敏度和透光度，较长的使用寿命，不怕灰尘、油污和光电干扰，适用于各类公共场所，尤其适用于要求精密的工业控制现场等。电容感应触摸屏：由于电容随温度、湿度或接地情况的不同而变化，故其稳定性较差，往往会产生漂移现象。怕电磁场干扰、漂移，不易在工业控制场所和有干扰的地方使用。可使用于要求不太精密的公共信息查询；需要经常校准、定位。红外线感应触摸屏：分辨率较低，但不受电流、电压和静电干扰，适宜某些恶劣的环境条件；适用于无红外线和强光干扰的各类公共场所、办公室以及要求不是非常精密的工业控制现场。表面声波触摸屏：纯玻璃材质、透光性最好、使用寿命长、抗划伤性好，适用于未知用户的各类公共场所。但怕长时间的灰尘积累和油污的浸染，所以使用于环境干净的场所更好。否则，需要定期的清洁服务。发展趋势触摸屏技术方便了人们对计算机的操作使用，是一种极有发展前途的交互式输入技术。世界各国对此普遍给予重视，并投入大量的人力物力进行研发，新型触摸屏不断涌现。 触摸笔：利用触摸笔进行操作的触摸屏类似白板，除显示界面、窗口、图标外，触摸笔还具有签名、标记的功能。这种触摸笔比早期只提供选择菜单的光笔功能大大增强。触摸板：触摸板采用了压感电容式触摸技术，屏幕面积最大。它由三部分组成：最底层是中心传感器，用于监视触摸板是否被触摸，然后对信息进行处理，中间层提供了交互用的图形、文字等，最外层是触摸表层，由强度很高的塑料材料构成。当手指点触外层表面时，在千分之一秒内就可以将此信息送到传感器并进行登录处理。除与PC兼容，它还具有亮度高、图像清晰、易于交互等特点，因而被应用于指点式信息查询系统（如电子公告板），收到了非常好的效果。总之，触摸屏的发展呈现专业化、多媒体化、立体化和大屏幕化等趋势。随着信息社会的发展，人们需要获得各种各样公共信息。以触摸屏技术为交互窗口的公共信息传输系统通过采用先进的计算机技术，运用文字、图像、音乐、解说、动画、录像等多种形式，直观、形象地把各种信息介绍给人们，给人们带来极大的方便。可以预见，随着触摸屏技术的迅速发展，触摸屏的应用领域会越来越广，性能会越来越好。（触摸屏输入技术发展探析摘要 触摸屏输入属于一种新颖的输入技术。本文介绍红外式、电阻式、电容式及表面声波式四种触摸屏输入技术，并对其性能、结构、工艺及其应用领域进行了探讨与分析。the touch screen lnput belong in a new lnput technology.this paper introduces four touch screen lnput technology of infrared type,resistance type,capacitance type and surface sound wave type,moreover its performance,configuration,technics and its application domain discussed and analysised. 1 引言随着信息化社会的发展，触摸屏（Touch Screen）的应用日趋普及，迄今，触摸屏产品在我国已逐渐形成了产业。触摸屏输入是靠触摸显示器的屏幕来输入数据的一种新颖输入技术。触摸屏是由触摸检测部件及触摸控制器组成。前者装于显示屏的前面，用于检测用户触摸的位置，接收后将其送至触摸屏控制器。而后者的主要作用是从触摸点检测装置上接收信息，并将其转换成触点坐标，再送至CPU，它同时还可接收CPU发送来的命令，并加以执行。最现代的触摸屏操作方式简化操作，使用者无需再通过键盘和鼠标器，仅用手指触摸屏幕上的图形、表格或提示标志，便可从屏幕上得到其所需的诸种信息。因此，触摸屏的功能将会直接影响使用者的操作意愿。触摸屏输入完全摒弃了键盘的繁琐输入，使得人机交互仅需手指轻轻一触即可。可以说，所有信息尽在指尖之中（见图1）。触摸屏输入可用于取代诸如键盘、光笔、操纵杆、滚球、鼠标器及数字转换器一类的数据输入设备，或取代分立开关与薄膜开关之类的面板操作装置。其优点是操作简便直观、图像清晰、坚固耐用及节省空间，它可配用于一切电子显示器，并可与显示器制成一体，人机交互性佳，操作方便，使用灵活，效率高及输入速度快。故触摸屏输入装置将会发展成为未来诸种信息产品的主流技术之一。 图1：所有信息尽在指尖之中 触摸屏输入以其人机交互简便性，已广泛应用于工业过程控制、公共信息咨询（如电信局、税务局、银行、电力、邮政、公用电话机与公共问询系统）、金融证券交易市场、商业自动化、办公室自动化（OA）、翻译机、家用电器及军事指挥控制系统等众多领域。在消费领域内，触摸屏输入日趋增多地应用于家用电器、销售终端机（POS）、游戏机、多媒体教学、房地产预售、餐馆预约、飞机与车船预订和城市导游机等。在上述这些应用中，使用方便及经久耐用是至关重要的因素。在商业应用中，金融业务部门已普遍使用此种触摸屏输入，如银行自动出纳机。高档的先进电子测量仪器仪表、医疗器械、医疗信息管理系统及办公室自动化系统亦使用触摸屏输入。触摸屏输入之最大市场乃是军用，如空中交通管制、全球定位系统（GPS）、各军兵种武器控制系统、防空系统及C3I系统。军用的主要要求是响应速度快及显示清晰度高。当前的触摸屏输入技术主要有如下4种，各有其优、缺点，适合于不同的应用要求，故必须根据实际需要恰当地选用。 2 红外式触摸屏输入技术第一种触摸屏输入技术是红外光电技术。此种触摸屏是利用压力感应进行控制的。触摸输入屏相邻的两条边各置放一排红外发光二极管，另两条边各置放一排红外光电检测器。当手指或针挡住了红外光时，光电检测器产生的信号将示出该处的XY坐标。此种触摸屏输入方法所能产生的分辨率取决于发光二极管的数量。美国ITW Entrex公司的红外式触摸输入屏与众不同，它是采用模拟式（见图2和图3）。在该触摸输入屏的一角安置的电机上置有红外线发光二极管，在电机转动时，红外光线便连续地扫描触摸输入屏，扫描角度的范围为90。反射镜置于框架的底部，而逆向反射体置于框架的其余两边，使入射光和反射光基本上通过同一光路。发光二极管发出的红外光束反射至靠近光源的一个光敏元件。手指或针一触摸输入屏，扫描一次就遮住两次红外光。控制电路借助由遮住的两个角构成的三角形算出触摸坐标。该模拟式红外触摸输入屏所用的发光二极管和光敏元件数量大为减少，价格便宜，分辨率高，但由于使用电机一类可动部件，可靠性欠佳。该公司销售的新一代触摸输入屏是用固体转动部件替代电机，可靠性有所改观，但价格高出20%。红外式触摸屏输入的主要缺点是存在检测差（见图4）。由于红外光是直线传播，而常规的CRT屏面是曲面，所以发光二极管和光电检测器的安装位置必须高于曲面的顶点。这就使屏面边缘凹陷，而且在手指尚未触至CRT屏面时，光线即被挡住，操作时易出错。 图2 ：模拟式红外触摸屏输入光路图图3：模拟式红外触摸屏输入工作机理图图4 ：模拟式红外触摸屏输入的检测 美国惠普和泰克公司已将红外式触摸输入屏广泛用于生产过程控制和自动化生产。为防止手指触错而发生误动作，泰克公司进行了一项重要的改进，即挡住红外光线时设备不会作出响应，用户的手指可以继续在屏面上移动，等到操作者确认手指所触部位正好是要选取的功能时，将手指挪开，红外光线得以恢复。至此，设备才作出响应。红外式触摸屏输入技术的主要优点是工作可靠，而且不会影响显示器的清晰度。这便是泰克公司选用这一技术原因之所在。红外式触摸屏输入价格便宜、耐刮性与防火性佳，但分辨率低，通常外挂于显示器上，在搬运过程中易于损坏，属于低挡产品，主要用于异步传输模式(ATM)通信、办公自动化（OA）设备、医疗器械、电教、信息查询、点歌及导购等系统。 3 电阻式触摸屏输入技术与电容式触摸屏输入一样，电阻式触摸屏输入也采用层状结构，并将触摸输入屏紧固或粘接在CRT或平板显示器的屏面上。各厂家所用的技术略有不同，检测触摸部位的方法亦各有所异。电阻膜式触摸输入屏的外层采用聚脂薄膜，里层为玻璃屏或经表面处理过的塑料屏，手指按下便能检测出触摸部位（见图5）。其基本机理示于图6。将透明电阻膜呈层状嵌入外层和里层之间，并用数密耳（1密耳=0.0254）厚的透明塑料衬垫将其隔开。触摸输入屏的4角装有细长的电极，以150次/s的频率将电压先加至里层的X轴，然后再加至外层的Y轴。用手指触摸时，外层与里层一接触，电压就与触摸部位成正比地降低，便可接触出触摸部位的电压。触摸体导电与否并无关系。可借助设置于四周电极的二极管将X和Y轴隔开。图5：电阻膜式触摸屏输入图6：电阻膜式触摸屏的基本机理 为降低使用分立二极管的成本，美国依洛电子设备公司采用了新方法，采用丝网印刷分压用的厚膜电路来替代二极管。触摸输入屏相邻的两角设置电极，其余两角接地。这样，触摸输入屏上的电压梯度并不呈线状，而呈双曲线状。为使其呈线状，需在电极形状上想些办法。该电极的各边皆接有数个厚膜电路。美国还有些公司将里、外层分别蚀刻成若干带状电极。电极方向呈相互垂直配置。手指一触摸外层，外层就弯曲而与里层相接触，触点便各自成为单个的开关。控制电路对矩阵式电极进行扫描，便可检测出接通的开关。这种电阻膜式触摸输入屏的分辨率较低，不过，对塑料表面涂层的均匀性却要求不高。综上所述，电阻膜式触摸输入屏主要有两种结构：一种是在已涂敷了导电膜的两片塑料片间垫入一些小垫片，使两者隔开。控制器在一片塑料片的X和Y方向上建立一个电压梯度。当手指触摸到塑料片的某个部位时，该处的两片塑料片碰上，另一片塑料片就把拾取到的模拟电压传给控制器内的模数变换器，于是便可得知该处的坐标。其结构如图7所示。此种结构的分辨率通常为256256点。图7 ：涂敷导电膜的结构示意图 另一种是在预制玻璃片上制作电阻薄膜，然后在高温下进行退火处理。最后将涂敷了导电薄膜的塑料片盖在玻璃板上。玻璃平板上有一些肉眼看不见的支撑点，使塑料片与玻璃板电阻薄膜相隔0.0254。拾取电压的方法同前。其组装工艺流程如图8所示。此种结构的分辨率可达40964096点或更高。表1列出了电阻膜式触摸输入屏的性能规格。电阻式触摸屏分辨率高、防水与防污性佳、价格便宜，任意介质皆可触摸，缺点是耐刮性与防火性差，软件支撑不完备，触摸屏易于磨损，属于中档产品，适用于中小屏幕显示器及便携式设备。目前，在美国和日本的市场上，主要有电阻膜式和红外式两种触摸输入屏，其性能比较列于表2。 图8 ：电阻膜式触摸屏的组装工艺 表1 电阻膜式触膜输入屏的标准性能规格种类性能规格 数字式（平面型） 模拟式（曲面型） 数字/模拟式（平面型）额定电压 直流15V 5V 直流5V额定电流 1mA接通电阻30k以下，绝缘电阻10M，直流50v -接头间电阻100-1000，线性误差低于3%，分辨率10位 -电阻器电阻1-20k，透明电极电阻30-180k，线性误差低于3%振动 低于10ms 低于10ms 低于10ms作用力 10-100g 5-100g 3-60g穿透率 70%以上 70%以上 70%以上工作湿度范围 20-90%RH 30-90%RH 30-90%RH工作温度范围 0-50C 0-40C 0-40C贮存湿度范围 10-90%RH 10-90%RH 10-90%RH耐电压 直流100v，1min内无异常 直流50v，1min内无异常 直流50v，1min内无异常工作寿命 100万次以上 100万次以上 100万次以上标准样品 1162802 12、14、15、16、19和20英寸（1英寸=2.54） - 表2 三种触摸输入屏的性能比较制式性能 红外线 电阻膜式 电容式矩阵光源屏 单光源屏 模拟屏 分立屏 模拟屏 分立屏分辨率 标准2540最高6464 最高100800 标准10241024最高40964096 标准810 标准256256最高10241024 标准32最高100穿透率 100% 标准50%，最高80% 85-90%检测差 带曲率屏面边缘大 无 无工作寿命 50万h 每点触摸200万次 每点触摸200万次材料 发光二极管 聚脂薄膜 玻璃安装方式 外挂，容易 内装或外挂，中等 内装，较难软件支撑程度 良好 一般 颇强硬件冲突 冲突不多 Windows增强方式下鼠标器与触摸屏不能同时使用 全鼠标器操作，COM口及IRQ可组合变换触摸方式 任何介质 任何介质 手指应用档次 低 中 高耐用性 好 电机存在寿命问题 膜层会损伤或剥落 膜层不稳定使用性 会产生触摸误动作 响应慢 - 需要电笔环境适应性 耐低温、振动及杂散光性差 耐湿性差 耐高温和高湿性差维修性 需要定位 电机需要维修 无 无价格 500-1500美元 500-1500美元 低于1000美元 通常分立式比模拟式便宜 4 电容式触摸屏输入技术电容式触摸屏的构造主要是在玻屏上镀一层透明的膜层，再在导电层外增装一块保护玻璃，双玻屏设计能彻底地保护导电层及传感器。电容式触摸屏的结构示意图如图9所示。图9：电容式触摸屏的结构示意图 电容式触摸屏输入是利用排列的透明电极与人体间的静电相结合产生出的电容变化，从所产生出的诱导电流来检测其坐标（见图10）。感应机理以电压作用在屏幕感应区的四个角并形成一固定电场，当手指触摸屏幕时，可使电场产生出电流,通过控制器测定其值，按电流距四个角比例的不同，即可算出触摸的位置。电容式触摸屏必须解决指状物因带静电所产生杂波信号的影响，故在电路与结构设计上有一定的技术难度。当受到触摸时,按电流比值大小便可算出其触摸的位置，计算公式如图10所示（式中a与b分别表示触摸屏的长与宽）。图10 ：电容式触摸屏的等效电路图图11：电容式触摸屏的组件组装图 图11示出电容式触摸屏的组件组装图，在玻璃基板上镀一层透明导电层，再制作电极层，最后在表层覆盖一层保护膜，即制成电容式触摸屏，因其仅在单片玻璃上制作电极和传导层，无须像电阻式触摸屏那样需叠合上下板的ITO传导层，影响整块触摸屏的透光性，故电容式触摸屏的透光率较电阻式的高，高达90%以上。具有防火、防污、防静电及防尘，且还具有快速响应等特点。通常适用于销售终端(POS)及工业生产过程控制等领域。电容式触摸屏输入是在一块玻璃板的上下两面各喷涂一层电容性薄膜（即氧化铟锡电阻膜和二氧化硅电容膜），其4角各有一个振荡器。触摸输入屏的四周还装有4个电极，通过这些电极可使交流信号流遍整个触摸输入屏。当手指或电笔触摸到任一部位时，阻抗的改变将会引起4个振荡器的振幅和频率发生变化。利用控制电路检测其不同振幅和频率的改变量。将触摸的衰减器号码送入主机内，便可算出被触摸部位的X和Y坐标。图12示出用于CRT监视器的电容式触摸输入屏衰减器的标准结构。采用32个衰减器结构时，将11行2列的衰减器配置于10个状态衰减器的顶部。便携式液晶平板显示器的触摸输入屏可配置75个衰减器。电容式触摸屏是在玻屏表面贴上一层特殊透明的导电体。当手指触摸在导电层上时，触点的电容便会发生变化，使得与之相连的振荡器频率发生变化，借助测定频率变量便可确定触摸位置的信息。由于电容随温度、湿度或接地状况的不同而异，故其稳定性较差，往往会产生漂移的现象。电容式触摸屏存在的失真问题，可采用镀膜技术，在一定程度上克服了怕刮易损的缺陷。该触摸屏适用于系统开发的调试阶段。图12 ：电容式触摸屏输入衰减器的配置结构 电容式触摸输入屏易于安装，分辨率一般为10241024点。其缺点是工作温度范围较窄，而且不宜带手套操作，因而不适合用于某些工业部门；由于信号电平很低，为防止显示器内部电路和外界机电信号的干扰，必须屏蔽屏面。此外，触摸玻璃屏须置于显示器的前面，故降低了显示器的清晰度。英国的先进读出技术公司声称已在很大程度上克服了电容式触摸屏输入技术的上述缺点，但技术细节尚未详细公开。电容式触摸屏输入分辨率高，工作寿命长、抗腐蚀、耐磨损，可紧贴显像管表面并装于显示器玻壳内，不易损坏，属高档产品。目前已被广泛应用于工业过程控制自动化、军事、金融及商业等部门。必须从应用实际出发，重点应是设备的可靠性、安全性，其次才是价格。电容式触摸屏输入工艺较为先进的是美国微触（Micro Touch）公司，以该公司命名的电容式触摸屏在Comdex，94展览会上崭露头角，独具一格。深受诸国客户的好评。 5 表面声波式触摸屏输入技术表面声波式触摸屏输入是一种最新颖的触摸输入技术。该触摸屏是由传送换能器、接收换能器、反射板及控制器所组成。它不采用膜层结构，而是采用廉价的压电陶瓷换能器。该换能器在屏面上看不见，但能发送耳朵听不到的表面声波（见图13和14）。位于触摸输入屏四周的反射阵列对表面声波进行空间取样，再次向多路平行路径反射。位于各发送器对面的反射声波检测阵列合成每束反射声波，变成连续的反射声波，变成连续的返射声波交替地对水平和垂直方向进行扫描。手指一触摸到触摸输入屏某个部位，该部位的表面波强度便能与触摸压力成正比地衰减。图13 ：表面声波式触摸屏输入示意图图14：表面声波式触摸屏输入的基本机理 压电陶瓷换能器还能将控制器送来的5.53MHz电信号变换成波长约500m的表面声波。表面声波在屏面上沿直线传播，经反射后继续在屏面上来回传播。屏面边缘的反射阵列将表面声波保持在合适的强度以内。另外两个换能器负责接收X和Y方向的声波信号。对收到信号的速度与声波在玻璃中的已知传播速度进行比较，便可算出手触摸位置的坐标。表面声波式触摸屏输入技术的一个优点是可将有源元件制在屏面边缘，而且不受屏面曲率的限制，优于红外式触摸屏输入技术。此种触摸输入屏不仅能检测触摸部位，而且还能检测触摸压力强度。理论上控制器可区分的位置区间是半波长，所以分辨率可达每25.4为100个触摸点，触摸输出压力为16级。其另外