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光学技术优秀论文 光学技术是新兴的技术对于我们的生活科技有着重要的影响作用以下是小编为大家精心整理的光学技术优秀论文欢迎大家阅读 摘要： 光学触摸技术最初是1970年代引入的最新的突破带来了该技术的复苏研发者已经能够解决成本、亮环境光下的显示性能以及组成要素等问题这里只提及其中的一小部分本文详细介绍了这些问题是如何解决的;该技术的前景包括深入了解一下光学触摸系统的几个崭新的发展 关键词： 光学触摸技术;发光二极管;光学传感器 光学触摸技术最初是1970年代CarollTouch公司(现在是EloTouchSystems的一部分)发展起来的现有不少供应商出售该项技术和其它的触摸技术相比光学触摸技术具有很多优点工业界的很多人都认为如果没有下面将要提到的两个相当大的缺点光学触摸技术现在已经成为触摸技术的主流光学触摸屏技术的最新发展使得光学触摸技术复兴为其成主流触摸技术奠定了基础 引言 传统的光学触摸系统是在显示器的两个相邻斜面上采用红外发光(IR)二极管(LED)阵列并在相对的斜面边缘放置光敏元件用于分析系统、确定触摸动作LED光传感元件对在显示器上形成光束栅格当物体(例如手指或者钢笔)触摸屏幕遮断了光束就会在相应光传感元件处引起光测量值的减弱光传感的输出测量值可以用于确定出触摸点的坐标通常控制器是扫描光传感阵列而不是同时测量所有的光传感器因此这项技术有时被称为扫描IR在这项技术的高级版本中每个光传感器测量来自不止一个LED的光这使得控制器可以补偿由于屏上不可移动的碎片而引起的光的阻断 这项传统的光学触摸技术已经主要用于触摸市场中的相关领域过去它的广泛应用由于两大原因曾经受到限制：技术成本比与之竞争的其他触摸技术要高还有在亮环境光下的显示性能问题后一个问题是由于背光源放大了光传感元件的背景噪声在有些情况下噪声大到无法检测到触摸屏的LED光导致触摸屏的暂时失灵这个问题在阳光直射下最为显著因为阳光在红外区域分布有大量的能量 另外传统的光学触摸技术由于其它的一些技术问题例如功耗、机械包装约束、分辨率的限制导致系统检测PDA笔等小物体的能力受限等而没有被手持式触摸屏(例如手机和PDA等)采用其它技术例如模拟电阻技术由于成本低很多主导了移动设备触摸屏的市场 但是光学触摸的特性还是可取的代表了理想触摸屏的属性包括可以去除其它触摸技术都必需的显示屏前的玻璃或塑料层在很多情况下这种覆盖层采用透明导电材料例如氧化铟锡(ITO)这会导致显示屏的光学性能下降光学触摸屏的这个优势对于很多设备、显示屏供应商来说是极其重要的因为设备的售出与使用者的感觉质量相关 光学触摸的另一个长期需求的性能是传感器的数字输出相比之下很多其它的触摸系统是依赖于模拟信号处理来确定触摸位置这些与之竞争的模拟系统通常需要不停的再校准对信号处理(增加了成本和功耗)的要求比较复杂与数字系统相比精确度相对降低;并且由于操作环境引起更长时间使用后系统失灵 光学触摸的另一个关键的优点是通常情况下没有手指、笔或其它被识别硬件的直接接触这就减少了触摸屏由于接触失败、老化、疲劳引起失灵的可能这与低压力触摸的要求也有关在一个光学触摸系统中只要与光束接触就可以了不需要检测力量或者触发系统 最后光学触摸可以执行同时触摸这是其它触摸技术难以实现的尽管同时触摸在过去没有被广泛地发展近期由于苹果iPhone等新设备引起了关注它让同时触摸成为用户界面不可或缺的一部分 1最新技术提高 1.1新元件和信号处理的改进 处理：自从传统的光学触摸系统开始发展关键元件如LED、光敏二极管、CMoS芯片在性能上有了长足的发展成本大大降低产生模塑光学和信号处理算法的技术也有了很大的发展和改进因此传统光学触摸技术有了发展至少与其它也在不断发展的触摸技术相比保持着竞争力 1.2改进的光学系统设计 近期EloTouchSystems和IRTouch等公司试图解决光学触摸的背景或环境光问题主要采用改进边缘(缝隙)设计、光学滤光片和更加复杂的信号处理来增强信噪比如红外LED可以通过特定频率调制光传感器的输出只可以在该特定频率下解调由此来降低阳光对未调制的红外光的影响制造商声称的最新产品能承受75100klx的环境光表明这些技术在降低光学触摸对日光的敏感度方面有了不错的成就 2新型光学触摸系统 新元件技术和关键器件的成本降低使得大量崭新的光学触摸系统得以产生便宜和更尖端的光学系统设计工具的结合为现有光学触摸系统的设计和制造的再次提出创造了完善的条件 现有两大类新的光学触摸系统：一类是取决于光源的通过阻断来检测触摸的;还有一类是利用环境光而与光源无关的另外这些新系统还可以根据规定光束的遮断以及通过复杂的信号处理来确定显示器上方图像的触摸点来分类本文回顾了这些新型的光学触摸系统 3Neonode Neonode采用了传统的IR触摸技术LED以及光敏二极管关键在于将其微型化以用于手持设备除了将该技术用于其N2手机Neonode还将它销售给其他的设备制造商但是还不清楚该技术是否被其他的手机销售商采纳该项技术的关键挑战在于斜面的高度很多手机制造商不断地尝试制造能在顶面齐平或者接近齐平的新元件他们希望显示器尽量延伸尽量靠近设备的边缘(使得显示器的尺寸和对多媒体功能的体验都尽可能的大)参考图2中给出的NeonodeN2和苹果iPhone可以立刻明显发现iPhone屏幕的表面是平滑的而N2手机屏的表面是凹的通过对样品的检测N2的斜高约为1.6mm(包括包装材料的厚度);而iPhone的斜高为0(平滑)其它妨碍Neonode触摸屏技术在手机市场使用的问题有成本和功耗都是因为设备中大量的采用光电子元件(LED和光敏二极管)造成的 对于这项技术及苹果iPhone的另外一个潜在的挑战是只能用手指触摸的限制亚洲智能手机制造商更希望能够采用触摸笔输入以支持字符识别NeonodeN2上的光束间隔比较宽大约每厘米2.5个光束手指大约能够覆盖9个光束交叉点这能节约能量但是使得触摸笔在触摸屏上无法使用即使使用大的触摸笔由于分辨率不够手写识别还是无法实现相比较而言用于iPhone的导电轨迹间隔相对比较窄大概每厘米25个轨迹交叉点但是即便是投射式电容性技术的分辨率更高它只能支持手指触摸限制了触摸笔或是戴手套时的使用所以这个比较结论有待讨论 4NextWindow、SMART以及其它技术 NextWindow和SMART技术实现了基于照相机的光学触摸至少有一个新的开始 NextWindow的光学触摸屏技术采用了两个放置在显示器相邻边角上的线扫描照相机(图3)照相机根据红外光源的截断来检测任何靠近表面物体的移动由屏表面的一个平面产生光并由屏三个边上的定向反射条(定向反射镜使得光从入射角沿着平行但相反的路径反射回来)反射回相机当手指(或任何物体)触摸屏幕时控制器就分析了相机中的图像触摸物体位置的三角关系SMART光学触摸屏技术使用的是相同的原理区别在于它用了四个面扫描照相机 即使技术上允许光学触摸技术不需要玻璃触摸表面供应商也不会这样做因为需要保护LCD的软(2H)表面这些技术比传统技术先进在它们的有源器件更少因此可以减少成本具有更长的平均失误间隔时间(MTBF)NextWindow销售的触摸屏的尺寸在12120in范围之间到目前为止大多数应用于监视器尺寸的显示屏(例如HPTouchSmart家用电脑)以及用于交互数字签名的大尺寸显示1尽管这项技术具有很高的分辨率和数据传输率能够支持触摸笔的手写识别;但是对于小于10in由于边界宽度、成本、功耗的考虑不采用掌上反射显示屏的还无法应用总的来说基于相机的光学触摸技术在近期内还无法应用于移动设备 5PerceptivePixel 纽约大学的研究者最新研制了一种可以同时用10个、20个甚至更多手指触摸的大型多处触摸屏PerceptivePixel公司的成立旨在将该项技术商业化尽管这项技术已经应用于交互性白板、触摸屏桌、数字墙等领域所有的这些设备都可以由多人同时操作 PerceptivePixel技术原理是将红外LED光引入玻璃或塑料的背投屏上该技术应用非全内反射(FTIR)即当手指触摸玻璃表面时光从手指处散射出去被垂直于普通玻璃表面的光学传感器检测到2在PerceptivePixel应用中光传感器是投影机旁边的一个摄像机(见图4)因为该技术是为背投显示屏设计的它不能应用在移动设备中 6夏普、东芝松下显示(TMD)及其它 夏普、TMD以及LG飞利浦LCD都展示了显示屏本身作为光传感器件的光学图像触摸系统这些新型的LCD在每个LCD像素中集成了一个光传感器件(发光二极管或光敏晶体管)这使得整个显示屏成为一个大矩阵光传感器;加上合适的图像分析技术它可以成为触摸传感器甚至一个读卡扫描器夏普最新展示了320480像素光传感分辨率的3.5inLCD由于固有的数字技术它具有识别出同时多处触摸事件的能力(图5) 将这项技术应用于触摸屏需要面临的一个挑战是在有各种不同类型环境光的情况下进行信号处理与普通的触摸屏不同该技术需要分析一幅复杂的图像来确认是否有触摸发生与普通的触摸屏相比这项技术需要更加先进、昂贵、耗电的处理器另外多种背景光的存在会使得图像分析更为复杂另外一个需要考虑的问题是速度比如说手写识别通常被认为需要至少每秒130帧的触摸识别速度以避免识别延时这种处理速度对于基于图像矩阵、低功耗的、用于手持设备的触摸技术来说是一种挑战 由于移动设备的显示屏的尺寸、比例、分辨率有很多种生产商没有真正的标准因此生产能够用于任意显示器的传感器将带来高成本并且需要处理复杂触摸传感LCD的NRE另外这些LCD可能具有更小的像素孔径比因此与没有触摸传感的类似显示屏相比亮度可能会低一些 7RPO数字波导触摸技术 RPO数字波导触摸(DWT)技术是基于传统IR系统概念发展而来的光学触摸系统这种系统采用12个低成本LED用来从两个相邻斜边提供可控的光源(事实上是一个红外光平面)然后在另两个相邻的斜边上利用聚合物光学波导来将光线引入分立的10m管道进入一个小的光传感器矩阵(图6) 这项由传统IR触摸改进的技术有效地解决了传统技术所有的缺点下面将讨论这些缺点 由于光电器件(LED和传感器)不再放置在显示器的斜边上;与传统的光学触摸系统相比斜面高度和宽度对触摸系统的影响减弱了RPO展示了在显示区域外只有2mm的触摸系统从屏保护(镜片)到器件外壳的内表面的侧面高度只有0.5mm DWT因为只有12个LED和1个光传感器芯片所以成本要低很多;由于接收端的光学信号进入分立的光导被光传感器矩阵的独立像素分别检测而具有数字性所以它的分辨率要高很多因此笔检测和手写输入识别成为了可能 滤波器和孔隙化的发展使得环境光不再是个问题因为细小光学波导作为接收管道 使这项技术成为可能的关键是RPO公司改进的低成本光刻印刷聚合物光学波导这家公司采用类似LCD的处理工具来沉积湿膜用直接的光刻图案处理薄膜还有溶剂的改进这听起来很简单但是改进聚合物材料和用于生产大量、高强度的高分辨率光导的工艺用了很多年另外这个RPO使用的光学系统设计非常复杂但是在物理系统中简单、便宜、便于集成 RPO在DisplayWeek上演示了这个系统当时用于PDA设备的多重触摸DWT现用于高端用户产品之中理论上讲这个系统可以用于任意尺寸的显示屏但是R