触摸屏种类与原理、结构

触摸屏种类与原理、结构

触摸屏的几个概念：所谓触摸屏，从市场概念来讲，就是一种人人都会使用的计算机输入设备，或者说是人人都会使用的与计算机沟通的设备。不用学习，人人都会使用，是触摸屏最大的魔力，这一点无论是键盘还是鼠标，都无法与其相比。人人都会使用，也就标志着计算机应用普及时代的真正到来。这也是我们发展触摸屏，发展KIOSK，发展KIOSK网络，努力形成中国触摸产业的原因。从技术原理角度来讲，触摸屏是一套透明的绝对定位系统，首先它必须保证是透明的，因此它必须通过材料科技来解决透明问题，像数字化仪、写字板、电梯开关，它们都不是触摸屏；其次它是绝对坐标，手指摸哪就是哪，不需要第二个动作，不像鼠标，是相对定位的一套系统，我们可以注意到，触摸屏软件都不需要光标，有光标反倒影响用户的注意力，因为光标是给相对定位的设备用的，相对定位的设备要移动到一个地方首先要知道现在在何处，往哪个方向去，每时每刻还需要不停的给用户反馈当前的位置才不至于出现偏差。这些对采取绝对坐标定位的触摸屏来说都不需要；再其次就是能检测手指的触摸动作并且判断手指位置，各类触摸屏技术就是围绕“检测手指触摸”而八仙过海各显神通的。触摸屏的第一个特性：透明，它直接影响到触摸屏的视觉效果。透明有透明的程度问题，红外线技术触摸屏和表面声波触摸屏只隔了一层纯玻璃，透明可算佼佼者，其它触摸屏这点就要好好推敲一番，“透明”，在触摸屏行业里，只是个非常泛泛的概念，我们知道，很多触摸屏是多层的复合薄膜，仅用透明一点来概括它的视觉效果是不够的，它应该至少包括四个特性：透明度、色彩失真度、反光性和清晰度，还能再分，比如反光程度包括镜面反光程度和衍射反光程度，只不过我们的触摸屏表面衍射反光还没到达CD盘的程度，对用户而言，这四个度量已经基本够了。今天我尽量不结合具体的触摸屏去“排队”，技术是在前进的，今天也许是声波屏最理想，明天也许又是另一种，我们通过触摸屏的技术本质引申出一些触摸屏的概念，目的是让用户自己学会思考、学会判断，选购适用的触摸屏。先说透明度和色彩失真度，首先提醒大家，我们看到的彩色世界包含了可见光波段中的各种波长色，在没有完全解决透明材料科技之前，或者说还没有低成本的很好解决透明材料科技之前，多层复合薄膜的触摸屏在各波长下的透光性还不能达到理想的一致状态，下面是一个示意图：由于透光性与波长曲线图的存在，通过触摸屏看到的图象不可避免的与原图象产生了色彩失真，静态的图象感觉还只是色彩的失真，动态的多媒体图象感觉就不是很舒服了，色彩失真度也就是图中的最大色彩失真度自然是越小越好。平常所说的透明度也只能是图中的平均透明度，当然是越高越好。反光性，主要是指由于镜面反射造成图像上重叠身后的光影，如人影、窗户、灯光等。反光是触摸屏带来的负面效果，越小越好，它影响用户的浏览速度，严重时甚至无法辨认图像字符，反光性强的触摸屏使用环境受到限制，现场的灯光布置也被迫需要调整。大多数存在反光问题的触摸屏都提供另外一种经过表面处理的型号：磨砂面触摸屏，也叫防眩型，价格略高一些，防眩型反光性明显下降，适用于采光非常充足的大厅或展览场所，不过，防眩型的透光性和清晰度也随之有较大幅度的下降。清晰度，有些触摸屏加装之后，字迹模糊，图像细节模糊，整个屏幕显得模模糊糊，看不太清楚，这就是清晰度太差。清晰度的问题主要是多层薄膜结构的触摸屏，由于薄膜层之间光反复反射折射而造成的，此外防眩型触摸屏由于表面磨砂也造成清晰度下降。清晰度不好，眼睛容易疲劳，对眼睛也有一定伤害，选购触摸屏时要注意判别。触摸屏的第二个特性：触摸屏是绝对坐标系统，要选哪就直接点那，与鼠标这类相对定位系统的本质区别是一次到位的直观性。绝对坐标系的特点是每一次定位坐标与上一次定位坐标没有关系，触摸屏在物理上是一套独立的坐标定位系统，每次触摸的数据通过校准数据转为屏幕上的坐标，这样，就要求触摸屏这套坐标不管在什么情况下，同一点的输出数据是稳定的，如果不稳定，那么这触摸屏就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。技术原理上凡是不能保证同一点触摸每一次采样数据相同的触摸屏都免不了漂移这个问题，目前有漂移现象的只有电容触摸屏。触摸屏的第三个特性：检测触摸并定位，各种触摸屏技术都是依靠各自的传感器来工作的，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。触摸屏的传感器方式还决定了该触摸屏如何识别多点触摸的问题，也就是超过一点的同时触摸怎么办？有人触摸时接着旁边又有人触摸怎么办？这是触摸屏使用过程中经常出现的问题，我认为最理想的方式是：超过一点的同时触摸谁也不判断，一直等到多点触摸移走，有人触摸接着又有人触摸应该是分先后都判断，当然是技术上可能的话。触摸屏种类：触摸屏原理触摸屏结构随着个人计算机之日渐普及.新款输入机器也陆续的被开发应市了.我将针对时下颇受重视

的新型输入方式.即touchpanel的原理和构造进行讲解.所谓的touchpanel是指在显示

面板(display)上用手指头或特殊笔尖轻轻的触摸就完成点位.也就所谓pointing的一种

新式输入装置.从分类上看前者是属于手指触摸型.而后者则是用笔尖触摸型。touchpanel

的优点在于它能看显示面板(display)的同时就能直接进行接点位(pointing).这点确实是

本方式在方便上胜过其它，如:键盘.鼠标……..等之所在。笔触型(Pentouch)多半在精度要求较高的图画或手写文字时使用.而手指触摸型则是笔划

精度无须太精确时使用。手指触摸型不像笔触型(Pentouch)须要备有特殊笔.它只要用手指

头直接触摸显示面板(display)便能达成输入，这样的构造无形中更加拉近了人和计算机之

间的距离。笔触型(Pentouch)的touchpanel包括有：电磁感应型和静电感应型.手指触摸

型touchpanel则包括容量式.光学式。音响式.压力检出型以及MEMBRANE型(透明导电胶

片)等.这些都是根据各种不同原理经过开发而后逐渐普及下来的。本文将针对利用透明，且具导电性的MEMBRANE式手指触摸型touchpanel作如下重点式说

明.手指触摸型touchpanel光学式光学式touchpanel有如图1所示:在显示面板(display)周边配置着会发光的二极管

(diode)和受光的单体.由于diode所辐射出来的光束是呈矩阵形的.所以假如用手指头等

把光束遮断了.是可测出被遮断的光束位置至手指触摸的所在位置.为了避免外界光源的干

预本方式采用了比可视光的波长还要长的近红外光之光束光学式触摸型touchpanel经

配装在液晶panel或CRTdisplay显示面板(display)上当作输入装置，为了保护使用者的

眼力,有些光学式的touchpanel会在CRT上加涂一层过滤膜。图1光学式touchpanel图2容量式touchpanel容量式把导电性玻璃的透明导电胶片如图2予以模式化(pattern),而后配置多数独立的电极.当

手指触摸到电极时.人体的容量会加在回路上.本装置瞬即检测到点位(pointing)位置。容量式touchpanel对铅笔芯或带着手套的手指头触摸是不会起反应的.以CRT显示面板(display)为例，多半都如图示般直接就把电极配置在面板(faceplate)上.到了最近更是把它当作口袋型计算机或手表计算机的输入装置来使用，兹将音响式touchpanel的原理说明如下.沿着玻璃板的X和Y轴之各边埋设压电素子.每当压电素子振荡辐射出来的表面波.以反射波形态弹回时.就以其经过时间作为计算玻璃板的障碍物(图3).就这样，压电素子把4MHz高频交互在XY轴(1*10-3sec为周期)作6*10-6sec振荡玻璃面板的污渍或伤痕往往会造成误动作的原因.所以除了要作定期性(1-2回/日)玻璃面清扫外，更要注意玻璃面板不得有金属等对象触碰！图3音响式touchpanel方块图压力检出式在玻璃面板之4端配置压力感应器使得加在玻璃面板的外力印加点坐标经由配置在4端的

压力感应器予以检测及计算.压力检出式touchpanel就是根据这样的原理制造完成的.原

理和构造固然简单,但若要求取高精度的touchpanel的话，必须备有高精度的压力感应器,

感应器的温度保证网络,以及因手指触摸不够精确，以及因受振动影响而作之对策，等等都要

作得非常慎重。目前16mminch画面已能作到±5mm的精度了。图4压力检出式touchpanel方块图MEMBRANE式

把表面已经加工处理过的二片透明电极(厚0.1-0.2mm的塑料片)中间以隔片对向区开就完

成透明开关了.图5塑料片(plastic)具柔软性，所以当手指一按压就立即凹下去和对向的电

极形成接触.由于下方电极是固定的有时也会采用导电性玻璃作为材料.membrane式touch

panel可分成二种样式.其一是把透明电极加工成短册形状，而完成纵横相互交差的矩阵图

(matrix).请三照图6.其二.利用透明电极比较均匀的表面电阻组合成如图7的电路.就在

触摸位置上将流入电路的电流值(analogue值)用A/D变换器转换成数字化(digital),如

此便成为计出位置的analoguetype了.前者的matrix数以10*10~20*20者较多.通常都

会在输入menu时使用之.最近比较常见的口袋型电动玩具.科学博物馆会场之信息索引用

输入机器，以及银行/大饭店等之终端用手指触摸型(touchpanel)大半都是这种矩阵图

(matrixtype)所构成的.Analoguetype的点位(pointing)精确度须视A/D变换器之分解能力及透明导电膜片之表

面电阻均匀值如何而定.前者只要用12bit就可以获得4.096*4.096的精度.但若是后者的

精度不够时就无法达成高精度了.笔者等正倾全力开发Analoguetype用透明导电膜.深信

将来一定出现高精度Analoguetype触摸型touchpanel.图5透明断面图图6矩阵图(matrix)式之pentouch用手指按压前方的film,它就会和后方film导通.图7Analoguetype(透明电极.透明电阻film)所构成的pentouchPentouch型touchpanel把透明电极和玻璃所构成的透明性digitizer设置在显示面板(display)上就成为笔触型(pentouch)的面板了，这和digitizer原理分类一样,可分成电磁感应型和静电感应型两种.电磁感应型已有手写文字自动处理(wordprocessor).以及和平面显示板(display)组合而

成的手写文字/图形输入用高分解能(10条/mm以上)触摸型(touchpanel)等之式作例.请

参照图8.而图9所示的就是（SONY透明框架）静电感应型.具有10条/mm的分解能力，甚至

精度达到土200um之高分解能touchpanel.Pentouch型touchpanel虽然都要依靠特殊笔.所以比较麻烦.但是，这类机种可经由高精度点位"（pointing）而能适合于描绘图形.图8Pentouch形式之touchpanel（电磁感应型）电路原理(a)图mm(b)图mm图9Pentouch形式之touchpanel(静电感应型)之原理(a)和构成(b)图如何分类使用touchpanel?表1是各种pointing机件的特性比较,这里便可看出touchpanel在操作时有良好的指示性，笔触型(Pentouchtype)的touchpanel精度也非常优异。Ji1各楝，重扯(poiMi哩xa件之比校客梢指示探忤竿3盅募成俯考窣膳型(・打七pen)r◎X'A、oro卜5JLX◎,・r0!*"”又0/。Q不能说手twjchscreen©1X△鹿智手杖洎企(J3O瞻3dJ访1一—我ntst作画分解施Butthfanel⑥|◎|万我2心《赤晚11N之帕入功佬和回途例*Vio新■*!；丰■TV，启用一牌目心3-f+整吹w-ntl1^71mh|A—7/kMni接着把touchpanel的输入功能和用途例记述如表2。由”点位"(pointing)的精度而言，手指模触型touchpanel虽然只限于其中的指示输入(显示选择).但是笔触型(Pentouch)的touchpanel则用手直接描绘也可以达成输入.如同前面的原理分类时曾作过讲解一样，不但种类多.甚至连同种制品经由不同厂商制造都会在性能和价格上产生大差异，有时会因手指触摸造成touchpanel上残留指纹或在呈弯曲面CRT(cathode-raytube一阴极线管)上面装设平面的touchpanel,如此一来显示面板的端部可能因视差而造成点位(pointing)时之位置偏差.指纹的对策是运用某种加工使手指触摸到的touchpanel不容易残留指纹痕迹.此外，也有很多位置偏差之对策是沿着CRT曲面构成touchpanel来达成目的.兹将具体内容陈述如下:光学式touchpanel的基本原理是利用光束(beam)和受光素子配置成曲线状者.而音响式则是利用三次曲面(曲率半径为25英寸)的玻璃板。此外就是membrane式的把2次曲面(图10)或加工成3次曲面者.如何从众多touchpanel(CRT.液晶display.pla