触摸屏介绍

触摸屏技术原理及比较
一、前言
随着多媒体信息查询应用的与日俱增，系统设计师们越来越多地使用上触摸屏，因为触摸屏不仅适用于中国多媒体信息查询的国情,而且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。
     触摸屏出现在中国市场上至今己有十余年，许多人还没有接触和了解触摸屏这个新的多媒体设备，包括一些正打算使用触摸屏的系统设计师，还都把触摸屏当作一个可有可无的设备，从发达国家触摸屏的普及历程和我国多媒体信息业正处在的阶段来看，这种观念还有一定的普遍性。事实上，触摸屏是一个使多媒体信息或控制系统改头换面的设备，它赋予多媒体系统以崭新的面貌，是极富吸引力的全新多媒体交互设备，发达国家的系统设计师和我国那些率先大胆使用触摸屏的系统设计师们都已知道：触摸屏对于各种应用领域的电脑不是可有可无的东西，而已是必不可少的设备。
二、触摸屏技术原理介绍
触摸屏是最方便、简单、自然的输入手段，完全不懂电脑的人可以上来就操作电脑。用户看着显示内容，想选什么就简单地用手触摸一下。通过触摸屏，人们可以尽情的游畅于您的应用软件，查询他们感兴趣的信息。既然触摸屏是最适合信息查询的输入设备，各发达国家都积极的进行触摸屏的研制开发，犹如PC从286、386发展到奔腾机一样，触摸屏也从低档向高档发展，从红外线式、电阻式走到电容感应式，现在发展到了表面声波触摸屏和四线/五线电阻触摸屏。性能越来越可靠，技术越来越先进。
本方案主要对目前国内市场上的表面声波触摸屏、电阻触摸屏、电容感应触摸屏、红外线触摸屏的技术逐一作详尽的介绍。尽管在95年初就传来了海外著名TPS红外触摸屏停产的消息，但是在短时间内，国内各路兵马还将以价位均衡实力，在国内的市场上并存一段时期。
由于触摸屏本身的特点，对触摸屏的要求除了要求非常透明、精确定位之外，还要求它长时间保持准确、工作稳定可靠、不影响美观和不容易被破坏。因此，评判一种触摸屏技术的优劣，主要就是从这几点来考察。
触摸屏可分5个基本种类是：电阻技术触摸屏、电容技术触摸屏,表面声波技术触摸屏、红外线扫描技术触摸屏、矢量压力传感技术触摸屏。这是从技术原理上对触摸屏的分类，矢量压力传感技术触摸屏己退出历史舞台；电容触摸屏曾在国内风行过一段时间，但由于技术原理上难以解决漂移的问题，在国内也曾遇到了销售困难。每一类触摸屏都有其各自的优缺点，而用户也知道不可能所有的应用场合都是某一类触摸屏最适合。要想挑选最适合的，关键就要了解每一类触摸屏技术的工作原理和特点

首先把各类触摸屏的特性比较简单列表如下：（各种触摸屏的优缺点比较）

1．表面声波触摸屏：
    本方案以海易触控表面声波触摸屏为例。表面声波，超声波的一种，在介质（例如玻璃或金属等刚性材料）表面进行浅层传播的机械能量波。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、造影和滤波器方向上发展非常成熟。
    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，区别于别类触摸屏技术是没有任何贴膜和覆盖层。

2.电阻技术触摸屏:
    电阻触摸屏的主要部分是一块与显示器表面非常配合的电阻薄膜屏，这是一种多层的复合薄膜，由一层玻璃或有机玻璃作为基层，表面涂有一层叫ITo的透明导电层,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导电层（ITO或镍金）,在两层导电层之间有许多细小（小于于分之一英寸）的透明隔离点把它们隔开绝缘。当手指触摸屏幕时，两层导电层在触摸点位置就有了一个接触，控制器侦测到这个接通并计算出X、Y轴的位置，这就是所有电阻技术触摸屏共同的最基本原理。见图3。

图3:电阻触摸屏的结构及模拟量电阻屏的原理
    电阻触摸屏的两层ITO工作面必须是完整的，在每个工作面的两条边线上各涂一条银胶，一端加5V电压，一端加0V，就能在工作面的一个方向上形成均匀连续的平行电压分布。在侦测到有触摸后，立刻A／D转换测量接触点的模拟量电压值，根据它示IJ5V陶比例公式就能计算出触摸点在这个方向上的位置。

3.电容技术的触摸屏：
    电容技术的触摸屏是一块四层复合玻璃屏，玻璃屏的内表面和夹层各涂有一层ITO，最外层是只有0.0015毫米厚的矽土玻璃保护层,夹层ITO涂层作为工作面,四个角上引出四个电极，内层ITO为屏蔽层以保证良好的工作环境。
    当用户触摸电容屏时，由于人体电场，用户手指头和工作面形成一个耦合电容，因为工作面上接有高频信号，于是手指头吸收走一个很小的电流。这个电流从触摸屏四个角上的电极中流出，并且理论上流经这四个电极的电流与手指到四角的距离成比例，控制器通过对这四个电流比例的精密计算，得出触摸点的位置。

                          图4．通过四个电流比较计算出触摸点位置
电容触摸屏的透光率和清晰度优于四线电阻屏，当然还不能和表面声波屏和五线电阻屏相比，参见表1和图5，电容屏反光严重，而且，电容技术的四层复合触摸屏对各波长光的透光率不均匀，存在色彩失真的问题，由于光线在各层间的反射，还造成图像字符的模糊。电容屏在原理上把人体当作一个电容器元件的一个电极使用，当有导体靠近与夹层ITO工作面之间耦合出足够量容值的电容时，流走的电流就足够引起电容屏的误动作。我们知道，电容值虽然与极间距离成反比，却与相对面积成正比，并且还与介质的的绝缘系数有关。因此，当较大面积的手掌或手持的导体物靠近电容屏而不是触摸时就能引起电容屏的误动作，在潮湿的天气，这种情况尤为严重，手扶住显示器、手掌靠近显示器7厘米以内或身体靠近显示器15厘米以内就能引起电容屏的误动作。电容屏的另一个缺点用戴手套的手或手持不导电的物体触摸时没有反应，这是因为增加了更为绝缘的介质。


         图5．为什么电容触模屏反光并且透光率和清晰度都不如声波屏
    电容屏更主要的缺点是漂移：当环境温度、湿度改变时，环境电场发生改变时，都会引起电容屏的漂移，造成不准确。例如：开机后显示器温度上升回造成漂移：用户触摸屏幕的同时另一只手或身体一侧靠近显示器会漂移；70多公斤的小伙子校正的电容屏40公斤的小姐可能触不动（两个小姐握起手来就行）；电容触摸屏附近较大的物体搬移后回漂移，你触摸时如果有人围过来观看也会引起漂移；电容屏的漂移原因属于技术上的先天不足，环境电势面（包括用户的身体）虽然与电容触摸屏离得较远，却比手指头面积大的多，他们直接影响了触摸位置的测定。此外，理论上许多应该线性的关系实际上却是非线性，如：体重不同或者手指湿润程度不同的人吸走的总电流量是不同的，而总电流量的变化和四个分电流量的变化是非线性的关系，电容触摸屏采用的这种四个角的自定义极坐标系还没有坐标上的原点，漂移后控制器不能察觉和恢复，而且，4个A/D完成后，由四个分流量的值到触摸点在直角坐标系上的X、Y坐标值的计算过程复杂。由于没有原点，电容屏的漂移是累积的，在工作现场也经常需要校准。在美国的赌场中曾发生过这样的事故：当时的苹果机安装的都是电容触摸屏，有一位客人财运很好引来了许多旁观的看客，却没想到此时由于环境电场的严重改变，电容触摸屏失效了，此家赌场后来全改为用四线电阻触摸屏挽回了声誉，但从这个事情上可以反映出电容触摸屏技术原理的先天不足。电容触摸屏最外面的矽土保护玻璃防刮擦性很好，但是怕指甲或硬物的敲击，敲出一个小洞就会伤及夹层ITO，不管是伤及夹层ITO还是安装运输过程中伤及内表面ITO层，电容屏就不能正常工作了。
4．红外触摸屏:
    红外触摸屏是利用X、Y方向上密布的红外线矩阵来检测并定位用户的触摸。通常红外触摸屏在显示器的前面安装一个外框，靠藏在外框中的电路板在屏幕四边排布红外发射管和红外接收管，一一对应形成横竖交叉的红外线矩阵。用户在触摸屏幕时，手指就会挡住经过该位置的横竖两条红外线，因而可以判断出触摸点在屏幕的位置，见图6。

   图6．红外线扫描式触摸屏的原理
    安装红外触摸屏的方法非常简单，只要用胶或双面胶将这个框架固定在显示器前面即可。大多数红外触摸屏的控制器直接设计在藏在框架中的电路板上，也有红外触摸屏把控制器设计在单独的小盒中。控制器通过键盘接口或者串行口直接与主机通信，走键盘接口的红外触摸屏用户甚至可以直接读取键盘口发来的触摸屏数据而无需任何驱动程序。红外触摸屏的分辨率由框架中的红外对营数目决定，因此分辨率较低，市场上主要为32x32、40X32。原来红外触摸屏的主要缺点是因依靠红外光线工作而对光照环境因素比较敏感，在光照变化较大时会误判甚至死机。国内第二代抗光干扰型的红外触摸屏推出后，第二代红外触摸屏已经较好的克服了这个弱点，但红外触摸屏毕竟是通过红外光线工作，只能承受有限的光干扰，因此在使用环境上有一定的限制。
红外触摸屏另外一个主要缺点是框架：它不美观豪华，破坏显示器原来的外形；它要求框架内侧是红外滤色片；此外，这个框架不可能结实，根据返修情况看，红外触摸屏的框架最容易遭到破坏。