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觸摸屏的性能及應(yīng)用

發(fā)布時(shí)間:2010-11-02

中心議題:
  • 觸摸屏系統(tǒng)的原理和分類
  • 觸摸屏的基本技術(shù)
  • 觸摸屏的性能比較
  • 觸摸屏系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)合分類

原理和分類

觸摸屏系統(tǒng)一般包括兩個(gè)部分:觸摸檢測(cè)裝置和觸摸屏控制器。觸摸檢測(cè)裝置安裝在顯示器屏幕前面,用于檢測(cè)用戶觸摸位置,接收后送觸摸屏控制器;觸摸屏控制器的主要作用是從觸摸點(diǎn)檢測(cè)裝置上接收觸摸信息,并將它轉(zhuǎn)換成觸點(diǎn)坐標(biāo),再送給CPU,它同時(shí)能接收CPU發(fā)來的命令并加以執(zhí)行。

隨著科技的進(jìn)步,觸摸屏技術(shù)也經(jīng)歷了從低檔向高檔逐步升級(jí)和發(fā)展的過程。根據(jù)其工作原理,其目前一般被分為四大類:電阻式觸摸屏、電容式觸摸屏、紅外線式觸摸屏和表面聲波觸摸屏。

電阻式觸摸屏

電阻觸摸屏的屏體部分是一塊多層復(fù)合薄膜,由一層玻璃或有機(jī)玻璃作為基層,表面涂有一層透明的導(dǎo)電層(ITO膜),上面再蓋有一層外表面經(jīng)過硬化處理、光滑防刮的塑料層。它的內(nèi)表面也涂有一層ITO,在兩層導(dǎo)電層之間有許多細(xì)小(小于千分之一英寸)的透明隔離點(diǎn)把它們隔開。當(dāng)手指接觸屏幕時(shí),兩層ITO發(fā)生接觸,電阻發(fā)生變化,控制器根據(jù)檢測(cè)到的電阻變化來計(jì)算接觸點(diǎn)的坐標(biāo),再依照這個(gè)坐標(biāo)來進(jìn)行相應(yīng)的操作。電阻屏根據(jù)引出線數(shù)多少,分為四線、五線等類型。五線電阻觸摸屏的外表面是導(dǎo)電玻璃而不是導(dǎo)電涂覆層,這種導(dǎo)電玻璃的壽命較長(zhǎng),透光率也較高。

電阻式觸摸屏的ITO涂層若太薄則容易脆斷,涂層太厚又會(huì)降低透光且形成內(nèi)反射降低清晰度。由于經(jīng)常被觸動(dòng),表層ITO使用一定時(shí)間后會(huì)出現(xiàn)細(xì)小裂紋,甚至變型,因此其壽命并不長(zhǎng)久。

電阻式觸摸屏價(jià)格便宜且易于生產(chǎn),因而仍是人們較為普遍的選擇。四線式、五線式以及七線、八線式觸摸屏的出現(xiàn)使其性能更加可靠,同時(shí)也改善了它的光學(xué)特性。

電容式觸摸屏

電容式觸摸屏的四邊均鍍上了狹長(zhǎng)的電極,其內(nèi)部形成一個(gè)低電壓交流電場(chǎng)。觸摸屏上貼有一層透明的薄膜層,它是一種特殊的金屬導(dǎo)電物質(zhì)。當(dāng)用戶觸摸電容屏?xí)r,用戶手指和工作面形成一個(gè)耦合電容,因?yàn)楣ぷ髅嫔辖佑懈哳l信號(hào),于是手指會(huì)吸走一個(gè)很小的電流,這個(gè)電流分別從屏的四個(gè)角上的電極中流出;且理論上流經(jīng)四個(gè)電極的電流與手指到四角的距離成比例,控制器通過對(duì)四個(gè)電流比例的精密計(jì)算,即可得出接觸點(diǎn)位置。

電容觸摸屏的雙玻璃不但能保護(hù)導(dǎo)體及感應(yīng)器,更能有效地防止外在環(huán)境因素對(duì)觸摸屏造成影響,就算屏幕沾有污穢、塵?;蛴蜐n,電容式觸摸屏依然能準(zhǔn)確算出觸摸位置。但由于電容隨溫度、濕度或接地情況的不同而變化,其穩(wěn)定性較差,往往會(huì)產(chǎn)生漂移現(xiàn)象。

盡管不像電阻式應(yīng)用那么廣,電容式觸摸屏也是受歡迎的供選類型。這類設(shè)備精確、反應(yīng)快,尺寸稍大時(shí)也有較高分辨率,更耐用(抗刮擦),因而適合用作游戲機(jī)的觸摸屏。而且,新出現(xiàn)的近場(chǎng)成像技術(shù)改良了電容式觸摸屏的性能,減弱了在它和電阻式觸摸屏中可能出現(xiàn)的漂移現(xiàn)象。

紅外線式觸摸屏

紅外觸摸屏的四邊排布了紅外發(fā)射管和紅外接收管,它們一一對(duì)應(yīng)形成橫豎交叉的紅外線矩陣。用戶在觸摸屏幕時(shí),手指會(huì)擋住經(jīng)過該位置的橫豎兩條紅外線,控制器通過計(jì)算即可判斷出觸摸點(diǎn)的位置。

紅外觸摸屏也同樣不受電流、電壓和靜電干擾,適宜于某些惡劣的環(huán)境。其主要優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低廉、安裝方便,可以用在各檔次的計(jì)算機(jī)上。此外,由于沒有電容充放電過程,響應(yīng)速度比電容式快,但分辨率較低。
表面聲波觸摸屏

表面聲波是超聲波的一種,它是在介質(zhì)(例如玻璃或金屬等剛性材料)表面淺層傳播的機(jī)械能量波。通過楔形三角基座(根據(jù)表面波的波長(zhǎng)嚴(yán)格設(shè)計(jì)),可以做到定向、小角度的表面聲波能量發(fā)射。表面聲波性能穩(wěn)定、易于分析,并且在橫波傳遞過程中具有非常尖銳的頻率特性,近年來在無損探傷、造影和退波器等應(yīng)用中發(fā)展很快。

這種觸摸屏的顯示屏四角分別設(shè)有超聲波發(fā)射換能器及接收換能器,能發(fā)出一種超聲波并覆蓋屏幕表面。當(dāng)手指碰觸顯示屏?xí)r,由于吸收了部分聲波能量,使接收波形發(fā)生變化,即某一時(shí)刻波形有一個(gè)衰減缺口,控制器依據(jù)衰減的信號(hào)即可計(jì)算出觸摸點(diǎn)位置。

表面聲波觸摸屏不受溫度、濕度等環(huán)境因素影響,分辨率極高,有極好的防刮性,壽命長(zhǎng)(5000萬次無故障),透光率高(92%),能保持清晰透亮的圖像;沒有漂移,只需安裝時(shí)一次校正;有第三軸(即壓力軸)響應(yīng),最適合公共場(chǎng)所使用。

表面聲波觸摸屏易受水滴、灰塵的影響,改進(jìn)的方法是加防塵條,或者增加對(duì)污物的監(jiān)控,準(zhǔn)確識(shí)別出有效的操作和污物之間的區(qū)別。另外,由于聲波屏能感受壓力,無形中增加了控制手段,對(duì)屏功能的擴(kuò)展十分有利,其應(yīng)用范圍因此而大大拓展。
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觸摸屏的基本技術(shù)

絕對(duì)坐標(biāo)系統(tǒng)

觸摸屏是一種絕對(duì)坐標(biāo)系統(tǒng),其特點(diǎn)就是當(dāng)前定位坐標(biāo)與上一次定位坐標(biāo)沒有關(guān)系,每次觸摸的數(shù)據(jù)通過校準(zhǔn)直接轉(zhuǎn)化為屏幕上的坐標(biāo)。不管在什么情況下,觸摸屏這套坐標(biāo)體系對(duì)同一點(diǎn)的輸出數(shù)據(jù)都是穩(wěn)定的。不過,它并不能保證每一次對(duì)同一點(diǎn)觸摸的采樣都相同,即不能保證絕對(duì)坐標(biāo)定位,這就是所謂的漂移問題。
定位

各種觸摸屏都是依靠傳感器來工作的,甚至有的觸摸屏本身就是一套傳感器。它們各自的定位原理和各自所用的傳感器決定了觸摸屏的反應(yīng)速度、可靠性、穩(wěn)定性和壽命。各類觸摸屏的技術(shù)特性如表1所示。


表1各種觸摸屏基本技術(shù)對(duì)照表

觸摸屏的性能比較

電阻式觸摸屏工作在與外界完全隔離的環(huán)境中,它不怕灰塵、水氣和油污,可以用任何物體來觸摸,比較適合工業(yè)控制領(lǐng)域使用。缺點(diǎn)是由于復(fù)合薄膜的外層采用塑料,太用力或使用銳器觸摸可能劃傷觸摸屏。

電容式觸摸屏的分辨率很高,透光率也不錯(cuò),可以很好地滿足各方面的要求,在公共場(chǎng)所常見的就是這種觸摸屏。不過,電容式觸摸屏把人體當(dāng)作電容器的一個(gè)電極使用,當(dāng)有導(dǎo)體靠近并與夾層ITO工作面之間耦合出足夠大的電容時(shí),流走的電流就會(huì)引起電容式觸摸屏的誤動(dòng)作;另外,戴著手套或手持絕緣物體觸摸時(shí)會(huì)沒有反應(yīng),這是因?yàn)樵黾恿私^緣的介質(zhì)。

紅外線觸摸屏是靠測(cè)定紅外線的通斷來確定觸摸位置的,與觸摸屏所選用的透明擋板的材料無關(guān)(有一些根本就沒有使用任何擋板)。因此,選用透光性能好的擋板,并加以抗反光處理,可以得到很好的視覺效果。但是,受到紅外線發(fā)射管體積的限制,不可能發(fā)射高密度的紅外線,所以這種觸摸屏的分辨率不高。另外,由于紅外線觸摸屏依靠紅外感應(yīng)來工作,外界光線變化,如陽光或室內(nèi)燈等均會(huì)影響其準(zhǔn)確度。

表面聲波技術(shù)非常穩(wěn)定,而且表面聲波觸摸屏的控制器靠測(cè)量衰減時(shí)刻在時(shí)間軸上的位置來計(jì)算觸摸位置,所以其精度非常高。表面聲波觸摸屏還具有第三軸(z軸),也就是壓力軸—通過計(jì)算接收信號(hào)衰減處的衰減量可得到用戶觸摸屏幕的力量大小,最多可分為256級(jí)力度。力量越大,接收信號(hào)波形上的衰減缺口也就越寬越深,在所有的觸摸屏中,只有表面聲波觸摸屏具有感知觸摸壓力的性能。

應(yīng)用場(chǎng)合

根據(jù)對(duì)觸摸屏的結(jié)構(gòu)、原理和性能特點(diǎn)的分析,不同觸摸屏的適用場(chǎng)合如下所示。

四線電阻觸摸屏:不怕灰塵、油污和光電干擾,怕劃傷是其主要缺陷。適用于有固定用戶的公共場(chǎng)所,如工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)、辦公室、家庭等。

五線電阻觸摸屏:極好的靈敏度和透光度,較長(zhǎng)的使用壽命,不怕灰塵、油污和光電干擾,適用于各類公共場(chǎng)所,尤其適用于要求精密的工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)等。

電容感應(yīng)觸摸屏:由于電容隨溫度、濕度或接地情況的不同而變化,故其穩(wěn)定性較差,往往會(huì)產(chǎn)生漂移現(xiàn)象。怕電磁場(chǎng)干擾、漂移,不易在工業(yè)控制場(chǎng)所和有干擾的地方使用??墒褂糜谝蟛惶艿墓残畔⒉樵?;需要經(jīng)常校準(zhǔn)、定位。

紅外線感應(yīng)觸摸屏:分辨率較低,但不受電流、電壓和靜電干擾,適宜某些惡劣的環(huán)境條件;適用于無紅外線和強(qiáng)光干擾的各類公共場(chǎng)所、辦公室以及要求不是非常精密的工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)。

表面聲波觸摸屏:純玻璃材質(zhì)、透光性最好、使用壽命長(zhǎng)、抗劃傷性好,適用于未知用戶的各類公共場(chǎng)所。但怕長(zhǎng)時(shí)間的灰塵積累和油污的浸染,所以使用于環(huán)境干凈的場(chǎng)所更好。否則,需要定期的清潔服務(wù)。

發(fā)展趨勢(shì)

觸摸屏技術(shù)方便了人們對(duì)計(jì)算機(jī)的操作使用,是一種極有發(fā)展前途的交互式輸入技術(shù)。世界各國(guó)對(duì)此普遍給予重視,并投入大量的人力物力進(jìn)行研發(fā),新型觸摸屏不斷涌現(xiàn)。

觸摸筆:利用觸摸筆進(jìn)行操作的觸摸屏類似白板,除顯示界面、窗口、圖標(biāo)外,觸摸筆還具有簽名、標(biāo)記的功能。這種觸摸筆比早期只提供選擇菜單的光筆功能大大增強(qiáng)。

觸摸板:觸摸板采用了壓感電容式觸摸技術(shù),屏幕面積最大。它由三部分組成:最底層是中心傳感器,用于監(jiān)視觸摸板是否被觸摸,然后對(duì)信息進(jìn)行處理,中間層提供了交互用的圖形、文字等,最外層是觸摸表層,由強(qiáng)度很高的塑料材料構(gòu)成。當(dāng)手指點(diǎn)觸外層表面時(shí),在千分之一秒內(nèi)就可以將此信息送到傳感器并進(jìn)行登錄處理。除與PC兼容,它還具有亮度高、圖像清晰、易于交互等特點(diǎn),因而被應(yīng)用于指點(diǎn)式信息查詢系統(tǒng)(如電子公告板),收到了非常好的效果。

總之,觸摸屏的發(fā)展呈現(xiàn)專業(yè)化、多媒體化、立體化和大屏幕化等趨勢(shì)。隨著信息社會(huì)的發(fā)展,人們需要獲得各種各樣公共信息。以觸摸屏技術(shù)為交互窗口的公共信息傳輸系統(tǒng)通過采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù),運(yùn)用文字、圖像、音樂、解說、動(dòng)畫、錄像等多種形式,直觀、形象地把各種信息介紹給人們,給人們帶來極大的方便??梢灶A(yù)見,隨著觸摸屏技術(shù)的迅速發(fā)展,觸摸屏的應(yīng)用領(lǐng)域會(huì)越來越廣,性能會(huì)越來越好。
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