Touch panel原理與分類

ansin

原理和分類
觸摸屏系統一般包括兩個部分：觸摸檢測裝置和觸摸屏控制器。觸摸檢測裝置安裝在顯示器螢幕前面，用於檢測用戶觸摸位置，接收後送觸摸屏控制器；觸摸屏控制器的主要作用是從觸摸點檢測裝置上接收觸摸資訊，並將它轉換成觸點座標，再送給CPU，它同時能接收CPU發來的命令並加以執行。
隨著科技的進步，觸摸屏技術也經歷了從低檔向高檔逐步升級和發展的過程。根據其工作原理，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複合薄膜，由一層玻璃或有機玻璃作為基層，表面塗有一層透明的導電層(ITO膜)，上面再蓋有一層外表面經過硬化處理、光滑防刮的塑膠層。它的內表面也塗有一層ITO，在兩層導電層之間有許多細小(小於千分之一英寸)的透明隔離點把它們隔開。當手指接觸螢幕時，兩層ITO發生接觸，電阻發生變化，控制器根據檢測到的電阻變化來計算接觸點的座標，再依照這個座標來進行相應的操作。電阻屏根據引出線數多少，分為四線、五線等類型。五線電阻觸摸屏的外表面是導電玻璃而不是導電塗覆層，這種導電玻璃的壽命較長，透光率也較高。
電阻式觸摸屏的ITO塗層若太薄則容易脆斷，塗層太厚又會降低透光且形成內反射降低清晰度。由於經常被觸動，表層ITO使用一定時間後會出現細小裂紋，甚至變型，因此其壽命並不長久。
電阻式觸摸屏價格便宜且易於生產，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使其性能更加可靠, 同時也改善了它的光學特性。
電容式觸摸屏
電容式觸摸屏的四邊均鍍上了狹長的電極，其內部形成一個低電壓交流電場。觸摸屏上貼有一層透明的薄膜層，它是一種特殊的金屬導電物質。當用戶觸摸電容屏時，用戶手指和工作面形成一個耦合電容，因為工作面上接有高頻信號，於是手指會吸走一個很小的電流，這個電流分別從屏的四個角上的電極中流出；且理論上流經四個電極的電流與手指到四角的距離成比例，控制器通過對四個電流比例的精密計算，即可得出接觸點位置。
電容觸摸屏的雙玻璃不但能保護導體及感應器，更能有效地防止外在環境因素對觸摸屏造成影響，就算螢幕沾有汙穢、塵埃或油漬，電容式觸摸屏依然能準確算出觸摸位置。但由於電容隨溫度、濕度或接地情況的不同而變化，其穩定性較差，往往會產生漂移現象。
儘管不像電阻式應用那麼廣, 電容式觸摸屏也是受歡迎的供選類型。這類設備精確、反應快，尺寸稍大時也有較高解析度, 更耐用(抗刮擦), 因而適合用作遊戲機的觸摸屏。而且，新出現的近場成像技術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的漂移現象。
紅外線式觸摸屏
紅外觸摸屏的四邊排布了紅外發射管和紅外接收管，它們一一對應形成橫豎交叉的紅外線矩陣。用戶在觸摸螢幕時，手指會擋住經過該位置的橫豎兩條紅外線，控制器通過計算即可判斷出觸摸點的位置。
紅外觸摸屏也同樣不受電流、電壓和靜電幹擾，適宜於某些惡劣的環境。其主要優點是價格低廉、安裝方便，可以用在各檔次的電腦上。此外，由於沒有電容充放電過程，回應速度比電容式快，但解析度較低。
表面聲波觸摸屏
表面聲波是超聲波的一種，它是在介質(例如玻璃或金屬等剛性材料)表面淺層傳播的機械能量波。通過楔形三角基座（根據表面波的波長嚴格設計），可以做到定向、小角度的表面聲波能量發射。表面聲波性能穩定、易於分析，並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、造影和退波器等應用中發展很快。
這種觸摸屏的顯示幕四角分別設有超聲波發射換能器及接收換能器，能發出一種超聲波並覆蓋螢幕表面。當手指碰觸顯示幕時，由於吸收了部分聲波能量，使接收波形發生變化，即某一時刻波形有一個衰減缺口，控制器依據衰減的信號即可計算出觸摸點位置。
表面聲波觸摸屏不受溫度、濕度等環境因素影響，解析度極高，有極好的防刮性，壽命長(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，只需安裝時一次校正；有第三軸(即壓力軸)回應，最適合公共場所使用。
表面聲波觸摸屏易受水滴、灰塵的影響，改進的方法是加防塵條，或者增加對汙物的監控，準確識別出有效的操作和汙物之間的區別。另外，由於聲波屏能感受壓力，無形中增加了控制手段，對屏功能的擴展十分有利，其應用範圍因此而大大拓展。
觸摸屏的基本技術
絕對座標系統
觸摸屏是一種絕對座標系統，其特點就是當前定位座標與上一次定位座標沒有關係，每次觸摸的資料通過校準直接轉化為螢幕上的座標。不管在什麼情況下，觸摸屏這套座標體系對同一點的輸出資料都是穩定的。不過，它並不能保證每一次對同一點觸摸的採樣都相同，即不能保證絕對座標定位，這就是所謂的漂移問題。
定位
各種觸摸屏都是依靠感測器來工作的，甚至有的觸摸屏本身就是一套感測器。它們各自的定位原理和各自所用的感測器決定了觸摸屏的反應速度、可靠性、穩定性和壽命。各類觸摸屏的技術特性如表1所示。

表1 各種觸摸屏基本技術對照表
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，比較適合工業控制領域使用。缺點是由於複合薄膜的外層採用塑膠，太用力或使用銳器觸摸可能劃傷觸摸屏。
電容式觸摸屏的解析度很高，透光率也不錯，可以很好地滿足各方面的要求，在公共場所常見的就是這種觸摸屏。不過，電容式觸摸屏把人體當作電容器的一個電極使用，當有導體靠近並與夾層ITO工作面之間耦合出足夠大的電容時，流走的電流就會引起電容式觸摸屏的誤動作；另外，戴著手套或手持絕緣物體觸摸時會沒有反應，這是因為增加了絕緣的介質。
紅外線觸摸屏是靠測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(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, 並加以抗反光處理，可以得到很好的視覺效果。但是，受到紅外線發射管體積的限制，不可能發射高密度的紅外線，所以這種觸摸屏的解析度不高。另外，由於紅外線觸摸屏依靠紅外感應來工作，外界光線變化，如陽光或室內燈等均會影響其準確度。
表面聲波技術非常穩定，而且表面聲波觸摸屏的控制器靠測量衰減時刻在時間軸上的位置來計算觸摸位置，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—通過計算接收信號衰減處的衰減量可得到用戶觸摸螢幕的力量大小，最多可分為2 5 6級力度。力量越大，接收信號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。
應用場合
根據對觸摸屏的結構、原理和性能特點的分析，不同觸摸屏的適用場合如下所示。
四線電阻觸摸屏：不怕灰塵、油污和光電幹擾，怕劃傷是其主要缺陷。適用於有固定用戶的公共場所，如工業控制現場、辦公室、家庭等。
五線電阻觸摸屏：極好的靈敏度和透光度，較長的使用壽命，不怕灰塵、油污和光電幹擾，適用於各類公共場所，尤其適用於要求精密的工業控制現場等。
電容感應觸摸屏：由於電容隨溫度、濕度或接地情況的不同而變化，故其穩定性較差，往往會產生漂移現象。怕電磁場幹擾、漂移，不易在工業控制場所和有幹擾的地方使用。可使用於要求不太精密的公共資訊查詢；需要經常校準、定位。
紅外線感應觸摸屏：解析度較低，但不受電流、電壓和靜電幹擾，適宜某些惡劣的環境條件；適用於無紅外線和強光幹擾的各類公共場所、辦公室以及要求不是非常精密的工業控制現場。
表面聲波觸摸屏：純玻璃材質、透光性最好、使用壽命長、抗劃傷性好，適用於未知用戶的各類公共場所。但怕長時間的灰塵積累和油污的浸染，所以使用於環境乾淨的場所更好。否則，需要定期的清潔服務。
發展趨勢
觸摸屏技術方便了人們對電腦的操作使用，是一種極有發展前途的互動式輸入技術。世界各國對此普遍給予重視，並投入大量的人力物力進行研發，新型觸摸屏不斷湧現。
觸摸筆：利用觸摸筆進行操作的觸摸屏類似白板，除顯示介面、視窗、圖示外，觸摸筆還具有簽名、標記的功能。這種觸摸筆比早期只提供選擇功能表的光筆功能大大增強。
觸摸板：觸摸板採用了壓感電容式觸摸技術，螢幕面積最大。它由三部分組成：最底層是中心感測器，用於監視觸摸板是否被觸摸，然後對資訊進行處理，中間層提供了交互用的圖形、文字等，最外層是觸摸表層，由強度很高的塑膠材料構成。當手指點觸外層表面時，在千分之一秒內就可以將此資訊送到感測器並進行登錄處理。除與PC相容，它還具有亮度高、圖像清晰、易於交互等特點，因而被應用於指點式資訊查詢系統（如電子公告板），收到了非常好的效果。
總之，觸摸屏的發展呈現專業化、多媒體化、立體化和大螢幕化等趨勢。隨著資訊社會的發展，人們需要獲得各種各樣公共資訊。以觸摸屏技術為交互視窗的公共資訊傳輸系統通過採用先進的電腦技術，運用文字、圖像、音樂、解說、動畫、錄影等多種形式，直觀、形象地把各種資訊介紹給人們，給人們帶來極大的方便。可以預見，隨著觸摸屏技術的迅速發展，觸摸屏的應用領域會越來越廣，性能會越來越好。

cbqiyang100

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mlsi

搞啥繁体字，看不下去

lssdpoly

我晕啊，繁体字没什么难读的啊……[em10]

eastvenuslee

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[em06]

san_water

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，除显示接口、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。