触摸屏种类与原理结构

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1、触摸屏种类与原理、构造% K4 6 N, h2 v3 D# |! l+ A+ F/ & ?( c7 i9 ?触摸屏的几种概念: w3 ) J d7 y 5 7 d; _( G- A7 C7 P 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因素。, |% i x% 0 M/ u0 ?8 x / L) H+ b8 0

2、B: t/ S从技术原理角度来讲，触摸屏是一套透明的绝对定位系统，一方面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；另一方面它是绝对坐标，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，有光标反倒影响顾客的注意力，由于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种地方一方面要懂得目前在何处，往哪个方向去，每时每刻还需要不断的给顾客反馈目前的位置才不至于浮现偏差。这些对采用绝对坐标定位的触摸屏来说都不需要；再另一方面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

3、术就是环绕“检测手指触摸”而八仙过海各显神通的。9 a; t5 e. b& l# D) h, % M# B) j# |2 h! K# K触摸屏的第一种特性：) 3 e4 j) B0 I$ l( h2 k( h& n ! ?! W3 G: uj) y9 Z% 透明，它直接影响到触摸屏的视觉效果。透明有透明的限度问题，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，其他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，我们懂得，诸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，它应当至少涉及四个特性：透明度、色彩失真度、反光性和清晰度，

4、还能再分，例如反光限度涉及镜面反光限度和衍射反光限度，只但是我们的触摸屏表面衍射反光还没达到CD 盘的限度，对顾客而言，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”，技术是在迈进的，今天也许是声波屏最抱负，明天也许又是另一种，我们通过触摸屏的技术本质引申出某些触摸屏的概念，目的是让顾客自己学会思考、学会判断，选购合用的触摸屏。. E: M# w4 |& |, s, i1 p6 k9 w# u1 ps% o4 U; X X; v 先说透明度和色彩失真度，一方面提示人们，我们看到的彩色世界涉及了可见光波段中的多种波长色，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较好解决

5、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抱负的一致状态，下面是一种示意图：! h# t( f% b. E$ e9 r. E2 _/ W; L. D) T8 U1 2 x 1.jpg (20.45 KB)-3-7 11:18 B* w9 f& Y2 R K& Y4 b7 E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，固然是越高越好。5 Y6 w! K% o7 |+ A0

6、J3 A8 l. t8 T# a: u% D 反光性，重要是指由于镜面反射导致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，它影响顾客的浏览速度，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节。大多数存在反光问题的触摸屏都提供此外一种通过表面解决的型号：磨砂面触摸屏，也叫防眩型，价格略高某些，防眩型反光性明显下降，合用于采光非常充足的大厅或展览场合，但是，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，笔迹模糊，图像细节模糊，整个屏幕显得模模糊糊，看不太清晰，这就是清晰度太差。清晰度的问题

7、重要是多层薄膜构造的触摸屏，由于薄膜层之间光反复反射折射而导致的，此外防眩型触摸屏由于表面磨砂也导致清晰度下降。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鉴别。4 j7 1 G/ X! u5 D4 0 ; a. n: _* m: |/ p6 M; U触摸屏的第二个特性：# * o3 U5 l# P) , Z1 B 2 W/ t . v: Q$ a2 z& D) r触摸屏是绝对坐标系统，要选哪就直接点那，与鼠标此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

8、数据转为屏幕上的坐标，这样，就规定触摸屏这套坐标不管在什么状况下，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。技术原理上但凡不能保证同一点触摸每一次采样数据相似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。 T/ I* Q& H5 A6 m$ $ r$ e% p o. Y0 i, Q触摸屏的第三个特性：9 Q; q( V4 0 N$ Q, jv& a- k. J. W/ S+ U8 U+ U n: i% U& A 检测触摸并定位，多种触摸屏技术都是依托各自的传感器来工作的，甚至有的触摸屏自身就是一套传感器。各自

9、的定位原理和各自所用的传感器决定了触摸屏的反映速度、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辨认多点触摸的问题，也就是超过一点的 同步触摸怎么办？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常常浮现的问题，我觉得最抱负的方式是：超过一点的同步触摸谁也不判断，始终等到多点触摸移走，有人触摸接着又有人触摸应当是分先后都判断，固然是技术上也许的话。/ o( J+ W* a3 ) O D& P1 v# $ H8 k2 & |- G; y b( n- 0 s2 K: M$ G8 H触摸屏种类：/ d) o0 ( v0 X8 t B5 Q/ q2 f# v9 q) g6 G

10、# L触摸屏原理2 q5 5 h6 W8 g9 V: c# W& J3 n% j- j2 s( D% n* 9 p& ?( X7 z4 ?/ S( o触摸屏构造% V3 / + T9 W0 M9 O3 d ! |+ Q! p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.我将针对时下颇受注重的新型输入方式.即touch panel 的原理和构造进行解说. 所谓的touch panel 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毕点位.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。touch panel

11、的长处在于它能看显示面板(display)的同步就能直接进行接点位(pointing).这点的确是本方式在以便上赛过其他,如:键盘.鼠标.等之所在。/ c4 b4 + s: n- z) ; / Q* B8 K# | R$ o笔触型(Pen touch)多半在精度规定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不必太精确时使用。手指触摸型不像笔触型(Pen touch)须要备有特殊笔.它只要用手指头直接触摸显示面板(display)便能达到输入，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(Pen touch)的touch panel 涉及有:电磁感应型和静电感应型.手指触摸型

12、touch panel 则涉及容量式.光学式。音响式.压力检出型以及MEMBRANE 型(透明导电胶片)等.这些都是根据多种不同原理通过开发而后逐渐普及下来的。/ Z9 / Q- T/ _; W& H: d& 8 g) g# l, E+ ?. U+ s; R, F5 b# x* E4 q8 G5 m本文将针对运用透明,且具导电性的MEMBRANE 式手指触摸型touch panel 作如下重点式阐明., , F/ $ s, p: x l0 e U/ C4 F& J u7 T手指触摸型touch panelU: G+ C0 N- b/ S: + k/ W _# m4 O; T1 ?3 N一. 光

13、学式1 |* u: T. L( R2 R, n/ p1 c! z+ |7 r, M光学式touch panel 有如图1 所示:在显示面板(display)周边配备着会发光的二极管(diode)和受光的单体.由于diode 所辐射出来的光束是呈矩阵形的.因此如果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 touch panel 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touch panel 会在CR

14、T 上加涂一层过滤膜。 b* 4 P# r5 b x5 i$ 0 H- w1 F V8 P 2.jpg (34.86 KB)-3-7 11:40图1 光学式touch panel: m5 b) BK1 L 9 B9 d3.jpg (26.58 KB)-3-7 11:40图2 容量式touch panel5 h1 y8 Y; y, K/ k2 W& t y6 v2 q! 8 x2 m P% R _$ z7 a O1 二. 容量式8 N8 - n2 b( C# K4 K) R- L- K2 X5 U- o; G- Q( A. Z3 k: p把导电性玻璃的透明导电胶片如图2 予以模式化(patter

15、n),而后配备多数独立的电极.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。) xD% o2 b) S) F+ B/ A- H& y! C m+ q容量式touch panel 对铅笔芯或带着手套的手指头触摸是不会起反映的.以CRT 显示面板(display)为例,多半都如图示般直接就把电极配备在面板(faceplate)上.到了近来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touch panel 的原理阐明如下.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.就以其通过时间作

16、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导致误动作的因素.因此除了要作定期性(1-2 回/日)玻璃面打扫外,更要注意玻璃面板不得有金属等对象触碰！8 C0 W$ m6 e$ G% P, ( C* H7 ) # v 4.jpg (38.71 KB)-3-7 11:474 G w& a% ?+ C) : p3 P图3 音响式touch panel 方块图( lV1 X* x0 A( 0 M, c$ x9 e5 q) H: l. T3 h% T三. 压力检出式2 c( H- J+ W

17、) _) d8 4 - G; . O% ?; _ q. h8 D) b在玻璃面板之4 端配备压力感应器使得加在玻璃面板的外力印加点坐标经由配备在4 端的压力感应器予以检测及计算.压力检出式touch panel 就是根据这样的原理制造完毕的.原理和构造固然简朴,但若规定取高精度的touch panel 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,等等都要作得非常谨慎。目前16mminch 画面已能作到5mm 的精度了。 $ f8 S; d0 m/ # E- C: t# K. X3 C, B( h6 p& R33.jpg (42.6

18、1 KB)-3-7 11:47( 1 w, w6 C: p) X* f) ?+ Ar图4 压力检出式touch panel 方块图 , y. m5 Z- b6 + rF H: o* L4 9 _2 t$ m: t四. MEMBRANE 式1 P) v/ _ d3 _( z$ P t0 T; z1 Q; l6 把表面已经加工解决过的二片透明电极(厚0.1-0.2mm 的塑料片)中间以隔片对向区开就完毕透明开关了.图5塑料片(plastic)具柔软性,因此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

19、提成二种样式.其一是把透明电极加工成短册形状,而完毕纵横互相交差的矩阵图(matrix).请三照图6.其二.运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analogue type 了.前者的matrix 数以10*1020*20 者较多.一般都会在输入menu 时使用之.近来比较常用的口袋型电动玩具.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(matrix type)所构成的.8 $ OA*

20、 7 a5 v( j7 H+ M4 x; z9 e* 6 p3 X2 MAnalogue type 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到高精度了.笔者等正倾全力开发Analogue type 用透明导电膜.深信将来一定浮现高精度Analogue type 触摸型touch panel.& V; ?0 m v8 & L% K, Z7 S- k; _9 s) j/ _* C0 & m 1.jpg (24.21 KB)-3-7 11:47*

21、l) V% P& z$ l8 s E9 x+ ! g) 图5 透明断面图1.jpg (54.93 KB)-3-7 11:54图6 矩阵图(matrix)式之pen touch9 + _1 C6 h) k0 4 j) N; a用手指按压前方的film,它就会和后方film 导通. - L8 4 J% j 2.jpg (16.74 KB)-3-7 11:54图7 Analogue type(透明电极. 透明电阻film)所构成的pen touch9 , J2 W3 q/ J $ I1 P9 R F/ X9 d% n: uQ9 ?# w5 J: n& Q# |( Z% C: z1 A. H五. Pe

22、n touch 型touch panelU+ k+ M# T) n; _2 # C: p% d. L0 ) b# Q3 l, L$ v; % P把透明电极和玻璃所构成的透明性digitizer 设立在显示面板(display)上就成为笔触型(pen touch)的面板了,这和digitizer 原理分类同样,可提成电磁感应型和静电感应型两种.1 S. i0 WU1 u. p/ % O9 A& o. . 电磁感应型已有手写文字自动解决(word processor).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(touch panel)等

23、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200m 之高分解能touch panel.% L. v& f5 L* B) n2 f5 Z& o6 U# J, 4 r5 b+ RPen touch 型touch panel 虽然都要依托特殊笔.因此比较麻烦.但是,此类机种可经由高精度点位”(pointing)而能适合于描绘图形.% D0 G* T) C; ?P; q$ p6 i6 H8 w! 4 * c6 h% Q, j( + W/ c4 a( ( a( e2 R3 K 4.jpg (26.94 KB)-3-7 11:54

24、7 c$ a9 + G) y4 |7 g图8 Pentouch 形式之touch panel(电磁感应型)电路原理% z% s n o& I! / J+ T/ L( W, Z& 1.jpg (14.59 KB)-3-7 11:569 u3 Y0 K$ O$ rn7 k 2.jpg (16.87 KB)-3-7 11:56图9 Pentouch 形式之touch panel(静电感应型)之原理(a)和构成(b)图+ ?4 J! y U7 W) i, b. p1 u! g) ) V% P3 e如何分类使用touch panel?5 f5 t7 N: ; P2 l0 z1 O& K$ b8 I* S

25、$ |- 表1 是多种pointing 机件的特性比较,这里便可看出touch panel 在操作时有良好的批示性，笔触型(Pentouchtype)的touch panel 精度也非常优秀。) Z, r0 A% g& ?* i8 y$ 1.jpg (74.57 KB)-3-7 11:59; l2 t. _9 U A. H8 q% t) 4 V& m7 N/ |. n! W& 5.jpg (54.82 KB)-3-7 11:59! z: Y* & e: y0 P9 V接着把touch panel 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touchpan

26、el 虽然只限于其中的批示输入(显示选择).但是笔触型(Pen touch)的touch panel 则用手直接描绘也可以达到输入.犹如前面的原理分类时曾作过解说同样,不仅种类多.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别,有时会因手指触摸导致touch panel 上残留指纹或在呈弯曲面CRT(cathode-ray tube 一阴极线管)上面装设平面的touch panel,如此一来显示面板的端部也许因视差而导致点位(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touch panel 不容易残留指纹痕迹.此外,也有诸多位置偏差之对策是沿着CRT 曲

27、面构成touch panel 来达到目的.兹将具体内容陈述如下:光学式touch panel 的基本原理是. r; W5 . E; ) Q 运用光束(beam)和受光素子配备成曲线状者.而音响式则是运用三次曲面(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touch panel(CRT. 液晶display.plasmadisplay.Eldisplay)以及点位(pointing)精度(涉及批示输入.手指输入),乃至从价格的观点上作纵合性选择符合目的之配件.以价格而言, 价格低廉的塑料plastic 材和适合大量生产之网帘(screen)印刷比较有利。目前, membrane 式以矩阵图(matrix type)作为其主流.然而只要运用生活周边既有的原子笔或铅笔就可以达到高精度点位(pointing)之模拟(analogue type)式输入也必然会陆续开发,并普及下去的.笔者等期盼这一天的来临.因此目前正努力开发更加良好的材料当中。 p4 m* B/ 9 N. |1.jpg (44.8 KB)-3-7 12:00/ 5 m7 _3 O. E& i图10 加工成曲面的membrane 式手指touch panel