觸摸屏

　　基本概念

　　所謂觸摸屏，從市場概念來講，就是一種人人都會使用的計算機輸入設備，或者說是人人都會使用的與計算機溝通的設備。不用學習，人人都會使用，是觸摸屏最大的魔力，這一點無論是鍵盤還是鼠標，都無法與其相比。人人都會使用，也就標志著計算機應用普及時代的真正到來。這也是發(fā)展觸摸屏，發(fā)展KIOSK，發(fā)展KIOSK網(wǎng)絡，努力形成中國觸摸產(chǎn)業(yè)的原因。從技術(shù)原理角度來講，觸摸屏是一套透明的絕對定位系統(tǒng)，首先它必須保證是透明的，因此它必須通過材料科技來解決透明問題，像數(shù)字化儀、寫字板、電梯開關(guān)，它們都不是觸摸屏；其次它是絕對坐標，手指摸哪就是哪，不需要第二個動作，不像鼠標，是相對定位的一套系統(tǒng)，我們可以注意到，觸摸屏軟件都不需要光標，有光標反倒影響用戶的注意力，因為光標是給相對定位的設備用的，相對定位的設備要移動到一個地方首先要知道現(xiàn)在在何處，往哪個方向去，每時每刻還需要不停的給用戶反饋當前的位置才不至于出現(xiàn)偏差。這些對采取絕對坐標定位的觸摸屏來說都不需要；再其次就是能檢測手指的觸摸動作并且判斷手指位置，各類觸摸屏技術(shù)就是圍繞“檢測手指觸摸”而八仙過海各顯神通的。

　　主要特性

　　觸摸屏的第一個特性：

　　透明，它直接影響到觸摸屏的視覺效果。透明有透明的程度問題，紅外線技術(shù)觸摸屏和表面聲波觸摸屏只隔了一層純玻璃，透明可算佼佼者，其它觸摸屏這點就要好好推敲一番，“透明”，在觸摸屏行業(yè)里，只是個非常泛泛的概念，很多觸摸屏是多層的復合薄膜，僅用透明一點來概括它的視覺效果是不夠的，它應該至少包括四個特性：透明度、色彩失真度、反光性和清晰度，還能再分，比如反光程度包括鏡面反光程度和衍射反光程度，只不過觸摸屏表面衍射反光還沒到達CD盤的程度，對用戶而言，這四個度量已經(jīng)基本夠了。

　　由于透光性與波長曲線圖的存在，通過觸摸屏看到的圖象不可避免的與原圖象產(chǎn)生了色彩失真，靜態(tài)的圖象感覺還只是色彩的失真，動態(tài)的多媒體圖象感覺就不是很舒服了，色彩失真度也就是圖中的最大色彩失真度自然是越小越好。平常所說的透明度也只能是圖中的平均透明度，當然是越高越好。

　　反光性，主要是指由于鏡面反射造成圖像上重疊身后的光影，如人影、窗戶、燈光等。反光是觸摸屏帶來的負面效果，越小越好，它影響用戶的瀏覽速度，嚴重時甚至無法辨認圖像字符，反光性強的觸摸屏使用環(huán)境受到限制，現(xiàn)場的燈光布置也被迫需要調(diào)整。大多數(shù)存在反光問題的觸摸屏都提供另外一種經(jīng)過表面處理的型號：磨砂面觸摸屏，也叫防眩型，價格略高一些，防眩型反光性明顯下降，適用于采光非常充足的大廳或展覽場所，不過，防眩型的透光性和清晰度也隨之有較大幅度的下降。清晰度，有些觸摸屏加裝之后，字跡模糊，圖像細節(jié)模糊，整個屏幕顯得模模糊糊，看不太清楚，這就是清晰度太差。清晰度的問題主要是多層薄膜結(jié)構(gòu)的觸摸屏，由于薄膜層之間光反復反射折射而造成的，此外防眩型觸摸屏由于表面磨砂也造成清晰度下降。清晰度不好，眼睛容易疲勞，對眼睛也有一定傷害，選購觸摸屏時要注意判別。

　　觸摸屏的第二個特性：

　　觸摸屏是絕對坐標系統(tǒng)，要選哪就直接點那，與鼠標這類相對定位系統(tǒng)的本質(zhì)區(qū)別是一次到位的直觀性。絕對坐標系的特點是每一次定位坐標與上一次定位坐標沒有關(guān)系，觸摸屏在物理上是一套獨立的坐標定位系統(tǒng)，每次觸摸的數(shù)據(jù)通過校準數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為屏幕上的坐標，這樣，就要求觸摸屏這套坐標不管在什么情況下，同一點的輸出數(shù)據(jù)是穩(wěn)定的，如果不穩(wěn)定，那么這觸摸屏就不能保證絕對坐標定位，點不準，這就是觸摸屏最怕的問題：漂移。技術(shù)原理上凡是不能保證同一點觸摸每一次采樣數(shù)據(jù)相同的觸摸屏都免不了漂移這個問題，目前有漂移現(xiàn)象的只有電容觸摸屏。

　　觸摸屏的第三個特性：

　　檢測觸摸并定位，各種觸摸屏技術(shù)都是依靠各自的傳感器來工作的，甚至有的觸摸屏本身就是一套傳感器。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速度、可靠性、穩(wěn)定性和壽命。

　　發(fā)展及作用

　　隨著多媒體信息查詢設備的與日俱增，人們越來越多地談到觸摸屏，因為觸摸屏不僅適用于中國多媒體信息查詢的國情，而且觸摸屏具有堅固耐用、反應速度快、節(jié)省空間、易于交流等許多優(yōu)點。利用這種技術(shù)，用戶只要用手指輕輕地碰計算機顯示屏上的圖符或文字就能實現(xiàn)對主機操作，從而使人機交互更為直截了當，這種技術(shù)大大方便了那些不懂電腦操作的用戶。

　　觸摸屏在我國的應用范圍非常廣闊，主要是公共信息的查詢；如電信局、稅務局、銀行、電力等部門的業(yè)務查詢；城市街頭的信息查詢；此外應用于領(lǐng)導辦公、工業(yè)控制、軍事指揮、電子游戲、點歌點菜、多媒體教學、房地產(chǎn)預售等。將來，觸摸屏還要走入家庭。

　　隨著使用電腦作為信息來源的與日俱增，觸摸屏以其易于使用、堅固耐用、反應速度快、節(jié)省空間等優(yōu)點，使得系統(tǒng)設計師們越來越多的感到使用觸摸屏的確具有相當大的優(yōu)越性。觸摸屏出現(xiàn)在中國市場上至今只有短短的幾年時間，這個新的多媒體設備還沒有為許多人接觸和了解，包括一些正打算使用觸摸屏的系統(tǒng)設計師，還都把觸摸屏當作可有可無的設備，從發(fā)達國家觸摸屏的普及歷程和我國多媒體信息業(yè)正處在的階段來看，這種觀念還具有一定的普遍性。事實上，觸摸屏是一個使多媒體信息或控制改頭換面的設備，它賦予多媒體系統(tǒng)以嶄新的面貌，是極富吸引力的全新多媒體交互設備。發(fā)達國家的系統(tǒng)設計師們和我國率先使用觸摸屏的系統(tǒng)設計師們已經(jīng)清楚的知道，觸摸屏對于各種應用領(lǐng)域的電腦已經(jīng)不再是可有可無的東西，而是必不可少的設備。它極大的簡化了計算機的使用，即使是對計算機一無所知的人，也照樣能夠信手拈來，使計算機展現(xiàn)出更大的魅力。解決了公共信息市場上計算機所無法解決的問題。

　　工作原理

　　為了操作上的方便，人們用觸摸屏來代替鼠標或鍵盤。工作時，首先用手指或其它物體觸摸安裝在顯示器前端的觸摸屏，然后系統(tǒng)根據(jù)手指觸摸的圖標或菜單位置來定位選擇信息輸入。觸摸屏由觸摸檢測部件和觸摸屏控制器組成；觸摸檢測部件安裝在顯示器屏幕前面，用于檢測用戶觸摸位置，接受后送觸摸屏控制器；而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信息，并將它轉(zhuǎn)換成觸點坐標，再送給CPU，它同時能接收CPU發(fā)來的命令并加以執(zhí)行。

　　主要類型

　　從技術(shù)原理來區(qū)別觸摸屏，可分為五個基本種類：矢量壓力傳感技術(shù)觸摸屏、電阻技術(shù)觸摸屏、電容技術(shù)觸摸屏、紅外線技術(shù)觸摸屏、表面聲波技術(shù)觸摸屏。其中矢量壓力傳感技術(shù)觸摸屏已退出歷史舞臺；紅外線技術(shù)觸摸屏價格低廉，但其外框易碎，容易產(chǎn)生光干擾，曲面情況下失真；電容技術(shù)觸摸屏設計構(gòu)思合理，但其圖像失真問題很難得到根本解決；電阻技術(shù)觸摸屏的定位準確，但其價格頗高，且怕刮易損；表面聲波觸摸屏解決了以往觸摸屏的各種缺陷，清晰不容易被損壞，適于各種場合，缺點是屏幕表面如果有水滴和塵土會使觸摸屏變的遲鈍，甚至不工作。按照觸摸屏的工作原理和傳輸信息的介質(zhì)，把觸摸屏分為四種，它們分別為電阻式、電容感應式、紅外線式以及表面聲波式。每一類觸摸屏都有其各自的優(yōu)缺點，要了解哪種觸摸屏適用于哪種場合，關(guān)鍵就在于要懂得每一類觸摸屏技術(shù)的工作原理和特點。下面對上述的各種類型的觸摸屏進行簡要介紹一下：

　　電阻式觸摸屏

　　這種觸摸屏利用壓力感應進行控制電阻觸摸屏的主要部分是一塊與顯示器表面非常配合的電阻薄膜屏，這是一種多層的復合薄膜，它以一層玻璃或硬塑料平板作為基層，表面涂有一層透明氧化金屬（透明的導電電阻）導電層，上面再蓋有一層外表面硬化處理、光滑防擦的塑料層、它的內(nèi)表面也涂有一層涂層、在他們之間有許多細小的（小于1/1000英寸）的透明隔離點把兩層導電層隔開絕緣。當手指觸摸屏幕時，兩層導電層在觸摸點位置就有了接觸，電阻發(fā)生變化，在X和Y兩個方向上產(chǎn)生信號，然后送觸摸屏控制器。控制器偵測到這一接觸并計算出（X，Y）的位置，再根據(jù)模擬鼠標的方式運作。這就是電阻技術(shù)觸摸屏的最基本的原理。所以電阻觸摸屏可用較硬物體操作。電阻類觸摸屏的關(guān)鍵在于材料科技，常用的透明導電涂層材料有：

　　ITO，氧化銦，弱導電體，特性是當厚度降到1800個埃（埃=10-10米）以下時會突然變得透明，透光率為80%，再薄下去透光率反而下降，到300埃厚度時又上升到80%。ITO是所有電阻技術(shù)觸摸屏及電容技術(shù)觸摸屏都用到的主要材料，實際上電阻和電容技術(shù)觸摸屏的工作面就是ITO涂層。

　　鎳金涂層，五線電阻觸摸屏的外層導電層使用的是延展性好的鎳金涂層材料，外導電層由于頻繁觸摸，使用延展性好的鎳金材料目的是為了延長使用壽命，但是工藝成本較為高昂。鎳金導電層雖然延展性好，但是只能作透明導體，不適合作為電阻觸摸屏的工作面，因為它導電率高，而且金屬不易做到厚度非常均勻，不宜作電壓分布層，只能作為探層。

　　1、四線電阻屏

　　四線電阻模擬量技術(shù)的兩層透明金屬層工作時每層均增加5V恒定電壓：一個豎直方向，一個水平方向?？偣残杷母娎|。特點：高解析度，高速傳輸反應。表面硬度處理，減少擦傷、刮傷及防化學處理。具有光面及霧面處理。一次校正，穩(wěn)定性高，永不漂移。

　　2、五線電阻屏

　　五線電阻技術(shù)觸摸屏的基層把兩個方向的電壓場通過精密電阻網(wǎng)絡都加在玻璃的導電工作面上，我們可以簡單的理解為兩個方向的電壓場分時工作加在同一工作面上，而外層鎳金導電層只僅僅用來當作純導體，有觸摸后分時檢測內(nèi)層ITO接觸點X軸和Y軸電壓值的方法測得觸摸點的位置。五線電阻觸摸屏內(nèi)層ITO需四條引線，外層只作導體僅僅一條，觸摸屏得引出線共有5條。

　　特點：解析度高，高速傳輸反應。表面硬度高，減少擦傷、刮傷及防化學處理。同點接觸3000萬次尚可使用。導電玻璃為基材的介質(zhì)。一次校正，穩(wěn)定性高，永不漂移。五線電阻觸摸屏有高價位和對環(huán)境要求高的缺點。

　　電容式觸摸屏

　　1、電容技術(shù)觸摸屏

　　是利用人體的電流感應進行工作的。電容式觸摸屏是一塊四層復合玻璃屏，玻璃屏的內(nèi)表面和夾層各涂有一層ITO，最外層是一薄層矽土玻璃保護層,夾層ITO涂層作為工作面，四個角上引出四個電極，內(nèi)層ITO為屏蔽層以保證良好的工作環(huán)境。當手指觸摸在金屬層上時，由于人體電場，用戶和觸摸屏表面形成以一個耦合電容，對于高頻電流來說，電容是直接導體，于是手指從接觸點吸走一個很小的電流。這個電流分從觸摸屏的四角上的電極中流出，并且流經(jīng)這四個電極的電流與手指到四角的距離成正比，控制器通過對這四個電流比例的精確計算，得出觸摸點的位置。

　　2、電容觸摸屏的缺陷

　　電容觸摸屏的透光率和清晰度優(yōu)于四線電阻屏，當然還不能和表面聲波屏和五線電阻屏相比。電容屏反光嚴重，而且，電容技術(shù)的四層復合觸摸屏對各波長光的透光率不均勻，存在色彩失真的問題，由于光線在各層間的反射，還造成圖像字符的模糊。電容屏在原理上把人體當作一個電容器元件的一個電極使用，當有導體靠近與夾層ITO工作面之間耦合出足夠量容值的電容時，流走的電流就足夠引起電容屏的誤動作。我們知道，電容值雖然與極間距離成反比，卻與相對面積成正比，并且還與介質(zhì)的的絕緣系數(shù)有關(guān)。因此，當較大面積的手掌或手持的導體物靠近電容屏而不是觸摸時就能引起電容屏的誤動作，在潮濕的天氣，這種情況尤為嚴重，手扶住顯示器、手掌靠近顯示器7厘米以內(nèi)或身體靠近顯示器15厘米以內(nèi)就能引起電容屏的誤動作。電容屏的另一個缺點用戴手套的手或手持不導電的物體觸摸時沒有反應，這是因為增加了更為絕緣的介質(zhì)。電容屏更主要的缺點是漂移：當環(huán)境溫度、濕度改變時，環(huán)境電場發(fā)生改變時，都會引起電容屏的漂移，造成不準確。例如：開機后顯示器溫度上升會造成漂移：用戶觸摸屏幕的同時另一只手或身體一側(cè)靠近顯示器會漂移；電容觸摸屏附近較大的物體搬移后回漂移，觸摸時如果有人圍過來觀看也會引起漂移；電容屏的漂移原因?qū)儆诩夹g(shù)上的先天不足，環(huán)境電勢面（包括用戶的身體）雖然與電容觸摸屏離得較遠，卻比手指頭面積大的多，他們直接影響了觸摸位置的測定。此外，理論上許多應該線性的關(guān)系實際上卻是非線性，如：體重不同或者手指濕潤程度不同的人吸走的總電流量是不同的，而總電流量的變化和四個分電流量的變化是非線性的關(guān)系，電容觸摸屏采用的這種四個角的自定義極坐標系還沒有坐標上的原點，漂移后控制器不能察覺和恢復，而且，4個A/D完成后，由四個分流量的值到觸摸點在直角坐標系上的X、Y坐標值的計算過程復雜。由于沒有原點，電容屏的漂移是累積的，在工作現(xiàn)場也經(jīng)常需要校準。電容觸摸屏最外面的矽土保護玻璃防刮擦性很好，但是怕指甲或硬物的敲擊，敲出一個小洞就會傷及夾層ITO，不管是傷及夾層ITO還是安裝運輸過程中傷及內(nèi)表面ITO層，電容屏就不能正常工作了。

　　壓電式觸摸屏

　　電阻式設計簡單，成本低，但電阻式觸控較受制于其物理局限性，如透光率較低，高線數(shù)的大偵測面積造成處理器負擔，其應用特性使之易老化從而影響使用壽命。電容式觸控支持多點觸控功能，擁有更高的透光率、更低的整體功耗，其接觸面硬度高，無需按壓，使用壽命較長，但精準度不足，不支持手寫筆操控。于是衍生了壓電式觸摸屏。

　　壓電式觸控技術(shù)介于電阻式與電容式觸控技術(shù)之間。壓電式傳感器的觸控屏幕同電容式觸控屏一樣支持多點觸控，而且支持任何物體觸控，不像電容屏只支持類皮膚的材質(zhì)觸控。這樣，壓電式觸控屏幕可以同時具有電容屏幕的多點觸控觸感，又具有電阻屏的精準。

　　壓電式觸控在耗電特性上更接近電容式觸控特性，即沒有觸摸的動作，就不產(chǎn)生耗電，而電阻式則時刻產(chǎn)生耗電。在接口支持上，壓電式觸控也同樣支持串口、I2C和USB接口。從工藝成本上看，電阻式觸控制程轉(zhuǎn)到壓電式觸控制程需要變更生產(chǎn)線設備，而同電容式的ITO和掩模結(jié)合的制程相比，壓電式觸控制程成本約在其80-90%之間。

　　壓電觸摸屏的工作原理相當于TFT，制造工藝部分像電容式觸摸屏，物理結(jié)構(gòu)又像電阻式觸摸屏，是三種成熟技術(shù)的揉和。所以采用新技術(shù)的壓電式觸摸屏集合并增強了電阻式和電容式的優(yōu)點，又避免了二者的缺點。壓電觸摸屏一般為硬塑料平板（或有機玻璃）底材多層復合膜，硬塑料平板（或有機玻璃）作為基層，表面涂有一層透明的導電層，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，它的表面也涂有一層透明的導電層，在兩層導電層之間有許多細小的透明隔離點。屏體的透光度略低于玻璃。

　　壓電式觸摸屏的代表作是智器Ten（即T10），壓電式IPS硬屏，近乎達到了iPad同級的顯示效果和觸控體驗，同時成本更低，表現(xiàn)非常不錯。