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(jì)算機(jī)輸入設(shè)備，或者說是人人都會使用的與計(jì)算機(jī)溝通的設(shè)備。不用學(xué)習(xí)，人人都會使用，是觸摸屏最大的魔力，這一點(diǎn)無論是鍵盤還是鼠標(biāo)，都無法與其相比。人人都會使用，也就標(biāo)志著計(jì)算機(jī)應(yīng)用普及時(shí)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(luò)，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(biāo)，手指摸哪就是哪，不需要第二個(gè)動作，不像鼠標(biāo)，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(biāo)，有光標(biāo)反倒影響用戶的注意力，因?yàn)楣鈽?biāo)是給相對定位的設(shè)備用的，相對定位的設(shè)備要移動到一個(gè)地方首先要知道現(xiàn)在在何處，往哪個(gè)方向去，每時(shí)每刻還需要不停的給用戶反饋當(dāng)前的位置才不至于出現(xiàn)偏差。這些對采取絕對坐標(biāo)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(gè)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(diǎn)就要好好推敲一番，“透明”，在觸摸屏行業(yè)里，只是個(gè)非常泛泛的概念，很多觸摸屏是多層的復(fù)合薄膜，僅用透明一點(diǎn)來概括它的視覺效果是不夠的，它應(yīng)該至少包括四個(gè)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(dá)CD盤的程度，對用戶而言，這四個(gè)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(dāng)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(fù)面效果，越小越好，它影響用戶的瀏覽速度，嚴(yán)重時(shí)甚至無法辨認(rèn)圖像字符，反光性強(qiáng)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(jià)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(xì)節(jié)模糊，整個(gè)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(fù)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?xí)r要注意判別。

　　觸摸屏的第二個(gè)特性：

　　觸摸屏是絕對坐標(biāo)系統(tǒng)，要選哪就直接點(diǎn)那，與鼠標(biāo)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(biāo)系的特點(diǎn)是每一次定位坐標(biāo)與上一次定位坐標(biāo)沒有關(guān)系，觸摸屏在物理上是一套獨(dú)立的坐標(biāo)定位系統(tǒng)，每次觸摸的數(shù)據(jù)通過校準(zhǔn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為屏幕上的坐標(biāo)，這樣，就要求觸摸屏這套坐標(biāo)不管在什么情況下，同一點(diǎn)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(biāo)定位，點(diǎn)不準(zhǔn)，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(diǎn)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(gè)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(gè)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(yīng)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(shè)備的與日俱增，人們越來越多地談到觸摸屏，因?yàn)橛|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(jiān)固耐用、反應(yīng)速度快、節(jié)省空間、易于交流等許多優(yōu)點(diǎn)。利用這種技術(shù)，用戶只要用手指輕輕地碰計(jì)算機(jī)顯示屏上的圖符或文字就能實(shí)現(xiàn)對主機(jī)操作，從而使人機(jī)交互更為直截了當(dāng)，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(yīng)用范圍非常廣闊，主要是公共信息的查詢；如電信局、稅務(wù)局、銀行、電力等部門的業(yè)務(wù)查詢；城市街頭的信息查詢；此外應(yīng)用于領(lǐng)導(dǎo)辦公、工業(yè)控制、軍事指揮、電子游戲、點(diǎn)歌點(diǎn)菜、多媒體教學(xué)、房地產(chǎn)預(yù)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(jiān)固耐用、反應(yīng)速度快、節(jié)省空間等優(yōu)點(diǎn)，使得系統(tǒng)設(shè)計(jì)師們越來越多的感到使用觸摸屏的確具有相當(dāng)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(shí)間，這個(gè)新的多媒體設(shè)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(shè)計(jì)師，還都把觸摸屏當(dāng)作可有可無的設(shè)備，從發(fā)達(dá)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(shí)上，觸摸屏是一個(gè)使多媒體信息或控制改頭換面的設(shè)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(shè)備。發(fā)達(dá)國家的系統(tǒng)設(shè)計(jì)師們和我國率先使用觸摸屏的系統(tǒng)設(shè)計(jì)師們已經(jīng)清楚的知道，觸摸屏對于各種應(yīng)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(shè)備。它極大的簡化了計(jì)算機(jī)的使用，即使是對計(jì)算機(jī)一無所知的人，也照樣能夠信手拈來，使計(jì)算機(jī)展現(xiàn)出更大的魅力。解決了公共信息市場上計(jì)算機(jī)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(biāo)或鍵盤。工作時(shí)，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(biāo)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(diǎn)檢測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。

　　主要類型

　　從技術(shù)原理來區(qū)別觸摸屏，可分為五個(gè)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(jià)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(shè)計(jì)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(zhǔn)確，但其價(jià)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(diǎn)是屏幕表面如果有水滴和塵土?xí)褂|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(yīng)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(diǎn)，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(diǎn)。下面對上述的各種類型的觸摸屏進(jìn)行簡要介紹一下：

　　電阻式觸摸屏

　　這種觸摸屏利用壓力感應(yīng)進(jìn)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(fù)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(dǎo)電電阻）導(dǎo)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(xì)小的（小于1/1000英寸）的透明隔離點(diǎn)把兩層導(dǎo)電層隔開絕緣。當(dāng)手指觸摸屏幕時(shí)，兩層導(dǎo)電層在觸摸點(diǎn)位置就有了接觸，電阻發(fā)生變化，在X和Y兩個(gè)方向上產(chǎn)生信號，然后送觸摸屏控制器?？刂破鱾蓽y到這一接觸并計(jì)算出（X，Y）的位置，再根據(jù)模擬鼠標(biāo)的方式運(yùn)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(dǎo)電涂層材料有：

　　ITO，氧化銦，弱導(dǎo)電體，特性是當(dāng)厚度降到1800個(gè)埃（埃=10-10米）以下時(shí)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(shí)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(shí)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(dǎo)電層使用的是延展性好的鎳金涂層材料，外導(dǎo)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(dǎo)電層雖然延展性好，但是只能作透明導(dǎo)體，不適合作為電阻觸摸屏的工作面，因?yàn)樗鼘?dǎo)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(shí)每層均增加5V恒定電壓：一個(gè)豎直方向，一個(gè)水平方向。總共需四根電纜。特點(diǎn)：高解析度，高速傳輸反應(yīng)。表面硬度處理，減少擦傷、刮傷及防化學(xué)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(gè)方向的電壓場通過精密電阻網(wǎng)絡(luò)都加在玻璃的導(dǎo)電工作面上，我們可以簡單的理解為兩個(gè)方向的電壓場分時(shí)工作加在同一工作面上，而外層鎳金導(dǎo)電層只僅僅用來當(dāng)作純導(dǎo)體，有觸摸后分時(shí)檢測內(nèi)層ITO接觸點(diǎn)X軸和Y軸電壓值的方法測得觸摸點(diǎn)的位置。五線電阻觸摸屏內(nèi)層ITO需四條引線，外層只作導(dǎo)體僅僅一條，觸摸屏得引出線共有5條。

　　特點(diǎn)：解析度高，高速傳輸反應(yīng)。表面硬度高，減少擦傷、刮傷及防化學(xué)處理。同點(diǎn)接觸3000萬次尚可使用。導(dǎo)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(jià)位和對環(huán)境要求高的缺點(diǎn)。

　　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(yīng)進(jìn)行工作的。電容式觸摸屏是一塊四層復(fù)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(hù)層,夾層ITO涂層作為工作面，四個(gè)角上引出四個(gè)電極，內(nèi)層ITO為屏蔽層以保證良好的工作環(huán)境。當(dāng)手指觸摸在金屬層上時(shí)，由于人體電場，用戶和觸摸屏表面形成以一個(gè)耦合電容，對于高頻電流來說，電容是直接導(dǎo)體，于是手指從接觸點(diǎn)吸走一個(gè)很小的電流。這個(gè)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(gè)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(gè)電流比例的精確計(jì)算，得出觸摸點(diǎn)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(dāng)然還不能和表面聲波屏和五線電阻屏相比。電容屏反光嚴(yán)重，而且，電容技術(shù)的四層復(fù)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(dāng)作一個(gè)電容器元件的一個(gè)電極使用，當(dāng)有導(dǎo)體靠近與夾層ITO工作面之間耦合出足夠量容值的電容時(shí)，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(dāng)較大面積的手掌或手持的導(dǎo)體物靠近電容屏而不是觸摸時(shí)就能引起電容屏的誤動作，在潮濕的天氣，這種情況尤為嚴(yán)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(gè)缺點(diǎn)用戴手套的手或手持不導(dǎo)電的物體觸摸時(shí)沒有反應(yīng)，這是因?yàn)樵黾恿烁鼮榻^緣的介質(zhì)。電容屏更主要的缺點(diǎn)是漂移：當(dāng)環(huán)境溫度、濕度改變時(shí)，環(huán)境電場發(fā)生改變時(shí)，都會引起電容屏的漂移，造成不準(zhǔn)確。例如：開機(jī)后顯示器溫度上升會造成漂移：用戶觸摸屏幕的同時(shí)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(shí)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(yuǎn)，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(yīng)該線性的關(guān)系實(shí)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(gè)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(gè)角的自定義極坐標(biāo)系還沒有坐標(biāo)上的原點(diǎn)，漂移后控制器不能察覺和恢復(fù)，而且，4個(gè)A/D完成后，由四個(gè)分流量的值到觸摸點(diǎn)在直角坐標(biāo)系上的X、Y坐標(biāo)值的計(jì)算過程復(fù)雜。由于沒有原點(diǎn)，電容屏的漂移是累積的，在工作現(xiàn)場也經(jīng)常需要校準(zhǔn)。電容觸摸屏最外面的矽土保護(hù)玻璃防刮擦性很好，但是怕指甲或硬物的敲擊，敲出一個(gè)小洞就會傷及夾層ITO，不管是傷及夾層ITO還是安裝運(yùn)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(shè)計(jì)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(fù)擔(dān)，其應(yīng)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(diǎn)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(zhǔn)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(diǎn)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(shí)具有電容屏幕的多點(diǎn)觸控觸感，又具有電阻屏的精準(zhǔn)。

　　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(shí)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(shè)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(dāng)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(qiáng)了電阻式和電容式的優(yōu)點(diǎn)，又避免了二者的缺點(diǎn)。壓電觸摸屏一般為硬塑料平板（或有機(jī)玻璃）底材多層復(fù)合膜，硬塑料平板（或有機(jī)玻璃）作為基層，表面涂有一層透明的導(dǎo)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(dǎo)電層，在兩層導(dǎo)電層之間有許多細(xì)小的透明隔離點(diǎn)。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(dá)到了iPad同級的顯示效果和觸控體驗(yàn)，同時(shí)成本更低，表現(xiàn)非常不錯(cuò)。