红外线触摸屏技术初探

1 引言

红外触摸屏是在紧贴屏幕前密布X、Y方向上的红外线矩阵，通过不停的扫描是否有红外线被物体阻挡检测并定位用户的触摸。如下图所示，这种触摸屏是在显示器的前面安装一个外框，外框里设计有电路板，从而在屏幕四边排布红外发射管和红外接收管，一一对应形成横竖交叉的红外线矩阵。每扫描完一圈，如果所有的红外对管通达，绿灯亮，表示一切正常。

当有触摸时，手指或其它物就会挡住经过该位置的横竖红外线，触摸屏扫描时发现并确信有一条红外线受阻后，红灯亮，表示有红外线受阻，可能有触摸，同时立刻换到另一坐标再扫描，如果再发现另外一轴也有一条红外线受阻，黄灯亮，表示发现触摸，并将两个发现阻隔的红外对管位置报告给主机，经过计算判断出触摸点在屏幕的位置。

红外触摸屏产品分外挂式和内置式两种。外挂式的安装方法非常简单，是所有触摸屏中安装最方便的，只要用胶或双面胶将框架固定在显示器前面即可。

2　红外线触摸屏技术特点

红外触摸屏的优点是可用手指、笔或任何可阻挡光线的物体来触摸。

红外触摸屏缺点是在球面显示器上使用时感觉不好，这是因为赖以工作的红外光栅矩阵显然要求保证在同一平面上，因此，真正感应触摸的工作平面距离弧形的显示器屏幕有较大的间隔，尤其在边角，但是这个缺点在平面显示器上不存在，比如液晶显示器。

可以说在平面显示器上使用，红外触摸屏具有相当的优势。红外线探测技术利用同一波长的红外发射管、红外接收管(简称红外对管)就能得到简单的红外线探测方法：

只要有物体阻挡住红外对管之间的连线，接收信号就急剧下降，因此红外线可以探测物体的阻挡，在防盗系统、自动感应系统、计数器等系统上广泛应用。

红外线若是短距离应用，根据接收信号的衰减程度还可探知阻挡程度，这就是所谓的模拟方式，模拟方式在接收端采用密集的接收管阵列，还可用于造影成像;为防止干扰，红外探测还可采用脉冲方式，即红外发射管发射一个固定频率的信号，而接收方只对这一频率进行检测，脉冲方式抗干扰能力非常强。脉冲方式如果在工作频率上调制信号，还可用于数字通信，这就是大名鼎鼎的红外线通讯，家用电器的遥控、电脑的红外通信、甚至是当今最快的光纤通信，都缘于此。红外通信对人体没有影响，兼又发射距离短没有空间污染，当今备受亲睐。本章立意触摸屏，不神游其它，但是从这一家族兴旺，也可以看出红外触摸屏前途远大。

3　红外线触摸屏技术难点

环境光因素，红外接收管有最小灵敏度和最大光照度之间的工作范围，但是触摸屏产品却不能限制使用范围，从黑暗的歌厅包房到海南岛高强度阳光下的户外使用，作为产品，它必须适应。

快速检测，红外触摸屏一般尺寸最少也有64套红外对管，也就是说至少要求在0.4毫秒内就要完成一条红外线的检测。

周围的反射、折射、干扰，红外发射管有一个发射角，接收管有较大范围的接收角，如果周围反射到一定程度，你会发现手指放在什么地方也阻挡不住信号。

要解决这些问题，选择模拟方式最大的好处是可以分析提高触摸屏的分辨率，但是抗干扰能力比不上脉冲方式;选择脉冲方式虽然抗干扰能力强，但是存在脉冲方式在接收方需要一个响应过程时间的问题，而触摸屏却要求极快的速度，因此要在自适应电路、单片机软件、模具设计、透光材料选择等几个方面要有技术突破。

红外触摸屏靠多对红外发射和接收对管来工作，红外对管性能和寿命都比较可靠，任何阻挡光线的物体都可用来作触摸物，不过红外触摸屏使用传感器数目将近100对，并且共用外围电路，这就要求传感器不仅本身性能好，还要求将近100对的红外二极管“光-电阻特性”和“结电容”都保持一致。实际应用中，万一有哪一对出现故障，可以在上电自检过程中发现并在此后加以忽略，靠邻近的红外线代替，由于每一对红外线只“监管”约6mm左右的窄带，而手指通常在15mm左右粗细，用户是察觉不到的。但如果生产过程没有对红外发射管进行老化测试，没有很好的质量管理体系，将近100对的传感器，很快就不是一对两对“掉队”的问题了，总体寿命也就难以保证。因此，购买红外屏的用户应该了解厂家有没有严格的质量检测办法或是否通过ISO9000认证。

红外屏赖以工作的是红外线矩阵，矩阵上多点的x、y坐标能组合出平方倍多的触摸点，见下图，A、B两点和C、D两点对红外屏来说是相同的效果，无法分辨，怎么处理呢?目前市场上的红外屏对多点触摸常见的处理不管连续否，要么不判断，要么判为左上角，即下图中不管是A、B还是C、D都判为C点。真正技术过得硬的红外屏应该是对坐标连续的多点触摸判断取中点，即判断为大物体(比如粗手指)的触摸，而对不连续的多点触摸不予判断，所以说它技术过硬是这种算法对产品的品质要求更严，不允许出现各种各样的故障情况。这种红外屏现在市场有，价格非常高。

电容触摸屏本身实际是一套精密的漏电传感器，带手套的手不能触摸，由于使用电容方式，导致有漂移现象，下节电容触摸屏有详细的介绍。

超声波触摸屏有表面声波触摸屏和体波声波触摸屏，利用的都是电-声压电换能器作传感器，接收传感器和发射传感器所用的压电晶体不是一种型号，在制造时的掺杂材料略有不同，发射换能器功率大，接收换能器更加灵敏。压电换能器的寿命长，工作稳定，正常工作可以保证10年不出问题。触摸屏安装后，换能器是隐藏起来的，但是在运输和安装过程中需要小心谨慎，裸露的换能器晶体不能碰撞挤压。表面声波触摸屏有X、Y轴两对传感器，利用屏幕表面的声表面波来检测手指触摸，可以说，工作面是一层看不见、打不坏的声能，不怕暴力使用，最适合公共信息查询，是目前市场上最受欢迎的触摸屏产品。

4 结语

以上简单地谈了一些触摸屏技术领域的概念，当然，只是是纯理论的一些探讨。要评判一种触摸屏，技术原理还仅仅是其中的一部分而已，触摸屏要应用到各个领域，还要经过千触万摸，以及考验选用的材料的耐用性，反应速度，包括控制卡、驱动程序和校准程序运行如何，卡的设计水平和工艺水平，驱动程序跨操作系统平台、跨机种的通用性、计算机接口与技术趋势的紧跟程度，厂商的技术实力和服务承诺的可信任度，这些都是理性评判一种触摸屏的必须考虑在内的因素。