触摸屏的性能及应用

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*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，除显示界面、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。