包含5個(gè)基本種類的觸摸屏的大量生產(chǎn)和電腦在國(guó)民生活中的深入直接刺激著觸摸屏銷(xiāo)售額的增長(zhǎng)，如今觸摸屏已經(jīng)滲透到了幾乎每一個(gè)可以想象得到的應(yīng)用領(lǐng)域，系統(tǒng)設(shè)計(jì)師們?cè)絹?lái)越迫切想知道究竟哪一類觸摸屏最適合他們的系統(tǒng)配置和應(yīng)用。

       觸摸屏的這5個(gè)基本種類是：電阻技術(shù)觸摸屏、電容技術(shù)觸摸屏,表面聲波技術(shù)觸摸屏、紅外線掃描技術(shù)觸摸屏、矢量壓力傳感技術(shù)觸摸屏。這是從技術(shù)原理上對(duì)觸摸屏的分類，矢量壓力傳感技術(shù)觸摸屏己退出歷史舞臺(tái)；電容觸摸屏曾在國(guó)內(nèi)風(fēng)行過(guò)一段時(shí)間，但由于技術(shù)原理上難以解決漂移的問(wèn)題，在國(guó)內(nèi)也曾遇到了銷(xiāo)售困難。每一類觸摸屏都有其各自的優(yōu)缺點(diǎn)，而用戶也知道不可能所有的應(yīng)用場(chǎng)合都是某一類觸摸屏最適合。要想挑選最適合的，關(guān)鍵就要了解每一類觸摸屏技術(shù)的工作原理和特點(diǎn)：

       觸摸屏技術(shù)原理介紹

       觸摸屏是最方便、簡(jiǎn)單、自然的輸入手段，完全不懂電腦的人可以上來(lái)就操作電腦。用戶看著顯示內(nèi)容，想選什么就簡(jiǎn)單地用手觸摸一下。通過(guò)觸漠屏，人們可以盡情的游暢于您的應(yīng)用軟件，查詢他們感興趣的信息。

       既然觸摸屏是最適合信息查詢的輸入設(shè)備，各發(fā)達(dá)國(guó)家都積極的進(jìn)行者觸摸屏的研制開(kāi)發(fā)，猶如PC從286、386發(fā)展到奔騰機(jī)一樣，觸摸屏也從低檔向高檔發(fā)展，從紅外線式、電阻式走到電容感應(yīng)式，現(xiàn)在發(fā)展到了表面聲波觸摸屏和五線電阻觸摸屏。性能越來(lái)越可靠，技術(shù)越來(lái)越先進(jìn)，如美國(guó)的EloTouch表面聲波觸摸屏，安裝的是一塊沒(méi)有任何貼膜覆層的純玻璃，撇是從清晰度還是從耐用程度上都昭示著觸摸屏成熟產(chǎn)品時(shí)代的到來(lái)。

       本章主要對(duì)目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上的表面聲波觸摸屏、電阻觸摸屏、電容感應(yīng)觸摸屏、紅外線觸摸屏的技術(shù)逐一作詳盡的介紹。盡管在95年初就傳來(lái)了海外著名TPIS紅外觸摸屏停產(chǎn)的消息，但是在短時(shí)間內(nèi)，國(guó)內(nèi)各路兵馬還將以價(jià)位均衡實(shí)力，在國(guó)內(nèi)的市場(chǎng)上并存一段時(shí)期

       1．表面聲波觸摸屏

       本文以美國(guó)E1o TouchSystems公司的E1oTouch表面聲波觸摸屏為例。

       表面聲波，超聲波的一種，在介質(zhì)（例如玻璃或金屬等剛性材料）表面進(jìn)行淺層傳播的機(jī)械能量波。表面聲波性能穩(wěn)定、易于分析，并且在橫波傳遞過(guò)程中具有非常尖銳的頻率特性，近年來(lái)在無(wú)損探傷、造影和濾波器方向上發(fā)展非常成熟。

       表面聲波觸摸屏的觸摸屏部分可以是一塊平面、球面或是柱面的玻璃平板，安裝在CRT、LED、 LCD或是等離子顯示器屏幕的前面。這塊玻璃平板只是一塊純粹的強(qiáng)化玻璃，區(qū)別于別類觸摸屏技術(shù)是沒(méi)有任何貼膜和覆蓋層。

       玻璃屏的左上角和右下角各固定了豎直和水平方向的超聲波發(fā)射換能器，右上角則固定了兩個(gè)相應(yīng)的超聲波接收換能器。玻璃屏的四個(gè)周邊則刻有45度角由疏到密間隔非常精密的反射條紋。

       以Y軸為例,發(fā)射換能器把由控制器產(chǎn)生的5MHz的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為超聲波能量發(fā)出。換能器基座的設(shè)計(jì)使得它具有較狹窄的方向角向左傳播聲表面膠能量，在傳遞過(guò)程中，又被底邊的45度反射條紋向上反射成屏幕表面豎直方向的均勻面?zhèn)鞑?，然后又被上邊的反射條紋向右聚成線傳播至Y軸接收換能器，并最終轉(zhuǎn)為電信號(hào)回傳給控制器。

       在沒(méi)有觸摸的時(shí)候,接收信號(hào)的波形與參照波形完全一樣。當(dāng)手指觸摸屏幕時(shí), 手指吸收了一部分聲波能量,而控制器則偵測(cè)到接收信號(hào)在某一時(shí)刻上的衰減,由此可計(jì)算出觸摸點(diǎn)在Y軸上的位置,同樣的原理可以得到觸摸點(diǎn)在X軸的位置。除了一般觸摸屏都能響應(yīng)的X、Y坐標(biāo)外,表面聲波觸摸屏還響應(yīng)其獨(dú)有的第三軸Z軸坐標(biāo),也就是能感知用戶觸摸壓力大小值。其原理是由接收信號(hào)衰減處的衰減量計(jì)算得到。三軸一旦確定, 控制器就把他們傳給主機(jī)。因?yàn)楸砻姹R波技術(shù)非常穩(wěn)定，而表面聲波觸摸屏的控制器靠測(cè)量衰減時(shí)刻在時(shí)間軸上的位置來(lái)計(jì)算觸摸位置，所以表面聲波觸摸屏非常穩(wěn)定，精度也非常高，目前表面聲波技術(shù)觸摸屏的精度通常R4096×4096。

       表面聲波觸摸屏的優(yōu)勢(shì)主要有：壽命最長(zhǎng)（美國(guó)權(quán)威的電子工程師雜志的報(bào)告是：同一位置觸摸5干萬(wàn)次無(wú)故障），屬于半永久性的產(chǎn)品,極好的防刮性，透光率（＞92％）和清晰度最高，保持清晰透亮的圖像質(zhì)量,沒(méi)有色彩失真,這些優(yōu)點(diǎn)來(lái)源于它的觸摸屏是沒(méi)有任何貼膜和覆層的純玻璃，并且不象有覆層玻璃的觸摸屏在邊角遭受壓力時(shí)內(nèi)部應(yīng)力不可預(yù)測(cè)的可能在某處集中，因此,純玻璃的觸摸屏安裝風(fēng)險(xiǎn)小;此外,表面聲波觸摸屏技術(shù)絕對(duì)沒(méi)有漂移，安裝后無(wú)須再進(jìn)行校準(zhǔn)，直接采用迪卡爾直角坐標(biāo)系,數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換無(wú)失真。

       前面提到，表面聲波觸摸屏還具有第三軸Z軸，也就是壓力軸響應(yīng),這是因?yàn)橛脩粲|摸屏幕的力量越大，接收信號(hào)波形上的衰減缺口也就越寬越深。在所有觸摸屏中只有表面聲波觸摸屏具有能感知觸摸壓力這個(gè)性能，有了這個(gè)功能，每個(gè)觸摸點(diǎn)就不僅僅是有觸摸和無(wú)觸摸的兩個(gè)數(shù)字開(kāi)關(guān)狀態(tài)，而是成為能感知力的一個(gè)模擬量值的開(kāi)關(guān)了。這個(gè)功能非常有用，比如在多媒體信息查詢軟件中，一個(gè)按鈕就能控制動(dòng)畫(huà)或者影像的括放速度。

       表面聲波觸摸屏的上述特性和其它類觸摸屏的比較參見(jiàn)表1,可以比較看出它較大的優(yōu)越性，尤其是能承受各種粗暴的觸摸最適合面對(duì)公共場(chǎng)所的觸摸屏應(yīng)用，公共場(chǎng)所恨有破壞性而又不能派專人看護(hù)，因此，一定要選擇耐用的觸摸屏。

       2.電阻技術(shù)觸摸屏:

       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，由一層玻璃或有機(jī)玻璃作為基層，表面涂有一層叫ITo的透明導(dǎo)電層,上面再蓋有一層外表面硬化處理、光滑防刮的塑料層，它的內(nèi)表面也涂有一層導(dǎo)電層（ITO或鎳金）,在兩層導(dǎo)電層之間有許多細(xì)?。ㄐ∮谟诜种挥⒋纾┑耐该鞲綦x點(diǎn)把它們隔開(kāi)絕緣。當(dāng)手指觸摸屏幕時(shí)，兩層導(dǎo)電層在觸摸點(diǎn)位置就有了一個(gè)接觸，控制器偵測(cè)到這個(gè)接通并計(jì)算出X、Y軸的位置，這就是所有電阻技術(shù)觸摸屏共同的最基本原理。

       電阻觸摸屏的結(jié)構(gòu)及模擬量電阻屏的原理

       電阻觸摸屏的兩層ITOI作面必須是完整的，在每個(gè)工作面的兩條邊線上各涂一條銀膠，一端加5V電壓，一端加0V，就能在工作面的一個(gè)方向上形成均勻連續(xù)的平行電壓分布。在偵測(cè)到有觸摸后，立刻A／D轉(zhuǎn)換測(cè)量接觸點(diǎn)的模擬量電壓值，根據(jù)它示IJ5V陶比例公式就能計(jì)算出觸摸點(diǎn)在這個(gè)方向上的位置。

       在此有必要提一下兩種透明的導(dǎo)電涂層村抖:①I(mǎi)TO,氧化鋼,弱導(dǎo)電體，特性是當(dāng)厚度降到1800個(gè)埃（埃＝10米）以下時(shí)會(huì)突然變得透明，透光事為80%，再薄下去透光率反而下降，到300埃厚度時(shí)又上升到80%。但有遺憾是ITO在這個(gè)厚度下非常脆,容易折斷產(chǎn)生裂紋。 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1容技術(shù)觸摸屏的工作面就是ITO涂層。②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極好的鎳金涂層材料，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(zhǎng)使用壽命，但是成本較為高昂，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)電性太好，不直作精密電阻測(cè)量，而且金屬不易做到厚度非常均勻。

       第一代四繡碴肋沏啪兩層ITOI作面工作時(shí)都加上5V到0V的均勻電壓分布場(chǎng)：一個(gè)工作面加豎直方向的,一個(gè)工作面加水平方向的。引線至控制8總共需要四根電纜。因?yàn)樗木€電阻觸摸屏靠外的那層塑膠及ITO涂層被經(jīng)常觸動(dòng)，一段時(shí)間后外層薄薄的ITo涂層就會(huì)有了細(xì)小的裂紋，顯然，導(dǎo)電工作面一旦有了裂紋，電流就會(huì)繞之而過(guò)，工作而上的電壓場(chǎng)分布也就不可能再均勻，這樣，在裂紋附近觸摸屏漂移嚴(yán)重，裂紋增多后，觸摸屏有些區(qū)域可能就再也觸摸不到了。

       四線電阻觸摸屏的基層大多數(shù)是有機(jī)玻璃，不僅存在透光率低、風(fēng)化、老化的問(wèn)題，并且存在安裝風(fēng)險(xiǎn)，這是因?yàn)橛袡C(jī)玻璃剛性差，安裝時(shí)不能捏邊上的銀膠,以免薄薄的ITO和相對(duì)厚實(shí)的銀膠脫裂，不能用力壓或拉觸摸屏,以免神斷ITO層。有些四線電阻觸摸屏安裝后顯得不太平整就是因?yàn)檫@個(gè)原因。

       ITO是無(wú)機(jī)物，有機(jī)玻璃是有機(jī)物，有機(jī)物和無(wú)機(jī)物是不能良好結(jié)合的，時(shí)間一長(zhǎng)就容易剝落。如果能夠生產(chǎn)出曲面的玻璃板，玻璃是無(wú)機(jī)物，能和ITO非常好的結(jié)合為導(dǎo)電玻璃，那電阻觸摸屏的壽命不是能夠大大延長(zhǎng)嗎？

       第二代五線電阻技術(shù)觸摸屏的基層使用的就是這種導(dǎo)電玻璃,不僅如此，五線電阻技術(shù)把兩個(gè)方向的電壓場(chǎng)通過(guò)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(jiǎn)單的理解為兩個(gè)方向的電壓場(chǎng)分時(shí)加在同一工作面上，而外層鎳金導(dǎo)電層只僅僅用來(lái)當(dāng)作純導(dǎo)體,有觸摸后靠既檢測(cè)內(nèi)層ITO接觸點(diǎn)電壓又檢測(cè)導(dǎo)通電流的方法測(cè)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,至控制器總共需要5根電纜。因?yàn)槲寰€電阻屏的外層鎳金導(dǎo)電層不僅延展性好，而且只作導(dǎo)體,只要它不斷成兩半，就仍能繼續(xù)完成作為導(dǎo)體的使命，而身負(fù)重任的內(nèi)層1TO直接與基層玻璃結(jié)合為一體成為導(dǎo)電玻璃，導(dǎo)電玻璃自然沒(méi)有了有機(jī)玻璃作基層的種種弊端，因此，五線電阻屏的使用壽命和透光率與四線電阻屏相比有了一個(gè)飛躍：五線電阻屏的觸摸壽命是3千5百萬(wàn)次，四線電阻屏則是小于1百萬(wàn)次，且五線電阻觸摸屏沒(méi)有安裝風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)五線電阻屏的ITO層能做得更薄，因此透光率和清晰度更高，幾乎沒(méi)有色彩失真。

       不管是四線電阻觸摸屏還是五線電阻觸摸屏,它們都是一種對(duì)外界完全隔離的工作環(huán)境，不怕灰塵、水汽和油污，它可以用任何物體來(lái)觸摸,可以用來(lái)寫(xiě)字畫(huà)畫(huà)，比較適合工業(yè)控制領(lǐng)域及辦公室內(nèi)有限人的使用。電阻觸摸屏共同的缺點(diǎn)是因?yàn)閺?fù)合薄膜的外層采用塑膠材料,不知道的人太用力或使用銳器觸摸可能劃傷整個(gè)觸摸屏而導(dǎo)致報(bào)廢。不過(guò),在限度之內(nèi)，劃傷只會(huì)傷及外導(dǎo)電層，外導(dǎo)電層的劃傷對(duì)于五線電阻觸摸屏來(lái)說(shuō)沒(méi)有關(guān)系,而對(duì)四線電阻觸摸屏來(lái)說(shuō)是致命的。

       4.電容技術(shù)的觸摸屏：

       電容技術(shù)的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，最外層是只有0.0015毫米厚的矽土玻璃保護(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)用戶觸摸電容屏?xí)r，由于人體電場(chǎng)，用戶手指頭和工作面形成一個(gè)耦合電容，因?yàn)楣ぷ髅嫔辖佑懈哳l信號(hào)，于是手指頭吸收走一個(gè)很小的電流。這個(gè)電流分從觸摸屏四個(gè)角上的電極中流出，并且理論上流經(jīng)這四個(gè)電極的電流與手指到四角的距離成比例，控制器通過(guò)對(duì)這四個(gè)電流比例的精密計(jì)算，得出觸摸點(diǎn)的位置。

       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，參見(jiàn)表1和圖5，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(duì)各波長(zhǎng)光的透光率不均勻，存在色彩失真的問(wèn)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(dòng)作。我們知道，電容值雖然與極間距離成反比，卻與相對(duì)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(dòng)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(dòng)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(méi)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(chǎng)發(fā)生改變時(shí)，都會(huì)引起電容屏的漂移，造成不準(zhǔn)確。例如：開(kāi)機(jī)后顯示器溫度上升回造成漂移：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(huì)漂移；70多公斤的小伙子校正的電容屏40公斤的小姐可能觸不動(dòng)（兩個(gè)小姐握起手來(lái)就行）；電容觸摸屏附近較大的物體搬移后回漂移，你觸摸時(shí)如果有人圍過(guò)來(lái)觀看也會(huì)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(shì)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(cè)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(rùn)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(méi)有坐標(biāo)上的原點(diǎn)，漂移后控制器不能察覺(jué)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(guò)程復(fù)雜。由于沒(méi)有原點(diǎn)，電容屏的漂移是累積的，在工作現(xiàn)場(chǎng)也經(jīng)常需要校準(zhǔn)。

       在美國(guó)的賭場(chǎng)中曾發(fā)生過(guò)這樣的事故：當(dāng)時(shí)的賓果機(jī)安裝的都是電容觸摸屏，有一位客人財(cái)運(yùn)很好引來(lái)了許多旁觀的看客，卻沒(méi)想到此時(shí)由于環(huán)境電場(chǎng)的嚴(yán)重改變，電容觸摸屏失效了?此家賭場(chǎng)后來(lái)全改為用表面聲波觸摸屏挽回了聲譽(yù)，但從這個(gè)事情上可以反映出電容觸摸屏技術(shù)原理的先天不足。

       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(huì)傷及夾層ITO，不管是傷及夾層ITO還是安裝運(yùn)輸過(guò)程中傷及內(nèi)表面ITO層，電容屏就不能正常工作了。

       5、紅外觸摸屏是利用X、Y方向上密布的紅外線矩陣來(lái)檢測(cè)并定位用戶的觸摸。通常紅外觸摸屏在顯示器的前面安裝一個(gè)外框，靠藏在外框中的電路板在屏幕四邊排布紅外發(fā)射管和紅外接收管，一一對(duì)應(yīng)形成橫豎交叉的紅外線矩陣。用戶在觸摸屏幕時(shí)，手指就會(huì)擋住經(jīng)過(guò)該位置的橫豎兩條紅外線，因而可以判斷出觸摸點(diǎn)在屏幕的位置，

       安裝紅外觸摸屏的方法非常簡(jiǎn)單，只要用膠或雙面膠將這個(gè)框架固定在顯示器前面即可。大多數(shù)紅外觸摸屏的控制器直接設(shè)計(jì)在藏在框架中的電路板上，也有紅外觸摸屏把控制器設(shè)計(jì)在單獨(dú)的小盒中?？刂破魍ㄟ^(guò)鍵盤(pán)接口或者串行口直接與主機(jī)通信，走鍵盤(pán)接口的紅外觸摸屏用戶甚至可以直接讀取鍵盤(pán)口發(fā)來(lái)的觸摸屏數(shù)據(jù)而無(wú)需任何驅(qū)動(dòng)程序。

       紅外觸摸屏的分辨率由框架中的紅外對(duì)營(yíng)數(shù)目決定，因此分辨率較低，市場(chǎng)上主要為32x32、40X32。

       原來(lái)紅外觸摸屏的主要缺點(diǎn)是因依靠紅外光線工作而對(duì)光照環(huán)境因素比較敏感，在光照變化較大時(shí)會(huì)誤判甚至死機(jī)。國(guó)內(nèi)第二代抗光干擾型的紅外觸摸屏推出后，第二代紅外觸摸屏已經(jīng)較好的克服了這個(gè)弱點(diǎn)，但紅外觸摸屏畢竟是通過(guò)紅外光線工作，只能承受有限的光干擾，因此在使用環(huán)境上有一定的限制。

       紅外觸摸屏另外一個(gè)主要缺點(diǎn)是框架：它不美觀豪華，破壞顯示器原來(lái)的外形；它要求框架內(nèi)側(cè)是紅外濾色片；此外，這個(gè)框架不可能結(jié)實(shí)，根據(jù)返修情況看，紅外觸摸屏的框架最容易遭到破壞。