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触摸屏技术原理
一、触摸屏的几个概念触摸屏分类-----红外线式触摸屏
红外线触摸屏工作原理.......................... | |
红外触摸屏是利用X、Y方向上密布的红外线矩阵来检测并定位用户的触摸。通常红外触摸屏在显示器的前面安装一个外框,靠藏在外框中的电路板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。用户在触摸屏幕时,手指就会挡住经过该位置的横竖两条红外线,因而可以判断出触摸点在屏幕的位置。 | |
红外线触摸屏特点............................... | |
| 外触摸屏的主要缺点是因依靠红外光线工作而对光照环境因素比较敏感,在光照变化较大时会误判甚至死机。国内第二代抗光干扰型的红外触摸屏推出后,第二代红外触摸屏已经较好的克服了这个弱点,但红外触摸屏毕竟是通过红外光线工作,只能承受有限的光干扰,因此在使用环境上有一定的限制。 红外触摸屏另外一个主要缺点是框架:它不美观豪华,破坏显示器原来的外形;它要求框架内侧是红外滤色片;此外,这个框架不可能结实,根据返修情况看,红外触摸屏的框架最容易遭到破坏。 |
红外线触摸屏安装............................. | |
安装红外触摸屏的方法非常简单,只要用胶或双面胶将这个框架固定在显示器前面即可。大多数红外触摸屏的控制器直接设计在藏在框架中的电路板上,也有红外触摸屏把控制器设计在单独的小盒中。控制器通过键盘接口或者串行口直接与主机通信,走键盘接口的红外触摸屏用户甚至可以直接读取键盘口发来的触摸屏数据而无需任何驱动程序。 |
触摸屏分类-----电容触摸屏
电容技术的触摸屏.......................... | |
电容技术的触摸屏是一块四层复合玻璃屏,玻璃屏的内表面和夹层各涂有一层ITO,最外层是只有0.0015毫米厚的矽土玻璃保护层,夹层ITO涂层作为工作面,四个角上引出四个电极,内层ITO为屏蔽层以保证良好的工作环境。 | |
电容触摸屏工作原理............................... | |
| 当用户触摸电容屏时,由于人体电场,用户手指头和工作面形成一个耦合电容,因为工作面上接有高频信号,于是手指头吸收走一个很小的电流。这个电流分从触摸屏四个角上的电极中流出,并且理论上流经这四个电极的电流与手指到四角的距离成比例,控制器通过对这四个电流比例的精密计算,得出触摸点的位置。 电容触摸屏的透光率和清晰度优于四线电阻屏,当然还不能和表面声波屏和五线电阻屏相比,参见表1和图5,电容屏反光严重,而且,电容技术的四层复合触摸屏对各波长光的透光率不均匀,存在色彩失真的问题,由于光线在各层间的反射,还造成图像字符的模糊。 电容屏在原理上把人体当作一个电容器元件的一个电极使用,当有导体靠近与夹层ITO工作面之间耦合出足够量容值的电容时,流走的电流就足够引起电容屏的误动作。我们知道,电容值虽然与极间距离成反比,却与相对面积成正比,并且还与介质的的绝缘系数有关。因此,当较大面积的手掌或手持的导体物靠近电容屏而不是触摸时就能引起电容屏的误动作,在潮湿的天气,这种情况尤为严重,手扶住显示器、手掌靠近显示器7厘米以内或身体靠近显示器15厘米以内就能引起电容屏的误动作。 电容屏的另一个缺点用戴手套的手或手持不导电的物体触摸时没有反应,这是因为增加了更为绝缘的介质。 |
电容触摸屏特点............................. | |
电容屏更主要的缺点是漂移:当环境温度、湿度改变时,环境电场发生改变时,都会引起电容屏的漂移,造成不准确。例如:开机后显示器温度上升回造成漂移:用户触摸屏幕的同时另一只手或身体一侧靠近显示器会漂移;70多公斤的小伙子校正的电容屏40公斤的小姐可能触不动(两个小姐握起手来就行);电容触摸屏附近较大的物体搬移后回漂移,你触摸时如果有人围过来观看也会引起漂移;电容屏的漂移原因属于技术上的先天不足,环境电势面(包括用户的身体)虽然与电容触摸屏离得较远,却比手指头面积大的多,他们直接影响了触摸位置的测定。 材质:完全防刮玻璃材质(莫式硬度7H),不易受尖物刮伤及磨损,不受常见污染源的影响,如水、火、辐射、静电、灰尘或油污等。兼具护目镜之护眼功能。 灵敏度:小於两盎司的施力即可感应,小於3ms的快速回应。 精确度:99%的准确度。 清晰度:三种表面处理(Polish,Etch,Industrial)可供选择。SMT控制器的MTBF 大於572,600小时(每MILHANDBOOK-217-F1)。 触摸寿命:任何一点可承受大于5,000万次的触摸,一次校正后游标不飘移。 最佳应用领域: 金融商业系统 ATM银行柜员机、自动提款机、投资交易Kiosk。可抵抗百万次以上触摸而仍能完美操作。 零售及餐饮业 贩卖机、点餐系统、购物、购票公共查询、车上卫星导航系统等。减低因震荡及静电干扰而中断操作的危机。 医学 实验室及无尘室内适合医学监察、药单认可、医疗纪录使用。完全不受血液及任何化学物质污染而影响操作。 公共导览 户政查询系统及导览系统等。 工业 工厂自动化控制系统等。防炫等强光干扰是工厂之最佳选择。 电玩 宾果游戏机、吃角子老虎机器、扑克牌游戏机等。对抗人为刻意破坏的隐忧,坚持永续操作的完美演出。 |
触摸屏分类-----电阻触摸屏
四线电阻压力式触摸屏.......................... | |
触点标准偏差: < 2MM 透光度: > 90% 使用寿命:> 3500万次/点 厚度: 4MM 工作温度: -8度-70度 > ★ 触摸市场上唯一永不移,不惧怕灰尘/水,无需劳神擦拭 ★ 四点定位,偏差最小,永不漂移 ★ 配备防高压击穿保护线路及SPA防水/防尘贴和技术 ★ 分辨率4096*4096,适用于WINDOWS32/95/98/2000/NT ★ 表面耐磨度:3H ★ 操作压力:10G | |
五线电阻触摸屏............................... | |
| 触控时间: < 3ms 精确度:99% 光学清晰率:> 95% 莫式硬度达4H 操作区温度:-15度-70度 Name指数:3 符合FCC-A&B,CE,UL 1950,EMI规定 五线电阻技术触摸屏的基层把两个方向的电压场通过精密电阻网络都加在玻璃的导电工作面上,我们可以简单的理解为两个方向的电压场分时工作加在同一工作面上,而外层镍金导电层只仅仅用来当作纯导体,有触摸后分时检测内层ITO接触点X轴和Y轴电压值的方法测得触摸点的位置。五线电阻触摸屏内层ITO需四条引线,外层只作导体仅仅一条,触摸屏得引出线共有5条。 |
五线电阻触摸屏特点............................. | |
★ 五线电阻触摸屏的A面是导电玻璃而不是导电涂覆层,导电玻璃的工艺使得A面的寿命得到极大的提高,并且可以提高透光率。 ★ 五线电阻触摸屏把工作面的任务都交给寿命长的A面,而B面只用来作为导体,并且采用了延展性好、电阻率低的镍金透明导电层,因此,B面的寿命也极大的提高。 ★ 五线电阻触摸屏的另一个专有技术是通过精密的电阻网络来校正A面的线性问题:由于工艺工程不可避免的有可能厚薄不均而造成电压场不均匀分布,精密电阻网络在工作时流过绝大部分电流,因此可以补偿工作面有可能的线性失真。 ★ 五线电阻触摸屏是目前最好的电阻技术触摸屏,最适合于军事、医疗、工业控制领域使用。 ★ 不管是四线电阻触摸屏还是五线电阻触摸屏,它们都是一种对外界完全隔离的工作环境,不怕灰尘、水汽和油污,它可以用任何物体来触摸,可以用来写字画画。 | |
电阻技术触摸屏基本原理............................. | |
| 电阻触摸屏的屏体部分是一块与显示器表面非常配合的多层复合薄膜,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,上面再盖有一层外表面硬化处理、光滑防刮的塑料层,它的内表面也涂有一层透明导电层,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绝缘。 当手指触摸屏幕时,平常相互绝缘的两层导电层就在触摸点位置有了一个接触,因其中一面导电层接通Y轴方向的5V均匀电压场,使得侦测层的电压由零变为非零,控制器侦测到这个接通后,进行A/D转换,并将得到的电压值与5V相比即可得触摸点的Y轴坐标,同理得出X轴的坐标,这就是所有电阻技术触摸屏共同的最基本原理。 电阻类触摸屏的关键在于材料科技。 常用的透明导电涂层材料有: ★ ITO,氧化铟,弱导电体,特性是当厚度降到1800个埃(埃=10-10米)以下时会突然变得透明,透光率为80%,再薄下去透光率反而下降,到300埃厚度时又上升到80%。ITO是所有电阻技术触摸屏及电容技术触摸屏都用到的主要材料,实际上电阻和电容技术触摸屏的工作面就是ITO涂层。 ★ 镍金涂层,五线电阻触摸屏的外层导电层使用的是延展性好的镍金涂层材料,外导电层由于频繁触摸,使用延展性好的镍金材料目的是为了延长使用寿命,但是工艺成本较为高昂。镍金导电层虽然延展性好,但是只能作透明导体,不适合作为电阻触摸屏的工作面,因为它导电率高,而且金属不易做到厚度非常均匀,不宜作电压分布层,只能作为探层。 |
触摸屏分类-----表面声波触摸屏
表面声波.................................... | |
表面声波,超声波的一种,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、造影和退波器方向上应用发展很快,表面声波相关的理论研究、半导体材料、声导材料、检测技术等技术都已经相当成熟。 | |
表面声波触摸屏............................... | |
| 表面声波触摸屏的触摸屏部分可以是一块平面、球面或是柱面的玻璃平板,安装在CRT、LED、LCD或是等离子显示器屏幕的前面。这块玻璃平板只是一块纯粹的强化玻璃,区别于别类触摸屏技术是没有任何贴膜和覆盖层。 玻璃屏的左上角和右下角各固定了竖直和水平方向的超声波发射换能器,右上角则固定了两个相应的超声波接收换能器。玻璃屏的四个周边则刻有45°角由疏到密间隔非常精密的反射条纹。 |
表面声波工作原理............................. | |
以右下角的X-轴发射换能器为例: 发射换能器把控制器通过触摸屏电缆送来的电信号转化为声波能量向左方表面传递,然后由玻璃板下边的一组精密反射条纹把声波能量反射成向上的均匀面传递,声波能量经过屏体表面,再由上边的反射条纹聚成向右的线传播给X-轴的接收换能器,接收换能器将返回的表面声波能量变为电信号。当发射换能器发射一个窄脉冲后,声波能量历经不同途径到达接收换能器,走最右边的最早到达,走最左边的最晚到达,早到达的和晚到达的这些声波能量叠加成一个较宽的波形信号,不难看出,接收信号集合了所有在X轴方向历经长短不同路径回归的声波能量,它们在Y轴走过的路程是相同的,但在X轴上,最远的比最近的多走了两倍X轴最大距离。因此这个波形信号的时间轴反映各原始波形叠加前的位置,也就是X轴坐标。 发射信号与接收信号波形 在没有触摸的时候,接收信号的波形与参照波形完全一样。当手指或其它能够吸收或阻挡声波能量的物体触摸屏幕时,X轴途经手指部位向上走的声波能量被部分吸收,反应在接收波形上即某一时刻位置上波形有一个衰减缺口。 接收波形对应手指挡住部位信号衰减了一个缺口,计算缺口位置即得触摸坐标 控制器分析到接收信号的衰减并由缺口的位置判定X坐标。之后Y轴同样的过程判定出触摸点的Y坐标。除了一般触摸屏都能响应的X、Y坐标外,表面声波触摸屏还响应第三轴Z轴坐标,也就是能感知用户触摸压力大小值。其原理是由接收信号衰减处的衰减量计算得到。三轴一旦确定,控制器就把它们传给主机。 | |
表面声波触摸屏特点............................. | |
| 表面声波触摸屏第一大特点就是抗暴,因为表面声波触摸屏的工作面是一层看不见、打不坏的声波能量,触摸屏的基层玻璃没有任何夹层和结构应力(表面声波触摸屏可以发展到直接做在CRT表面从而没有任何“屏幕”),因此非常抗暴力使用,适合公共场所。表面声波第二大特点就是清晰美观,因为结构少,只有一层普通玻璃,透光率和清晰度都比电容电阻触摸屏好得多。反应速度快,是所有触摸屏中反应速度最快的,使用时感觉很顺畅。表面声波第四大特点是性能稳定,因为表面声波技术原理稳定,而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,所以表面声波触摸屏非常稳定,精度也非常高,目前表面声波技术触摸屏的精度通常是4096×4096×256级力度。表面声波触摸屏的缺点是触摸屏表面的灰尘和水滴也阻挡表面声波的传递,虽然聪明的控制卡能分辨出来,但尘土积累到一定程度,信号也就衰减得非常厉害,此时表面声波触摸屏变得迟钝甚至不工作,因此,表面声波触摸屏一方面推出防尘型触摸屏,一方面建议别忘了每年定期清洁触摸屏。表面声波触摸屏能聪明的知道什么是尘土和水滴,什么是手指,有多少在触摸。因为:我们的手指触摸在4096×4096×256级力度的精度下,每秒48次的触摸数据不可能是纹丝不变的,而尘土或水滴就一点都不变,控制器发现一个“触摸”出现后纹丝不变超过三秒钟即自动识别为干扰物。表面声波触摸屏还具有第三轴Z轴,也就是压力轴响应,这是因为用户触摸屏幕的力量越大,接收信号波形上的衰减缺口也就越宽越深。目前在所有触摸屏中只有声波触摸屏具有能感知触摸压力这个性能,有了这个功能,每个触摸点就不仅仅是有触摸和无触摸的两个简单状态,而是成为能感知力的一个模拟量值的开关了。这个功能非常有用,比如在多媒体信息查询软件中,一个按钮就能控制动画或者影像的播放速度。 |
触摸屏专用名词解释
表面声波触摸屏
表面声波触摸屏的触摸屏部分只是一块透明的强化玻璃,因此可以做成平面,柱面或球面,而且在触摸屏的表面也不需要加特殊的涂层。该种触摸屏的角上装有超声波换能器,能在发送一种高频声波跨越屏幕表面。当手指或其它能够吸收或阻挡声波能量的物体触摸屏幕时,途经手指部位的声波能量被部分吸收,根据接受器信号变化可以确定坐标位置。同其他类型的触摸屏相比,表面声波触摸屏不受温度、湿度等环境因素影响,分辨率高;透光率好,能保持清晰透亮的图像质量;反应速度快;有第三轴(即压力轴)响应,所以应用日益广泛。
触控屏类型
触摸屏根据所用的介质以及工作原理,可分为电阻式、电容感应式、红外线式和表面声波式四种。触摸屏从低档向高档逐步升级和发展:从电阻式、红外线式走向电容感应式和表面声波式。
触摸屏
触摸屏(Touch Screen)可以让使用者只要用手指轻轻地碰计算机显示屏上的图符或文字就能实现对主机操作,这样摆脱了键盘和鼠标操作,使人机交互更为直截了当。主要应用于公共场所大厅信息查询、领导办公、电子游戏、点歌点菜、多媒体教学、机票/火车票预售等。产品主要分为电容式触控屏、电阻式触控屏和表面声波触摸屏三类。
触摸屏分类
触摸屏根据所用的介质以及工作原理,可分为电阻式、电容式、红外线式和表面声波式多种。
触摸屏技术
触摸屏技术是一种新型的人机交互输入方式,与传统的键盘和鼠标输入方式相比,触摸屏输入更直观。配合识别软件,触摸屏还可以实现手写输入。触摸屏由安装在显示器屏幕前面的检测部件和触摸屏控制器组成。当手指或其它物体触摸安装在显示器前端的触摸屏时,所触摸的位置由触摸屏控制器检测,并通过接口(如RS—232串行口)送到主机。
大型触摸屏功能
多功能智能板与计算机、投影机共同组成大型触摸屏,将计算机的屏幕通过投影机投影到智能板上,以教鞭或手指代替鼠标在智能板上操作计算机, 控制Windows或Macintosh及其应用软件。
电容式触摸屏
电容式触摸屏把透明的金属层涂在玻璃板上作为导电体,在触摸屏四边有狭长的电极,在导电体内形成一个低电压交流电场。当手指触摸在金属层上时,当有导电物体触碰时,就会改变触点的电容,四边电极发出的电流会流向触点,控制器通过电流可以确定触摸的位置信息。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。
电阻式触摸屏
电阻式触摸屏基本上是薄膜加上玻璃的结构,当触摸时,薄膜下层的ITO会接触到玻璃上层的ITO,经由感应器传出一个讯息,再从控制器送到计算机端,藉由驱动程序转化到屏幕上的X、Y值,而完成点选的动作,并呈现在屏幕上。
电阻式压感技术
在智能板内外表面的阻尼材料之间存在一层空气层,当有压力压迫板面使某点接触时,智能板就可辨识该点的位置,从而完成操作。
感应力度
是触控屏灵敏度的表现,指的是触控屏对外界力度能产生正确反应的范围。
红外线触摸屏
红外线触摸屏在屏幕周边成对安装红外线发射器和红外线接受器,接受器接受发射器发射的红外线,形成红外线矩阵。当手指按在屏幕上时,手指阻挡了红外线,这样在X、Y两个方向接受信息送给主机。
矩阵切换器
将多路输入信号任意选择一路或多路分别输出给一路或多路显示设备。
绝对坐标系统
触摸屏是绝对坐标系统,要选哪就直接点哪,与鼠标这类相对定位系统的本质区别是一次到位的直观性。绝对坐标系统的特点是,每一次定位坐标与上一次定位坐标没有关系,触摸屏在物理上是一套独立的坐标定位系统,每次触摸的数据通过校准转为屏幕上的坐标,这样,就要求触摸屏这套坐标不管在什么情况下,同一点的输出数据是稳定的,如果不稳定,那么这触摸屏就不能保证绝对坐标定位。
莫式硬度系数
是衡量触控屏表面硬度的参数。
屏幕类型
目前触摸屏的屏幕类型主要有平面、球面、柱面、液晶四种类型。
透光率
它直接影响到触摸屏的视觉效果。很多触摸屏是多层的复合薄膜,仅用透明一点来概括它的视觉效果是不够的,它至少应该包括四个特性:透明度、色彩失真度、反光性和清晰度,当然还能再分,比如反光程度包括镜面反光程度和衍射反光程度,只不过触摸屏表面衍射反光还没有达到CD盘的程度,对用
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