觸摸屏的分類及應用

觸摸屏原理和分類
    觸摸屏系統一般包括兩個部分：觸摸檢測裝置和觸摸屏控制器。觸摸檢測裝置安裝在顯示器屏幕前面，用於檢測用戶觸摸位置，接收後送觸摸屏控制器；觸摸屏控制器的主要作用是從觸摸點檢測裝置上接收觸摸信息，並將它轉換成觸點坐標，再送給CPU ，它同時能接收CPU 發來的命令並加以執行。

    隨著科技的進步，觸摸屏技術也經歷了從低檔向高檔逐步升級和發展的過程。根據其工作原理，其目前一般被分為四大類：電阻式觸摸屏、電容式觸摸屏、紅外線式觸摸屏和表面聲波觸摸屏。

1 電阻式觸摸屏
    電阻觸摸屏的屏體部分是一塊多層複合薄膜，由一層玻璃或有機玻璃作為基層，表面塗有一層透明的導電層(ITO膜)，上面再蓋有一層外表面經過硬化處理、光滑防刮的塑料層。它的內表面也塗有一層ITO ，在兩層導電層之間有許多細小(小於千分之一英寸)的透明隔離點把它們隔開。當手指接觸屏幕時，兩層ITO 發生接觸，電阻發生變化，控制器根據檢測到的電阻變化來計算接觸點的坐標，再依照這個坐標來進行相應的操作。電阻屏根據引出線數多少，分為四線、五線等類型。五線電阻觸摸屏的外表面是導電玻璃而不是導電塗覆層，這種導電玻璃的壽命較長，透光率也較高。

    電阻式觸摸屏的ITO 塗層若太薄則容易脆斷，塗層太厚又會降低透光且形成內反射降低清晰度。由於經常被觸動，表層ITO 使用一定時間後會出現細小裂紋，甚至變型，因此其壽命並不長久。

    電阻式觸摸屏價格便宜且易於生產，因而仍是人們較為普遍的選擇。四線式、五線式以及七線、八線式觸摸屏的出現使其性能更加可靠, 同時也改善了它的光學特性。

2 電容式觸摸屏
    電容式觸摸屏的四邊均鍍上了狹長的電極，其內部形成一個低電壓交流電場。觸摸屏上貼有一層透明的薄膜層，它是一種特殊的金屬導電物質。當用戶觸摸電容屏時，用戶手指和工作面形成一個耦合電容，因為工作面上接有高頻信號，於是手指會吸走一個很小的電流，這個電流分別從屏的四個角上的電極中流出；且理論上流經四個電極的電流與手指到四角的距離成比例，控制器通過對四個電流比例的精密計算，即可得出接觸點位置。

    電容觸摸屏的雙玻璃不但能保護導體及感應器，更能有效地防止外在環境因素對觸摸屏造成影響，就算屏幕沾有污穢、塵埃或油漬，電容式觸摸屏依然能準確算出觸摸位置。但由於電容隨溫度、濕度或接地情況的不同而變化，其穩定性較差，往往會產生漂移現象。

    儘管不像電阻式應用那麼廣, 電容式觸摸屏也是受歡迎的供選類型。這類設備精確、反應快，尺寸稍大時也有較高解析度, 更耐用(抗刮擦), 因而適合用作遊戲機的觸摸屏。而且，新出現的近場成像技術改良了電容式觸摸屏的性能, 減弱了在它和電阻式觸摸屏中可能出現的漂移現象。

3 紅外線式觸摸屏
    紅外觸摸屏的四邊排布了紅外發射管和紅外接收管，它們一一對應形成橫豎交叉的紅外線矩陣。用戶在觸摸屏幕時，手指會擋住經過該位置的橫豎兩條紅外線，控制器通過計算即可判斷出觸摸點的位置。

    紅外觸摸屏也同樣不受電流、電壓和靜電干擾，適宜於某些惡劣的環境。其主要優點是價格低廉、安裝方便，可以用在各檔次的計算機上。此外，由於沒有電容充放電過程，響應速度比電容式快，但解析度較低。

4 表面聲波觸摸屏
    表面聲波是超聲波的一種，它是在介質(例如玻璃或金屬等剛性材料)表面淺層傳播的機械能量波。通過楔形三角基座（根據表面波的波長嚴格設計），可以做到定向、小角度的表面聲波能量發射。表面聲波性能穩定、易於分析，並且在橫波傳遞過程中具有非常尖銳的頻率特性，近年來在無損探傷、造影和退波器等應用中發展很快。

    這種觸摸屏的顯示屏四角分別設有超聲波發射換能器及接收換能器，能發出一種超聲波並覆蓋屏幕表面。當手指碰觸顯示屏時，由於吸收了部分聲波能量，使接收波形發生變化，即某一時刻波形有一個衰減缺口，控制器依據衰減的信號即可計算出觸摸點位置。

    表面聲波觸摸屏不受溫度、濕度等環境因素影響，解析度極高，有極好的防刮性，壽命長(5000萬次無故障)，透光率高(92％)，能保持清晰透亮的圖像；沒有漂移，只需安裝時一次校正；有第三軸(即壓力軸)響應，最適合公共場所使用。

    表面聲波觸摸屏易受水滴、灰塵的影響，改進的方法是加防塵條，或者增加對污物的監控，準確識別出有效的操作和污物之間的區別。另外，由於聲波屏能感受壓力，無形中增加了控制手段，對屏功能的擴展十分有利，其應用範圍因此而大大拓展。

觸摸屏的基本技術
1 絕對坐標系統
    觸摸屏是一種絕對坐標系統，其特點就是當前定位坐標與上一次定位坐標沒有關係，每次觸摸的數據通過校準直接轉化為屏幕上的坐標。不管在什麼情況下，觸摸屏這套坐標體系對同一點的輸出數據都是穩定的。不過，它並不能保證每一次對同一點觸摸的採樣都相同，即不能保證絕對坐標定位，這就是所謂的漂移問題。

2 定位
    各種觸摸屏都是依靠感測器來工作的，甚至有的觸摸屏本身就是一套感測器。它們各自的定位原理和各自所用的感測器決定了觸摸屏的反應速度、可靠性、穩定性和壽命。各類觸摸屏的技術特性如表1 所示。
 

觸摸屏的性能比較
     電阻式觸摸屏工作在與外界完全隔離的環境中，它不怕灰塵、水氣和油污，可以用任何物體來觸摸，比較適合工業控制領域使用。缺點是由於複合薄膜的外層採用塑料，太用力或使用銳器觸摸可能划傷觸摸屏。

     電容式觸摸屏的解析度很高，透光率也不錯，可以很好地滿足各方面的要求，在公共場所常見的就是這種觸摸屏。不過，電容式觸摸屏把人體當作電容器的一個電極使用，當有導體靠近並與夾層ITO 工作面之間耦合出足夠大的電容時，流走的電流就會引起電容式觸摸屏的誤動作；另外，戴著手套或手持絕緣物體觸摸時會沒有反應，這是因為增加了絕緣的介質。

    紅外線觸摸屏是靠測定紅外線的通斷來確定觸摸位置的，與觸摸屏所選用的透明擋板的材料無關(有一些根本就沒有使用任何擋板) 。因此，選用透光性能好的擋板, 並加以抗反光處理，可以得到很好的視覺效果。但是，受到紅外線發射管體積的限制，不可能發射高密度的紅外線，所以這種觸摸屏的解析度不高。另外，由於紅外線觸摸屏依靠紅外感應來工作，外界光線變化，如陽光或室內燈等均會影響其準確度。

    表面聲波技術非常穩定，而且表面聲波觸摸屏的控制器靠測量衰減時刻在時間軸上的位置來計算觸摸位置，所以其精度非常高。表面聲波觸摸屏還具有第三軸(z軸)，也就是壓力軸—通過計算接收信號衰減處的衰減量可得到用戶觸摸屏幕的力量大小，最多可分為256級力度。力量越大，接收信號波形上的衰減缺口也就越寬越深，在所有的觸摸屏中，只有表面聲波觸摸屏具有感知觸摸壓力的性能。

應用場合
    根據對觸摸屏的結構、原理和性能特點的分析，不同觸摸屏的適用場合如下所示。

    四線電阻觸摸屏：不怕灰塵、油污和光電干擾，怕划傷是其主要缺陷。適用於有固定用戶的公共場所，如工業控制現場、辦公室、家庭等。

    五線電阻觸摸屏：極好的靈敏度和透光度，較長的使用壽命，不怕灰塵、油污和光電干擾，適用於各類公共場所，尤其適用於要求精密的工業控制現場等。

    電容感應觸摸屏：由於電容隨溫度、濕度或接地情況的不同而變化，故其穩定性較差，往往會產生漂移現象。怕電磁場干擾、漂移，不易在工業控制場所和有干擾的地方使用。可使用於要求不太精密的公共信息查詢；需要經常校準、定位。
 
    紅外線感應觸摸屏：解析度較低，但不受電流、電壓和靜電干擾，適宜某些惡劣的環境條件；適用於無紅外線和強光干擾的各類公共場所、辦公室以及要求不是非常精密的工業控制現場。

    表面聲波觸摸屏：純玻璃材質、透光性最好、使用壽命長、抗划傷性好，適用於未知用戶的各類公共場所。但怕長時間的灰塵積累和油污的浸染，所以使用於環境乾淨的場所更好。否則，需要定期的清潔服務。

發展趨勢
    觸摸屏技術方便了人們對計算機的操作使用，是一種極有發展前途的互動式輸入技術。世界各國對此普遍給予重視，並投入大量的人力物力進行研發，新型觸摸屏不斷湧現。

    觸摸筆：利用觸摸筆進行操作的觸摸屏類似白板，除顯示界面、窗口、圖標外，觸摸筆還具有簽名、標記的功能。這種觸摸筆比早期只提供選擇菜單的光筆功能大大增強。

    觸摸板：觸摸板採用了壓感電容式觸摸技術，屏幕面積最大。它由三部分組成：最底層是中心感測器，用於監視觸摸板是否被觸摸，然後對信息進行處理，中間層提供了交互用的圖形、文字等，最外層是觸摸表層，由強度很高的塑料材料構成。當手指點觸外層表面時，在千分之一秒內就可以將此信息送到感測器並進行登錄處理。除與PC 兼容，它還具有亮度高、圖像清晰、易於交互等特點，因而被應用於指點式信息查詢系統（如電子公告板），收到了非常好的效果。

    總之，觸摸屏的發展呈現專業化、多媒體化、立體化和大屏幕化等趨勢。隨著信息社會的發展，人們需要獲得各種各樣公共信息。以觸摸屏技術為交互窗口的公共信息傳輸系統通過採用先進的計算機技術，運用文字、圖像、音樂、解說、動畫、錄像等多種形式，直觀、形象地把各種信息介紹給人們，給人們帶來極大的方便。可以預見，隨著觸摸屏技術的迅速發展，觸摸屏的應用領域會越來越廣，性能會越來越好。