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四大触摸屏技术工作原理及特点分析

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。红外触摸屏在显示器的前面安装一个电路板外框, 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, 因而能够判断出触摸点在屏幕的位置。任何触摸物体都可改变触点上的红外线而实现触摸屏操作。 早期观念上, 红外触摸屏存在分辨率低、 触摸方式受限制和易受环境干扰而误动作等技术上的局限, 因而一度淡出过市场。此后第二代红外屏部分解决了抗光干扰的问题, 第三代和第四代在提升分辨率和稳定性能上亦有所改进, 但都没有在关键指标或综合性能上有质的飞跃。可是, 了解触摸屏技术的人都知道, 红外触摸屏不受电流、 电压和静电干扰, 适宜恶劣的环境条件, 红外线技术是触摸屏产品最终的发展趋势。采用声学和其它材料学技术的触屏都有其难以逾越的屏障, 如单一传感器的受损、 老化, 触摸界面怕受污染、 破坏性使用, 维护繁杂等等问题。红外线触摸屏只要真正实现了高稳定性能和高分辨率, 必将替代其它技术产品而成为触摸屏市场主流。 过去的红外触摸屏的分辨率由框架中的红外对管数目决定, 因此分辨率较低, 市场上主要国内产品为32x32、 40X32, 另外还有说红外屏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。这些正是国外非红外触摸屏的国内代理商销售宣传的红外屏的弱点。而最新的技术第五代红外屏的分辨率取决于红外对管数目、 扫描频率以及差值算法, 分辨率已经达到了1000X720, 至于说红外屏在光照条件下不稳定, 从第二代红外触摸屏开始, 就已经较好的克服了抗光干扰这个弱点。 第五代红外线触摸屏是全新一代的智能技术产品, 它实现了1000*720高分辨率、 多层次自调节和自恢复的硬件适应能力和高度智能化的判别识别, 可长时间在各种恶劣环境下任意使用。而且可针对用户定制扩充功能, 如网络控制、 声感应、 人体接近感应、 用户软件加密保护、 红外数据传输等。 原来媒体宣传的红外触摸屏另外一个主要缺点是抗暴性差, 其实红外屏完全能够选用任何客户认为满意的防暴玻璃而不会增加太多的成本和影响使用性能, 这是其它的触摸屏所无法效仿的。

表面声波触摸屏
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。经过楔形三角基座(根据表面波的波长严格设计), 能够做到定向、 小角度的表面声波能量发射。表面声波性能稳定、 易于分析, 而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。 表面声波触摸屏的触摸屏部分能够是一块平面、 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。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。

表面声波触摸屏工作原理
以右下角的X-轴发射换能器为例: 发射换能器把控制器经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
清晰度较高, 透光率好。高度耐久, 抗刮伤性良好(相对于电阻、 电容等有表面度膜)。反应灵敏。不受温度、 湿度等环境因素影响, 分辨率高, 寿命长(维护良好情况下5000万次);透光率高(92%), 能保持清晰透亮的图像质量;没有漂移, 只需安装时一次校正;有第三轴(即压力轴)响应, 当前在公共场所使用较多。 表面声波屏需要经常维护, 因为灰尘, 油污甚至饮料的液体沾污在屏的表面, 都会阻塞触摸屏表面的导波槽, 使波不能正常发射, 或使波形改变而控制器无法正常识别, 从而影响触摸屏的正常使用, 用户需严格注意环境卫生。必须经常擦抹屏的表面以保持屏面的光洁, 并定期作一次全面彻底擦除。

表面声波屏
声波屏的三个角分别粘贴着X, Y方向的发射和接收声波的换能器(换能器: 由特殊陶瓷材料制成的, 分为发射换能器和接收换能器。是把控制器经过触摸屏电缆送来的电信号转化为声波能和由反射条纹汇聚成的表面声波能变为电信号。), 四个边刻着反射表面超声波的反射条纹。当手指或软性物体触摸屏幕, 部分声波能量被吸收, 于是改变了接收信号, 经过控制器的处理得到触摸的X, Y坐标。

四线电阻屏
四线电阻屏在表面保护涂层和基层之间覆着两层透明电导层ITO(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, 再薄下去透光率反而下降, 到300埃厚度时透光率又上升。是所有电阻屏及电容屏的主要材料), 两层分别对应X, Y轴, 它门之间用细微透明绝缘颗粒绝缘, 当触摸时产生的压力使两导电层接通, 由于电阻值的变化而得到触摸的X, Y坐标。

五线电阻屏
五线电阻屏的基层之上覆有把X, Y两方向的电压场加在同一层的透明电导层ITO, 最外层金导电层(金导电层: 五线电阻触摸屏的外层导电层使用的是延展性好的金涂层材料, 外导电层由于频繁触摸, 使用延展性好的金材料目的是为了延长使用寿命。)只用来作纯导体, 当触摸时, 用分时检测接触点X轴和Y轴电压值的方法测得触摸点的位置。内层ITO需四条引线, 外层一条, 共5根引线。

电容屏
电容屏表面涂有透明电导层ITO, 电压连接到四角, 微小直流电散部在屏表面, 形成均匀之电场, 用手触屏时, 人体作为耦合电容一极, 电流从屏四角汇集形成耦合电容另一极, 经过控制器计算电流传到碰触位置的相对距离得到触摸的坐标 。

红外屏
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。红外触摸屏在显示器的前面安装一个电路板外框, 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, 因而能够判断出触摸点在屏幕的位置。任何触摸物体都可改变触点上的红外线而实现触摸屏操作。