1、触摸屏种类与原理、结构+ A+ F/ _( G- A7 C7 P所谓触摸屏，从市场概念来讲，就是一种人人都会使用的计算机输入设备，或者说是人人都会使用的与计算机沟通的设备。不用学习，人人都会使用，是触摸屏最大的魔力，这一点无论是键盘还是鼠标，都无法与其相比。人人都会使用，也就标志着计算机应用普及时代的真正到来。这也是我们发展触摸屏，发展 KIOSK，发展 KIOSK网络，努力形成中国触摸产业的原因。, “ |% i x% 0 M/ u0 ?8 x从技术原理角度来讲，触摸屏是一套透明的绝对定位系统，首先它必须保证是透明的，因此它必须通过材料科技来解决透明问题，像数字化仪、写字板、电梯开关，它们都
2、不是触摸屏；其次它是绝对坐标，手指摸哪就是哪，不需要第二个动作，不像鼠标，是相对定位的一套系统，我们可以注意到，触摸屏软件都不需要光标，有光标反倒影响用户的注意力，因为光标是给相对定位的设备用的，相对定位的设备要移动到一个地方首先要知道现在在何处，往哪个方向去，每时每刻还需要不停的给用户反馈当前的位置才不至于出现偏差。这些对采取绝对坐标定位的触摸屏来说都不需要；再其次就是能检测手指的触摸动作并且判断手指位置，各类触摸屏技术就是围绕“检测手指触摸”而八仙过海各显神通的。9 a; t5 e. b X X; v先说透明度和色彩失真度，首先提醒大家，我们看到的彩色世界包含了可见光波段中的各种波长色，在
3、没有完全解决透明材料科技之前，或者说还没有低成本的很好解决透明材料科技之前，多层复合薄膜的触摸屏在各波长下的透光性还不能达到理想的一致状态，下面是一个示意图：由于透光性与波长曲线图的存在，通过触摸屏看到的图象不可避免的与原图象产生了色彩失真，静态的图象感觉还只是色彩的失真，动态的多媒体图象感觉就不是很舒服了，色彩失真度也就是图中的最大色彩失真度自然是越小越好。平常所说的透明度也只能是图中的平均透明度，当然是越高越好。8 l. t8 T# a: u% D反光性，主要是指由于镜面反射造成图像上重叠身后的光影，如人影、窗户、灯光等。反光是触摸屏带来的负面效果，越小越好，它影响用户的浏览速度，严重时甚
4、至无法辨认图像字符，反光性强的触摸屏使用环境受到限制，现场的灯光布置也被迫需要调整。大多数存在反光问题的触摸屏都提供另外一种经过表面处理的型号：磨砂面触摸屏，也叫防眩型，价格略高一些，防眩型反光性明显下降，适用于采光非常充足的大厅或展览场所，不过，防眩型的透光性和清晰度也随之有较大幅度的下降。清晰度，有些触摸屏加装之后，字迹模糊，图像细节模糊，整个屏幕显得模模糊糊，看不太清楚，这就是清晰度太差。清晰度的问题主要是多层薄膜结构的触摸屏，由于薄膜层之间光反复反射折射而造成的，此外防眩型触摸屏由于表面磨砂也造成清晰度下降。清晰度不好，眼睛容易疲劳，对眼睛也有一定伤害，选购触摸屏时要注意判别。4 j7
5、 1 G/ X! u5 D4 0 ; a. n: _* m: |/ p6 M; U触摸屏的第二个特性：触摸屏是绝对坐标系统，要选哪就直接点那，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数据转为屏幕上的坐标，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，点不准，这就是触摸屏最怕的问题：漂移。技术原理上凡是不能保证同一点触摸每一次采样数据相同的触摸屏都免不了漂移这个问题，目前有漂移现象的只有电容触摸
6、屏。 T/ I* Q / Q* B8 K# |“ R$ o笔触型(Pen touch)多半在精度要求较高的图画或手写文字时使用.而手指触摸型则是笔划精度无须太精确时使用。手指触摸型不像笔触型(Pen touch)须要备有特殊笔.它只要用手指头直接触摸显示面板(display)便能达成输入，这样的构造无形中更加拉近了人和计算机之间的距离。笔触型(Pen touch)的 touch panel 包括有:电磁感应型和静电感应型.手指触摸型 touch panel 则包括容量式.光学式。音响式.压力检出型以及 MEMBRANE 型(透明导电胶片)等.这些都是根据各种不同原理经过开发而后逐渐普及下来的。
7、8 g) g# l, E+ ?. U+ s本文将针对利用透明,且具导电性的 MEMBRANE 式手指触摸型 touch panel 作如下重点式说明.手指触摸型 touch panel一. 光学式光学式 touch panel 有如图 1 所示:在显示面板(display)周边配置着会发光的二极管(diode)和受光的单体 .由于 diode 所辐射出来的光束是呈矩阵形的.所以假如用手指头等把光束遮断了.是可测出被遮断的光束位置至手指触摸的所在位置. 为了避免外界光源的干预本方式采用了比可视光的波长还要长的近红外光之光束.光学式触摸型 touch panel 经配装在液晶 panel 或 CR
8、Tdisplay 显示面板(display)上当作输入装置,为了保护使用者的眼力,有些光学式的 touch panel 会在 CRT 上加涂一层过滤膜。图 1 光学式 touch panel: m5 b) B K1 L“ 9 B9 d图 2 容量式 touch panel二. 容量式把导电性玻璃的透明导电胶片如图 2 予以模式化(pattern),而后配置多数独立的电极.当手指触摸到电极时.人体的容量会加在回路上.本装置瞬即检测到点位(pointing)位置。/ A- H . O% ?; _ q. h8 D) b在玻璃面板之 4 端配置压力感应器使得加在玻璃面板的外力印加点坐标经由配置在 4
9、端的压力感应器予以检测及计算.压力检出式 touch panel 就是根据这样的原理制造完成的.原理和构造固然简单,但若要求取高精度的 touch panel 的话,必须备有高精度的压力感应器,感应器的温度保证网络,以及因手指触摸不够精确,以及因受振动影响而作之对策,等等都要作得非常慎重。目前 16mminch 画面已能作到5mm 的精度了。# K. X3 C, B( h6 p z9 e* 6 p3 X2 MAnalogue type 的点位(pointing)精确度须视 A/D 变换器之分解能力及透明导电膜片之表面电阻均匀值如何而定.前者只要用 12bit 就可以获得 4.096*4.096
10、 的精度.但若是后者的精度不够时就无法达成高精度了.笔者等正倾全力开发 Analogue type 用透明导电膜.深信将来一定出现高精度 Analogue type 触摸型 touch panel.图 5 透明断面图图 6 矩阵图(matrix)式之 pen touch用手指按压前方的 film,它就会和后方 film 导通. 图 7 Analogue type(透明电极. 透明电阻 film)所构成的 pen touch9 , J2 W3 q/ J“ $ I1 P9 R F/ X五. Pen touch 型 touch panel U+ k+ M# T) n; _2 # C: p% d. L
11、0 ) b# Q3 l, L$ v; % P把透明电极和玻璃所构成的透明性 digitizer 设置在显示面板(display)上就成为笔触型(pen touch)的面板了 ,这和 digitizer 原理分类一样,可分成电磁感应型和静电感应型两种.电磁感应型已有手写文字自动处理(word processor).以及和平面显示板(display)组合而成的手写文字/图形输入用高分解能(10 条/mm 以上)触摸型(touch panel)等之式作例.请参照图 8.而图 9 所示的就是(SONY 透明框架)静电感应型.具有 10 条/mm 的分解能力,甚至精度达到200m 之高分解能 touch
12、 panel.% L. v ? P; q$ p6 i6 H8 w! 4 * c6 h% Q, j( 7 c$ a9 + G) y4 |7 g图 8 Pentouch 形式之 touch panel(电磁感应型)电路原理% z% s n o l2 t. _9 U“ A! z: Y* & e: y0 P9 V接着把 touch panel 的输入功能和用途例记述如表 2。由”点位”(pointing)的精度而言,手指模触型 touchpanel 虽然只限于其中的指示输入(显示选择).但是笔触型(Pen touch)的 touch panel 则用手直接描绘也可以达成输入.如同前面的原理分类时曾作过
13、讲解一样,不但种类多.甚至连同种制品经由不同厂商制造都会在性能和价格上产生大差异,有时会因手指触摸造成 touch panel 上残留指纹或在呈弯曲面 CRT(cathode-ray tube 一阴极线管)上面装设平面的 touch panel,如此一来显示面板的端部可能因视差而造成点位(pointing)时之位置偏差.指纹的对策是运用某种加工使手指触摸到的 touch panel 不容易残留指纹痕迹.此外,也有很多位置偏差之对策是沿着 CRT 曲面构成 touch panel 来达成目的.兹将具体内容陈述如下:光学式 touch panel 的基本原理是利用光束(beam)和受光素子配置成曲
14、线状者.而音响式则是利用三次曲面(曲率半径为 25 英寸)的玻璃板。此外就是 membrane 式的把 2 次曲面( 图 10) 或加工成 3 次曲面者. 如何从众多 touch panel(CRT. 液晶 display.plasmadisplay.Eldisplay)以及点位(pointing)精度(包括指示输入.手指输入),乃至从价格的观点上作纵合性选择符合目的之配件.以价格而言, 价格低廉的塑料 plastic 材和适合大量生产之网帘(screen)印刷比较有利。目前, membrane 式以矩阵图(matrix type)作为其主流.然而只要利用生活周边现有的原子笔或铅笔就可以达成高精度点位(pointing)之模拟(analogue type)式输入也必定会陆续开发,并普及下去的.笔者等期盼这一天的来临.所以目前正努力开发更加良好的材料当中。图 10 加工成曲面的 membrane 式手指 touch panel
