觸摸屏的技術(shù)原理和概念
一、觸摸屏的幾個(gè)概念
所謂觸摸屏，從市場(chǎng)概念來講，就是一種人人都會(huì)使用的計(jì)算機(jī)輸入設(shè)備，或者說是人人都會(huì)使用的與計(jì)算機(jī)溝通的設(shè)備。不用學(xué)習(xí)，人人都會(huì)使用，是觸摸屏最大的魔力，這一點(diǎn)無論是鍵盤還是鼠標(biāo)，都無法與其相比。人人都會(huì)使用，也就標(biāo)志著計(jì)算機(jī)應(yīng)用普及時(shí)代的真正到來。這也是我們發(fā)展觸摸屏，發(fā)展KIOSK，發(fā)展KIOSK網(wǎng)絡(luò)，努力形成中國觸摸產(chǎn)業(yè)的原因。
從技術(shù)原理角度講，觸摸屏是一套透明的絕對(duì)定位系統(tǒng)，首先它必須保證是透明的，因此它必須通過材料科技來解決透明問題，像數(shù)字化儀、寫字板、電梯開關(guān)，它們都不是觸摸屏；其次它是絕對(duì)坐標(biāo)，手指摸哪就是哪，不需要第二個(gè)動(dòng)作，不像鼠標(biāo)，是相對(duì)定位的一套系統(tǒng)，我們可以注意到，觸摸屏軟件都不需要光標(biāo)，有光標(biāo)反倒影響用戶的注意力，因?yàn)楣鈽?biāo)是給相對(duì)定位的設(shè)備用的，相對(duì)定位的設(shè)備要移動(dòng)到一個(gè)地方首先要知道現(xiàn)在在何處，往哪個(gè)方向去，每時(shí)每刻還需要不停的給用戶反饋當(dāng)前的位置才不致于出現(xiàn)偏差。這些對(duì)采取絕對(duì)坐標(biāo)定位的觸摸屏來說都不需要；再其次就是能檢測(cè)手指的觸摸動(dòng)作并且判斷手指位置，各類觸摸屏技術(shù)就是圍繞“檢測(cè)手指觸摸”而八仙過海各顯神通的。
1、觸摸屏的第一個(gè)特征：透明，它直接影響到觸摸屏的視覺效果。 透明有透明的程度問題，紅外線技術(shù)觸摸屏和表面聲波觸摸屏只隔一層純玻璃，透明可算佼佼者，其它觸摸屏這點(diǎn)就要好好推敲一番，“透明”，在觸摸屏行業(yè)里，只是個(gè)非常泛泛的概念，我們知道，很多觸摸屏是多層的復(fù)合薄膜，僅用透明一點(diǎn)來概括它的視覺效果是不夠的，它應(yīng)該至少包括四個(gè)特性：透明度、色彩失真度、反光性和清晰度，還能再分，比如反光程度包括鏡面反光程度和衍射反光程度，只不過我們的觸摸屏表面衍射反光還沒到達(dá)CD盤的程度，對(duì)用戶而言，這四個(gè)度量已經(jīng)基本夠了。今天我盡量不結(jié)合具體的觸摸屏去“排隊(duì)”，技術(shù)是在前進(jìn)的，今天也許是聲波屏最理想，明天也許又是另一種，環(huán)星公司通過觸摸屏的技術(shù)本質(zhì)引申出一些觸摸屏的概念，目的是讓用戶自己學(xué)會(huì)思考、學(xué)會(huì)判斷，選購適用的觸摸屏。先說透明度和色彩失真度，首先提醒大家，我們大家看到的彩色世界包含了可見光波段中的各種波長(zhǎng)色，在沒有完全解決透明材料科技之前，或者說還沒有低成本的很好解決透明材料科技之前，多層復(fù)合薄膜的觸摸屏在各波長(zhǎng)下的透光性還不能達(dá)到理想的一致狀態(tài)，下面是一個(gè)示意圖：
由于透光性與波長(zhǎng)曲線圖的存在，通過觸摸屏看到的圖象不可避免的與原圖象產(chǎn)生了色彩失真，靜態(tài)的圖象感覺還只是色彩的失真，動(dòng)態(tài)的多媒體圖象感覺就不是很舒服了，色彩失真度也就是圖中的最大色彩失真度自然是越小越好。平常所說的透明度也只能是圖中的平均透明度，當(dāng)然是越高越好。
反光性，主要是指由于鏡面反射造成圖象上重疊身后的光影，例如人影、窗戶、燈光等。反光是觸摸屏帶來的負(fù)面效果，越小越好，它影響用戶的瀏覽速度，嚴(yán)重時(shí)甚至無法辨認(rèn)圖象字符，反光性強(qiáng)的觸摸屏使用環(huán)境受到限制，現(xiàn)場(chǎng)的燈光布置也被迫需要調(diào)整。大多數(shù)存在反光問題的觸摸屏都提供另外一種經(jīng)過表面處理的型號(hào)：磨砂面觸摸屏，也叫防眩型，價(jià)格略高一些，防眩型反光性明顯下降，適用于采光非常充足的大廳或展覽場(chǎng)所，不過，防眩型的透光性和清晰度也隨之有較大幅度的下降。
清晰度，有些觸摸屏加裝之后，字跡模糊，圖象細(xì)節(jié)模糊，整個(gè)屏幕顯得模模糊糊，看不太清楚，這就是清晰度太差。清晰度的問題主要是多層薄膜結(jié)構(gòu)的觸摸屏，由于薄膜層之間光反復(fù)反射折射而造成的，此外防眩型觸摸屏由于表面磨砂也會(huì)造成清晰度下降。清晰度不好，眼睛容易疲勞，對(duì)眼睛也有一定傷害，選購觸摸屏?xí)r要注意判別。
2、觸摸屏的第二個(gè)特性： 觸摸屏是絕對(duì)坐標(biāo)系統(tǒng)，要選哪就直接點(diǎn)那，與鼠標(biāo)這類相對(duì)定位系統(tǒng)的本質(zhì)區(qū)別是一次到位的直觀性。絕對(duì)坐標(biāo)系的特點(diǎn)是每一次定位坐標(biāo)與上一次定位坐標(biāo)沒有關(guān)系，觸摸屏在物理上是一套獨(dú)立的坐標(biāo)定位系統(tǒng)，每次觸摸的數(shù)據(jù)通過校準(zhǔn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為屏幕上的坐標(biāo)，這樣，就要求觸摸屏這套坐標(biāo)不管在什么情況下，同一點(diǎn)的輸出數(shù)據(jù)是穩(wěn)定的，如果不穩(wěn)定，那么這觸摸屏就不能保證絕對(duì)坐標(biāo)定位，點(diǎn)不準(zhǔn)，這就是觸摸屏最怕的問題：漂移。技術(shù)原理上凡是不能保證同一點(diǎn)觸摸每一次采樣數(shù)據(jù)相同的觸摸屏都免不了漂移這個(gè)問題，目前有漂移現(xiàn)象的只有電容觸摸屏。
3、觸摸屏的第三個(gè)特性：檢測(cè)觸摸并定位， 各種觸摸屏技術(shù)都是依靠各自的傳感器來工作的，甚至有的觸摸屏本身就是一套傳感器。各自的定位原理和各自所用的傳感器決定了觸摸屏的反應(yīng)速度、可靠性、穩(wěn)定性和壽命。觸摸屏的傳感器方式還決定了觸摸屏如何識(shí)別多點(diǎn)觸摸的問題，也就是超過一點(diǎn)的同時(shí)觸摸怎么辦？有人觸摸時(shí)接著旁邊又有人觸摸怎么辦？這是觸摸屏使用過程中經(jīng)常出現(xiàn)的問題，我認(rèn)為最理想的方式是：超過一點(diǎn)的同時(shí)觸摸誰也不判斷，一直等到多點(diǎn)觸摸移走，有人觸摸接著又有人觸摸應(yīng)該是分先后都判斷，當(dāng)然是技術(shù)上可能的話。
紅外觸摸屏靠多對(duì)紅外發(fā)射和接收對(duì)管來工作，紅外對(duì)管性能和壽命都比較可靠，任何阻擋光線的物體都可用來作觸摸物，不過紅外觸摸屏使用傳感器數(shù)目將近100對(duì)， 并且共用外圍電路，這就要求傳感器不僅本身性能好，還要求將近100對(duì)的紅外二極管“光-電阻特性”和“結(jié)電容”都保持一致。實(shí)際應(yīng)用中，萬一有哪一對(duì)出現(xiàn)故障，可以在上電自檢過程中發(fā)現(xiàn)并在此后加以忽略，靠鄰近的紅外線代替，由于每一對(duì)紅外線只“監(jiān)管”約6mm左右的窄帶，而手指通常在15mm左右粗細(xì)，用戶是察覺不到的。但如果生產(chǎn)過程沒有對(duì)紅外發(fā)射管進(jìn)行老化測(cè)試，沒有很好的質(zhì)量管理體系，將近100對(duì)的傳感器， 很快就不是一對(duì)兩對(duì)“掉隊(duì)”的問題了，總體壽命也就難以保證。因此，購買紅外屏的用戶應(yīng)該了解廠家有沒有嚴(yán)格的質(zhì)量檢測(cè)辦法或是否通過ISO9000認(rèn)證。
紅外屏賴以工作的是紅外線矩陣，矩陣上多點(diǎn)的x、y坐標(biāo)能組合出平方倍多的觸摸點(diǎn)， 見下圖，A、B兩點(diǎn)和C、D兩點(diǎn)對(duì)紅外屏來說是相同的效果，無法分辨，怎么處理呢？目前市場(chǎng)上的紅外屏對(duì)多點(diǎn)觸摸常見的處理不管連續(xù)否，要么不判斷，要么判為左上角，即下圖中不管是A、B還是C、D都判為C點(diǎn)。真正技術(shù)過得硬的紅外屏應(yīng)該是對(duì)坐標(biāo)連續(xù)的多點(diǎn)觸摸判斷取中點(diǎn)，即判斷為大物體（比如粗手指）的觸摸，而對(duì)不連續(xù)的多點(diǎn)觸摸不予判斷，所以說它技術(shù)過硬是這種算法對(duì)產(chǎn)品的品質(zhì)要求更嚴(yán)，不允許出現(xiàn)各種各樣的故障情況。這種紅外屏現(xiàn)在市場(chǎng)有，價(jià)格非常高。
電容觸摸屏本身實(shí)際上是一套精密的漏電傳感器，帶手套的手不能觸摸，由于使用電容方式，導(dǎo)致有漂移現(xiàn)象，在下節(jié)電容觸摸屏有詳細(xì)的介紹。超聲波觸摸屏有表面聲波觸摸屏和體波聲波觸摸屏，利用的都是電－聲壓電換能器作傳感器，接收傳感器和發(fā)射傳感器所用的壓電晶體不是一種型號(hào)，在制造時(shí)的摻雜材料略有不同，發(fā)射換能器功率大，接收換能器更加靈敏。壓電換能器的壽命長(zhǎng)，工作穩(wěn)定，正常工作可以保證10年不出問題。觸摸屏安裝后，換能器是隱藏起來的，但是在運(yùn)輸和安裝過程中需要小心謹(jǐn)慎，裸露的換能器晶體不能碰撞擠壓。表面聲波觸摸屏有X、Y軸兩對(duì)傳感器，利用屏幕表面的聲表面波來檢測(cè)手指觸摸，可以說，工作面是一層看不見、打不壞的聲能，不怕暴力使用，最適合公共信息查詢，是目前市場(chǎng)上最受歡迎的觸摸屏產(chǎn)品。
以上談了一些觸摸屏技術(shù)領(lǐng)域的概念，當(dāng)然，只是是純技術(shù)原理的一些探討，評(píng)判一種觸摸屏，光是技術(shù)原理還只是其中的一部分，觸摸屏要應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，還要抵受千觸萬摸，選用材料的耐用性如何，反應(yīng)速度如何 （使用要感覺順暢反應(yīng)速度須小于20ms），控制卡、驅(qū)動(dòng)程序和校準(zhǔn)程序怎么樣，卡的設(shè)計(jì)水平和工藝水平，驅(qū)動(dòng)程序跨操作系統(tǒng)平臺(tái)、跨機(jī)種的通用性、計(jì)算機(jī)接口與技術(shù)趨勢(shì)的緊跟程度，廠商的技術(shù)實(shí)力和服務(wù)承諾的可信任度，這些都是理性的評(píng)判一種觸摸屏，更準(zhǔn)確的說：一種產(chǎn)品的重要因素。
本文章來自于虹潤(rùn)儀表：5066atat.cn/
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