多種工業(yè)觸摸屏的原理及特性解析

3、紅外線式觸摸屏

紅外觸摸屏是利用X、Y方向上密布的紅外線矩陣來檢測(cè)并定位用戶的觸摸。紅外觸摸屏在顯示器的前面安裝一個(gè)電路板外框，電路板在屏幕四邊排布紅外發(fā)射管和紅外接收管，一一對(duì)應(yīng)形成橫豎交叉的紅外線矩陣。用戶在觸摸屏幕時(shí)，手指就會(huì)擋住經(jīng)過該位置的橫豎兩條紅外線，因而可以判斷出觸摸點(diǎn)在屏幕的位置。任何觸摸物體都可改變觸點(diǎn)上的紅外線而實(shí)現(xiàn)觸摸屏操作。 早期觀念上，紅外觸摸屏存在分辨率低、觸摸方式受限制和易受環(huán)境干擾而誤動(dòng)作等技術(shù)上的局限，因而一度淡出過市場(chǎng)。此后第二代紅外屏部分解決了抗光干擾的問題，第三代和第四代在提升分辨率和穩(wěn)定性能上亦有所改進(jìn)，但都沒有在關(guān)鍵指標(biāo)或綜合性能上有質(zhì)的飛躍。但是，了解觸摸屏技術(shù)的人都知道，紅外觸摸屏不受電流、電壓和靜電干擾，適宜惡劣的環(huán)境條件，紅外線技術(shù)是觸摸屏產(chǎn)品最終的發(fā)展趨勢(shì)。采用聲學(xué)和其它材料學(xué)技術(shù)的觸屏都有其難以逾越的屏障，如單一傳感器的受損、老化，觸摸界面怕受污染、破壞性使用，維護(hù)繁雜等等問題。紅外線觸摸屏只要真正實(shí)現(xiàn)了高穩(wěn)定性能和高分辨率，必將替代其它技術(shù)產(chǎn)品而成為觸摸屏市場(chǎng)主流。 過去的紅外觸摸屏的分辨率由框架中的紅外對(duì)管數(shù)目決定，因此分辨率較低，市場(chǎng)上主要國內(nèi)產(chǎn)品為32x32、40X32，另外還有說紅外屏對(duì)光照環(huán)境因素比較敏感，在光照變化較大時(shí)會(huì)誤判甚至死機(jī)。這些正是國外非紅外觸摸屏的國內(nèi)代理商銷售宣傳的紅外屏的弱點(diǎn)。而最新的技術(shù)第五代紅外屏的分辨率取決于紅外對(duì)管數(shù)目、掃描頻率以及差值算法，分辨率已經(jīng)達(dá)到了1000X720，至于說紅外屏在光照條件下不穩(wěn)定，從第二代紅外觸摸屏開始，就已經(jīng)較好的克服了抗光干擾這個(gè)弱點(diǎn)。 第五代紅外線觸摸屏是全新一代的智能技術(shù)產(chǎn)品，它實(shí)現(xiàn)了1000*720高分辨率、多層次自調(diào)節(jié)和自恢復(fù)的硬件適應(yīng)能力和高度智能化的判別識(shí)別，可長(zhǎng)時(shí)間在各種惡劣環(huán)境下任意使用。并且可針對(duì)用戶定制擴(kuò)充功能，如網(wǎng)絡(luò)控制、聲感應(yīng)、人體接近感應(yīng)、用戶軟件加密保護(hù)、紅外數(shù)據(jù)傳輸?shù)取? 原來媒體宣傳的紅外觸摸屏另外一個(gè)主要缺點(diǎn)是抗暴性差，其實(shí)紅外屏完全可以選用任何客戶認(rèn)為滿意的防暴玻璃而不會(huì)增加太多的成本和影響使用性能，這是其他的觸摸屏所無法效仿的。

4、表面聲波觸摸屏

4.1 表面聲波

表面聲波，超聲波的一種，在介質(zhì)(例如玻璃或金屬等剛性材料)表面淺層傳播的機(jī)械能量波。通過楔形三角基座(根據(jù)表面波的波長(zhǎng)嚴(yán)格設(shè)計(jì))，可以做到定向、小角度的表面聲波能量發(fā)射。表面聲波性能穩(wěn)定、易于分析，并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、造影和退波器方向上應(yīng)用發(fā)展很快，表面聲波相關(guān)的理論研究、半導(dǎo)體材料、聲導(dǎo)材料、檢測(cè)技術(shù)等技術(shù)都已經(jīng)相當(dāng)成熟。 表面聲波觸摸屏的觸摸屏部分可以是一塊平面、球面或是柱面的玻璃平板，安裝在CRT、LED、LCD或是等離子顯示器屏幕的前面。玻璃屏的左上角和右下角各固定了豎直和水平方向的超聲波發(fā)射換能器，右上角則固定了兩個(gè)相應(yīng)的超聲波接收換能器。玻璃屏的四個(gè)周邊則刻有45°角由疏到密間隔非常精密的反射條紋。

4.2 表面聲波觸摸屏工作原理

以右下角的X-軸發(fā)射換能器為例： 發(fā)射換能器把控制器通過觸摸屏電纜送來的電信號(hào)轉(zhuǎn)化為聲波能量向左方表面?zhèn)鬟f，然后由玻璃板下邊的一組精密反射條紋把聲波能量反射成向上的均勻面?zhèn)鬟f，聲波能量經(jīng)過屏體表面，再由上邊的反射條紋聚成向右的線傳播給X-軸的接收換能器，接收換能器將返回的表面聲波能量變?yōu)殡娦盘?hào)。 當(dāng)發(fā)射換能器發(fā)射一個(gè)窄脈沖后，聲波能量歷經(jīng)不同途徑到達(dá)接收換能器，走最右邊的最早到達(dá)，走最左邊的最晚到達(dá)，早到達(dá)的和晚到達(dá)的這些聲波能量疊加成一個(gè)較寬的波形信號(hào)，不難看出，接收信號(hào)集合了所有在X軸方向歷經(jīng)長(zhǎng)短不同路徑回歸的聲波能量，它們?cè)赮軸走過的路程是相同的，但在X軸上，最遠(yuǎn)的比最近的多走了兩倍X軸最大距離。因此這個(gè)波形信號(hào)的時(shí)間軸反映各原始波形疊加前的位置，也就是X軸坐標(biāo)。 發(fā)射信號(hào)與接收信號(hào)波形 在沒有觸摸的時(shí)候，接收信號(hào)的波形與參照波形完全一樣。當(dāng)手指或其它能夠吸收或阻擋聲波能量的物體觸摸屏幕時(shí)，X軸途經(jīng)手指部位向上走的聲波能量被部分吸收，反應(yīng)在接收波形上即某一時(shí)刻位置上波形有一個(gè)衰減缺口。 接收波形對(duì)應(yīng)手指擋住部位信號(hào)衰減了一個(gè)缺口，計(jì)算缺口位置即得觸摸坐標(biāo) 控制器分析到接收信號(hào)的衰減并由缺口的位置判定X坐標(biāo)。之后Y軸同樣的過程判定出觸摸點(diǎn)的Y坐標(biāo)。除了一般觸摸屏都能響應(yīng)的X、Y坐標(biāo)外，表面聲波觸摸屏還響應(yīng)第三軸Z軸坐標(biāo)，也就是能感知用戶觸摸壓力大小值。其原理是由接收信號(hào)衰減處的衰減量計(jì)算得到。三軸一旦確定，控制器就把它們傳給主機(jī)。

4.3表面聲波觸摸屏特點(diǎn)

清晰度較高，透光率好。高度耐久，抗刮傷性良好(相對(duì)于電阻、電容等有表面度膜)。反應(yīng)靈敏。不受溫度、濕度等環(huán)境因素影響，分辨率高，壽命長(zhǎng)(維護(hù)良好情況下5000萬次);透光率高(92%)，能保持清晰透亮的圖像質(zhì)量;沒有漂移，只需安裝時(shí)一次校正;有第三軸(即壓力軸)響應(yīng)，目前在公共場(chǎng)所使用較多。 表面聲波屏需要經(jīng)常維護(hù)，因?yàn)榛覊m，油污甚至飲料的液體沾污在屏的表面，都會(huì)阻塞觸摸屏表面的導(dǎo)波槽，使波不能正常發(fā)射，或使波形改變而控制器無法正常識(shí)別，從而影響觸摸屏的正常使用，用戶需嚴(yán)格注意環(huán)境衛(wèi)生。必須經(jīng)常擦抹屏的表面以保持屏面的光潔，并定期作一次全面徹底擦除。

表面聲波屏

聲波屏的三個(gè)角分別粘貼著X，Y方向的發(fā)射和接收聲波的換能器(換能器：由特殊陶瓷材料制成的，分為發(fā)射換能器和接收換能器。是把控制器通過觸摸屏電纜送來的電信號(hào)轉(zhuǎn)化為聲波能和由反射條紋匯聚成的表面聲波能變?yōu)殡娦盘?hào)。)，四個(gè)邊刻著反射表面超聲波的反射條紋。當(dāng)手指或軟性物體觸摸屏幕，部分聲波能量被吸收，于是改變了接收信號(hào)，經(jīng)過控制器的處理得到觸摸的X，Y坐標(biāo)。

四線電阻屏

四線電阻屏在表面保護(hù)涂層和基層之間覆著兩層透明電導(dǎo)層ITO(ITO：氧化銦，弱導(dǎo)電體，特性是當(dāng)厚度降到1800個(gè)埃(埃=10-10米)以下時(shí)會(huì)突然變得透明，再薄下去透光率反而下降，到300埃厚度時(shí)透光率又上升。是所有電阻屏及電容屏的主要材料。)，兩層分別對(duì)應(yīng)X，Y軸，它門之間用細(xì)微透明絕緣顆粒絕緣，當(dāng)觸摸時(shí)產(chǎn)生的壓力使兩導(dǎo)電層接通，由于電阻值的變化而得到觸摸的X，Y坐標(biāo)。