熱感應(yīng)觸摸屏

紅外式觸摸屏分為光感應(yīng)型和熱感應(yīng)型。光感應(yīng)型由裝在觸摸屏外框上的紅外線發(fā)射與接收感測(cè)元件構(gòu)成，在框的四邊排列了紅外線發(fā)射管及接收管，在屏幕表面形成一個(gè)紅外線網(wǎng)。用戶以手指觸摸屏幕某一點(diǎn)，便會(huì)擋住經(jīng)過(guò)該位置的兩條紅外線，傳感器即可算出觸摸點(diǎn)位置。因?yàn)榧t外觸摸屏不受電流、電壓和靜電干擾，所以適宜某些惡劣的環(huán)境條件。它安裝方便、不需要任何控制器，可以用在各檔次的設(shè)備上。不過(guò)，由于只是在普通屏幕上增加了框架，因此在使用過(guò)程中架框四周的紅外線發(fā)射管及接收管很容易損壞，而且由于邊框部分必須嵌入受光及發(fā)光元件，因此會(huì)使得邊框部分增粗，不利于機(jī)身的輕薄化。

熱感應(yīng)型紅外觸摸屏的用途更廣泛一些，它是靠感應(yīng)手指的熱輻射紅外線工作的。不過(guò)，它僅僅能檢測(cè)到熱的物體，如果寒冬在室外使用的話，由于手指溫度太低，它很有可能出現(xiàn)被"凍住"而失靈的情況。使用熱感應(yīng)型紅外式觸摸屏的手機(jī)也有一些，比如三星的滑蓋手機(jī)SGH-E900和SGH-U600。

對(duì)于觸摸屏幕技術(shù)，可能大多數(shù)讀者并不陌生，在銀行的自助繳費(fèi)系統(tǒng)和ATM柜員機(jī)、地鐵站和著名景點(diǎn)遍布的自動(dòng)售票機(jī)和多媒體終端上都廣泛使用了觸摸屏幕。在iPhone之前，任天堂公司曾經(jīng)在自己的游戲機(jī)"任天堂DS"和"任天堂DS Lite"上也應(yīng)用了觸摸屏幕技術(shù)，通過(guò)用筆涂畫，用戶可以實(shí)現(xiàn)對(duì)游戲的操縱，比如"撫摸"屏幕上的小狗等等。受益于觸摸屏技術(shù)的進(jìn)步

，早期的觸摸傳感器不能識(shí)別多點(diǎn)、靈敏度差以及透光率太低等問(wèn)題都已經(jīng)被輕松解決。隨著MID、上網(wǎng)本和高端智能手機(jī)的發(fā)展，帶有觸摸屏幕的設(shè)備數(shù)量正在以前所未有的速度增長(zhǎng)。根據(jù)DisplaySearch的統(tǒng)計(jì)，2008年全球觸控面板模塊的產(chǎn)值達(dá)到了36億美元，到2015年則將達(dá)到90億美元，年均復(fù)合增長(zhǎng)率高達(dá)14%。觸摸設(shè)備的飛速發(fā)展，離不開技術(shù)的不斷研發(fā)進(jìn)步。本期CHIP將向您深入介紹觸摸屏幕技術(shù)，并概述它的最新進(jìn)展。

電容式觸摸屏又可以細(xì)分為表面式和投射式兩種，表面式電容觸摸屏多用于ATM機(jī)和街機(jī)等大型設(shè)備，而投射式電容觸摸屏多用于手機(jī)。電容式觸摸屏是在玻璃屏幕上鍍有一層透明的薄膜導(dǎo)體層，在導(dǎo)體層外再附加了一塊保護(hù)玻璃，由于在觸摸屏四邊鍍有狹長(zhǎng)的電極，因此在導(dǎo)電體內(nèi)形成了一個(gè)低電壓交流電場(chǎng)。當(dāng)用戶觸摸屏幕時(shí)，由于人體電場(chǎng)的原因，手指與導(dǎo)體層間形成一個(gè)耦合電容，四邊電極發(fā)出的電流會(huì)流向觸點(diǎn)，而電流強(qiáng)弱與手指到電極的距離成正比，位于觸摸屏幕后的處理器便會(huì)根據(jù)電流的比例及強(qiáng)弱，準(zhǔn)確算出觸摸點(diǎn)的位置。投射式電容觸摸屏則更進(jìn)一步將表面分為許多個(gè)小的單元，每個(gè)單元都擁有獨(dú)立的引線。當(dāng)手指觸摸屏幕時(shí)，根據(jù)電容的變化，傳感器和處理芯片可以"繪制"出電容量的變化圖，從而實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)觸控。

電容式觸摸屏的雙層結(jié)構(gòu)能保護(hù)導(dǎo)體及傳感器，更有效地防止環(huán)境因素對(duì)觸摸屏造成影響，就算屏幕沾有污穢、塵埃或油漬，依然可以準(zhǔn)確算出觸摸位置。臺(tái)灣Higgstec公司曾展示了它的電容式觸摸屏在沸水中煮過(guò)仍可正常工作。不過(guò)，電容式觸摸屏的成本較高，而且不易實(shí)現(xiàn)手寫輸入。隨著高端智能手機(jī)，特別是iPhone這樣支持多點(diǎn)觸摸的智能手機(jī)的流行，電容式觸摸屏的出貨量出現(xiàn)了飛速增長(zhǎng)。僅僅在2007年，用于手機(jī)的電容式觸摸屏就出貨2350萬(wàn)片。據(jù)日本富士凱美萊總研集團(tuán)預(yù)計(jì)，在今年年內(nèi)，用于手機(jī)的電容式觸摸屏出貨量將超過(guò)電阻式觸摸屏，達(dá)到5000萬(wàn)片，是2006年的大約8倍。除了數(shù)量上升外，電容式和電阻式觸摸屏的價(jià)格在2007~2008年度內(nèi)也分別下降了23%和30%，更促進(jìn)了觸摸屏的普及。

電容式觸摸屏與傳統(tǒng)的電阻式觸摸屏有很大區(qū)別。電阻式觸控屏幕在工作時(shí)每次只能判斷一個(gè)觸控點(diǎn)，如果觸控點(diǎn)在兩個(gè)以上，就不能做出正確的判斷了，所以電阻式觸摸屏僅適用于點(diǎn)擊、拖拽等一些簡(jiǎn)單動(dòng)作的判斷。而電容式觸摸屏的多點(diǎn)觸控，則可以將用戶的觸摸分解為采集多點(diǎn)信號(hào)及判斷信號(hào)意義兩個(gè)工作，完成對(duì)復(fù)雜動(dòng)作的判斷。

使用兩根手指的拉伸、換位即可在屏幕上完成諸如放大、旋轉(zhuǎn)這樣趣味十足的操作，這在電容式觸摸屏出現(xiàn)之前，幾乎是不可想象的。

在分析電容式觸摸屏原理之前，我們先來(lái)了解一下電阻式觸摸屏的工作原理。

電阻式觸摸屏主要是利用壓力感應(yīng)進(jìn)行控制。它的構(gòu)成是顯示屏及一塊與顯示屏緊密貼合的電阻薄膜屏。這個(gè)電阻薄膜屏通常分為兩層，一層是由玻璃或有機(jī)玻璃構(gòu)成的基層，其表面涂有透明的導(dǎo)電層;基層外面壓著我們平時(shí)直接接觸的經(jīng)過(guò)硬化及防刮處理的塑料層，塑料層內(nèi)部同樣有一層導(dǎo)電層，兩個(gè)導(dǎo)電層之間是分離的。當(dāng)我們用手指或其他物體觸摸屏幕的時(shí)候，兩個(gè)導(dǎo)電層發(fā)生接觸，電阻產(chǎn)生變化，控制器則根據(jù)電阻的具體變化來(lái)判斷接觸點(diǎn)的坐標(biāo)并進(jìn)行相應(yīng)的操作。

電阻式觸摸屏不同，電容式觸摸屏是利用人體的電流感應(yīng)進(jìn)行工作的。電容式觸摸屏的感應(yīng)屏是一塊四層復(fù)合玻璃屏，玻璃屏的內(nèi)表面和夾層各涂有一層導(dǎo)電層，最外層是一薄層矽土玻璃保護(hù)層。當(dāng)我們用手指觸摸在感應(yīng)屏上的時(shí)候，人體的電場(chǎng)讓手指和和觸摸屏表面形成一個(gè)耦合電容，對(duì)于高頻電流來(lái)說(shuō)，電容是直接導(dǎo)體，于是手指從接觸點(diǎn)吸走一個(gè)很小的電流。這個(gè)電流分從觸摸屏的四角上的電極中流出，并且流經(jīng)這四個(gè)電極的電流與手指到四角的距離成正比，控制器通過(guò)對(duì)這四個(gè)電流比例的精確計(jì)算，得出觸摸點(diǎn)的位置。

1.操作新奇。電容式觸摸屏支持多點(diǎn)觸控，操作更加直觀、更具趣味性。

2.不易誤觸。由于電容式觸摸屏需要感應(yīng)到人體的電流，只有人體才能對(duì)其進(jìn)行操作，用其他物體觸碰時(shí)并不會(huì)有所相應(yīng)，所以基本避免了誤觸的可能。

3.耐用度高。比起電阻式觸摸屏，電容式觸摸屏在防塵、防水、耐磨等方面有更好的表現(xiàn)。

1.精度不高。由于技術(shù)原因，電容式觸摸屏的精度比起電阻式觸摸屏還有所欠缺。而且只能使用手指進(jìn)行輸入，在小屏幕上還很難實(shí)現(xiàn)辨識(shí)比較復(fù)雜的手寫輸入。

2.易受環(huán)境影響。溫度和濕度等環(huán)境因素發(fā)生改變時(shí)，也會(huì)引起電容式觸摸屏的不穩(wěn)定甚至漂移。例如用戶在使用的同時(shí)將身體靠近屏幕就可能引起漂移，甚至在擁擠的人群中操作也會(huì)引起漂移。這主要是由于電容式觸摸屏技術(shù)的工作原理所致，雖然用戶的手指距離屏幕更近，但屏幕附近還有很多體積遠(yuǎn)大于手指的電場(chǎng)同時(shí)作用，這樣就會(huì)影響到觸摸位置的判斷。

3.成本偏高。此外，當(dāng)前電容式觸控屏在觸控板貼附到LCD面板的步驟中還存在一定的技術(shù)困難，良品率并不高，所以無(wú)形中也增加了電容式觸控屏的成本。

電磁感應(yīng)觸摸技術(shù)是較早應(yīng)用于便攜式IT產(chǎn)品的技術(shù)，它的特征是需要一支"筆"，而不是手指。這支筆能夠發(fā)射電磁波，通過(guò)接收裝置感應(yīng)到筆在屏幕上方的位置，就可進(jìn)行定位。在其它觸摸屏的精度問(wèn)題尚未解決時(shí)，早期的PDA、電子詞典與手寫板等都使用了這種方式。直到今天，電磁感應(yīng)式觸摸屏還在手機(jī)和平板電腦上發(fā)揮作用。電磁感應(yīng)式觸摸屏造價(jià)低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，利于手寫輸入文字，還可以和其它觸摸屏集成在一起，因此廣受歡迎。比如惠普TouchSmart TX2平板電腦就采用了電磁感應(yīng)+電容式觸摸屏，電磁感應(yīng)筆進(jìn)行手寫輸入，電容式觸摸則主要用于圖形界面操作。聯(lián)想ThinkPad X200T也有類似的電磁感應(yīng)+多點(diǎn)觸摸的型號(hào)，此外很多GPS、上網(wǎng)本和MID也同樣擁有電磁感應(yīng)式觸摸屏。

電阻式觸摸屏是一種多層的復(fù)合薄膜，由一層玻璃或有機(jī)玻璃作為基層，內(nèi)表面涂有一層透明的ITO(氧化銦)導(dǎo)電層，上面再蓋有一層外表面硬化處理、光滑防刮的塑料層，它的內(nèi)表面也涂有一層ITO，在兩層導(dǎo)電層之間有許多細(xì)小的透明絕緣子把它們隔開。當(dāng)手指接觸屏幕使之凹陷時(shí)，兩層ITO導(dǎo)電層之間出現(xiàn)一個(gè)接觸點(diǎn)，傳感器偵測(cè)到接通點(diǎn)后，由集成電路進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，并得到觸摸點(diǎn)的Y軸和X軸的坐標(biāo)。根據(jù)引出線數(shù)多少，電阻式觸摸屏分為四線式、五線式、八線式等種類，有的基層直接使用導(dǎo)電玻璃或者有機(jī)導(dǎo)電薄膜。

電阻式觸摸屏的價(jià)格比較低廉，能在較為惡劣的環(huán)境下工作，并且利于大規(guī)模生產(chǎn)，因此成為發(fā)展最早、用途最為廣泛的觸摸屏。目前全球生產(chǎn)的觸摸屏中，電阻式觸摸屏占90%以上。在手機(jī)領(lǐng)域，電阻式觸摸屏也有應(yīng)用，比如此前廣受歡迎的HTC Touch Diamond等等。不過(guò)，電阻式觸摸屏較大的缺點(diǎn)是不能實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)同時(shí)觸摸，這也限制了它在高端智能手機(jī)和游戲機(jī)中的應(yīng)用。

聲波識(shí)別式觸摸屏包括聲脈沖識(shí)別觸摸屏和表面波識(shí)別觸摸屏，通過(guò)識(shí)別表面連續(xù)或脈沖聲波的變化來(lái)確定觸摸位置。它由觸摸屏、聲波發(fā)生器、反射器和聲波接收器組成，觸摸屏部分只是一塊純粹的強(qiáng)化玻璃，沒(méi)有任何貼膜和覆蓋層。玻璃屏的對(duì)角各安裝了垂直和水平方向的超聲波發(fā)射器和相應(yīng)的超聲波接收器。超聲波發(fā)射器能沿著屏幕表面發(fā)送高頻超聲波，當(dāng)手指觸及屏幕時(shí)，觸點(diǎn)上的聲波波形即發(fā)生變化，由此確定坐標(biāo)位置。如果在CRT等堅(jiān)固表面上使用的話，甚至不需要玻璃基板，直接將CRT表面當(dāng)作基板即可。聲波識(shí)別觸摸屏不受溫度、濕度等環(huán)境因素影響;分辨率高，無(wú)論用筆、指甲或手指肚都可以識(shí)別;有極好的防刮性，壽命長(zhǎng);透光率高，能保持清晰透亮的圖像質(zhì)量;沒(méi)有漂移，只需安裝時(shí)一次校正，而且有第三軸(即壓力軸)響應(yīng)。它適合在公共場(chǎng)所的POS機(jī)、售貨亭等處使用。