触摸屏类型按各种形式可分为几类,一是按照触摸屏的工作原理和传输信息的
介质,触摸屏分为四种,它们分别为电阻式、电容感应式、红外线式以及
表面声波式;二是从安装方式来分,触摸屏可以分为:外挂式、内置式和整体式;三是从技术原理来区别触摸屏,可分为五个基本种类:矢量压力
传感技术触摸屏、电阻技术触摸屏、电容技术触摸屏、
红外线技术触摸屏、表面声波技术触摸屏。
安装区别
从安装方式来分,触摸屏可以分为
外挂式触摸屏
就是将触摸屏系统的触摸检测装置直接安装在显示设备的前面,这种触摸屏安装简便,非常适合临时使用。
内置式触摸屏
是把触摸检测装置安装在显示设备的外壳内,
显像管的前面。在制造显示设备时,将触摸检测装置制作在显像管上,使显示设备直接具有触摸功能,这就是整体式触摸屏。
技术区别
矢量压力传感技术触摸屏已退出历史舞台;
红外线技术触摸屏价格低廉,但其外框易碎,容易产生
光干扰,曲面情况下失真;
电阻技术触摸屏设计构思合理,但其图像失真问题很难得到根本解决;
电容技术触摸屏的定位准确,但其价格颇高,且怕刮易损;
表面声波触摸屏解决了以往触摸屏的各种缺陷,清晰不容易被损坏,适于各种场合,缺点是屏幕表面如果有水滴和尘土会使触摸屏变的迟钝,甚至不工作。
按照触摸屏的工作原理和传输信息的介质把触摸屏分为四种,它们分别为电阻式、红外线式、电容感应式以及
表面声波式,下面就对上述的各种类型的触摸屏进行介绍。
工作原理
为了操作上的方便,人们用触摸屏来代替鼠标或键盘工作时,我们必须首先用手指或其它物体触摸安装在显示器前端的触摸屏,然后系统根据手指触摸的图标或菜单位置来定位选择信息输入,触摸屏由触摸检测部件和触摸屏控制器组成;
触摸检测部件安装在显示器屏幕前面,用于检测用户触摸位置,接受后送触摸屏控制器;而触摸屏控制器的主要作用是从触摸点检测装置上接收触摸信息,并将它转换成触点坐标,再送给CPU,它同时能接收CPU发来的命令并加以执行。
主要类型
按照触摸屏的工作原理和传输信息的介质,我们把触摸屏分为四种,它们分别为电阻式、电容感应式、红外线式以及
表面声波式,每一类触摸屏都有其各自的优缺点,要了解那种触摸屏适用于那种场合,关键就在于要懂得每一类
触摸屏技术的工作原理和特点,下面对上述的各种类型的触摸屏进行简要介绍一下:
电阻式
这种触摸屏利用压力感应进行控制
电阻触摸屏的主要部分是一块与显示器表面非常配合的电阻薄膜屏,这是一种多层的复合薄膜,它以一层玻璃或硬塑料平板作为基层,表面涂有一层透明氧化金属(透明的导电电阻)导电层,上面再盖有一层外表面硬化处理光滑防擦的塑料层它的内表面也涂有一层涂层在他们之间有许多细小的(小于1/1000英寸)的透明隔离点把两层导电层隔开绝缘 当手指触摸屏幕时,两层导电层在触摸点位置就有了接触,电阻发生变化,在X和Y两个方向上产生信号,然后送触摸屏控制器控制器侦测到这一接触并计算出(X,Y)的位置,再根据模拟鼠标的方式运作这就是电阻技术触摸屏的最基本的原理 电阻类触摸屏的关键在于材料科技,常用的透明导电涂层材料有:
AITO,
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,
透光率为80%,再薄下去透光率反而下降,到300埃厚度时又上升到80%。ITO是所有电阻技术触摸屏及电容技术触摸屏都用到的主要材料,实际上电阻和电容技术触摸屏的工作面就是ITO涂层 ??
B镍金涂层,五线电阻触摸屏的外层导电层使用的是延展性好的镍金涂层材料,外导电层由于频繁触摸,使用延展性好的镍金材料目的是为了延长使用寿命,但是工艺成本较为高昂镍金导电层虽然延展性好,但是只能作透明导体,不适合作为
电阻触摸屏的工作面,因为它
导电率高,而且金属不易做到厚度非常均匀,不宜作电压分布层,只能作为探层
四线电阻屏
四线电阻
模拟量技术的两层透明金属层工作时每层均增加5V恒定电压:一个竖直方向,一个水平方向总共需四根电缆 特点:高解析度,高速传输反应 表面硬度处理,减少擦伤刮伤及防化学处理 具有光面及雾面处理 一次校正,稳定性高,永不漂移
五线电阻屏
五线电阻技术触摸屏的基层把两个方向的电压场通过
精密电阻网络都加在玻璃的导电工作面上,我们可以简单的理解为两个方向的电压场分时工作加在同一工作面上,而外层镍金导电层只仅仅用来当作纯导体,有触摸后分时检测内层ITO接触点X轴和Y轴电压值的方法测得触摸点的位置五线电阻触摸屏内层ITO需四条引线,外层只作导体仅仅一条,触摸屏得引出线共有5条 特点:解析度高,高速传输反应 表面硬度高,减少擦伤刮伤及防化学处理 同点接触3000万次尚可使用 导电玻璃为基材的介质 一次校正,稳定性高,永不漂移 五线电阻触摸屏有高价位和对环境要求高的缺点
优缺点
不管是
四线电阻触摸屏还是五线电阻触摸屏,它们都是一种对外界完全隔离的工作环境,不怕灰尘和水汽,它可以用任何物体来触摸,可以用来写字画画,比较适合工业控制领域及办公室内有限人的使用
电阻触摸屏共同的缺点是因为
复合薄膜的外层采用
塑胶材料,不知道的人太用力或使用锐器触摸可能划伤整个触摸屏而导致报废不过,在限度之内,划伤只会伤及外导电层,外导电层的划伤对于五线电阻触摸屏来说没有关系,而对四线电阻触摸屏来说是致命的
电容式
工作原理
电容技术触摸屏是利用人体的电流感应进行工作的。
电容式触摸屏是是一块四层
复合玻璃屏,玻璃屏的内表面和夹层各涂有一层ITO,最外层是一薄层矽土玻璃保护层,夹层ITO涂层作为工作面,四个角上引出四个电极,内层ITO为屏蔽层以保证良好的工作环境。当手指触摸在金属层上时,由于人体电场,用户和触摸屏表面形成以一个
耦合电容,对于
高频电流来说,电容是直接导体,于是手指从接触点吸走一个很小的电流这个电流分从触摸屏的四角上的电极中流出,并且流经这四个电极的电流与手指到四角的距离成正比,控制器通过对这四个电流比例的精确计算,得出触摸点的位置
缺陷
电容触摸屏的
透光率和清晰度优于
四线电阻屏,当然还不能和
表面声波屏和
五线电阻屏相比
电容屏反光严重,而且,电容技术的四层复合触摸屏对各波长光的透光率不均匀,存在色彩失真的问题,由于光线在各层间的反射,还造成图像字符的模糊 电容屏在原理上把人体当作一个电容器元件的一个电极使用,当有导体靠近与夹层ITO工作面之间
耦合出足够量容值的电容时,流走的电流就足够引起电容屏的误动作。我们知道,电容值虽然与极间距离成反比,却与相对面积成正比,并且还与介质的的绝缘系数有关因此,当较大面积的手掌或手持的导体物靠近电容屏而不是触摸时就能引起电容屏的误动作,在潮湿的天气,这种情况尤为严重,手扶住显示器手掌靠近显示器7厘米以内或身体靠近显示器15厘米以内就能引起
电容屏的误动作 电容屏的另一个缺点用戴手套的手或手持不导电的物体触摸时没有反应,这是因为增加了更为绝缘的介质 电容屏更主要的缺点是漂移:当环境温度湿度改变时,环境电场发生改变时,都会引起电容屏的漂移,造成不准确例如:开机后显示器温度上升会造成漂移:用户触摸屏幕的同时另一只手或身体一侧靠近显示器会漂移;电容触摸屏附近较大的物体搬移后回漂移,你触摸时如果有人围过来观看也会引起漂移;电容屏的漂移原因属于技术上的先天不足,环境
电势面(包括用户的身体)虽然与电容触摸屏离得较远,却比手指头面积大的多,他们直接影响了触摸位置的测定此外,理论上许多应该线性的关系实际上却是非线性,如:体重不同或者手指湿润程度不同的人吸走的总电流量是不同的,而总电流量的变化和四个分电流量的变化是非线性的关系,电容触摸屏采用的这种四个角的自定义
极坐标系还没有坐标上的原点,漂移后控制器不能察觉和恢复,而且,4个A/D完成后,由四个分流量的值到触摸点在直角坐标系上的XY坐标值的计算过程复杂由于没有原点,
电容屏的漂移是累积的,在工作现场也经常需要校准 电容触摸屏最外面的矽土保护玻璃防刮擦性很好,但是怕指甲或硬物的敲击,敲出一个小洞就会伤及夹层ITO,不管是伤及夹层ITO还是安装运输过程中伤及内表面ITO层,电容屏就不能正常工作了。
红外线
工作原理
红外线触摸屏安装简单,只需在显示器上加上光
点距架框,无需在屏幕表面加上涂层或接驳控制器。光点距架框的四边排列了
红外线发射管及
接收管,在屏幕表面形成一个红外线网。
用户以手指触摸屏幕某一点,便会挡住经过该位置的横竖两条红外线,电脑便可即时算出触摸点的位置。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。但是,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。并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,其实红外屏完全可以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,这是其他的触摸屏所无法效仿的。
优缺点
红外线式触摸屏价格便宜、安装容易、能较好地感应轻微触摸与快速触摸。但是由于红外线式触摸屏依靠红外线感应动作,外界光线变化,如阳光、室内射灯等均会影响其准确度。而且红外线式触摸屏不防水和怕污垢,任何细小的外来物都会引起误差,影响其性能,不适宜置于户外和公共场所使用。
表面声波
工作原理
表面声波触摸屏的触摸屏部分可以是一块平面、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。这块玻璃平板只是一块纯粹的
强化玻璃,区别于别类
触摸屏技术是没有任何贴膜和覆盖层。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。
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通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。
抗暴
因为表面声波触摸屏的工作面是一层看不见、打不坏的声波能量,触摸屏的基层玻璃没有任何夹层和结构应力(
表面声波触摸屏可以发展到直接做在CRT表面从而没有任何屏幕),因此非常抗暴力使用,适合公共场所。
反应速度快
是所有触摸屏中反应速度最快的,使用时感觉很顺畅。
性能稳定
因为
表面声波技术原理稳定,而
表面声波触摸屏的控制器靠测量衰减时刻在时间轴上的位置来计算触摸位置,所以表面声波触摸屏非常稳定,精度也非常高,前表面声波技术触摸屏的精度通常是4096×4096×256级力度。
自动识别
控制卡能知道什么是尘土和水滴,什么是手指,有多少在触摸。因为:我们的手指触摸在4096×4096×256级力度的精度下,每秒48次的触摸数据不可能是纹丝不变的,而尘土或水滴就一点都不变,控制器发现一个触摸出现后纹丝不变超过三秒钟即自动识别为干扰物。
第三轴Z轴
也就是压力轴响应,这是因为用户触摸屏幕的力量越大,接收信号波形上的衰减缺口也就越宽越深。在所有触摸屏中只有声波触摸屏具有能感知触摸压力这个性能,有了这个功能,每个触摸点就不仅仅是有触摸和无触摸的两个简单状态,而是成为能感知力的一个
模拟量值的开关了。这个功能非常有用,比如在多媒体信息查询软件中,一个按钮就能控制动画或者影像的播放速度。
优缺点
触摸屏表面的灰尘和水滴也阻挡
表面声波的传递,虽然聪明的控制卡能分辨出来,但尘土积累到一定程度,信号也就衰减得非常厉害,此时
表面声波触摸屏变得迟钝甚至不工作,因此,表面声波触摸屏一方面推出防尘型触摸屏,一方面建议别忘了每年定期清洁触摸屏。
近场成像
近场成像(NFI, NearField Imaging)触摸屏的传感机构是中间有一层透明
金属氧化物导电涂层的两块层压玻璃。在导电涂层上施加一个交流信号,从而在屏幕表面形成一个静电场。当有手指(带不带手套均可)或其他导体接触到传感器的时候,
静电场就会受到干扰。而与之配套的影像处理控制器可以探测到这个干扰信号及其位置并把相应的坐标参数传给操作系统。
近场成像触摸屏非常耐用,灵敏度很好,可以在要求非常苛刻的环境中使用,也比较适用于无人值守的公众场合,但其不足之处是价格比较贵。