【文章內容簡介】 .............................................................................................................. 29 參考文獻 ............................................................................................................................. 30 現(xiàn)代觸屏技術的應用及加工工藝 1 1. 引 言 隨著全球信息化的飛速發(fā)展 , 觸摸屏系統(tǒng)一般包括兩個部分：觸摸檢測裝置和觸摸屏控制器。觸摸檢測裝置安裝在顯示器屏幕前面，用于檢測用戶觸摸位置，接收后傳送到觸摸屏控制器；觸摸屏控制器的主要作用，是從觸摸點檢測裝置上接收觸摸信息，并將其轉換成觸點坐標，再送給 CPU，同時能接收 CPU 發(fā)來的命令并加以執(zhí)行。 今天的電氣和電子設備采用了以下五種類型的觸摸屏技術：電阻式、表面電容式、投射電容式、 表面聲波式和紅外線式。其中前三種適合用于移動設備和消費電子產品 , 后兩種技術做出的觸屏不是太昂貴就是體積太大 , 因此不適合上述應用。采用以上任何一種觸摸屏技術的系統(tǒng)都由感應裝置、與電子控制電路的互連裝置和控制電路構成。 觸摸是人類最重要的感知方式，所以也是人與各類機器設備進行交互的最自然的方式。即使是還沒有學會說話和寫字的嬰幼兒童，也有可能通過觸摸來與機器進行交互活動?？梢姡瑯O富人性化、符合人與外界進行溝通的自然方式，這是觸摸屏最顯著的特點之一。 最早的觸摸屏技術起源于國外軍方，當時的單兵智能化武器發(fā)展較快 ，需要一種方便的瞄準調節(jié)器，于是誕生了早期的壓力觸摸屏技術，讓士兵可以用手指在屏上觸動來調節(jié)瞄準顯示器中視野內的準星十字坐標。這項技術的創(chuàng)始人是軍方研究所一位不知名的研究員，他恐怕并沒有意識到自己所做的事情對于現(xiàn)代信息技術的影響。 隨著公共場合信息查詢服務與日俱增，觸摸屏逐漸在市場中占有重要地位。事實上，觸摸屏的應用遠不止此，在工業(yè)控制、醫(yī)療衛(wèi)生、航空航天和軍事裝備中的應用更為廣泛。 觸摸技術將會無所不在！因為從商場購物、銀行服務到學習娛樂，從寫字樓到工廠車間，計算機已經無所不在。為了與這些計算機進行簡 便、自然的溝通，人們早已開始尋求各種各樣的手段。輸入裝置的演變，已經從略顯笨拙的鍵盤和鼠標逐漸轉向簡單方便的觸摸裝置。醫(yī)療衛(wèi)生機構使用觸摸屏來實現(xiàn)患者圖表信息顯示與床頭監(jiān)護的完美結合，甚至有些餐館和酒吧都已經使用帶有觸摸屏的計算機進行點菜和庫存管理。博物館、醫(yī)院大廳、超級市場也開始使用觸摸屏裝置向公眾提供各類信息。工廠的流水生產線可以使用觸摸屏裝置來進行生產過程控制。 沈陽工程學院畢業(yè)設計（論文） 2 2. 觸摸屏的種類及發(fā)展趨勢 如果說外觀 已 代表了時尚、活力、向上的神韻。那么，產品本身的功能特點則代表了觸 屏 產 品形態(tài)的表現(xiàn)。只有形神兼具的產品，才能真正獲得消費者的認可。能給人帶來新鮮的感受以及留下好用的印象，這邊對功能特點做出了好的詮釋。 目前，觸摸屏的應用范圍從以往的銀行自動柜員機、工控計算機等小眾商用市場，迅速擴展到手機、 PDA、 GPS（全球定位系統(tǒng)）、 MP MP甚至平板電腦（ UMPC）等大眾消費電子領域。展望未來，觸 屏操作 簡單、便捷、人性化的觸摸屏有望成為用戶與產品互動的最佳界面，從而迅速普及。 觸摸屏的種類 電阻式觸摸屏 電阻觸摸屏的主要部分是一塊與顯示器表面非常配合的電 阻薄膜屏，這是一種多層的復合薄膜，它以一層玻璃或硬塑料平板作為基層，表面涂有一層透明氧化金屬 （透明的導電電阻）導電層，上面再蓋有一層外表面硬化處理、光滑防刮的塑料層、它的內表面也涂有一層涂層、在他們之間有許多細小的（小于 1/1000 英寸）的透明隔離點把兩層導電層隔開絕緣。 當手指觸摸屏幕時，兩層導電層在觸摸點位置就有了接觸，電阻發(fā)生變化，在 X 和 Y 兩個方向上產生信號，然后傳送給觸摸屏控制器?？刂破鱾蓽y到這一接觸并計算出（ X， Y）的位置，再根據模擬鼠標的方式運作。這就是電阻技術觸摸屏的最基本的原理。 電阻類觸 摸屏的關鍵在于材料科技，常用的透明導電涂層材料有： （ 1） ITO，氧化銦錫，弱導電體，特性是當厚度降到 1800 個埃（埃＝ 1010? 米）以下時會突然變得透明，透光率為 80％ ，再薄下去透光率反而下降，到 300 埃厚度時又上升到 80％ 。 ITO 是所有電阻技術觸摸屏及電容技術觸摸屏都用到的主要材料。 （ 2） 鎳金涂層，五線電阻觸摸屏的外層導電層使用的是延展性好的鎳金涂層材料，外導電層由于頻繁觸摸，使用延展性好的鎳金材料目的是為了延長使用壽命 ，但是工藝成本較為高昂。 現(xiàn)代觸屏技術的應用及加工工藝 3 圖 3 電阻式觸摸屏成本很低，但有很多設計局限性 電容式觸摸屏 表面電容觸摸屏 表面電容式觸屏由一個模擬感應器和一個雙向智能控制器組成。模擬感應器是一塊4 層復合玻璃屏，玻璃屏的內表面和夾層 各涂有一層 ITO 導電涂層，最外層是只有 5 mm 厚的矽土玻璃，形成堅實耐用的保護層。夾層 ITO 涂層作為工作面，其各角上各引出一個電極，內層 ITO 作為屏蔽層，用以保證良好的工作環(huán)境。觸屏工作時，感應器邊緣的電極產生分布的電壓場，由于人體電場的存在，觸摸屏幕時，手指和觸摸屏的工作面之間就會形成一耦合電容，因為工作面上接有高頻信號，于是手指吸走一部分很小的電流，分別從觸摸屏 4 個角上的電極中流出。從理論上講，流經這四個電極的電流與手指到四角的距離成比例，控制器通過對這 4 個電流比例的精密計算，從 而可以得出觸摸點的位置。 沈陽工程學院畢業(yè)設計（論文） 4 圖 4 表面電容式觸摸屏 投射電容式觸摸屏 投射電容式觸屏需要一個或多個精心設計的、被蝕刻的 ITO 層，但可比其它觸摸技術提供更多技術優(yōu)勢。這些 ITO 層通過蝕刻形成多個水平和垂直電極所有這些電極都由一個電容式感應芯片來驅動。表面電容式 觸摸屏在同一時間無法感應到多指觸摸，因為它采用了一個同質的感應層。而投射電容式觸摸屏可以識別兩指的觸摸且不需要用戶進行校準，這是其一大優(yōu)勢。 圖 5 投射式觸摸屏技術包括通過清晰的蝕刻的 ITO 圖案沿著 X 軸和 Y 軸進行感應 紅外線式觸摸屏 紅外線觸摸屏是利用 X、 Y 方向上密布 的紅外線矩陣來檢測并定位用戶的觸摸。紅外觸摸屏在顯示器的前面安裝一個電路板外框，電路板在屏幕四邊排布紅外發(fā)射管和紅現(xiàn)代觸屏技術的應用及加工工藝 5 外接收管，一一對應形成橫豎交叉的紅外線矩陣。用戶在觸摸屏幕時，手指就會擋住經過該位置的橫豎兩條紅外線，因而可以判斷出觸摸點在屏幕的位置。任何觸摸物體都可改變觸點上的紅外線而實現(xiàn)觸摸屏操作。 早期觀念上，紅外觸屏存在分辨率低、觸摸方式受限制和易受環(huán)境干擾而誤動作等技術上的局限，因而一度淡出過市場。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，但都沒有 在關鍵指標或綜合性能上有質的飛躍。但是，了解觸摸屏技術的人都知道，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，紅外線技術是觸摸屏產品最終的發(fā)展趨勢。采用聲學和其它材料學技術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，維護繁雜等等問題。 紅外線觸屏只要真正實現(xiàn)了高穩(wěn)定性能和高分辨率，必將替代其它技術產品而成為觸屏市場主流。 過去的紅 外觸摸屏的分辨率由框架中的紅外對管數目決定，因此分辨率較低，市場上主要國內產品為 32*3 40*32，另外還有說紅外屏對光照環(huán)境因素比較敏感，在光照變化較大時會誤判甚至死機。這些正是國外非紅外觸摸屏的國內代理商銷售宣傳的紅外屏的弱點。而最新的技術第五代紅外屏的分辨率取決于紅外對管數目、掃描頻率以及差值算法，分辨率已經達到了 1000*720，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，就已經較好的克服了抗光干擾這個弱點。 第五代紅外線觸摸屏是全新一代的智能技術產品，它實現(xiàn)了 1000*720 高分辨 率、多層次自調節(jié)和自恢復的硬件適應能力和高度智能化的判別識別，可長時間在各種惡劣環(huán)境下任意使用。并且可針對用戶定制擴充功能，如網絡控制、聲感應、人體接近感應、用戶軟件加密保護、紅外數據傳輸等。 原來媒體宣傳的紅外觸屏另外一個主要缺點是抗暴性差，其實紅外觸屏完全可以選用任何客戶認為滿意的防暴玻璃而不會增加太多的成本和影響使用性能，這是其他的觸屏所無法效仿的。 表面聲波觸摸屏 表面聲波，超聲波的一種，在介質 (例如玻璃或金屬等剛性材料 )表面淺層傳播的機械能量波。通過楔形三角基座（根據表面波的波長嚴 格設計），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、造影和聲波器的方向上應用發(fā)展很快，表面聲波相關的理論研究、半導體材料、聲導材料、檢測技術等技術都已經相當成熟。 表面聲波觸摸屏的觸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相應的超聲波接收換能器。玻璃屏的四個周邊則刻有 45176。 角由疏 到密間隔非常精密的反射條紋。 電容屏的發(fā)展趨勢 隨著多媒體信息查詢的與日俱增，人們越來越多地談到觸摸屏，因為觸摸屏不僅適用于中國多媒體信息查詢的國情，而且觸摸屏具有堅固耐用、反應速度快、節(jié)省空間、易于交流等許多優(yōu)點。利用這種技術，我們用戶只要用手指輕輕地碰計算機顯示屏上的圖符或文字就能實現(xiàn)對主機操作，從而使人機交互更為直截了當，這種技術大大方便了那些不懂電腦操作的用戶 。 觸摸屏技術方便了人們對計算機的操作使用，是一種極有發(fā)展前途的交互式輸入技沈陽工程學院畢業(yè)設計（論文） 6 術，因而受到各國的普遍重視，并投入大量的人力、物力對其 進行研發(fā)，新型觸摸屏不斷涌現(xiàn)。 多點觸控技術 多點觸摸技術目前有兩種： MultiTouch Gesture 和 MultiTouch AllPoint。通俗地講，就是多點觸摸識別手勢方向和多點觸摸識別手指位置。多點觸摸顧名思義就是識別到兩個或以上手指的觸摸。多點觸摸系統(tǒng)目的就是對軟件系統(tǒng)進行操作簡化 ,并按模塊化進行集成后，運用群組計算機技術、自適應視頻矩陣技術、智能多點觸摸總控屏技術，通過網絡和服務器，將所終端的信息綜合聯(lián)動應用，完全面向使用者的設計，讓技術去適應人的習慣。 多點觸摸技術之識別手勢方向 市場上多數是 MultiTouch Gesture，即兩個手指觸摸時，可以識別這兩個手指的運動方向，但還不能判斷出具體位置，可進行縮放、平移、旋轉等操作。這種多點觸摸的實現(xiàn)方式比較簡單，軸坐標方式即可實現(xiàn)。 . 2 多點觸摸技術之識別手指位置 多點觸摸識別手指位置 MultiTouch AllPoint 可以識別到觸摸點的具體位置，多點觸摸識別位置可以應用于任何觸摸手勢的檢測，可以檢測到雙手十個手指的同時觸摸，也允許其他非手指觸摸形式，比如手掌、 臉、拳頭等，甚至戴手套也可以，它是最人性化的人機接口方式，很適合多手同時操作的應用。 MultiTouch AllPoint 基于互電容的檢測方式，而不是自電容，自電容檢測的是每個感應單元的電容的變化，有手指存在時寄生電容會增加，從而判斷有觸摸存在，而互電容是檢測行列交叉處的互電容的變化，有手指存在時互電容會減小，就可以判斷觸摸存在，并且準確判斷每一個觸摸點位置。 發(fā)展趨勢 觸摸屏技術方便了人們對計算機的操作使用，是一種極有發(fā)展前途的交互式輸入技術，因而受到各國的普遍重視，并投入大量的人 力、物力對其進行研發(fā)，新型觸摸屏不斷涌現(xiàn)。 觸摸筆 利用觸摸筆進行操作的觸屏類似白板，除顯示界面、窗口、圖標外，觸摸筆還具有簽名、標記的功能。這種觸摸筆比早期只提供選擇菜單用的光筆功能強。 觸摸板 觸摸板采用了壓感電容式觸摸技術，屏幕面積最大。它由三部分組成：最底層是中心傳感器，用于監(jiān)視觸摸板是否被觸摸，然后對信息進行處理；中間層提供了交互用的圖形、文字等；最外層是由強度很高的塑料材料構成的觸摸表層。當手指點觸外層表面時，在 1 / 1000s 內就可以將此信息送到傳感器 ，并進行登錄處理。除與 PC 兼容外，還具有亮度高、圖像清晰、易于相互等特點，因而被應用于指點式信息查詢系統(tǒng)（