触摸屏的原理是什么？ (转）

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一、触摸屏概述
随着多媒体信息查询的与日俱增，人们越来越多地谈到触摸屏，因为触摸屏不仅适用于多媒体信息查询，而且具有坚固耐用、响应速度快、节省空间、易于交流等许多优点。利用这种技术，用户只要用手指轻轻地碰显示屏上的图符或文字就能实现对主机的操作，从而使人机交互更为直接了当，这种技术大大方便了那些不懂计算机操作的用户。
触摸屏作为一种最新的电脑输入设备，它是目前最简单、方便、自然的一种人机交互方式。它赋予了多媒体以崭新的面貌，是极富吸引力的全新多媒体人机交互设备。触摸屏在我国的应用范围非常广阔，主要是公共信息的查询；如电信局、税务局、银行、电力等部门的业务查询：城市街头的信息查询；此外还应用于领导办公、工业控制、军事指挥、电子游戏、点歌点菜、多媒体教学、房地产预售等。将来，触摸屏还要走入家庭。
触摸屏出现在中国市场上至今只有短短的几年时间，这种新的多媒体设备还没有为许多人所接触和了解，包括一些正打算使用触摸屏的系统设计师，还都把触摸屏当作可有可无的设备，从发达国家触摸屏的普及历程和我国多媒体信息产业正处在发展的阶段来看，这种观念还具有一定的普遍性。事实上，触摸屏是一个使多媒体信息或控制改头换面的设备，它赋予多媒体系统以崭新的面貌，是极富吸引力的全新多媒体交互设备。发达国家的系统设计师们和我国率先使用触摸屏的系统设计师们已经清楚地知道，触摸屏对于各种应用领域的计算机已经不再是可有可无的东西，而是必不可少的设备。它极大地简化了计算机的使用，即使是对计算机一无所知的人，也照样能够自如地使用，使计算机展现出更大的魅力，解决了公共信息市场上计算机所无法解决的问题。
随着城市向信息化方向发展和计算机网络在国民生活中的渗透，信息查询用触摸屏实现并可显示其内容的形式已非常普遍。为了对触摸屏有一个大概了解，在这里仅就一些有关触摸屏的相关知识，作简单介绍。
二、触摸屏的工作原理
为了操作上的方便，人们用触摸屏来代替鼠标、键盘和控制屏上的开关、按钮。工作时，用户必须首先用手指或其他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的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，用于检测用户的触摸位置，接受后送往触摸屏控制器；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。
三、触摸屏的主要类型
按照触摸屏的工作原理和传输信息的介质，把触摸屏分为4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触摸屏。每一类触摸屏都有其各自的优缺点，要了解哪种触摸屏适用于哪种场合，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叙述。
1.电阻式触摸屏  电阻式触摸屏利用压力感应进行控制。电阻式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，上面再盖有一层经过了外表面硬化处理、光滑防擦的塑料层，该塑料层的内表面也涂有一层导电层，两层导电层之间有许多细小(小于0.04nm)的透明隔离点把两层导电层绝缘隔开。当手指触摸屏幕时，两层导电层在触摸点位置就有接触，电阻发生变化，在X和Y两个方向上产生信号，然后送往触摸屏控制器。控制器检测到这一接触并计算出(X，Y)的位置，再模拟鼠标的方式运作。这就是电阻式触摸屏的最基本的原理。
电阻式触摸屏的关键在于材料性能，常用的透明导电涂层材料有以下两种：
第一种是ITO(氧化铟钖)，它是弱导电体，当厚度降到180nm以下时会突然变得透明，透光率为80%，但若再薄，透光率反而下降，到30nm厚度时透光率又上升到80%。ITO是所有电阻式触摸屏及电容式触摸屏都用到的主要材料，实际上电阻式和电容式触摸屏的工作面就是ITO涂层。
第二种是镍金涂层，五线电阻式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，不适合作为电阻式触摸屏的工作面，因为它的电导率高，而且金属不易做得厚度非常均匀，不宜作电压分布层，只能作为感探层。
(1)四线电阻式触摸屏  四线电阻模拟量技术的两层透明金属层工作时每层均加5V恒定电压：一个竖直方向，一个水平方向。总共需四根电线。其特点：高解析度，高速传输响应。表面硬度处理而减少擦伤、刮伤及防化学处理。它具有光面及雾面处理，一次校正，稳定性高，永不漂移。
(2)五线电阻式触摸屏  五线电阻式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，可以简单地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。五线电阻式触摸屏内层ITO需四条引线，外层只作导体仅为一条，触摸屏的引出线共有5条。其特点：解析度高，高速传输响应。表面硬度高而减少擦伤、刮伤及防化学处理，同一点接触3000万次尚可使用；导电玻璃作为基材的介质。一次校正，稳定性高，永不漂移。五线电阻式触摸屏有高价位和对环境要求高的缺点。
(3)电阻式触摸屏的局限  不管是四线电阻式触摸屏还是五线电阻式触摸屏，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，可以用来写字或画画，比较适合工业控制领域及办公室内使用。电阻式触摸屏共同的缺点是复合薄膜的外层采用的是塑胶材料，不了解的人用力太大或使用锐器触摸可能划伤整个触摸屏而导致其报废。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式触摸屏来说没有关系，而对四线电阻式触摸屏来说是致命的。
2.电容式触摸屏
(1)电容式触摸屏的原理  它是利用人体的电流感应进行工作的。电容式触摸屏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，最外层是一薄层硅土玻璃保护层，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。当手指触摸在最外层时，由于人体电场，用户和触摸屏表面形成一个耦合电容，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。这个电流分别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。
(2)电容式触摸屏的缺陷  电容式触摸屏的透光率和清晰度均优于四线电阻式触摸屏，．当然还不能和表面声波式触摸屏和五线电阻式触摸屏相比。电容式触摸屏反光严重，而且四层复合电容式触摸屏对各波长的光的透光率不相同，存在色彩失真的问题，由于光线在各层间的反射，还造成图像字符模糊。电容式触摸屏在原理上把人体当作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电容量的电容时，流走的电流就足够引起电容式触摸屏的误动作。电容量虽然与极间距离成反比，却与相对面积成正比，并且还与介质的绝缘电阻有关。因此，当较大面积的手掌或手持的导电物靠近电容式触摸屏而不是触摸时，就能引起电容式触摸屏的误动作，在潮湿的天气，这种情况更为严重，手扶住显示器、手掌靠近显示器7cm以内或身体靠近显示器15cm以内就能引起电容式触摸屏的误动作。电容式触摸屏的另一个缺点是用戴手套的手或手持不导电的物体触摸时没有反应，这是因为增加了绝缘的介质。
电容式触摸屏更重要的缺点是漂移：当环境的温度、湿度、电场发生改变时，都会引起电容式触摸屏的漂移，造成工作不准确。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；电容式触摸屏附近较大的物体搬移后会漂移，触摸时如果有人围过来观看也会引起漂移：电容式触摸屏漂移的原因属于技术上的先天不足，环境电势面(包括用户的身体)虽然与电容式触摸屏离得较远，却比手指头面积大得多，它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，电容式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转换完成后，由4个分流量的值到触摸点在直角坐标系上的X、Y坐标值的计算过程复杂。由于没有原点，电容式触摸屏的漂移足累积的，在工作现场也经常需要校准。电容式触摸屏最外面的硅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，电容式触摸屏就不能正常工作了。
3.红外线式触摸屏
红外线式触摸屏是利用X，Y方向上密布的红外线矩阵来检测并定位用户的触摸屏。红外线式触摸屏在显示器的前面安装一个电路板外框，电路板在屏幕四边排布红外线发射管和红外线接收管，一对应形成横竖交叉的红外线矩阵。用户在触摸屏幕时，手指就会挡住经过该位置的横竖两条红外线，因而可以判断出触摸点在屏幕的位置。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。早期红外线式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。此后第二代红外线式触摸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，红外线式触摸屏不受电流、电压和静电干扰，适宜恶劣的环境条件，采用红外线技术是触摸屏产品最终的发展趋势。采用声学和其他材料学技术的触摸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。红外线式触摸屏只要真正实现了高稳定性能利高分辨率，必将替代其他技术产品而成为触摸屏的市场主流。过去的红外线式触摸屏的分辨率由框架中的红外线对管数目决定，因此分辨率较低，市场上主要国内产品为32×32像素、40×32像素，另外还有红外线式触摸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线式触摸屏的国内代理商宣传的红外线式触摸屏的弱点。而最新的第五代红外线式触摸屏技术的分辨率取决于红外线对管数目、扫描频率以及差值算法，分辨率已经达到了1000×720像素，至于说红外线式触摸屏在光照条件下不稳定，从第二代红外线式触摸屏开始，就已经较好地克服了光干扰这个弱点。第五代红外线式触摸屏是全新一代的智能技术产品，它实现了1000×720像素高分辨率、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线式触摸屏另外一个主要缺点是抗爆性差，其实红外线式触摸屏完全可以选用任何客户认为满意的防爆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。
4.表面声波式触摸屏
(1)表面声波  表面声波是超声波的一种，是在介质(例如玻璃或金属等刚性材料)表面浅层传播的机械能量波。通过楔形三角基座(根据表面波的波长严格设计)，可以做到定向、小角度的表面声波能量发射。表面声波性能稳定、易于分析，并且在横波传递过程中具有非常尖锐的频率特性，近年来在无损探伤、造影和探波器方向上应用发展很快，表面声波相关的理论研究、半导体材料、声导材料、检测等技术都已经相当成熟。表面声波式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或是等离子体显示器屏幕的前面。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45º角由疏到密间隔非常精密的反射条纹。
(2)表面声波式触摸屏工作原理  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光电距离框精密反射条纹把声波能量向上的均匀面传递，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，声波能最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。当手指或其他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，表面声波式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。
(3)表面声波式触摸屏特点  它具有清晰度较高、透光率好、高度耐久、抗刮伤性良好(相对于电阻式、电容式触摸屏等有表面镀膜)、反应灵敏、不受温度和湿度等环境因素影响、分辨率高、寿命长(维护良好情况下5000万次)、透光率高(92%)、能保持清晰透亮的图像质量、没有漂移、只需安装时一次校正、有第三轴(即压力轴)响应等特点，目前在公共场所使用较多。表面声波式触摸屏需要经常维护，因为灰尘、油污甚至饮料的液体沾污在屏的表面，都会阻塞触摸屏表面的导波槽，使波不能正常发射，或使波形改变导致控制器无法正常识别，从而影响触摸屏的正常使用，用户需严格注意环境卫生。必须经常擦抹屏的表面，以保持屏面的光洁，并定期作一次全面彻底的擦除。

只知道用，没了解过原理啊

这么长，坐下来慢慢看。。。。。

我们工厂已经出到第六代了，分辨率也不是1000*720，而是1920*1080P，P是指逐行扫描的，图象质量更高。
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