觸屏

為了操作上的方便，人們用觸摸屏來代替鼠標或鍵盤工作時，；觸摸檢測部件安裝在顯示器屏幕前面，用於檢測用户觸摸位置，接受後送觸摸屏控制器；而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，並將它轉換成觸點座標，再送給CPU，它同時能接收CPU發來的命令並加以執行。

1971年，在美國一所大學當講師的山姆·赫斯特在自家小作坊裏製作出最早的觸摸屏。當年，山姆因工作關係每天要處理大量圖形數據，因而不勝其煩，他想發明一種能提高工作效率的設備，通過把圖形放在平板上或者用筆在平板上施加壓力就能將圖像數據保存起來。於是就有了最早的觸摸屏“AccuTouch”。1973年，美國《工業研究》雜誌將觸摸屏技術評為“最重要的100項新技術產品”之一，並預言這種技術將得到廣泛運用。在這100項被看好的技術產品中，還有當時並不起眼如今同樣廣為應用的鼠標和硬盤等。之後，山姆成立了自己的公司，並於西門子合作，開發了一系列用於軍事電子產品，如雷達和軍用監控裝備的觸摸屏。直到1982年，山姆的公司在美國消費電子展覽會上展出了33台安裝了觸摸屏的電視機，平民百姓才第一次親手“摸”到神奇的觸摸屏，引起巨大轟動。

摘自2011年7月9日第2483期《環球時報》第5版科技環保專欄。

紅外線觸摸屏原理很簡單，只是在顯示器上加上光點距架框，無需在屏幕表面加上塗層或接駁控制器，光點距架框的四邊排列了紅外線發射管及接收管，在屏幕表面形成一個紅外線網用户以手指觸摸屏幕某一點，便會擋住經過該位置的橫豎兩條紅外線，計算機便可即時算出觸摸點位置。紅外觸摸屏不受電流電壓和靜電干擾，適宜某些惡劣的環境條件，其主要優點是價格低廉、安裝方便，不需要卡或其它任何控制器，可以用在各檔次的計算機上。不過，由於只是在普通屏幕增加了框架，在使用過程中架框四周的紅外線發射管及接收管很容易損壞，且分辨率較低。

電容式觸摸屏的構造主要是在玻璃屏幕上鍍一層透明的薄膜導體層，再在導體層外加上一塊保護玻璃，雙玻璃設計能徹底保護導體層及感應器　電容式觸摸屏在觸摸屏四邊均鍍上狹長的電極，在導電體內形成一個低電壓交流電場。用户觸摸屏幕時，由於人體電場，手指與導體層間會形成一個耦合電容，四邊電極發出的電流會流向觸點，而電流強弱與手指到電極的距離成正比，位於觸摸屏幕後的控制器便會計算電流的比例及強弱，準確算出觸摸點的位置。電容觸摸屏的雙玻璃不但能保護導體及感應器，更有效地防止外在環境因素對觸摸屏造成影響，就算屏幕沾有污穢塵埃或油漬，電容式觸摸屏依然能準確算出觸摸位置.

電容觸摸屏的透光率和清楚度優於四線電阻屏,當然還不能和表面聲波屏和五線電阻屏相比。電容屏反光嚴重,而且,電容技術的四層複合觸摸屏對各波長光的透光率不均勻,存在色彩失真的問題,由於光線在各層間的反射,還造成圖像字符的模糊。電容屏在原理上把人體當作一個電容器元件的一個電極使用,當有導體靠近和夾層ITO工作面之間耦合出足夠量容值的電容時,流走的電流就足夠引起電容屏的誤動作。我們知道,電容值雖然和極間距離成反比,卻和相對面積成正比,並且還和介質的的絕緣係數有關。因此,當較大面積的手掌或手持的導體物靠近電容屏而不是觸摸時就能引起電容屏的誤動作,在潮濕的天氣,這種情況尤為嚴重,手扶住顯示器、手掌靠近顯示器7釐米以內或身體靠近顯示器15釐米以內就能引起電容屏的誤動作。電容屏的另一個缺點用戴手套的手或手持不導電的物體觸摸時沒有反應,這是因為增加了更為絕緣的介質。電容屏更主要的缺點是漂移：當環境温度、濕度改變時,環境電場發生改變時,都會引起電容屏的漂移,造成不準確。例如：開機後顯示器温度上升會造成漂移：用户觸摸屏幕的同時另一隻手或身體一側靠近顯示器會漂移;電容觸摸屏附近較大的物體搬移後回漂移,您觸摸時假如有人圍過來觀看也會引起漂移;電容屏的漂移原因屬於技術上的先天不足,環境電勢面（包括用户的身體）雖然和電容觸摸屏離得較遠,卻比手指頭面積大的多,他們直接影響了觸摸位置的測定。此外,理論上許多應該線性的關係實際上卻是非線性,如：體重不同或手指濕潤程度不同的人吸走的總電流量是不同的,而總電流量的變化和四個分電流量的變化是非線性的關係,電容觸摸屏採用的這種四個角的自定義極座標系還沒有座標上的原點,漂移後控制器不能察覺和恢復,而且,4個A/D完成後,由四個分流量的值到觸摸點在直角座標系上的X、Y座標值的計算過程複雜。由於沒有原點,電容屏的漂移是累積的,在工作現場也經常需要校準。電容觸摸屏最外面的矽土保護玻璃防刮擦性很好,但是怕指甲或硬物的敲擊,敲出一個小洞就會傷及夾層ITO,不管是傷及夾層ITO還是安裝運輸過程中傷及內表面ITO層,電容屏就不能正常工作了。

觸摸屏的屏體部分是一塊與顯示器表面非常配合的多層複合薄膜，由一層玻璃或有機玻璃作為基層，表面塗有一層透明的導電層（OTI，氧化銦），上面再蓋有一層外表面硬化處理光滑防刮的塑料層，它的內表面也塗有一層OTI，在兩層導電層之間有許多細小(小於千分之一英寸)的透明隔離點把它們隔開絕緣。當手指接觸屏幕，兩層OTI導電層出現一個接觸點，因其中一面導電層接通Y軸方向的5V均勻電壓場，使得偵測層的電壓由零變為非零，控制器偵測到這個接通後，進行A/D轉換，並將得到的電壓值與5V相比，即可得觸摸點的Y軸座標，同理得出X軸的座標，這就是電阻技術觸摸屏共同的最基本原理。電阻屏根據引出線數多少，分為四線五線等多線電阻觸摸屏。五線電阻觸摸屏的A面是導電玻璃而不是導電塗覆層，導電玻璃的工藝使其的壽命得到極大的提高，並且可以提高透光率

電阻式觸摸屏的OTI塗層比較薄且容易脆斷，塗得太厚又會降低透光且形成內反射降低清晰度，OTI外雖多加了一層薄塑料保護層，但依然容易被鋭利物件所破壞；且由於經常被觸動，表層OTI使用一定時間後會出現細小裂紋，甚至變型，如其中一點的外層OTI受破壞而斷裂，便失去作為導電體的作用，觸摸屏的壽命並不長久但電阻式觸摸屏不受塵埃水污物影響.

常用的透明導電塗層材料有：

A、ITO,氧化銦,弱導電體,特性是當厚度降到1800個埃（埃=10-10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是任何電阻技術觸摸屏及電容技術觸摸屏都用到的主要材料,實際上電阻和電容技術觸摸屏的工作面就是ITO塗層。

B、鎳金塗層,五線電阻觸摸屏的外層導電層使用的是延展性好的鎳金塗層材料,外導電層由於頻繁觸摸,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。鎳金導電層雖然延展性好,但是隻能作透明導體,不適合作為電阻觸摸屏的工作面,因為他導電率高,而且金屬不易做到厚度很均勻,不宜作電壓分佈層,只能作為探層。

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CRTLEDLCD或是等離子顯示器屏幕的前面。這塊玻璃平板只是一塊純粹的強化玻璃，區別於其它觸摸屏技術是沒有任何貼膜和覆蓋層。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45°角由疏到密間隔非常精密的反射條紋　發射換能器把控制器通過觸摸屏電纜送來的電信號轉化為聲波能量向左方表面傳遞，然後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傳遞，聲波能量經過屏體表面，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為電信號。發射信號與接收信號波形在沒有觸摸的時候，接收信號的波形與參照波形完全一樣當手指或其它能夠吸收或阻擋聲波能量的物體觸摸屏幕時，X軸途經手指部位向上走的聲波能量被部分吸收，反應在接收波形上即某一時刻位置上波形有一個衰減缺口。接收波形對應手指擋住部位信號衰減了一個缺口，計算缺口位置即得觸摸座標，控制器分析到接收信號的衰減並由缺口的位置判定X座標，之後Y軸同樣的過程判定出觸摸點的Y座標。除了一般觸摸屏都能響應的XY座標外，表面聲波觸摸屏還響應第三軸Z軸座標，也就是能感知用户觸摸壓力大小值。三軸一旦確定，控制器就把它們傳給主機

表面聲波觸摸屏不受温度濕度等環境因素影響，分辨率極高，有極好的防刮性，壽命長（5000萬次無故障）；透光率高（92%），能保持清晰透亮的圖像質量；沒有漂移，最適合公共場所使用。但表面感應系統的感應轉換器在長時間運作下，會因聲能所產生的壓力而受到損壞，一般羊毛或皮革手套都會接收部分聲波，對感應的準確度也受一定的影響。屏幕表面或接觸屏幕的手指如沾有水漬油漬污物或塵埃，也會影響其性能，甚至令系統停止運作