触摸屏的种类及工作原理

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1、触摸屏种类及原理触摸屏种类及原理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 屏不仅适用于中国多媒体信息查询的国情，而且触摸屏具有坚固耐用、反应速 度快、节省空间、易于交流等许多优点。利用这种技术，我们用户只要用手指 轻轻地碰计算机显示屏上的图符或文字就能实现对主机操作，从而使人机交互 更为直截了当，这种技术大大方便了那些不懂电脑操作的用户。 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

2、门的业务查询；城市街头的信息查询；此外应用于领 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。 随着使用电脑作为信息来源的与日俱增，触摸屏以其易于使用、坚固耐用、反 应速度快、节省空间等优点，使得系统设计师们越来越多的感到使用触摸屏的 确具有具有相当大的优越性。触摸屏出现在中国市场上至今只有短短的几年时 间，这个新的多媒体设备还没有为许多人接触和了解，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业正处在的阶段来看，这种观念还具有一定的普遍 性。事实上，触摸屏是一个使多

3、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的知道，触摸屏对于 各种应用领域的电脑已经不再是可有可无的东西，而是必不可少的设备。它极 大的简化了计算机的使用，即使是对计算机一无所知的人，也照样能够信手拈 来，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电脑网络在国民生活中的渗透，信息查询都已用 触摸屏实现-显示内容可触摸的形式出现。为了帮助大家对触摸屏有一个大概 的了解，笔者就在这里提供一些有关触摸屏的相关知识，希望这些内

4、容能对大 家有所用处。 一、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。 二、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，我们把触摸屏分为四种，它们分别 为电阻式、电容感应式

5、、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：1、 电阻式触摸屏 （电阻式触摸屏工作原理图） 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

6、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： ? A、ITO，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

7、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。 11 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

8、移。 12 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

9、 1. 3 电阻屏的局限 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。 2、 电容式触摸屏 21 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

10、，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。 22 电容触摸屏的缺陷 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

11、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

12、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

13、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 X、Y 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。 3、红外线式触摸屏 （红外线式触摸屏工作原理图） 红外触摸屏是利用 X、Y 方向上密布的红外线矩

14、阵来检测并定位用户的触摸。红 外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发 射管和红外接收管，一一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

15、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

16、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。 4、表面声波触摸屏 （表面声波触摸屏工作原理图）? 4.1 表面声波 表面声波，超声波的一种，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、造影和退波器方 向