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2.1红外线技术触摸屏
如图2-1所示,红外触摸屏是在显示器前加一框架,在框架的下面和左面放
一排红外线发射二极管,在上面和后面放一排光电晶体管,利用X、Y方向上密
布的红外线矩阵来检测并定位触摸点。当用户触摸屏幕时,手指会挡住经过该位
置的横竖两条红外线,由此计算出触摸点在屏幕上的位置。
图2-1红外技术触摸屏原理
Figure 2-1 Principle of infrared touch screen
红外触摸屏的安装方法非常简单,只要用双面胶将框架固定在显示器前即
可。一般红外触摸屏的控制器设计在这个框架中,微处理器通过键盘接口直接与上海交通大学硕士学位论文
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主机通信,不需任何控制卡和单独电源,用户可直接读取键盘口的触摸屏数据而
不需任何驱动程序。
红外触摸屏的分辨率由电路中的红外线数目决定,因此分辨率较低,目前市
场上主要有32×32和40×32两种。
红外触摸屏的主要优点是:价格便宜,安装方便,直接使用键盘接口不需任
何控制卡和控制器。其缺点是分辨率较低,易遭破坏,当光照环境变化较大时容
易造成假触摸。
2.2电阻技术触摸屏
如图2-2所示,电阻触摸屏的主要部分是一块与显示器面非常配合的电阻薄
膜屏,这是一种多层的复合膜。由一层玻璃或有机玻璃作基层,表面涂有一层ITO
透明导电层,上面再盖有一层外表面经硬化处理、光滑防刮的塑料层,它的内表
面也涂有ITO,在两层导电层之间有许多细小(小于千分之一英寸)的透明隔离
点把它们隔开绝缘。当手指触摸屏幕时,两导电层在触摸点就有了接触,控制器
侦测到这个点,并计算出X、Y轴的位置,这就是电阻技术触摸屏的基本原理。
图2-2电阻触摸屏的结构和原理
Figure 2-2 Structure and principle of resistance touch screen
电阻技术触摸屏从具体实现原理可分为电阻矩阵技术、第一代四线电阻模拟
量技术和第二代五线电阻模拟量技术。
电阻矩阵技术的电阻薄膜中,两层透明金属层分别被纵横地分割成平行的导上海交通大学硕士学位论文
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电窄条,两层平行的窄条交叉,把屏幕分成区域矩阵,触摸时接通的两条窄条的
位置就是触摸点的X、Y坐标。矩阵窄条的数目决定其分辨率。
电阻模拟量技术的两层透明金属层是完整的,在金属层的两个周边线上,一
端加+5V电压,一端接地,从而在金属电阻层的一个方向上形成均匀连续的电
压分布。侦测到触摸时,利用A/D转换测量触摸点的模拟量电压值,就能计算
出触摸点在一个方向的坐标。其分辨率可高达4096×4096。
电阻技术触摸屏是一种对外完全隔离的工作环境,可以用任何物体来触摸,
具有防潮、防尘的功能。缺点是怕用强力或锐器刮伤。
2.3电容技术触摸屏
如图2-3所示,电容技术触摸屏是在显示器屏幕前,安装一块四层复合玻璃
屏,玻璃屏的内表面和夹层都涂有一层ITO,夹层导电涂层的四角上引出四个电
极。用户触摸屏幕时,由于人体电场,在用户和触摸屏表面形成一个耦合电容。
对高频信号来说电容是直接导体,于是手指从接触点吸走很小的电流,这个电流
分别从触摸屏四个角上的电极流出,并且理论上流经这四个电极的电流与手指到
四角的距离成比例,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。
图2-3电容触摸屏原理
Figure 2-3 Principle of capacitance touh screen
电容触摸屏的透光率和清晰度优于四线电阻屏,但还不能与表面声波、五线上海交通大学硕士学位论文
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电阻、红外屏及矢量压力屏相比。电容屏反光严重,而且四层复合材料对各波长
光的透光率不均匀,存在色彩失真和图像字符模糊的问题。
电容屏的原理是把人体当作一个电容元件的一个电极使用,因此当有导体靠
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。电容值虽与极间距离成反比,却与相对面积成正比,且还与介
质的绝缘系数有关。因此,当较大面积的手掌或身体靠近电容屏而不是触摸时,
就会引起电容屏的误动作。
电容屏不能带手套与其他任何不导电的物体触摸,且对人体有一定的害处。
另外若环境或用户触摸屏幕时环境电场发生变化,会引起测量漂移,造成不准确。
2.4矢量压力传感技术触摸屏
如图2-4所示,压力传感式触摸屏专门为显示器设计了一个平台,它可使
显示器作三维运动,当触摸时,力在上部显示器和下部平台之间产生一个小的移
动(由于有弹簧,不触摸又回到原位置),内部传感器测量这个力来确定手指的
位置。
图2-4矢量压感技术触摸屏原理图
Figure 2-4 Principle of vector touch screen
压感式触摸屏与红外线触摸屏一样,不需要在显示器前加任何罩子,所以
图像清晰。并且容易和普通显示器组合,只需要将显示器放在平台上,经过校正
即可使用。
压感式触摸屏的缺点是使用前和使用中须校正,且校正较复杂。如果显示
器在平台上移动了,就需要重新校正。此外,由于压感式触摸屏需经过复杂的计上海交通大学硕士学位论文
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算来分析作用力,所以响应时间长,特别是将图标在显示屏拖动的情况下响应更
慢。
2.5表面超声波技术触摸屏
如图2-5所示,表面声波是超声波的一种,能在介质(玻璃或金属)表面进
行浅层传播的机械能量波。其性能稳定,易于分析,并在横波传输过程中具有非
常尖锐的频率特性。
表面声波触摸屏的玻璃屏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,右上角固定了两个相应的超声波接收换能器。玻璃屏的四边刻有
45度角由疏到密间隔非常精密的反射条纹。
控制器产生5.33MHz的电信号,通过电缆传输给发射换能器,压电发射换
能器将它转换为超声波能量发出,以Y轴为例,右下角的发射换能器向左传播
表面声波能量,被底边的反射条纹向上反射成屏幕表面竖直方向的均匀声波传
播,然后被上边的反射条纹向右聚成线传播至Y轴换能接收器,并转为电信号
传给控制器。
在没有触摸时,接收信号的波形与参照波形完全一样,当手指触摸屏幕时,
手指吸收一部分声波能量,控制器侦测到某一时刻的信号衰减,由此计算出触摸
点在Y轴的位置。同理可得到触摸点在X轴的位置。除一般触摸都能相应的X、
Y轴坐标外,表面声波触摸屏还能响应其独有的第三轴(Z轴)的坐标,也就是
他能感知压力大小的值,它由接收信号衰减处的衰减量计算而得出。因为表面声
波技术靠测量衰减时刻在时间轴上的位置来计算触摸位置,所以非常稳定,不受
温度、湿度等环境因素影响,精度也非常高,目前其精度可达4096×4096。上海交通大学硕士学位论文
图2-5表面声波技术触摸屏原理
Figure 2-5 Principle of superficial sound wave touch screen
表面声波触摸屏的主要优势是:极好的防刮性;寿命最长;透光率和清晰度
最高,能保证清晰透亮的图像质量;没有漂移,只需安装时一次校正;直接采用
迪卡尔坐标系,数据转换无失真;有压力轴响应。
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