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热感应触摸屏

热感应触摸屏

分类: 传感器
属性: 产品
最后修改时间: 2016年01月13日
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对于触摸屏幕技术,可能大多数读者并不陌生,在银行的自助缴费系统和ATM柜员机、地铁站和著名景点遍布的自动售票机和多媒体终端上都广泛使用了触摸屏幕。在iPhone之前,任天堂公司曾经在自己的游戏机“任天堂DS”和“任天堂DS Lite”上也应用了触摸屏幕技术,通过用笔涂画,用户可以实现对游戏的操纵,比如“抚摸”屏幕上的小狗等等。受益于触摸屏技术的进步 ,早期的触摸传感器不能识别多点、灵敏度差以及透光率太低等问题都已经被轻松解决。随着MID、上网本和高端智能手机的发展,带有触摸屏幕的设备数量正在以前所未有的速度增长。根据DisplaySearch的统计,2008年全球触控面板模块的产值达到了36亿美元,到2015年则将达到90亿美元,年均复合增长率高达14%。触摸设备的飞速发展,离不开技术的不断研发进步。本期CHIP将向您深入介绍触摸屏幕技术,并概述它的最新进展。

  电阻式触摸屏

 

  电阻式触摸屏是一种多层的复合薄膜,由一层玻璃或有机玻璃作为基层,内表面涂有一层透明的ITO(氧化铟)导电层,上面再盖有一层外表面硬化处理、光滑防刮的塑料层,它的内表面也涂有一层ITO,在两层导电层之间有许多细小的透明绝缘子把它们隔开。当手指接触屏幕使之凹陷时,两层ITO导电层之间出现一个接触点,传感器侦测到接通点后,由集成电路进行A/D转换,并得到触摸点的Y轴和X轴的坐标。

  根据引出线数多少,电阻式触摸屏分为四线式、五线式、八线式等种类,有的基层直接使用导电玻璃或者有机导电薄膜。

  电阻式触摸屏的价格比较低廉,能在较为恶劣的环境下工作,并且利于大规模生产,因此成为发展最早、用途最为广泛的触摸屏。目前全球生产的触摸屏中,电阻式触摸屏占90%以上。在手机领域,电阻式触摸屏也有应用,比如此前广受欢迎的HTC Touch Diamond等等。不过,电阻式触摸屏较大的缺点是不能实现多点同时触摸,这也限制了它在高端智能手机和游戏机中的应用。

 

  电容式触摸屏

 

  电容式触摸屏又可以细分为表面式和投射式两种,表面式电容触摸屏多用于ATM机和街机等大型设备,而投射式电容触摸屏多用于手机。电容式触摸屏是在玻璃屏幕上镀有一层透明的薄膜导体层,在导体层外再附加了一块保护玻璃,由于在触摸屏四边镀有狭长的电极,因此在导电体内形成了一个低电压交流电场。当用户触摸屏幕时,由于人体电场的原因,手指与导体层间形成一个耦合电容,四边电极发出的电流会流向触点,而电流强弱与手指到电极的距离成正比,位于触摸屏幕后的处理器便会根据电流的比例及强弱,准确算出触摸点的位置。投射式电容触摸屏则更进一步将表面分为许多个小的单元,每个单元都拥有独立的引线。当手指触摸屏幕时,根据电容的变化,传感器和处理芯片可以“绘制”出电容量的变化图,从而实现多点触控。

  电容式触摸屏的双层结构能保护导体及传感器,更有效地防止环境因素对触摸屏造成影响,就算屏幕沾有污秽、尘埃或油渍,依然可以准确算出触摸位置。台湾Higgstec公司曾展示了它的电容式触摸屏在沸水中煮过仍可正常工作。不过,电容式触摸屏的成本较高,而且不易实现手写输入。随着高端智能手机,特别是iPhone这样支持多点触摸的智能手机的流行,电容式触摸屏的出货量出现了飞速增长。仅仅在2007年,用于手机的电容式触摸屏就出货2350万片。据日本富士凯美莱总研集团预计,在今年年内,用于手机的电容式触摸屏出货量将超过电阻式触摸屏,达到5000万片,是2006年的大约8倍。除了数量上升外,电容式和电阻式触摸屏的价格在2007~2008年度内也分别下降了23%和30%,更促进了触摸屏的普及。

 

  红外式触摸屏

 

 

  红外式触摸屏分为光感应型和热感应型。光感应型由装在触摸屏外框上的红外线发射与接收感测元件构成,在框的四边排列了红外线发射管及接收管,在屏幕表面形成一个红外线网。用户以手指触摸屏幕某一点,便会挡住经过该位置的两条红外线,传感器即可算出触摸点位置。因为红外触摸屏不受电流、电压和静电干扰,所以适宜某些恶劣的环境条件。它安装方便、不需要任何控制器,可以用在各档次的设备上。不过,由于只是在普通屏幕上增加了框架,因此在使用过程中架框四周的红外线发射管及接收管很容易损坏,而且由于边框部分必须嵌入受光及发光元件,因此会使得边框部分增粗,不利于机身的轻薄化。

  热感应型红外触摸屏的用途更广泛一些,它是靠感应手指的热辐射红外线工作的。不过,它仅仅能检测到热的物体,如果寒冬在室外使用的话,由于手指温度太低,它很有可能出现被“冻住”而失灵的情况。使用热感应型红外式触摸屏的手机也有一些,比如三星的滑盖手机SGH-E900和SGH-U600。

 

  声波识别式触摸屏

 

 

  声波识别式触摸屏包括声脉冲识别触摸屏和表面波识别触摸屏,通过识别表面连续或脉冲声波的变化来确定触摸位置。它由触摸屏、声波发生器、反射器和声波接收器组成,触摸屏部分只是一块纯粹的强化玻璃,没有任何贴膜和覆盖层。玻璃屏的对角各安装了垂直和水平方向的超声波发射器和相应的超声波接收器。超声波发射器能沿着屏幕表面发送高频超声波,当手指触及屏幕时,触点上的声波波形即发生变化,由此确定坐标位置。如果在CRT等坚固表面上使用的话,甚至不需要玻璃基板,直接将CRT表面当作基板即可。声波识别触摸屏不受温度、湿度等环境因素影响;分辨率高,无论用笔、指甲或手指肚都可以识别;有极好的防刮性,寿命长;透光率高,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,而且有第三轴(即压力轴)响应。它适合在公共场所的POS机、售货亭等处使用。

 

  电磁感应式触摸屏

 

  电磁感应触摸技术是较早应用于便携式IT产品的技术,它的特征是需要一支“笔”,而不是手指。这支笔能够发射电磁波,通过接收装置感应到笔在屏幕上方的位置,就可进行定位。在其它触摸屏的精度问题尚未解决时,早期的PDA、电子词典与手写板等都使用了这种方式。直到今天,电磁感应式触摸屏还在手机和平板电脑上发挥作用。电磁感应式触摸屏造价低,结构简单,利于手写输入文字,还可以和其它触摸屏集成在一起,因此广受欢迎。比如惠普TouchSmart TX2平板电脑就采用了电磁感应+电容式触摸屏,电磁感应笔进行手写输入,电容式触摸则主要用于图形界面操作。联想ThinkPad X200T也有类似的电磁感应+多点触摸的型号,此外很多GPS、上网本和MID也同样拥有电磁感应式触摸屏。

 

  电容式触摸屏与电阻式触摸屏的不同

  电容式触摸屏与传统的电阻式触摸屏有很大区别。电阻式触控屏幕在工作时每次只能判断一个触控点,如果触控点在两个以上,就不能做出正确的判断了,所以电阻式触摸屏仅适用于点击、拖拽等一些简单动作的判断。而电容式触摸屏的多点触控,则可以将用户的触摸分解为采集多点信号及判断信号意义两个工作,完成对复杂动作的判断。

  使用两根手指的拉伸、换位即可在屏幕上完成诸如放大、旋转这样趣味十足的操作,这在电容式触摸屏出现之前,几乎是不可想象的。

 

  电阻式触摸屏工作原理

 

  在分析电容式触摸屏原理之前,我们先来了解一下电阻式触摸屏的工作原理。

  电阻式触摸屏主要是利用压力感应进行控制。它的构成是显示屏及一块与显示屏紧密贴合的电阻薄膜屏。这个电阻薄膜屏通常分为两层,一层是由玻璃或有机玻璃构成的基层,其表面涂有透明的导电层;基层外面压着我们平时直接接触的经过硬化及防刮处理的塑料层,塑料层内部同样有一层导电层,两个导电层之间是分离的。当我们用手指或其他物体触摸屏幕的时候,两个导电层发生接触,电阻产生变化,控制器则根据电阻的具体变化来判断接触点的坐标并进行相应的操作。

 

  电容式触摸屏工作原理

 

  电阻式触摸屏不同,电容式触摸屏是利用人体的电流感应进行工作的。电容式触摸屏的感应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导电层,最外层是一薄层矽土玻璃保护层。当我们用手指触摸在感应屏上的时候,人体的电场让手指和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。

 

  电容式触摸屏的优势

 

  1.操作新奇。电容式触摸屏支持多点触控,操作更加直观、更具趣味性。

  2.不易误触。由于电容式触摸屏需要感应到人体的电流,只有人体才能对其进行操作,用其他物体触碰时并不会有所相应,所以基本避免了误触的可能。

  3.耐用度高。比起电阻式触摸屏,电容式触摸屏在防尘、防水、耐磨等方面有更好的表现。

  电容式触摸屏的缺点

  1.精度不高。由于技术原因,电容式触摸屏的精度比起电阻式触摸屏还有所欠缺。而且只能使用手指进行输入,在小屏幕上还很难实现辨识比较复杂的手写输入。

  2.易受环境影响。温度和湿度等环境因素发生改变时,也会引起电容式触摸屏的不稳定甚至漂移。例如用户在使用的同时将身体靠近屏幕就可能引起漂移,甚至在拥挤的人群中操作也会引起漂移。这主要是由于电容式触摸屏技术的工作原理所致,虽然用户的手指距离屏幕更近,但屏幕附近还有很多体积远大于手指的电场同时作用,这样就会影响到触摸位置的判断。

  3.成本偏高。此外,当前电容式触控屏在触控板贴附到LCD面板的步骤中还存在一定的技术困难,良品率并不高,所以无形中也增加了电容式触控屏的成本。

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