从触摸屏技术谈起 看家庭触摸屏应用

PChome | 编辑: 陈嘉就 2011-02-25 00:00:00原创 返回原文

iphone使用的多点电容式触摸带来了革新的用户体验感受,快速推动了触摸屏技术的发展与触摸屏应用,现在这股风潮已经走进家具环境,现在先从触摸屏技术谈起再看触摸屏技术在家具中的应用。

导言

触摸屏诞生于1970年,是一项由Elo TouchSystems公司首先推广到市场的技术,是一种与电脑(或其他电子产品)交互的最简单,最直接的方法,不论大人或小孩都可以直接使用它。不过在触摸屏出现的多年里,其易用性并无获得任何美誉,直到iphone的出现才改变了一切。

iphone,多点触摸的先锋

触摸屏主要分为电阻式触摸屏、电容式触摸屏、表面声波触摸屏和光学式触摸屏,iphone使用的多点电容式触摸为用户带来了革新的体验感受,快速推动了触摸屏技术的发展与触摸屏应用,现在这股风潮已经走进家居环境,现在先从触摸屏技术谈起再看触摸屏技术在家居中的应用。

电阻式触摸屏

电阻式触摸屏是最早进入触摸屏市场的产品,虽然近年来iphone的带动了电容触摸屏占有率不断提高,但是电阻式触摸屏依靠成本低廉、易于生产,同时拥有不俗的性能与可靠性,电容触摸屏依然未能撼动其市场地位。

电阻式触摸屏结构

电阻式触摸屏的屏幕部分是一块多层复合薄膜——一层玻璃(或是机玻璃)作为基层,在基层的上面覆盖一层ITO导电层(ITO,氧化铟,透明的导电电阻),在ITO层上加上一层外表面经过硬化处理、防刮、光滑的塑料层。塑料层的内表面覆盖一层ITO,在两个ITO层之间存在许多细小(小于1/1000英寸)的透明间隔点把两个导电层分开,触摸屏大小与显示屏相匹配。当手指或其它物体碰触触摸屏时,两层ITO连通,电阻改变,而控制器根据阻值的变化来计算检出点的坐标位置,最后模拟鼠标的运动方式把信息发送到处理器,这即电阻式触摸屏的基本原理。电阻事触摸屏根据引出的电阻线数的多少,分为四线式电阻触摸屏、五线式电阻触摸屏等类型。电阻式触摸屏的性能跟线数成正相关的关系,但是线数越高,成本也越高。

五线电阻触摸屏

电阻式触摸屏根据类型不同,应用于不同的场合。四线电阻触摸屏不怕灰尘、油污和光电干扰的优点,但是怕划伤;适用于有固定用户的公共场所,如工业控制现场、办公室、家庭等。而五线电阻触摸屏则极好的灵敏度和透光度,较长的使用寿命,也不怕灰尘、油污和光电干扰,适用于各类公共场所,尤其适用于要求精密的工业控制现场等。而多点电阻式触摸屏出现时间较多点电容触摸屏晚,而且应用也不如后者广泛。

电容式触摸

电容式触摸屏虽然自iphone出现后才成为受人瞩目的触摸屏技术,但是电容式触摸屏已经20多岁了。早期美国的3M公司垄断了电容式触摸板的国际市场,数年前由于该专利的到期,全球触摸元件制造商纷纷加入开发电容式触摸屏产品中,苹果公司推出iphone、itouch等产品成了电容式触摸屏应用典范。

电容式触摸屏结构

电容式触摸屏分为表面电容式和投射电容式两大门派,投射电容式触摸屏的构造是以一层玻璃作为基层,在其上覆盖一层透明的导电薄膜层,接着在导体层上覆盖一块保护玻璃;最后电容式触摸屏的四边均镀上了狭长的电极,其内部形成一个低电压交流电场。在人没有与触摸屏碰触时,各个电极是同电位的。但当用手指触摸电容触摸屏时,人体电场、手指与导体层间会形成一个耦合电容,四边的电极会发出电流并流向触点。理论上流经四个电极的电流与手指到四角的距离成比例,控制器通过对四个电流比例的进行计算,便可得出接触点位置。而表面电容式触摸屏则是少去了投射电容式触摸屏表面的保护玻璃。

电容触摸屏工作原理

得益于双层玻璃设计,投影式电容触摸屏不仅能保护半导体和感应器,同时能减轻外界因素(如在触摸屏上的污垢、灰尘、油迹)对触摸屏的影响,还能提高耐用性(抗刮)。在透光率、清晰度,电容触摸屏优于四线电阻触摸屏,可是仍不能和表面声波触摸屏和五线电阻触摸屏相比较。而且电容触摸屏存在反光严重,各层膜透光率不均匀造成色彩失真,光线在各层间反射形成图像模糊等一系列问题。由于工作原理的问题,电容式触摸屏怕磁场,比较容易出现误操作。还会随温度、湿度或接地情况的不同而变化,故其稳定性较差,往往会产生漂移现象。由于上述原因,电容式触摸屏不易在工业控制场所和有干扰的地方使用,可使用于要求不太精密的公共信息查询,需要经常校准、定位。

不过由于电容式触摸屏较早实现了多点触摸技术,因此近年来在手持设备中得以迅速普及。但多点式电容式触摸屏在使用时表现出了容易损坏特点,为了提高寿命,必须增加导电薄膜层的冗余度。

表面声波触摸屏

表面声波是超声波的一种,它是在介质(例如玻璃、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(根据表面声波的波长严格设计),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、造影和退波器等应用中发展很快。

得益于表面声波的特性,表面声波触摸屏的触摸屏可以是一块平面、球面甚至是柱面的玻璃屏(或有机玻璃屏),安装在CRT、LED、LCD或PDP的前面,甚至是直接做在CRT表面。有别于其它触摸屏技术,玻璃屏只是一块纯粹的玻璃,里面不含有导电薄膜等介质。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,左下脚和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45°角由疏到密间隔非常精密的反射条纹。当物体碰触显示屏时,由于吸收了部分声波能量,使接收波形发生变化,即某一时刻波形有一个衰减缺口,控制器依据衰减的信号即可计算出触摸点位置。

表面声波触摸屏

表面声波触摸屏具有4大优点:第一点是抗暴,表面声波是一层不是暴力所能直接破坏的声波能量,同时玻璃自身硬度高且具有一定厚度。第二点是性能高,目前表面声波技术触摸屏的精度通常是4096×4096×256级力度。第三点是具有一定的抗干扰能力,能分辨出什么是灰尘、水滴、手指,有多少在触摸;用过DC或者DV的人都知道我们的手是不停地抖动的,4096×4096×256级力度的精度下,手指在每秒48次的触摸数据是不断变化的,而灰尘或水滴则是不变,控制器发现一个“触摸”出现后恒定不变超过三秒钟即自动识别为干扰物。最后一点是拥有第三轴——压力轴,即Z轴,表面声波触摸屏是有且仅有Z轴的触摸屏;这是由于接触的力量不同,造成波形的衰减缺口不同,进而多出一个数值,而这个值可以用来定义不同功能。

表面声波触摸屏工作原理

表面声波触摸屏适用纯玻璃材质、透光性好、使用寿命长、抗划伤性好,适用于未知用户的各类公共场所。但怕长时间的灰尘积累和油污的浸染,所以使用于环境干净的场所更好。否则,需要定期的清洁服务。

光学式触摸屏

红外式触摸屏

红外式触摸屏的结构非常简单,在屏幕的四边排布了红外发射管与红外接收管,并且把它们一一对应起来,进而形成一个横竖交叉的红外线网。只要有物体接触屏幕上任何一点时,便会阻挡了该位置的红外线(如果物体对红外线几乎不吸收,并且让红外线接近100%通过的话,红外触摸屏失效),控制器即时算出触摸点的坐标位置。说白了,其实就是将美国大片中经常出现的红外防盗系统缩小,再加上一个坐标计算系统。

红外式触摸屏

红外线式触摸屏价格便宜、安装容易、能较好地感应轻微触摸与快速触摸,可以用在不同档次的计算机上;不受电流、电压和静电干扰,适宜于某些恶劣的环境;也没有电容充放电过程,响应速度比电容式快,分辨率与成本密切相关。可是红外线式触摸屏不防水和怕污垢,任何细小的外来物都会引起误差,影响其性能,只适用于环境较好、无红外线和强光干扰的各类公共场所、办公室以及要求不是非常精密的工业控制现场。

CCD光学式触摸屏

CCD光学式触摸屏是双CCD交汇测量技术的发展产物,得益于近年数码相机、拍照手机的高速普及的,CCD和CMOS的制造成本得到大幅度降低,让具有成本效益的CCD光学式触摸屏出现成为了可能。

CCD光学式触摸屏结构

在结构上,CCD光学式触摸屏由含有镜头结构的两个CCD、背光源(例如红外线)组成和位于屏幕边缘的反射条组成,CCD布置在触摸屏的左右两角,在系统中拥有独立的坐标值。工作时,背光源会发射红外线或其他不可见光,手指接触触摸屏后,CCD会测量CCD到手指的距离、CCD主光线与其光学系统光轴等的夹角等一系列数据,最后计算出手指的坐标值,最后转换为鼠标信息传递给电脑。

CCD光学式触摸屏工作原理

CCD光学式触摸屏分辨率不如红外式触摸屏高,而且分辨率呈现中心向四周降低的特性,但是其响应时间短,增加CCD数量即可实现多点触摸,同时生产安装简单、故障率低,成本上除了背光源外,其他设备成本与屏幕大小关系不大,因此非常适合大尺寸触摸屏使用。

家居多点触摸应用实例

毫无疑问,苹果已经把多点触摸风潮带动到电子产品中,首当其冲的是手机、相机、笔记本电脑等便携产品,而家具电子产品也可以普及多点触摸了,下面是一些应用实例与设计概念。

Dell ST2220T多点触摸屏显示器

ST2220T年初推出的一款触摸屏液晶显示器,采用光学触控面板,支持手指、手写笔等触控设备,触摸响应时间15ms,准确度95%以上区域为+/-2.5mm,配上了可调整倾斜度U型支架;搭载21.5寸1920×1080分辨率的IPS也就面板,距0.248mm,亮度250流明,原生对比度1000:1(动态对比度50000:1),178度广视角(对比度10:1),可显1670万色,82%色域(CIE1976)/100% sGRB色域。

Dell ST2220T触摸屏显示器,已经在国内上市

ST2220T是独立的触摸屏显示器,因此非常适合作为电脑的升级选择。

现代70寸大型多点触摸桌

在2010年10月韩国国际会展中心举行的展会上,现代IT展示了一款70寸大型多点触摸电视(桌)。

大型触摸桌已经不是什么新的概念,无论是国外的微软、三菱,还是国内的创维都展示了实际产品,但不同的是,现代IT展示的这款触摸桌除了可以横着放外,还可以竖立起来,摇身一变成为一台触摸屏电视。

现代IT的触摸桌,形似大号iphone4

现代IT并没有披露过多披露该触摸屏的详细信息,何时量产、上市等日期还不得而知。

Touchscape多点触摸咖啡桌

与遥遥无期的现代IT触摸桌不同,Touchscape近日带来了一台多点触摸咖啡桌(multi-touch coffee table),是一款CCD光学式触摸屏的产品。。

与Dell的ST2220不同,Touchscape多点触摸咖啡桌的电脑桌是包含完整计算机产品,采用AMD 3.4GHz PhenonII X4处理器,内置4GB内存、180GB硬盘、蓝牙和Wifi无线网络,提供RJ-45、USB等接口。(硬盘空间小了点,日后可以自己升级机器么 囧)在咖啡桌的顶部是,一块47寸1920×1080分辨率液晶面板。(拆了台液晶电视塞进去?)咖啡桌的长宽高为1300×900×500mm,重量达60KG。

Touchscape多点触摸咖啡桌

从硬件上看,Touchscape多点触摸咖啡桌显然是一台变种的电脑,为了提供其竞争力,Touchscape开发了一套软件,自动到官网下载新应用软件。同时,Touchscape也提供了自己的开发平台,提供了SDK用于创建各种方案。

与手持设备大规模应用触摸屏不同,家用触摸屏产品刚踏上了普及之路,而且紧贴潮流,使用了多点触摸成技术,鉴于产品屏幕面积大,因此更倾向使用CCD光学式触摸屏。CCD光学式触摸屏是起步不久的触摸屏,成本还处于高位水平——Dell ST2220T的官方定价达到2999RMB,约为同规格的液晶显示器2倍。幸运的是,触摸屏技术非常适合与电脑结合在一起;不幸的是,触摸屏技术除了与电脑结合在一起外(Touchscape多点触摸咖啡桌也不过是一台变种电脑罢了),就无多少容身之处。因此,触摸屏技术要在家具中占有一席之地,成本与应用是必须解决的问题。

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