触摸屏技术应用现状和未来发展趋势

张子敬

（天津工业大学 中国 天津 300387）

如果说1964年鼠标的发明，把电脑操作带入了一个新的时代，那么触摸屏的出现，则使图形化的人机交互界面变得更为直观易用。从此，触摸屏技术开始广泛应用于公共服务领域和个人娱乐设备。人们逐渐习惯用“摸”的方式，在电子售货机上选购商品，在卡拉OK机上点播歌曲，在银行、医院、图书馆、机场查询自己需要的信息。

1 触摸屏技术的起源

1971年，美国人SamHurst发明了世界上第一个触摸传感器。虽然这个仪器和我们今天看到的触摸屏并不一样，却被视为触摸屏技术研发的开端。

当年，SamHurst在肯尼迪大学当教师，因为每天要处理大量的图形数据而不胜其烦，就开始琢磨怎样提高工作效率，用最简单的方法搞定这些该死的图形。他把自己的三间地下室改造成了车间，一间用来加工木材，一间制造电子元件，一间用来装配这些零件，并最终制造出了最早的触摸屏。这种最早的触摸屏被命名为“AccuTouch”，由于是手工组装，一天生产几台设备。1973年，这项技术被美国《工业研究》杂志评选为当年100项最重要的新技术产品之一。不久，SamHurst成立了自己的公司，并和西门子公司合作，不断完善这项技术。这个时期的触摸屏技术主要被美国军方采用，直到1982年，Sam Hurst的公司在美国一次科技展会上展出了33台安装了触摸屏的电视机，平民百姓才第一次亲手“摸”到神奇的触摸屏。

1991年，触摸屏正式进入中国。1996年中国自主研发的触摸自助一体机投入生产。

2 触摸屏的结构和工作原理

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、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，下面对上述的各种类型的触摸屏进行简要介绍一下：

2.1 电阻式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。

2.2 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，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。

2.3 红外触摸屏是利用X、Y方向上密布的红外线矩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。

2.4 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。

3 触摸屏技术应用现状

触摸屏作为一种新型的人机交互界面，广泛地应用于各种数码产品上，小型产品如手机、PDA、数码产品、e-Book,到中型产品如车载导航仪、游戏机、家用电器，工控仪器，再到大型产品如POS系统、公共查询系统、便携电脑、医疗仪器以及电视新闻节目中常用的触摸式PDP上都可以看到触摸屏产品。

近年来，触摸屏在消费类电子产品应用越来越广泛，触摸屏在如手机、媒体播放器与导航仪等手持式装置渗透率增长相当快速，触摸屏在较大尺寸应用如一体式电脑、上网本/平板电脑、教育与培训、公共信息广告牌与自主登机等方面增长很快。触摸屏已成为数十亿美元的产业，而且仍处于高度成长中，这也是大家关注触摸产业的主要因素。

电阻压力触摸屏因其本身特性，定位特别准确，不受工作环境、污秽、尘埃、油渍的影响，任何物品触摸都能产生反应，基材采用防暴、高透光性钢化玻璃，完全适合在公众场所使用，其分辨率为4096×4096，单点触摸次数高达3000万次，满足特殊软件环境的使用，电阻压力触摸屏触摸感应灵敏，能在8ms-15ms内作出反应，控制器提供了RS232接口，可与RS232口鼠标或PS/2鼠标同时使用，节省PC机资源，屏幕本身还具有防辐射、防磁功能。从目前的推广应用来看，电阻式触摸屏是占主导地位的触摸技术。

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。作为目前正当红的触摸屏技术，电容式触摸屏具有界面华丽、多点触控、只对人体感应等优势，随着市场竞争的不断升级，电容式触摸屏已经有了很大的发展。

4 触摸屏技术的未来发展趋势

触摸屏技术未来有两个主要发展方向。在应用层面上，发展多点触摸、接近感应以及支持电容笔的技术，可以多点、多人同时应用，尤其在一些大尺寸屏幕上，能够让多人在同一块屏幕上共同完成一些协同工作，如游戏、绘图、工程设计、影像处理等。利用电容笔还可以进行签名、画图、标记等，可以大大拓宽触摸屏的应用领域，提高使用效率，改善用户使用环境。

在技术层面上，触摸屏和LCD显示屏的进一步结合成为必然。目前已经有多家面板厂开始进行内嵌入式触摸屏产品的研发，从而降低成本、降低产品厚度等。这种触摸屏技术也将成为未来的一个趋势，对面板的设计和制造必将带来很大的变革。

而在不久的将来，还将有更先进的“力反馈触摸屏”走进我们的生活。不少人会抱怨触摸屏虽然方便好用，可手指在冷冰冰的玻璃表面摸来按去，总不如传统键盘的手感好，“力反馈触摸屏”解决的就是这个问题。这项技术可以给触摸屏添加震动功能，当手指接触屏幕时将受到一个反作用力的震动，感觉就像是按下了一个真实的按键一样。