觸摸屏技術介紹

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2.1紅外線技術觸摸屏

如圖2-1所示，紅外觸摸屏是在顯示器前加一架構，在架構的下面和左面放

一排紅外線發射二極管，在上面和後面放一排光電半導體，利用X、Y方向上密

布的紅外線矩陣來檢測并定位觸摸點。當使用者觸摸螢幕時，手指會擋住經過該位

置的橫豎兩條紅外線，由此計算出觸摸點在螢幕上的位置。

圖2-1紅外技術觸摸屏原理

Figure 2-1 Principle of infrared touch screen

紅外觸摸屏的安裝方法非常簡單，隻要用雙面膠将架構固定在顯示器前即

可。一般紅外觸摸屏的控制器設計在這個架構中，微處理器通過鍵盤接口直接與上海交通大學碩士學位論文

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主機通信，不需任何控制卡和單獨電源，使用者可直接讀取鍵盤口的觸摸屏資料而

不需任何驅動程式。

紅外觸摸屏的分辨率由電路中的紅外線數目決定，是以分辨率較低，目前市

場上主要有32×32和40×32兩種。

紅外觸摸屏的主要優點是：價格便宜，安裝友善，直接使用鍵盤接口不需任

何控制卡和控制器。其缺點是分辨率較低，易遭破壞，當光照環境變化較大時容

易造成假觸摸。

2.2電阻技術觸摸屏

如圖2-2所示，電阻觸摸屏的主要部分是一塊與顯示器面非常配合的電阻薄

膜屏，這是一種多層的複合膜。由一層玻璃或有機玻璃作基層，表面塗有一層ITO

透明導電層，上面再蓋有一層外表面經硬化處理、光滑防刮的塑膠層，它的内表

面也塗有ITO，在兩層導電層之間有許多細小（小于千分之一英寸）的透明隔離

點把它們隔開絕緣。當手指觸摸螢幕時，兩導電層在觸摸點就有了接觸，控制器

偵測到這個點，并計算出X、Y軸的位置，這就是電阻技術觸摸屏的基本原理。

圖2-2電阻觸摸屏的結構和原理

Figure 2-2 Structure and principle of resistance touch screen

電阻技術觸摸屏從具體實作原理可分為電阻矩陣技術、第一代四線電阻模拟

量技術和第二代五線電阻模拟量技術。

電阻矩陣技術的電阻薄膜中，兩層透明金屬層分别被縱橫地分割成平行的導上海交通大學碩士學位論文

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電窄條，兩層平行的窄條交叉，把螢幕分成區域矩陣，觸摸時接通的兩條窄條的

位置就是觸摸點的X、Y坐标。矩陣窄條的數目決定其分辨率。

電阻模拟量技術的兩層透明金屬層是完整的，在金屬層的兩個周邊線上，一

端加＋5V電壓，一端接地，進而在金屬電阻層的一個方向上形成均勻連續的電

壓分布。偵測到觸摸時，利用A/D轉換測量觸摸點的模拟量電壓值，就能計算

出觸摸點在一個方向的坐标。其分辨率可高達4096×4096。

電阻技術觸摸屏是一種對外完全隔離的工作環境，可以用任何物體來觸摸，

具有防潮、防塵的功能。缺點是怕用強力或銳器刮傷。

2.3電容技術觸摸屏

如圖2-3所示，電容技術觸摸屏是在顯示器螢幕前，安裝一塊四層複合玻璃

屏，玻璃屏的内表面和夾層都塗有一層ITO，夾層導電塗層的四角上引出四個電

極。使用者觸摸螢幕時，由于人體電場，在使用者和觸摸屏表面形成一個耦合電容。

對高頻信号來說電容是直接導體，于是手指從接觸點吸走很小的電流，這個電流

分别從觸摸屏四個角上的電極流出，并且理論上流經這四個電極的電流與手指到

四角的距離成比例，控制器通過對這四個電流比例的精确計算，得出觸摸點的位

置。

圖2-3電容觸摸屏原理

Figure 2-3 Principle of capacitance touh screen

電容觸摸屏的透光率和清晰度優于四線電阻屏，但還不能與表面聲波、五線上海交通大學碩士學位論文

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電阻、紅外屏及矢量壓力屏相比。電容屏反光嚴重，而且四層複合材料對各波長

光的透光率不均勻，存在色彩失真和圖像字元模糊的問題。

電容屏的原理是把人體當作一個電容元件的一個電極使用，是以當有導體靠

近與夾層ITO工作面之間耦合出足夠量容值的電容時，流走的電流就足夠引起

電容屏的誤動作。電容值雖與極間距離成反比，卻與相對面積成正比，且還與介

質的絕緣系數有關。是以，當較大面積的手掌或身體靠近電容屏而不是觸摸時，

就會引起電容屏的誤動作。

電容屏不能帶手套與其他任何不導電的物體觸摸，且對人體有一定的害處。

另外若環境或使用者觸摸螢幕時環境電場發生變化，會引起測量漂移，造成不準确。

2.4矢量壓力傳感技術觸摸屏

如圖2-4所示，壓力傳感式觸摸屏專門為顯示器設計了一個平台，它可使

顯示器作三維運動，當觸摸時，力在上部顯示器和下部平台之間産生一個小的移

動（由于有彈簧，不觸摸又回到原位置），内部傳感器測量這個力來确定手指的

位置。

圖2-4矢量壓感技術觸摸屏原理圖

Figure 2-4 Principle of vector touch screen

壓感式觸摸屏與紅外線觸摸屏一樣，不需要在顯示器前加任何罩子，是以

圖像清晰。并且容易和普通顯示器組合，隻需要将顯示器放在平台上，經過校正

即可使用。

壓感式觸摸屏的缺點是使用前和使用中須校正，且校正較複雜。如果顯示

器在平台上移動了，就需要重新校正。此外，由于壓感式觸摸屏需經過複雜的計上海交通大學碩士學位論文

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算來分析作用力，是以響應時間長，特别是将圖示在顯示屏拖動的情況下響應更

慢。

2.5表面超音波技術觸摸屏

如圖2-5所示，表面聲波是超音波的一種，能在媒體（玻璃或金屬）表面進

行淺層傳播的機械能量波。其性能穩定，易于分析，并在橫波傳輸過程中具有非

常尖銳的頻率特性。

表面聲波觸摸屏的玻璃屏左上角和右下角各固定了豎直和水準方向的超聲

波發射換能器，右上角固定了兩個相應的超音波接收換能器。玻璃屏的四邊刻有

45度角由疏到密間隔非常精密的反射條紋。

控制器産生5.33MHz的電信号，通過電纜傳輸給發射換能器，壓電發射換

能器将它轉換為超音波能量發出，以Y軸為例，右下角的發射換能器向左傳播

表面聲波能量，被底邊的反射條紋向上反射成螢幕表面豎直方向的均勻聲波傳

播，然後被上邊的反射條紋向右聚成線傳播至Y軸換能接收器，并轉為電信号

傳給控制器。

在沒有觸摸時，接收信号的波形與參照波形完全一樣，當手指觸摸螢幕時，

手指吸收一部分聲波能量，控制器偵測到某一時刻的信号衰減，由此計算出觸摸

點在Y軸的位置。同理可得到觸摸點在X軸的位置。除一般觸摸都能相應的X、

Y軸坐标外，表面聲波觸摸屏還能響應其獨有的第三軸（Z軸）的坐标，也就是

他能感覺壓力大小的值，它由接收信号衰減處的衰減量計算而得出。因為表面聲

波技術靠測量衰減時刻在時間軸上的位置來計算觸摸位置，是以非常穩定，不受

溫度、濕度等環境因素影響，精度也非常高，目前其精度可達4096×4096。上海交通大學碩士學位論文

圖2-5表面聲波技術觸摸屏原理

Figure 2-5 Principle of superficial sound wave touch screen

表面聲波觸摸屏的主要優勢是：極好的防刮性；壽命最長；透光率和清晰度

最高，能保證清晰透亮的圖像品質；沒有漂移，隻需安裝時一次校正；直接采用

迪卡爾坐标系，資料轉換無失真；有壓力軸響應。