小尺寸光學(xué)紅外觸摸技術(shù)性能探討

　　觸摸屏技術(shù)概況

　　觸摸屏技術(shù)是一種革命性的人機交互技術(shù)，用戶(hù)只要用手指或電子筆輕輕地觸及顯示屏上的圖符或文字，就能實(shí)現操作，徹底顛覆、擺脫了對鍵盤(pán)和鼠標的依賴(lài)，使人機交互更為直截了當，更便捷，更簡(jiǎn)單。

　　中國觸摸屏市場(chǎng)從90年代末期開(kāi)始興起至今已經(jīng)二十年有余，觸摸技術(shù)也是層出不窮，新型觸摸屏不斷涌現。若按不同觸摸介質(zhì)和不同原理來(lái)分，主要有電阻觸摸屏，電容觸摸屏，紅外光學(xué)觸摸屏。而各種觸摸屏的性能也是優(yōu)缺參半。

　　電阻觸摸屏價(jià)格便宜且易于生產(chǎn)，性能穩定，抗干擾能力強，在工業(yè)和車(chē)載市場(chǎng)上有普遍的應用。其缺點(diǎn)主要是觸摸需要一定的壓力，觸摸體驗效果不佳，反應較遲鈍，一般不支持多點(diǎn)觸摸或者支持偽多點(diǎn)。而且其觸摸的ITO 涂層若太薄則容易脆斷，太厚又會(huì )降低透光且形成內反射降低清晰度。由于經(jīng)常被觸動(dòng)，表層ITO 使用一定時(shí)間后會(huì )出現細小裂紋，甚至變型，因此其壽命并不長(cháng)久。復合薄膜的外層采用塑料，太用力或使用銳器觸摸可能劃傷。

　　電容觸摸屏在消費類(lèi)電子產(chǎn)品有廣泛的應用，手機，PAD等等，只需要手指輕輕滑動(dòng)，觸摸體驗順暢，圓滑，但由于其感應電容隨溫度、濕度或接地情況的不同而變化，其穩定性較差，往往會(huì )產(chǎn)生漂移現象，易受水霧、油污、電磁等干擾。在惡劣的環(huán)境下，穩定性和可靠性不是很高。另外電容觸摸屏的觸摸層由多層復合薄膜組成，透光率不高。在強光照射下，無(wú)法看清畫(huà)面進(jìn)行操作。

　　紅外光學(xué)觸摸屏利用紅外線(xiàn)掃描，通過(guò)物體阻擋紅外線(xiàn)，使得紅外接收管接收的紅外光強弱發(fā)生變化來(lái)確定觸摸位置。其具有透光率高，支持絕緣物體操作(手套觸摸等)，抗水霧、電磁干擾能力強等特點(diǎn)，受到業(yè)界行業(yè)應用的青睞。但紅外光學(xué)觸摸屏由于受自身原理限制，也易受強光和灰塵的干擾等缺陷。

　　紅外觸摸屏現狀

　　紅外觸摸屏是利用紅外線(xiàn)掃描原理實(shí)現觸摸 ，早期紅外觸摸屏出現于1992年，分辨率只有32×32。易受環(huán)境干擾而誤動(dòng)作，而且要求在一定的遮光環(huán)境中使用。時(shí)至今日，紅外觸摸屏已經(jīng)發(fā)展至第五代，分辨率和抗強光干擾性能顯著(zhù)提高，在太陽(yáng)直射環(huán)境亦可使用。更重要的是在產(chǎn)品壽命和免維護性能方面有了本質(zhì)的飛躍。采用概率函數器件冗余分布的指導思想，工作環(huán)境下壽命大于7年。足以將觸摸屏的應用推向新的水平。然而，紅外觸摸屏的工作方式也導致了一些不可避免的應用缺陷，易受強光，灰塵干擾，分辨率不高。目前，紅外觸摸屏技術(shù)的發(fā)展主要圍繞著(zhù)兩個(gè)方向進(jìn)行，一是運用新型傳感器實(shí)現觸摸屏功能，另一個(gè)是對現有觸摸屏技術(shù)缺陷的改進(jìn)和應用功能的增強而進(jìn)行。紅外觸摸屏的發(fā)展主要是隨著(zhù)提高分辨率和改善抗干擾性能進(jìn)行，同時(shí)，應用功能上的擴展如多點(diǎn)觸摸等給觸摸屏帶來(lái)了更豐富的功能。

　　目前國內市面上的紅外觸摸屏以中大尺寸(15寸以上)為主，由于受到光學(xué)技術(shù)設計、算法、紅外燈管尺寸的限制，10寸以下的紅外光學(xué)觸摸屏成本高，技術(shù)不穩定，且易受紅外光、灰塵干擾。為了充分發(fā)揮紅外觸摸屏技術(shù)的優(yōu)勢，滿(mǎn)足于某些行業(yè)性應用，發(fā)揮其先天優(yōu)勢，克服自身劣勢，成熟的小尺寸紅外光學(xué)觸摸產(chǎn)品為行業(yè)應用所期待。

　　國內小尺寸紅外觸摸技術(shù)介紹

　　區別于國內主流大尺寸傳統紅外光學(xué)觸摸屏，筆者發(fā)現一款小尺寸光學(xué)紅外觸摸屏方案—利爾達 7寸光學(xué)紅外觸摸屏LSD1TP-1R70N1D3(以下簡(jiǎn)稱(chēng)LSD1TP)， 網(wǎng)頁(yè)鏈接：http://www.lierda.com/topic/hwp.html

　　這款光學(xué)紅外觸摸屏通過(guò)獨特的光學(xué)結構設計和算法，克服傳統小尺寸紅外觸摸，成本高，技術(shù)不穩定，易受強光、灰塵干擾等劣勢，相比電阻/電容觸摸，具有透光率高，支持手套等操作，抗干擾能力強，壽命長(cháng)等優(yōu)點(diǎn)，適應于車(chē)載導航，工控，醫療人機互換及其他惡劣工作環(huán)境行業(yè)中使用。徹底顛覆了紅外觸摸屏原先的應用市場(chǎng)

　　LSD1TP 實(shí)現原理

　　LSD1TP紅外光學(xué)觸摸屏由一組紅外線(xiàn)發(fā)射器和探測器，光學(xué)導光，控制電路和控制軟件組成。發(fā)射器發(fā)射脈沖紅外光經(jīng)過(guò)導光板和觸摸表面上，探測器檢測到的光強度的變化表明一個(gè)物體的觸摸。觸摸位置和對象的大小是由多個(gè)檢測器(紅外接收管PD)相結合的測量值計算。從多傳感器的輸出可以被用來(lái)識別諸如手勢和掃描操作。

　　1、 光學(xué)結構

　　LSD1TI紅外光學(xué)觸摸屏的導光體是觸摸系統中的關(guān)鍵部分。它引導來(lái)自L(fǎng)ED的紅外光射向光學(xué)觸摸區域，分散紅外光束覆蓋在顯示區域上。在相反的一側它引導所收集的光從光學(xué)觸摸區域射向PD設備。 (圖1)。

　　圖1：導光板的基本結構

　　導光體是一個(gè)注塑部分由光學(xué)級聚碳酸酯制成,是區別與傳統紅外屏的關(guān)鍵部件，其主要作用是：

　　區別于傳統紅外觸摸其紅外發(fā)射、接收管直接放置在TFT顯示屏上圍四周，導致四周凸起高度過(guò)高，通過(guò)導光層結構設計，其四周凸起高度限制在1.8mm以?xún)取?/p>

　　導光層通過(guò)弧形凸臺設計，實(shí)現每個(gè)LED發(fā)射會(huì )對應兩個(gè)紅外接收管(PD)接收，以實(shí)現差分式紅外掃描，使得光學(xué)紅外觸摸屏極高的分辨率，并有效的克服灰塵及紅外、強光干擾。