摘要：觸摸屏的應用隨著信息社會的發展越來越普遍，目前觸摸屏產品在中國已開始形成了產業，本文專題介紹有關觸摸屏的相關基礎技術知識，供廣大用戶和業者參考。
隨著多媒體信息查詢的與日俱增，人們越來越多地談到觸摸屏，因為觸摸屏作為一種最新的電腦輸入設備，它是目前最簡單、方便、自然的而且又適用于中國多媒體信息查詢國情的輸入設備，觸摸屏具有堅固耐用、反應速度快、節省空間、易于交流等許多優點。利用這種技術，我們用戶只要用手指輕輕地指碰計算機顯示屏上的圖符或文字就能實現對主機操作，從而使人機交互更為直截了當，這種技術極大方便了那些不懂電腦操作的用戶。這種人機交互方式。它賦予了多媒體以嶄新的面貌，是極富吸引力的全新多媒體交互設備。觸摸屏在我國的應用范圍非常廣闊，主要有公共信息的查詢，如電信局、稅務局、銀行、電力等部門的業務查詢；城市街頭的信息查詢；此外還可廣泛應用于領導辦公、工業控制、軍事指揮、電子游戲、點歌點菜、多媒體教學、房地產預售等，將來，觸摸屏還要走入家庭。隨著城市向信息化方向發展和電腦網絡在日常生活中的滲透，信息查詢都會以觸摸屏——顯示內容可觸摸的形式出現。本文提供一些有關觸摸屏的相關基礎技術知識，希望這些內容能對廣大用戶有所用處。
基本技術
一、觸摸屏的工作原理
為了操作上的方便，人們用觸摸屏來代替鼠標或鍵盤。工作時，我們必須首先用手指或其它物體觸摸安裝在
顯示器前端的觸摸屏，然后系統根據手指觸摸的圖標或菜單位置來定位選擇信息輸入。觸摸屏由觸摸檢測部件和觸摸屏控制器組成；觸摸檢測部件安裝在顯示器屏幕前面，用于檢測用戶觸摸位置，接受后送觸摸屏控制器；而觸摸屏控制器的主要作用是從觸摸點檢測裝置上接收觸摸信息，并將它轉換成觸點坐標，再送給CPU，它同時能接收CPU發來的命令并加以執行。
二、觸摸屏的主要類型
從技術原理來區別觸摸屏，可分為五個基本種類：矢量壓力傳感技術觸摸屏、電阻技術觸摸屏、電容技術觸摸屏、紅外線技術觸摸屏、表面聲波技術觸摸屏。其中矢量壓力傳感技術觸摸屏已退出歷史舞臺。觸摸屏紅外屏價格低廉，但其外框易碎，容易產生光干擾，曲面情況下失真；電容屏設計理論好，但其圖象失真問題很難得到根本解決；電阻屏的定位準確，但其價格頗高，且怕刮易損。表面聲波觸摸屏解決了以往觸摸屏的各種缺陷，清晰抗暴，適于各種場合，缺憾是屏表面的水滴、塵土會使觸摸屏變的遲鈍，甚至不工作。按照觸摸屏的工作原理和傳輸信息的介質，我們把觸摸屏分為四種，它們分別為電阻式、紅外線式、電容感應式以及表面聲波式，下面筆者就對上述的各種類型的觸摸屏進行簡要介紹：
1、電阻式觸摸屏
電阻觸摸屏的屏體部分是一塊與顯示器表面非常配合的多層復合薄膜，由一層玻璃或有機玻璃作為基層，表面涂有一層透明的導電層（OTI，氧化銦），上面再蓋有一層外表面硬化處理、光滑防刮的塑料層，它的內表面也涂有一層OTI，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。當手指接觸屏幕，兩層OTI導電層出現一個接觸點，因其中一面導電層接通Y軸方向的5V均勻電壓場，使得偵測層的電壓由零變為非零，控制器偵測到這個接通后，進行A/D轉換，并將得到的電壓值與5V相比，即可得觸摸點的Y軸坐標，同理得出X軸的坐標，這就是電阻技術觸摸屏共同的最基本原理。電阻屏根據引出線數多少，分為四線、五線等多線電阻觸摸屏。五線電阻觸摸屏的A面是導電玻璃而不是導電涂覆層，導電玻璃的工藝使其的壽命得到極大的提高，并且可以提高透光率。
電阻式觸摸屏的OTI涂層比較薄且容易脆斷，涂得太厚又會降低透光且形成內反射降低清晰度，OTI外雖多加了一層薄塑料保護層，但依然容易被銳利物件所破壞；且由于經常被觸動，表層OTI使用一定時間后會出現細小裂紋，甚至變型，如其中一點的外層OTI受破壞而斷裂，便失去作為導電體的作用，觸摸屏的壽命并不長久。但電阻式觸摸屏不受塵埃、水、污物影響。
這種觸摸屏利用壓力感應進行控制。它用兩層高透明的導電層組成觸摸屏，兩層之間距離僅為2.5微米。當手指按在觸摸屏上時，該處兩層導電層接觸，電阻發生變化，在X和Y兩個方向上產生信號，然后送觸摸屏控制器。這種觸摸屏能在惡劣環境下工作，但手感和透光性較差，適合配帶手套和不能用手直接觸控的場合。電阻類觸摸屏的關鍵在于材料科技，常用的透明導電涂層材料有：
A、ITO，氧化銦，弱導電體，特性是當厚度降到1800個埃（埃＝10-10米）以下時會突然變得透明，透光率為80％，再薄下去透光率反而下降，到300埃厚度時又上升到80％。ITO是所有電阻技術觸摸屏及電容技術觸摸屏都用到的主要材料，實際上電阻和電容技術觸摸屏的工作面就是ITO涂層。
B、鎳金涂層，五線電阻觸摸屏的外層導電層使用的是延展性好的鎳金涂層材料，外導電層由于頻繁觸摸，使用延展性好的鎳金材料目的是為了延長使用壽命，但是工藝成本較為高昂。鎳金導電層雖然延展性好，但是只能作透明導體，不適合作為電阻觸摸屏的工作面，因為它導電率高，而且金屬不易做到厚度非常均勻，不宜作電壓分布層，只能作為探層。
2、電容式觸摸屏
電容式觸摸屏的構造主要是在玻璃屏幕上鍍一層透明的薄膜體層，再在導體層外加上一塊保護玻璃，雙玻璃設計能徹底保護導體層及感應器。
電容式觸摸屏在觸摸屏四邊均鍍上狹長的電極，在導電體內形成一個低電壓交流電場。用戶觸摸屏幕時，由于人體電場，手指與導體層間會形成一個耦合電容，四邊電極發出的電流會流向觸點，而電流強弱與手指到電極的距離成正比，位于觸摸屏幕后的控制器便會計算電流的比例及強弱，準確算出觸摸點的位置。電容觸摸屏的雙玻璃不但能保護導體及感應器，更有效地防止外在環境因素對觸摸屏造成影響，就算屏幕沾有污穢、塵埃或油漬，電容式觸摸屏依然能準確算出觸摸位置。
電容式觸摸屏是在玻璃表面貼上一層透明的特殊金屬導電物質。當手指觸摸在金屬層上時，觸點的電容就會發生變化，使得與之相連的振蕩器頻率發生變化，通過測量頻率變化可以確定觸摸位置獲得信息。由于電容隨溫度、濕度或接地情況的不同而變化，故其穩定性較差，往往會產生漂移現象。該種觸摸屏適用于系統開發的調試階段。
3、紅外線式觸摸屏
該觸摸屏由裝在觸摸屏外框上的紅外線發射與接收感測元件構成，在屏幕表面上，形成紅外線探測網，任何觸摸物體可改變觸點上的紅外線而實現觸摸屏操作。紅外觸摸屏不受電流、電壓和靜電干擾，適宜某些惡劣的環境條件。其主要優點是價格低廉、安裝方便、不需要卡或其它任何控制器，可以用在各檔次的計算機上。此外，由于沒有電容充放電過程，響應速度比電容式快，但分辨率較低。
紅外線觸摸屏原理很簡單，只是在顯示器上加上光點距架框，無需在屏幕表面加上涂層或接駁控制器。光點距架框的四邊排列了紅外線發射管及接收管，在屏幕表面形成一個紅外線網。用戶以手指觸摸屏幕某一點，便會擋住經過該位置的橫豎兩條紅外線，計算機便可即時算出觸摸點位置。因為紅外觸摸屏不受電流、電壓和靜電干擾，所以適宜某些惡劣的環境條件。其主要優點是價格低廉、安裝方便、不需要卡或其它任何控制器，可以用在各檔次的計算機上。不過，由于只是在普通屏幕增加了框架，在使用過程中架框四周的紅外線發射管及接收管很容易損壞。
4、表面聲波觸摸屏
表面聲波是一種沿介質表面傳播的機械波。該種觸摸屏由觸摸屏、聲波發生器、反射器和聲波接受器組成，其中聲波發生器能發送一種高頻聲波跨越屏幕表面，當手指觸及屏幕時，觸點上的聲波即被阻止，由此確定坐標位置。表面聲波觸摸屏不受溫度、濕度等環境因素影響，分辨率極高，有極好的防刮性，壽命長（5000萬次無故障）；透光率高（92%），能保持清晰透亮的圖像質量；沒有漂移，只需安裝時一次校正；有第三軸（即壓力軸）響應，最適合公共場所使用。表面聲波觸摸屏的觸摸屏部分可以是一塊平面、球面或是柱面的玻璃平板，安裝在CRT、LED、LCD或是等離子顯示器屏幕的前面。這塊玻璃平板只是一塊純粹的強化玻璃，區別于其它觸摸屏技術是沒有任何貼膜和覆蓋層。玻璃屏的左上角和右下角各固定了豎直和水平方向的超聲波發射換能器，右上角則固定了兩個相應的超聲波接收換能器。玻璃屏的四個周邊則刻有45°角由疏到密間隔非常精密的反射條紋。
三．觸摸屏三個基本技術特性
1．透明性能
觸摸屏是由多層的復合薄膜構成，透明性能的好壞直接影響到觸摸屏的視覺效果。衡量觸摸屏透明性能不僅要從它的視覺效果來衡量，還應該包括透明度、色彩失真度、反光性和清晰度這四個特性。
2．絕對坐標系統
我們傳統的鼠標是一種相對定位系統，只和前一次鼠標的位置坐標有關。而觸摸屏則是一種絕對坐標系統，要選哪就直接點哪，與相對定位系統有著本質的區別。絕對坐標系統的特點是每一次定位坐標與上一次定位坐標沒有關系，每次觸摸的數據通過校準轉為屏幕上的坐標，不管在什么情況下，觸摸屏這套坐標在同一點的輸出數據是穩定的。不過由于技術原理的原因，并不能保證同一點觸摸每一次采樣數據相同的，不能保證絕對坐標定位，點不準，這就是觸摸屏最怕的問題：漂移。對于性能質量好的觸摸屏來說，漂移的情況出現的并不是很嚴重。
3．檢測與定位
各種觸摸屏技術都是依靠傳感器來工作的，甚至有的觸摸屏本身就是一套傳感器。各自的定位原理和各自所用的傳感器決定了觸摸屏的反應速度、可靠性、穩定性和壽命。
幾種常用觸摸屏的特性比較表見下列匯總表
常用觸摸屏特性比較表
四、觸摸屏的常見問題
由于觸摸屏大多數放置在公共場所或大廳中，供各位普通用戶使用，而這些用戶使用水平可能差別很大，這就很難保證觸摸屏在使用過程中不會出現問題，在這里，現將一些常見問題介紹一下：
1、與硬件相關的問題
觸摸屏一般用串口進行信號的傳輸，從PS/2端口取信號，而TPS屏幕是從主機電源直接取電。如果指示燈不亮，說明沒有取到信號，控制盒上的PS/2線可能壞了。如果燈亮著，但依舊不閃，說明控制盒壞了，因此我們必須更換控制盒。如果更換控制盒還是不行，有可能是屏幕被壓得太緊，需要將四周的螺絲稍微松一下，因為觸摸屏是由特殊材料組成，它本身不太容易損壞。
如果串口是壞的或被禁用，將導致驅動程序無法安裝，因為安裝驅動時，會自動尋找串口。即使能夠安裝，也會出現鼠標不動或無法定位。最好不要用串口鼠標來判斷串口的好壞，可能串口9根針對它們來說各自用的方式不一樣。如果屏幕被壓著，或者地線沒有接好，會導致無法定位。如果出現有些區域無法點擊或反應遲緩，有可能是灰塵影響，需拆開外殼來除去灰塵。
2、與軟件相關的問題
軟件問題主要是指驅動程序的安裝，一臺主機上不要安裝兩種或兩種以上的觸摸屏驅動程序，否則將導致無法使用。
3、其他相關問題
更換顯示分辨率、調整屏幕大小和第一次安裝時都有會出現單擊不準或漂移，需啟動應用程序中自帶的定位程序重新定位，定位盡量用比較細的筆或指尖進行定位，這樣比較準。應用程序中還包括調出鼠標右鍵、設置拖、拉式以及觸摸屏硬件信息等。
觸摸產品技術展望
無論你是在商場購物，還是在銀行存取款，觸摸式的自動服務器為你提供了方便快捷的服務，這就是我們所說的觸摸屏。可在幾年前，這一新東西還非常少見，在業內也沒有觸摸行業的說法。經過多年來的發展，觸摸屏的功能已從原先簡單的查詢導覽發展成為集業務查詢上網于為一體的觸摸查詢一體機，應用領域也從最初的郵電、商場到遍布各個行業眾多領域。
猶如PC從286、386發展到奔騰機一樣，觸摸屏經歷了從低檔向高檔發展的歷程。從紅外屏、四線電阻屏到電容屏，現在又發展到聲波觸摸屏、五線電阻觸摸屏，性能越來越可靠，技術越來越先進。而且隨著各行業應用特點的不同，以前被忽視了的紅外屏電容屏，經過工藝改造，重又獲得了新生。LCD平板顯示技術的發展使得紅外屏的優勢凸顯出來，金融、證券等行業用戶對此青睞有嘉。
由于各種技術的觸摸屏各具優缺點，而且設計的難度不同，各種屏的使用有了一定的時間先后。以國內應用來說，最先投入使用的是日本公司紅外屏，其后是電阻屏、電容屏和聲波屏。日本的MINATO公司改進紅外屏的光干擾問題，將分辨率提高到977*737，國內生產的紅外屏存在的問題是分辨率低，只有64*48。另外前面也提到了，LCD應用的擴大，LCD技術和紅外屏技術結合，完全滿足了紅外屏對平面的要求，使得紅外屏重獲生機。電阻屏的缺點是透光率差，表面易損。早期臺灣PONICS公司等的四線電阻屏易損問題經改進用鍍膜來解決，但分辨率低，只有1024*768，使用范圍受一定影響。美國ELO公司推出的五線電阻屏在材質上有了大改進，完全采用鋼化玻璃為基體，擯棄了四線電阻屏的多層結構，使透光率大大提高，表層防暴性能也有所增強，分辨率達4096*4096，完全適合作IE瀏覽器等高清晰度的要求。電容屏考慮失真的問題，也采用鍍膜技術，一定程度上克服了怕刮易損的缺點。聲波屏的優點是明顯的，但水滴灰塵的影響問題不解決，使用大受影響，改進的方法是加防塵條，或者在軟件方面增加對污物的監控，準確識別出有效的操作和污物之間的區別。
目前國內在觸摸技術發展方面主要是應用在整機技術上。1996年，太古公司推出了擁有自主產權的觸摸查詢一體機KIOSK，成為國內第一家、全球第13家KIOSK制造商。隨后觸摸產品廠商也紛紛推出了各自的觸摸查詢一體機，各自擁有造型工藝。
技術的發展也包括應用軟件技術的成熟。觸摸查詢離不開觸摸查詢軟件，太古公司開發出國內第一個觸摸瀏覽軟件TouchWeb，這使得國內的觸摸行業不再僅僅停留在搬箱子的角色上。而且隨著應用軟件方面的進步，相繼推出了公共信息查詢系統和金融、郵政、城市信息港摸信息終端KIOSK應用系統等，也使得觸摸產品的應用范圍從簡單的查詢擴大到集查詢業務上網于一體，行業范圍從公共事業、政府到事業單位、一般企業，甚至個人的掌上電腦，都是觸摸產品的天地。
綜觀IT信息產品的發展，離不開兩個基本要素：市場容量和價格。價格降低會產生一定的量的提升，但如果沒有實實在在的市場基礎，產品的普及、技術和行業的發展都無從談起。
觸摸產品由于早期給人的印象僅是信息的查詢，對行業用戶來說只是可有可無的形象工程，必然影響市場容量。目前各觸摸廠商們都在改進其產品的功能，加大了業務系統的份量。譬如，銀行的KIOSK一體機已經加入了微型打印機、讀卡器等設備，功能上吸收了銀行的補登存折、轉帳等業務，使得系統不在僅僅停留于業務介紹和形象宣傳。這一改動顯然是有效的，銀行系統對這類一體機需求旺盛，連專注于銀行業務設備的南天公司都開發出了類似的一體機產品。目前一體機已出現自助售票系統，應用到鐵路公路的售票業務，這一進展是否預示著一體機會走上ATM機或者自動售賣機的路子還不明確。由于觸摸產品對開放式環境的適應性，商業系統對銷售網絡及形象宣傳的考慮，ATM和自動售賣機暫時無法替代KIOSK一體機，不過業務型的一體機確定無疑是一種方向。
在價格方面的進步主要來自于觸摸屏技術和觸摸軟件的發展。由于目前各類屏各具優缺點，應用范圍、應用規模俱受制約，用戶可能只考慮使用的方便及壽命，生產商們卻必須不斷推陳出新，將更高性能更低價格的產品供應給用戶。新的技術產生需要大量的積累，改造原有技術是目前的主流。就象紅外屏的新生一樣，聲波屏的改進已經有了一個可喜景象，由于聲波屏能產生對壓力的感受，無形中增加了控制手段，對屏功能的擴展十分有利，應用范圍因此大大拓展。成熟的軟件會使用戶享受到兩種優點：功能完善和低廉價格。隨著產品在各行業應用市場的推進，對行業應用的理解不斷強化，系統將越來越合體，而價格由于投入的遞減將下降。
觸摸行業標準的制訂不容忽視，這將有利于規模發展和合理競爭，對價格的優化極有幫助。而各行業用戶也需在目前條件下，縮減不必要的特殊要求，降低生產商的研發成本，加強在軟件應用體系上的投入力度，使硬件產品化和規模化程度提高，應用系統水平提升，真正達到方便所有人，也方便行業用戶的目標。
