触摸屏

触摸屏是输入和输出设备。触摸屏通常分层在信息处理系统的电子视觉显示器的顶部。显示器通常是液晶显示器或OLED显示器，而系统通常是笔记本电脑、平板电脑或智能手机。用户可以通过使用特殊手写笔或一个或多个手指触摸屏幕，通过简单或多点触摸手势输入或控制信息处理系统。一些触摸屏使用普通或特殊涂层的手套工作，而另一些可能仅使用特殊手写笔或钢笔。用户可以使用触摸屏对显示的内容做出反应，如果软件允许，可以控制其显示方式；例如，缩放以增加文本大小。触摸屏使用户能够直接与显示的内容交互，而不是使用鼠标、触摸板或其他此类设备（手写笔除外，手写笔对大多数现代触摸屏来说是可选的）。触摸屏在游戏机、个人电脑、电子投票机和销售点（POS）系统等设备中很常见。它们也可以连接到计算机上，也可以作为终端连接到网络。他们在个人数字助理（PDA）和一些电子阅读器等数字电器的设计中发挥着突出的作用。触摸屏在教室或大学校园等教育环境中也很重要。智能手机、平板电脑和多种类型的信息设备的普及正在推动便携式和功能电子产品对普通触摸屏的需求和接受。触摸屏存在于医疗领域、重工业、自动取款机（ATM）以及博物馆显示器或房间自动化等信息亭，键盘和鼠标系统不允许用户与显示器内容进行适当的直观、快速或准确的交互。从历史上看，触摸屏传感器及其随附的基于控制器的固件是由各种售后系统集成商提供的，而不是由显示器、芯片或主板制造商提供的。显示器制造商和芯片制造商已经认识到触摸屏作为用户界面组件接受的趋势，并开始将触摸屏纳入其产品的基本设计中。

触摸屏技术多种多样，具有不同的触摸感应方法。

顶层（触摸的）在下表面有一层涂层；就在它的基板顶部有一个类似的电阻层。一层沿其两侧有导电连接，另一层沿顶部和底部有导电连接。电压施加在一层，另一层感应。当一个物体，如指尖或手写笔尖，向下压到外表面时，两层触碰，然后连接起来。然后面板表现为一对分压器，一次一个轴。通过在每一层之间快速切换，可以检测屏幕上的压力位置。耐触感因其对液体和污染物的高耐受性而用于餐厅、工厂和医院。电阻式触摸技术的一个主要好处是其低成本。此外，由于触摸只需要足够的压力才能被感知，它们可以戴上手套，或使用任何刚性的东西作为手指替代品。缺点包括需要向下压，以及被锐物体损坏的风险。由于屏幕上放置的材料层会带来额外的反射（即眩光），电阻式触摸屏的对比度也较差。这是任天堂在DS家族、3DS家族和WiiUGamePad中使用的触摸屏类型。

主条目：表面声波表面声波（SAW）技术使用超声波通过触摸屏面板。当面板被触碰时，波的一部分被吸收。超声波的变化由控制器处理，以确定触摸事件的位置。表面声波触摸屏面板可能会被外部元素损坏。表面的污染物也会干扰触摸屏的功能。

手机的电容式触摸屏1983年的卡西欧TC500电容式触摸传感器手表，角度光暴露在顶部手表玻璃表面，并蚀刻在触摸传感器垫上的痕迹。主条目：电容传感电容式触摸屏面板由绝缘体（如玻璃）组成，表面涂有透明导体，如氧化铟锡（ITO）。由于人体也是导体，接触屏幕表面会导致屏幕静电场失真，可以测量为电容的变化。可以使用不同的技术来确定触摸的位置。然后将位置发送到控制器进行处理。存在使用银而不是ITO的触摸屏，因为ITO因使用铟而导致一些环境问题。控制器通常是互补金属氧化物半导体（CMOS）特定于应用的集成电路（ASIC）芯片，而该芯片通常将信号发送到CMOS数字信号处理器（DSP）进行处理。与电阻式触摸屏不同，一些电容式触摸屏不能通过手套等绝缘材料来检测手指。这一缺点尤其影响消费电子产品的可用性，例如在寒冷天气里人们可能戴着手套的触摸平板电脑和电容式智能手机。它可以通过特殊的电容手写笔或带有刺绣导电螺纹补丁的特殊应用手套来克服，该手套允许与用户的指尖进行电气接触。具有相应不稳定、噪音电压的低质量开关模式电源单元可能会暂时干扰电容触摸屏的精度、准确性和灵敏度。一些电容式显示器制造商继续开发更薄、更精确的触摸屏。移动设备现在正在使用“单元内”技术生产，例如三星的超级AMOLED屏幕，该技术通过在显示器内部构建电容器来消除一层。这种类型的触摸屏减少了用户手指与用户在屏幕上触摸的可见距离，减少了显示器的厚度和重量，这在智能手机中是可取的。一个简单的并联板电容器有两个导体，由介电层分隔。这个系统中的大部分能量直接集中在板块之间。一些能量溢出到板块外的区域，与这种效应相关的电场线称为边缘场。制造实用电容传感器的部分挑战是设计一套印刷电路轨迹，将边缘场引导到用户可访问的有源传感区域。对于这种传感器模式来说，并板电容器不是一个好的选择。将手指放在边缘电场附近，为电容系统增加了导电表面积。手指增加的额外充电存储容量称为手指电容，或CF。没有手指的传感器的电容称为寄生电容或CP。

在这项基本技术中，绝缘体只有一侧涂有导电层。对层施加小电压，产生均匀的静电场。当导体（如人体手指）接触未涂层的表面时，会动态形成电容器。传感器的控制器可以通过从面板的四个角测量的电容变化间接确定触摸的位置。由于它没有运动部件，它经久耐用，但分辨率有限，容易产生寄生电容耦合的虚假信号，并在制造过程中需要校准。因此，它最常用于工业控制和信息亭等简单应用。虽然一些标准电容检测方法是投射的，但从它们可以通过非导电表面检测手指的意义上来说，它们对温度波动非常敏感，温度波动会膨胀或收缩传感板，导致这些电板的电容波动。这些波动会导致大量背景噪声，因此需要强大的手指信号才能准确检测。这限制了手指直接接触传感元件或通过相对薄的非导电表面感知的应用。

基于投影电容触摸（PCT）技术的多点触控球的背面8x8投影电容触摸屏，采用25微米绝缘涂层铜线嵌入透明聚酯薄膜。这张图表显示了八个格子触摸屏或键盘的输入如何创建28个独特的交叉点，而使用标准x/y多路触摸屏创建16个交叉点。投影电容触摸屏的模式投影电容触摸技术是电容触摸技术的变体，但通过使用一种简单形式的“人工智能”，对触摸、准确性、分辨率和触摸速度的敏感性xxx提高。这种智能处理使手指感应能够通过非常厚的玻璃甚至双层玻璃准确可靠地投影。一些现代PCT触摸屏由数千个离散键组成，但大多数PCT触摸屏由导电材料的行和柱组成的x/y矩阵组成，分层在玻璃片上。这可以通过蚀刻单个导电层以形成电极网格模式，通过蚀刻两个具有平行线或轨道的独立垂直导电材料层以形成网格，也可以通过在单层中形成一个x/y精细绝缘涂层电线网格来实现。可以同时检测到的手指数由交叉点数（x*y）决定。然而，通过使用对角线格子布局，交叉点的数量几乎可以翻一番，其中每个导电元素都穿过所有其他元素，而不是x个元素。导电层通常是透明的，由透明导体氧化铟锡（ITO）制成。在一些设计中，施加在这个网格上的电压会产生均匀的静电场，可以测量。当导电物体（如手指）与PCT面板接触时，它会扭曲此时的局部静电场。这是电容的变化可以衡量的。如果手指连接两个“轨道”之间的间隙，则控制器将进一步中断并检测充电场。电容可以在电网的每个点上进行更改和测量。该系统能够准确跟踪触摸。由于PCT的顶层是玻璃，它比便宜的电阻触摸技术更坚固。与传统的电容触摸技术不同，PCT系统可以感应被动手写笔或戴手套的手指。然而，面板表面的湿度、高湿度或收集的灰尘都会干扰性能。然而，这些环境因素对基于“细线”的触摸屏来说不是问题，因为基于线的触摸屏的“寄生”电容要低得多，相邻导体之间的距离也更大。PCT有两种类型：互电容和自电容。

这是一种常见的PCT方法，它利用了这样一个事实，即大多数导电物体如果非常接近，它们能够保持电荷。在互电容传感器中，电容器由网格每个交叉点的行迹和列迹固有形成。例如，16×14阵列将有224个独立电容器。对行或列施加电压。将手指或导电手写笔靠近传感器表面会改变局部静电场，进而降低相互电容。可以测量电网上每个单点的电容变化，通过测量另一轴的电压来准确确定触摸位置。互电容允许多点触控操作，同时可以准确跟踪多个手指、手掌或手写笔。

自电容传感器可以具有与互电容传感器相同的X-Y网格，但柱子和行独立运行。使用自电容，手指的电容负载通过电流表测量到每个柱子或行电极上，或RC振荡器频率的变化。在整个行的任何地方都可以检测到手指。如果该手指也被列检测到，则可以假设手指位置位于该行/列对的交点。这允许快速准确地检测单个手指，但如果要检测到多个手指，则会导致一些模糊性。两个手指可能有四个可能的检测位置，其中只有两个是正确的。然而，通过有选择地降低争议中任何接触点的敏感性，冲突的结果很容易消除。这使得“自电容”可用于多点触控操作。或者，除了一列外，还可以通过对所有列施加“去敏化”信号来避免歧义。这只留下任何对触摸敏感的行的一小段。通过沿着行选择这些部分的序列，可以确定该行中多个手指的准确位置。然后，这个过程可以重复所有其他行，直到扫描整个屏幕。自电容触摸屏层用于手机，如索尼XperiaSola、三星GalaxyS4、GalaxyNote3、GalaxyS5和GalaxyAlpha。自电容远比互电容灵敏，主要用于单点触控、简单的手势和接近感应，手指甚至不必触摸玻璃表面。互电容主要用于多点触控应用。很多触摸屏厂商在同一产品中同时使用自电容和互电容技术，从而结合各自的优点。

电容式触摸屏不一定需要手指操作，但直到最近，所需的特殊触感可能相当昂贵。近年来，这项技术的成本大幅下降，电容式手写笔现在普遍以名义费用出售，并经常与移动配件免费赠送。这些由导电轴和柔软的导电橡胶尖端组成，从而电阻性地将手指连接到手写笔尖端。

1981年，红外传感器安装在显示手表周围，用于用户在PLANTOV终端上的触摸屏输入。演示了单色等离子显示器特有的橙色辉光。红外触摸屏在屏幕边缘使用X-Y红外LED和光电探测器对阵列来检测LED光束图案的破坏。这些LED光束以垂直和水平模式相互交叉。这有助于传感器接收触摸的确切位置。这种系统的一个主要好处是，它可以检测任何不透明的物体，包括手指、戴手套的手指、手写笔或钢笔。它通常用于户外应用和POS系统，这些应用程序不能依赖导体（如裸手指）激活触摸屏。与电容式触摸屏不同，红外触摸屏不需要在玻璃上进行任何图案，这增加了整个系统的耐用性和光学清晰度。红外触摸屏对可能干扰红外光束的污垢和灰尘很敏感，当用户搜索要选择的物品时，当用户将手指悬停在屏幕上时，会出现弯曲表面视差和意外按下的情况。

半透明丙烯酸板用作后投影屏幕以显示信息。亚克力片的边缘由红外发光二极管照明，红外摄像机聚焦在片的背面。放置在床单上的物体可以被相机检测到。当板材被用户触摸时，变形导致红外线泄漏，红外线在xxx压力点达到峰值，表明用户的触摸位置。微软的PixelSense平板电脑使用这项技术。

光学触摸屏是触摸屏技术中比较现代的发展，其中两个或多个图像传感器（如CMOS传感器）放置在屏幕的边缘（主要是角落）。红外背光灯放置在屏幕对面的传感器视野中。触摸阻止传感器的一些光线，可以计算触摸物体的位置和大小（见视觉船体）。这项技术因其可伸缩性、通用性和可负担性而越来越受欢迎。

该系统于2002年由3M推出，通过使用传感器测量玻璃中的压电来检测触摸。复杂的算法解释这些信息，并提供触摸的实际位置。该技术不受灰尘和其他外部因素的影响，包括划痕。由于屏幕上不需要额外的元素，它还声称提供出色的光学清晰度。任何对象都可以用于生成触摸事件，包括戴手套的手指。一个缺点是，在初次触摸后，系统无法检测到静止的手指。然而，出于同样的原因，静止物体不会干扰触摸识别。

这项技术的关键是，在表面的任何一个位置触摸都会在衬底产生声波，然后产生独特的组合信号，由附着在触摸屏边缘的三个或多个微小传感器测量。将数字化信号与表面每个位置对应的列表进行比较，以确定触摸位置。通过快速重复这个过程来跟踪移动触摸。额外的和环境的声音被忽略，因为它们与任何存储的声音配置文件不匹配。该技术不同于其他基于声音的技术，它使用简单的查找方法，而不是昂贵的信号处理硬件。与分散信号技术系统一样，初始触摸后无法检测到静止的手指。然而，出于同样的原因，触摸识别不会被任何静止物体干扰。该技术由SoundTouchLtd在21世纪初创造，专利家族EP1852772对此进行了描述，并于2006年由泰科国际的Elo部门以声脉冲识别的名义引入市场。Elo使用的触摸屏采用普通玻璃制成，具有良好的耐用性和光学清晰度。该技术通常保留准确性，屏幕上有划痕和灰尘。该技术也非常适合物理尺寸更大的显示器。

多点触摸屏的开发有助于跟踪屏幕上多个手指；因此，需要多个手指的操作是可能的。这些设备还允许多个用户同时与触摸屏交互。随着触摸屏的使用越来越多，触摸屏技术的成本通常被纳入其中的产品中，几乎被淘汰。触摸屏技术已显示可靠性，存在于飞机、汽车、游戏机、机器控制系统、电器和手持显示设备（包括手机）；移动设备触摸屏市场预计到2009年将产生50亿美元的收入。随着图形平板电脑-屏幕混合体的出现，准确指向屏幕本身的能力也在进步。聚氟乙烯（PVFD）因其高压电性能在这项创新中发挥了重要作用，这使得平板电脑能够感知压力，使数字绘画等东西的行为更像纸和铅笔。TapSense于2011年10月宣布，允许触摸屏区分手的哪一部分用于输入，如指尖、指节和指甲。这可以以多种方式使用，例如复制和粘贴，大写字母，激活不同的绘图模式等。在不久的将来，电视图像与普通现代PC功能之间的真正实际集成可能是一项创新：例如，互联网上关于电影或视频中演员的“全实时信息”，在歌曲或关于某人的新闻的正常视频剪辑中列出其他音乐。