光学触摸技术详述

光学触摸技术最初是1970年代carolltouch公司(现在是elotouchsystems的一部分)发展起来的,现有不少供应商出售该项技术。和其它的触摸技术相比,光学触摸技术具有很多优点。工业界的很多人都认为,如果没有下面将要提到的两个相当大的缺点,光学触摸技术现在已经成为触摸技术的主流。光学触摸屏技术的最新发展使得光学触摸技术复兴,为其成主流触摸技术奠定了基矗
引言
传统的光学触摸系统是在显示器的两个相邻斜面上采用红外发光(ir)二极管(led)阵列,并在相对的斜面边缘放置光敏元件,用于分析系统、确定触摸动作。led-光传感元件对在显示器上形成光束栅格。当物体(例如手指或者钢笔)触摸屏幕遮断了光束,就会在相应光传感元件处引起光测量值的减弱。光传感的输出测量值可以用于确定出触摸点的坐标。通常控制器是扫描光传感阵列,而不是同时测量所有的光传感器,因此这项技术有时被称为 扫描ir 。在这项技术的高级版本中,每个光传感器测量来自不止一个led的光,这使得控制器可以补偿由于屏上不可移动的碎片而引起的光的阻断(见图1)。
这项传统的光学触摸技术已经主要用于触摸市场中的相关领域。过去,它的广泛应用由于两大原因曾经受到限制：技术成本比与之竞争的其他触摸技术要高,还有在亮环境光下的显示性能问题。后一个问题是由于背光源放大了光传感元件的背景噪声。在有些情况下,噪声大到无法检测到触摸屏的led光,导致触摸屏的暂时失灵。这个问题在阳光直射下最为显著,因为阳光在红外区域分布有大量的能量。
另外,传统的光学触摸技术由于其它的一些技术问题,例如功耗、机械包装约束、分辨率的限制导致系统检测pda笔等小物体的能力受限等,而没有被手持式触摸屏(例如手机和pda等)采用。其它技术例如模拟电阻技术由于成本低很多,主导了移动设备触摸屏的市常
但是光学触摸的特性还是可取的,代表了理想触摸屏的属性,包括可以去除其它触摸技术都必需的显示屏前的玻璃或塑料层。在很多情况下,这种覆盖层采用透明导电材料,例如氧化铟锡(ito),这会导致显示屏的光学性能下降。光学触摸屏的这个优势对于很多设备、显示屏供应商来说是极其重要的,因为设备的售出与使用者的感觉质量相关。
光学触摸的另一个长期需求的性能是传感器的数字输出,相比之下,很多其它的触摸系统是依赖于模拟信号处理来确定触摸位置。这些与之竞争的模拟系统通常需要不停的再校准,对信号处理(增加了成本和功耗)的要求比较复杂,与数字系统相比精确度相对降低；并且由于操作环境引起更长时间使用后系统失灵。光学触摸的另一个关键的优点是通常情况下没有手指、笔或其它被识别硬件的直接接触。这就减少了触摸屏由于接触失败、老化、疲劳引起失灵的可能。这与低压力触摸的要求也有关。在一个光学触摸系统中,只要与光束接触就可以了,不需要检测力量或者触发系统。
最后,光学触摸可以执行同时触摸,这是其它触摸技术难以实现的。尽管同时触摸在过去没有被广泛地发展,近期由于苹果iphone等新设备引起了关注,它让同时触摸成为用户界面不可或缺的一部分。
1、最新技术提高
1.1、新元件和信号处理的改进
处理：自从传统的光学触摸系统开始发展,关键元件如led、光敏二极管、cmos芯片在性能上有了长足的发展,成本大大降低。产生模塑光学和信号处理算法的技术也有了很大的发展和改进。因此,传统光学触摸技术有了发展,至少与其它也在不断发展的触摸技术相比保持着竞争力。
1.2、改进的光学系统设计
近期,elotouchsystems和irtouch等公司试图解决光学触摸的背景或环境光问题,主要采用改进边缘(缝隙)设计、光学滤光片和更加复杂的信号处理来增强信噪比。如,红外led可以通过特定频率调制,光传感器的输出只可以在该特定频率下解调。由此来降低阳光对未调制的红外光的影响。制造商声称的最新产品能承受75~100klx的环境光,表明这些技术在降低光学触摸对日光的敏感度方面有了不错的成就。