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觸控技術比較 (翔基著作權, 轉載請告知)

2008年5月14日 發表評論 閱讀評論

1. 紅外線式 利用紅外線矩陣組成橫列與縱列的掃描線, 當有物體遮斷光源時, 便可判定位置

這是俗稱的光遮斷開關, 這種技術經常在電影裡面看到, 用來做保全偵測, 其應用非常廣泛, 例如印表機印字頭的定位,滾輪滑鼠的滾輪, 都是使用光遮斷的方式來判定, 其缺點是真實解析度不高, 容易受光影響, 反應速度較慢, 但可感應任何可以遮蔽光線之物體

其判定方式是四周一定有成對的發射與接收器

目前紅外線也有再發展不是遮斷的方式, 而是發射後遇到物體在反射的模式, 有點類似雷達測速一樣, 這種方式也可以模擬做到多點, 但還是有遮罩問題, 且發射接收元件成本增加, 如果要布建密集(提高解析度)則相關成本都會較高
2. 電阻式 透過壓力讓兩層導電層接觸, 再經由阻抗值的差異算出物體位置

這種技術早期多用在小的手寫板或是觸控板上, 還有薄膜鍵盤/防水鍵盤等等, 以及早期的類比式搖桿, 都是利用電阻產生的電位差來計算, 現在這技術則大量使用在手機或是小尺寸的觸控螢幕上面, 其好處是可以利用手跟筆等足以施加壓力的物體來操作, 準確度則會受到溫濕度的影響產生阻抗值變化而改變

其判定方式則是觸摸的時候一定要有壓力, 因此會有相當彈力的感覺, 而且表面會是軟材質其技術

由於製程的不同又分有四線式, 五線式, 八線式等
3. 電容式 經由導電物質影響電場的變化來計算出物體位置

這技術在20年前的電視機選台器上就已經有使用, 後來很多觸摸卻不用壓下去的按鈕, 例如電梯的按鍵,早期發展大多表面是金屬材質, 現在則可使用許多非導電材質, 現在筆記型電腦的觸控板則大多採用此技術, 著名的iPod也是採用此技術, 但其缺點是一定要經由會影響電場之物體來感應, 同時反應速度也較慢, 另外也有可能受到附近電磁場之影響而產生精確度誤差

其判定方式一般可用手持之非導電材質去做測試(導電體如手則必須離接觸面有一定距離)

其常見技術有兩種分別為表面電容(3M的MicroTouch)或是投射電容 (Apple採用投射電容), 投射式電容的優點是採用非接觸感應, 也就是可以隔著玻璃或是懸空感應, 在應用上的優點就是表面不會因為長期使用而耗損, 且目前投射式電容透過特殊製程不但可以多點(目前須搭配軟體)又可以做到很大的尺寸(目前100寸), 日本三菱則更利用人體傳遞不同訊號, 達到多人多點的觸控(也就是可以分辨是哪個人在觸控)
4. 表面聲波 在介質表面傳遞高頻聲波, 當聲波遇到軟材質被吸收後, 變可計算出位置

這種技術逐漸被使用在觸控螢幕上面, 其精確度跟反應速度都比電阻或是電容式來的好, 也可以做到較大的尺寸, 但因為其必須在傳導載體的四周安置反射天線, 所以尺寸變化都必須訂做, 目前很多博弈等遊戲機台也都開始採用此技術

其判定方式可以拿硬性之導電材質進行測試, 一般來說是不會感應硬性材質

該技術則有新的延伸發展是使用表面震波(由3M提出的專利), 就是當物體接觸觸控面時產生的微小震動來計算出位置
5. 光學影像 透過兩組以上CIR(CMOS/CCD)由側邊觀測物體的影子後計算出位置

這技術隨著CMOS/CCD的技術成熟而越來越被廣泛使用, 現在微型CIR已經可以做到每秒鐘輸出一百張以上的畫面, 因此目前來說是反應速度最快的一種技術, 當然隨著CIR解析度越來越高, 處理速度越來越快, 感光能力越來越好, 且可以判斷影子大小, 所以可以做出越來越多變化性之應用, 其缺點則是較容易受到光之影響

其判定方式則是觀測四個角落, 一定會有兩組以上的CIR, 而四周一定會有反光或是發光物質(不可見光如紅外線紫外線等)或者是其中一邊有發光物質(不可見光如紅外線紫外線等)

目前常見技術有兩種, 一種採用紅外線光來產生物體的影子, 另一種則用紫外線光來看見物體對光的吸收, 比較特殊的則使用雷射來看見物體的反光
6. 影像辨識 藉由Camera(CMOS/CCD)由正面或是背面觀測接觸面的光影變化算出位置

這是現在許多研究互動遊戲或是多點觸控一定會接觸到的, 在技術上面最著名的就是Jeff Han所提出的方法, 現在最熱門的微軟Surface也是使用類似技術, 其技術優點是可以判別出接觸物體的形體, 進而做出更多的應用, 但其缺點則是因為從正向或是背向使用Camera來觀測, 因此需要一定的空間與距離, 而且使用紅外線做為影像光源, 容易受到干擾, 也無法搭配平面顯示器使用, 大多需要搭配投影的方式做使用

其判定方式就是明顯的要有一個距離, 如桌子到地面, 另外就是目前一定搭配投影機

根據其技術有好幾種產生光源的方式, 例如Jeff Han是將光源在壓克力當中傳導, 因此發光源是布建在四周, 而Surface則是在背面(桌子裡面)照射紅外線光源, 在此之前微軟也提出利用兩隻Camera的影像疊合來判定的方式(TouchLight), 還有國外研究生利用水袋來產生光源傳導, 變化性相當的多, 市面上很多地板或是牆面互動廣告也採用類似方式, 還有許多遊戲機採用此方式設計遊戲, 日本甚至開發出利用此技術在遠端即可用手當作電視的搖控器
7. 面板感應 在面板(LED/LCD)安插CIR(CMOS/CCD)偵測光的變化量來算出位置

這是較新的技術, 但在製程上仍有待突破, 因為目前要同時在面板間存在光源與光感並不容易, 尤其是LCD面板, 因為採用背部光源, 所以需要許多光元件(反射或折射)來完成, 著名的Jeff Han則使用LED面板來實現該技術

其判定方式目前因不常見, 所以無明顯判定方法, 但觀測Jeff Han之模型, 發光源之間一定會存在可見之空隙

這是未來極有可能量產化之技術, 因為同時整合面板與觸控, 且可以做多點判別, 又不需要較大的空間較長的距離, 且多點判別不會因為遮蔽問題而需要增加許多的演算法來處理
8. 電磁式 利用線圈產生磁場改變經由接收天線產生之電流變化計算位置

這是早期數位板或是繪圖板使用的技術, 後來Tablet PC也大多採用此技術, 接下來有教學用的觸控螢幕, 數位講台上的螢幕, 也都是採用該技術, 其唯一缺點就是一定要使用一個帶電的筆(Wacom則有獨家感應技術可從天線端感應生電, 不需要電池), 早期電磁式抗干擾能力不強, 很多手寫板放在金屬桌面的桌子上便無法使用, 現在則不會有這個問題

其判定方式很簡單, 一定有專屬的筆, 而且筆中間一定會有線圈來產生磁場目前很多互動式電子白板(非影像掃瞄)也都是採用此技術
9. 光點 透過Camera(CMOS/CCD)觀測發光點位置

這技術早期被整合在背投影電視上用來作互動式白板, 後來被整合在投影機內做簡報用, 目前則有許多互動電子白板使用該技術, 其缺點就是精確度較低, 會有抖動現象(因為距離關係), 且一定要有能發出光點之筆, 其優點則是可以達成遠距操控, 對於大型簡報相當方便, 目前最著名的Wii遊戲機就是使用此技術(註:那個放在電視下面長長的賣很貴的”接收器”其實裡面只是兩顆紅外線LED, 真正的Camera是在手把上, 所以那隻手把的價值遠大於那隻”接收器”, 雖然一支賣700多, 一支賣一千多, 賣那”接收器”真是好賺啊~呵呵, 聰明的任天堂)

其判定方式也很簡單, 在遠處一定有一個小盒子裡面藏著Camera, 就如同影像辨識, 只不過他判定的是光點而已(有點類似Jeff Han利用手接觸壓克力導光而產生光點)

目前這技術也可以分可見光或是不可見光, 單光點/多光點, 紅光/綠光, 有光閃訊號/無光閃訊號等等, 各種組合也都可以發展出不同的應用面 (Wii 用來做類似光線槍的位置判別, 白板則如同遙控器一樣利用光閃來傳遞按鈕訊號, 還有利用紅光或是綠光來反映是否按下等等)
10. 超聲波 利用超聲波發射器發射出超聲波給兩組以上之接收器接受後算出位置


超聲波定位有點類似雷達, 差別在於雷達訊號是由接收端發射後遇到物體反射後接收來計算距離, 而超聲波則是手持裝置(筆)上面發出超聲波來讓其接收, 要有兩個接收器的原因主要能夠透過三角定位算出位置, 與光學影像相同的都是利用三角定位算出位置, 不同的是超聲波得到的是發射端到接收端的距離, 而光學影像則是透過角度做計算, 目前這類應用有在手寫板, 電子白板, 也有人使用來做觸控螢幕, 大多以教學用途為主, 因為其還是需要一支筆來搭配, 其缺點就是精確度不高會抖動(距離影響), 還有反應速度慢等等


其判定方式是一定位有兩顆長的像是麥克風一樣的接收器, 且目前市面上的產品因其聲波頻率的關係, 一定會聽到像蒼蠅翅膀在飛的時候震動的聲音


這技術則因為應用不同則做成相當多不同型式的產品, 技術原理都是一樣, 但是接收器則有分開在感應面的兩側, 或是在同一個角落但是有一定距離, 或是在某一邊上有一定距離, 只要是接收器兩顆有一定距離到超聲波發射源也有一定距離都可以安置, 理論上來說距離越遠計算越精確, 但實際上聲波容易衰減跟受干擾, 因此距離太遠時則干擾跟衰減問題便會增加

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