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触摸屏技术的起源、分类与发展历程
苹果公司刚刚发售的新一代手机iPhone，令世人惊艳：太酷了———它没有任何按键，全部操作全靠一块3.5英寸触摸屏完成。最好玩的是，用两根手指在屏幕上“捏”一下，就能调整窗口和图片的大小，就像你真的把它“捏扁”了一样。这一切效果的实现，都建立在触摸屏技术不断发展的基础上。那么，触摸屏的原理是什么？这项技术经历了怎样的发展历程？我们的手指和新技术一起，将怎样改变世界？
触摸屏之父SamHurst（左）在展示其新产品。资料图片
数字北京信息亭的触摸查询系统。资料图片
SamHurst生产的最早一批触摸屏产品。资料图片
被逼出来的发明
如果说1964年鼠标的发明，把电脑操作带入了一个新的时代，那么触摸屏的出现，则使图形化的人机交互界面变得更为直观易用。1971年，美国人SamHurst发明了世界上第一个触摸传感器。虽然这个仪器和我们今天看到的触摸屏并不一样，却被视为触摸屏技术研发的开端。
当年，SamHurst在肯尼迪大学当教师，因为每天要处理大量的图形数据而不胜其烦，就开始琢磨怎样提高工作效率，用最简单的方法搞定这些该死的图形。他把自己的三间地下室改造成了车间，一间用来加工木材，一间制造电子元件，一间用来装配这些零件，并最终制造出了最早的触摸屏。这种最早的触摸屏被命名为“AccuTouch”，由于是手工组装，一天生产几台设备。1973年，这项技术被美国《工业研究》杂志评选为当年100项最重要的新技术产品之一。不久，SamHurst成立了自己的公司，并和西门子公司合作，不断完善这项技术。这个时期的触摸屏技术主要被美国军方采用，直到1982年，Sam Hurst的公司在美国一次科技展会上展出了33台安装了触摸屏的电视机，平民百姓才第一次亲手“摸”到神奇的触摸屏。
从此，触摸屏技术开始广泛应用于公共服务领域和个人娱乐设备。人们逐渐习惯用“摸”的方式，在电子售货机上选购商品，在卡拉OK机上点播歌曲，在银行、医院、图书馆、机场查询自己需要的信息。1991年，触摸屏正式进入中国。1996年中国自主研发的触摸自助一体机投入生产。今天我们在大街小巷看到的“数字北京信息亭”就离不开触摸屏技术，有了它，即使不会使用电脑的人也能轻易查到“我在哪里”、“我要到哪去”。
被夸大的“透光率”
前不久，《福布斯》杂志评出了2007年十大热门技术及代表产品，触摸屏技术高居榜首，而它的代表产品就是苹果的iPhone.苹果公司还将在今年第三季度推出搭载了触摸屏的MP3播放器和笔记本电脑。
既然小小一块触摸屏里就集中了这么多有趣且实用的技术，为什么到目前为止，绝大多数的手机和笔记本电脑都没有使用触摸屏呢？
这就涉及到了触摸屏技术始终难以跨越的障碍———“透光率”。
用户使用手机和笔记本电脑，总希望看到更加鲜艳清晰的图像，这就对显示屏的视觉效果提出了很高的要求。众所周知，目前最好的透光材料是玻璃，但当光线穿过时，玻璃的两个表面将分别反射掉3%的光，即单层玻璃的最大透光率是94%，这就使得到达人眼的光线受到了损耗。
而目前应用最广泛的电容屏和电阻屏，都在玻璃屏幕表面加盖了几层导电涂层。可想而知，它们的透光率更低，图像的失真也就更严重。例如，通常的电阻屏透光率约为75%，电容屏的透光率稍高一些，但也绝不会达到有些商家宣称的95%—98%.这些夸大宣传的依据是红外线通过触摸屏的透光率，而不是显示屏上图像所发出的光线。鱼与熊掌难以兼得，是追求更逼真的显示效果，还是更舒适的操作感受，就是用户见仁见智的问题了。
触摸屏的未来
科技总在不停进步，尽管市面上已经有众多品牌的触摸屏手机，iPhone仍能引起轰动的一个重要原因，就在于苹果公司率先将“多点触摸”应用到了手机上。以往的手机触摸屏多采用电阻式，一次只能感知一个位置的触摸。而电容式触摸屏搭配专用软件，可以同时处理多根手指的触摸指令。据悉，微软日前发布的概念计算机Milan也应用了此项技术。
而在不久的将来，还将有更先进的“力反馈触摸屏”走进我们的生活。不少人会抱怨触摸屏虽然方便好用，可手指在冷冰冰的玻璃表面摸来按去，总不如传统键盘的手感好，“力反馈触摸屏”解决的就是这个问题。美国Immersion触摸反馈技术公司宣布，他们开发的这项技术可以给触摸屏添加震动功能，当手指接触屏幕时将受到一个反作用力的震动，感觉就像是按下了一个真实的按键一样。据说今年年底将有几家手机厂商的十多款采用“力反馈触摸屏”的手机上市。
触摸屏技术还不断被开发出新的用途，甚至不局限在图形界面领域。日本电信电话（NTT）公司下属的一个研究所，已经研制成功一种触摸操纵装置，可以依据手指触摸的位置及力道，控制机器人手臂动作。该装置是把触摸传感器装进一个铝制的圆柱内，就像一个操纵杆，只需用一根手指触摸操纵杆的任一部位，传感器就能分辨出手指移动的距离和压力强度，将其转化为机械手的运动。要知道，以往的机械手运动，需要操纵者按动多个按钮，还要仔细输入移动轨迹的数据方可执行，并且不能斜向运动。该研究所未来的研究目标是把操纵杆进一步改进成球形，以实现全方位多角度自由移动。
■原理
触摸定位是如何实现的
从技术上讲，触摸屏就是一个透明的绝对定位系统，通过感知物体接触来实现相关命令。根据感知触摸的原理不同，触摸屏主要分为电阻式、电容式、红外式和声波式等类别。
电阻式触摸屏
这种触摸屏感受的是“压力”，其原理是在屏幕上涂有两层透明氧化金属，这两层导体之间夹有许多小于千分之一英寸的透明绝缘点。当手指触摸屏幕时，就像一颗石子投入平静的湖水，手指压力点上的两层金属接触导电，处理器立刻计算出电信号产生的坐标，然后启动相应位置的程序。电阻屏的技术关键就在于导电材料，常用的透明导电涂层材料有氧化铟和镍金两种，其中镍金涂层的延展性更好，但成本较为高昂。
由于只需受压即可，电阻式触摸屏可以用任何固体来触摸，比如你拿支笔或木棍去碰它，和用手摸的效果完全相同，所以电阻屏可以用来写字和画画。电阻屏也很耐用，不怕灰尘和水汽，但它的弱点是表面涂层一旦被硬物划伤，整个触摸屏可能就报废了。在使用电阻屏时，一定要注意别用力过猛，尤其是不要用尖利的东西去碰它。
电容式触摸屏
我们都知道人体可以导电，电容式触摸屏正是利用了这个原理。在电容式触摸屏四角有四个电极，它们和屏幕表面的导电层共同形成一个稳定的电场。当手指摸上来的时候，一小股电流就被人体吸走了，处理器计算这股电流和四个电极的距离，从而得出触摸点的位置。也就是说，当你使用它的时候，你自己就成了电容式触摸屏的一个元件。
电容屏的导电层上往往覆盖有一层矽土玻璃，具有较强的抗剐蹭性。由于两个导体距离较近时即可导电，不一定需要直接接触，所以当人体或其他导体靠近它时容易产生误操作。比如用触摸屏手机打电话时，你的脸如果碰到屏幕，就可能不小心挂断电话。正是因为考虑到这个因素，苹果的iPhone能够侦测人体面部特征，在打电话时自动锁定屏幕。电容式触摸屏的另一缺点是，假如你戴着手套，就没办法使用它了。这一点，用过LG的“巧克力”手机的人应该深有体会。
红外式触摸屏
顾名思义，红外式触摸屏是利用红外线矩阵来检测并定位用户的触摸，其屏幕本身并没有什么特别，只是在屏幕四周排满了红外线发射管和接收管。当手指挡住某个点上的横竖两条红外线时，处理器就能计算出触摸点的坐标。和电阻式触摸屏一样，红外屏也可以用任何固体操作，而且可以充分加固屏幕表面，适应各种恶劣环境，价格也很便宜。一些有特殊安全需求的用户，譬如银行，大可采用防暴玻璃作为屏幕表面，就不怕某些犯罪分子用板砖、铁棍破坏ATM机了。
早期的红外式触摸屏存在分辨率低、易受自然界光线干扰的弊病，经过不断改进，现在的红外屏已经在一定程度上解决了这些问题，但根本性的技术突破尚未出现。有专家说，红外式触摸屏将会是触摸屏产品的最终发展趋势。
声波式触摸屏
声波式触摸屏的全称是“表面声波式触摸屏”，所谓“表面声波”，是超声波的一种，是可以在玻璃或金属等刚性材料表面浅层传播的机械能量波，具有尖锐的频率特性，稳定并易于分析。声波式触摸屏的屏幕表面可以是平面、球面甚至柱面，安装在屏幕四角的超声波发射器和接收器的工作原理类似于红外式触摸屏，只是发出的是超声波而不是红外线。
声波式触摸屏具有较好的灵敏度和高分辨率，不受温度和湿度影响，使用寿命很长。但技术难点在于，屏幕上如果沾有灰尘或液体，就会吸收一部分声波信号，还会阻塞触摸屏表面的导波槽，造成故障。使用声波屏的用户必须严格注意环境卫生，经常擦拭以保持屏幕光洁。影响声波式触摸屏推广应用的因素还包括价格高昂、体积大、不易集成在显示器内部等。 | 
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