光學(xué)技術(shù)是新興的技術(shù)，對(duì)于我們的生活科技有著重要的影響作用。以下是小編為大家精心整理的光學(xué)技術(shù)優(yōu)秀論文，歡迎大家閱讀。

　　摘要：

　　光學(xué)觸摸技術(shù)最初是1970年代引入的，最新的突破帶來了該技術(shù)的復(fù)蘇。研發(fā)者已經(jīng)能夠解決成本、亮環(huán)境光下的顯示性能，以及組成要素等問題，這里只提及其中的一小部分。本文詳細(xì)介紹了這些問題是如何解決的;該技術(shù)的前景，包括深入了解一下光學(xué)觸摸系統(tǒng)的幾個(gè)嶄新的發(fā)展。

　　關(guān)鍵詞：

　　光學(xué)觸摸技術(shù);發(fā)光二極管;光學(xué)傳感器

　　光學(xué)觸摸技術(shù)最初是1970年代Caroll Touch公司(現(xiàn)在是Elo TouchSystems的一部分)發(fā)展起來的，現(xiàn)有不少供應(yīng)商出售該項(xiàng)技術(shù)。和其它的觸摸技術(shù)相比，光學(xué)觸摸技術(shù)具有很多優(yōu)點(diǎn)。工業(yè)界的很多人都認(rèn)為，如果沒有下面將要提到的兩個(gè)相當(dāng)大的缺點(diǎn)，光學(xué)觸摸技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)成為觸摸技術(shù)的主流。光學(xué)觸摸屏技術(shù)的最新發(fā)展使得光學(xué)觸摸技術(shù)復(fù)興，為其成主流觸摸技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。

　　引言

　　傳統(tǒng)的光學(xué)觸摸系統(tǒng)是在顯示器的兩個(gè)相鄰斜面上采用紅外發(fā)光(IR)二極管(LED)陣列，并在相對(duì)的斜面邊緣放置光敏元件，用于分析系統(tǒng)、確定觸摸動(dòng)作。LED-光傳感元件對(duì)在顯示器上形成光束柵格。當(dāng)物體(例如手指或者鋼筆)觸摸屏幕遮斷了光束，就會(huì)在相應(yīng)光傳感元件處引起光測(cè)量值的減弱。光傳感的輸出測(cè)量值可以用于確定出觸摸點(diǎn)的坐標(biāo)。通?？刂破魇菕呙韫鈧鞲嘘嚵?，而不是同時(shí)測(cè)量所有的光傳感器，因此這項(xiàng)技術(shù)有時(shí)被稱為"掃描IR"。在這項(xiàng)技術(shù)的高級(jí)版本中，每個(gè)光傳感器測(cè)量來自不止一個(gè)LED的光，這使得控制器可以補(bǔ)償由于屏上不可移動(dòng)的碎片而引起的光的阻斷。

　　這項(xiàng)傳統(tǒng)的光學(xué)觸摸技術(shù)已經(jīng)主要用于觸摸市場(chǎng)中的相關(guān)領(lǐng)域。過去，它的廣泛應(yīng)用由于兩大原因曾經(jīng)受到限制：技術(shù)成本比與之競(jìng)爭(zhēng)的其他觸摸技術(shù)要高，還有在亮環(huán)境光下的顯示性能問題。后一個(gè)問題是由于背光源放大了光傳感元件的背景噪聲。在有些情況下，噪聲大到無法檢測(cè)到觸摸屏的LED光，導(dǎo)致觸摸屏的暫時(shí)失靈。這個(gè)問題在陽(yáng)光直射下最為顯著，因?yàn)殛?yáng)光在紅外區(qū)域分布有大量的能量。

　　另外，傳統(tǒng)的光學(xué)觸摸技術(shù)由于其它的一些技術(shù)問題，例如功耗、機(jī)械包裝約束、分辨率的限制導(dǎo)致系統(tǒng)檢測(cè)PDA筆等小物體的能力受限等，而沒有被手持式觸摸屏(例如手機(jī)和PDA等)采用。其它技術(shù)例如模擬電阻技術(shù)由于成本低很多，主導(dǎo)了移動(dòng)設(shè)備觸摸屏的市場(chǎng)。

　　但是光學(xué)觸摸的特性還是可取的，代表了理想觸摸屏的屬性，包括可以去除其它觸摸技術(shù)都必需的顯示屏前的玻璃或塑料層。在很多情況下，這種覆蓋層采用透明導(dǎo)電材料，例如氧化銦錫(ITO)，這會(huì)導(dǎo)致顯示屏的光學(xué)性能下降。光學(xué)觸摸屏的這個(gè)優(yōu)勢(shì)對(duì)于很多設(shè)備、顯示屏供應(yīng)商來說是極其重要的，因?yàn)樵O(shè)備的售出與使用者的感覺質(zhì)量相關(guān)。

　　光學(xué)觸摸的另一個(gè)長(zhǎng)期需求的性能是傳感器的數(shù)字輸出，相比之下，很多其它的觸摸系統(tǒng)是依賴于模擬信號(hào)處理來確定觸摸位置。這些與之競(jìng)爭(zhēng)的模擬系統(tǒng)通常需要不停的再校準(zhǔn)，對(duì)信號(hào)處理(增加了成本和功耗)的要求比較復(fù)雜，與數(shù)字系統(tǒng)相比精確度相對(duì)降低;并且由于操作環(huán)境引起更長(zhǎng)時(shí)間使用后系統(tǒng)失靈。

　　光學(xué)觸摸的另一個(gè)關(guān)鍵的優(yōu)點(diǎn)是通常情況下沒有手指、筆或其它被識(shí)別硬件的直接接觸。這就減少了觸摸屏由于接觸失敗、老化、疲勞引起失靈的可能。這與低壓力觸摸的要求也有關(guān)。在一個(gè)光學(xué)觸摸系統(tǒng)中，只要與光束接觸就可以了，不需要檢測(cè)力量或者觸發(fā)系統(tǒng)。

　　最后，光學(xué)觸摸可以執(zhí)行同時(shí)觸摸，這是其它觸摸技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)的。盡管同時(shí)觸摸在過去沒有被廣泛地發(fā)展，近期由于蘋果iPhone等新設(shè)備引起了關(guān)注，它讓同時(shí)觸摸成為用戶界面不可或缺的一部分。

　　1最新技術(shù)提高

　　1.1新元件和信號(hào)處理的改進(jìn)

　　處理：自從傳統(tǒng)的光學(xué)觸摸系統(tǒng)開始發(fā)展，關(guān)鍵元件如LED、光敏二極管、CMoS芯片在性能上有了長(zhǎng)足的發(fā)展，成本大大降低。產(chǎn)生模塑光學(xué)和信號(hào)處理算法的技術(shù)也有了很大的發(fā)展和改進(jìn)。因此，傳統(tǒng)光學(xué)觸摸技術(shù)有了發(fā)展，至少與其它也在不斷發(fā)展的觸摸技術(shù)相比保持著競(jìng)爭(zhēng)力。

　　1.2改進(jìn)的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　近期，Elo TouchSystems和IRTouch等公司試圖解決光學(xué)觸摸的背景或環(huán)境光問題，主要采用改進(jìn)邊緣(縫隙)設(shè)計(jì)、光學(xué)濾光片和更加復(fù)雜的信號(hào)處理來增強(qiáng)信噪比。如，紅外LED可以通過特定頻率調(diào)制，光傳感器的輸出只可以在該特定頻率下解調(diào)。由此來降低陽(yáng)光對(duì)未調(diào)制的紅外光的影響。制造商聲稱的最新產(chǎn)品能承受75~100klx的環(huán)境光，表明這些技術(shù)在降低光學(xué)觸摸對(duì)日光的敏感度方面有了不錯(cuò)的成就。

　　2 新型光學(xué)觸摸系統(tǒng)

　　新元件技術(shù)和關(guān)鍵器件的成本降低使得大量嶄新的光學(xué)觸摸系統(tǒng)得以產(chǎn)生。便宜和更尖端的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)工具的結(jié)合，為現(xiàn)有光學(xué)觸摸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和制造的再次提出創(chuàng)造了完善的條件。

　　現(xiàn)有兩大類新的光學(xué)觸摸系統(tǒng)：一類是取決于光源的，通過阻斷來檢測(cè)觸摸的;還有一類是利用環(huán)境光，而與光源無關(guān)的。另外，這些新系統(tǒng)還可以根據(jù)規(guī)定光束的遮斷，以及通過復(fù)雜的信號(hào)處理來確定顯示器上方圖像的觸摸點(diǎn)來分類。本文回顧了這些新型的光學(xué)觸摸系統(tǒng)。

　　3 Neonode

　　Neonode采用了傳統(tǒng)的IR觸摸技術(shù)，LED以及光敏二極管，關(guān)鍵在于將其微型化以用于手持設(shè)備。除了將該技術(shù)用于其N2手機(jī)，Neonode還將它銷售給其他的設(shè)備制造商。但是還不清楚該技術(shù)是否被其他的手機(jī)銷售商采納。該項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵挑戰(zhàn)在于斜面的高度。很多手機(jī)制造商不斷地嘗試制造能在頂面齊平或者接近齊平的新元件，他們希望顯示器盡量延伸，盡量靠近設(shè)備的邊緣(使得顯示器的尺寸和對(duì)多媒體功能的體驗(yàn)都盡可能的大)。參考圖2中給出的Neonode N2和蘋果iPhone，可以立刻明顯發(fā)現(xiàn)iPhone屏幕的表面是平滑的，而N2手機(jī)屏的表面是凹的。通過對(duì)樣品的檢測(cè)，N2的斜高約為1.6mm(包括包裝材料的厚度);而iPhone的斜高為0(平滑)。其它妨礙Neonode觸摸屏技術(shù)在手機(jī)市場(chǎng)使用的問題有成本和功耗，都是因?yàn)樵O(shè)備中大量的采用光電子元件(LED和光敏二極管)造成的。

　　對(duì)于這項(xiàng)技術(shù)及蘋果iPhone的另外一個(gè)潛在的挑戰(zhàn)是只能用手指觸摸的限制。亞洲智能手機(jī)制造商更希望能夠采用觸摸筆輸入，以支持字符識(shí)別。Neonode N2上的光束間隔比較寬，大約每厘米2.5個(gè)光束，手指大約能夠覆蓋9個(gè)光束交叉點(diǎn)。這能節(jié)約能量，但是使得觸摸筆在觸摸屏上無法使用。即使使用大的觸摸筆，由于分辨率不夠，手寫識(shí)別還是無法實(shí)現(xiàn)。相比較而言，用于iPhone的導(dǎo)電軌跡間隔相對(duì)比較窄，大概每厘米25個(gè)軌跡交叉點(diǎn)。但是，即便是投射式電容性技術(shù)的分辨率更高，它只能支持手指觸摸，限制了觸摸筆或是戴手套時(shí)的使用。所以這個(gè)比較結(jié)論有待討論。