光學技術是新興的技術,對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技術優秀論文,歡迎大家閱讀。
摘要:
光學觸摸技術最初是1970年代引入的,最新的突破帶來了該技術的復蘇。研發者已經能夠解決成本、亮環境光下的顯示性能,以及組成要素等問題,這里只提及其中的一小部分。本文詳細介紹了這些問題是如何解決的;該技術的前景,包括深入了解一下光學觸摸系統的幾個嶄新的發展。
關鍵詞:
光學觸摸技術;發光二極管;光學傳感器
光學觸摸技術最初是1970年代Caroll Touch公司(現在是Elo TouchSystems的一部分)發展起來的,現有不少供應商出售該項技術。和其它的觸摸技術相比,光學觸摸技術具有很多優點。工業界的很多人都認為,如果沒有下面將要提到的兩個相當大的缺點,光學觸摸技術現在已經成為觸摸技術的主流。光學觸摸屏技術的最新發展使得光學觸摸技術復興,為其成主流觸摸技術奠定了基礎。
引言
傳統的光學觸摸系統是在顯示器的兩個相鄰斜面上采用紅外發光(IR)二極管(LED)陣列,并在相對的斜面邊緣放置光敏元件,用于分析系統、確定觸摸動作。LED-光傳感元件對在顯示器上形成光束柵格。當物體(例如手指或者鋼筆)觸摸屏幕遮斷了光束,就會在相應光傳感元件處引起光測量值的減弱。光傳感的輸出測量值可以用于確定出觸摸點的坐標。通常控制器是掃描光傳感陣列,而不是同時測量所有的光傳感器,因此這項技術有時被稱為"掃描IR"。在這項技術的高級版本中,每個光傳感器測量來自不止一個LED的光,這使得控制器可以補償由于屏上不可移動的碎片而引起的光的阻斷。
這項傳統的光學觸摸技術已經主要用于觸摸市場中的相關領域。過去,它的廣泛應用由于兩大原因曾經受到限制:技術成本比與之競爭的其他觸摸技術要高,還有在亮環境光下的顯示性能問題。后一個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,噪聲大到無法檢測到觸摸屏的LED光,導致觸摸屏的暫時失靈。這個問題在陽光直射下最為顯著,因為陽光在紅外區域分布有大量的能量。
另外,傳統的光學觸摸技術由于其它的一些技術問題,例如功耗、機械包裝約束、分辨率的限制導致系統檢測PDA筆等小物體的能力受限等,而沒有被手持式觸摸屏(例如手機和PDA等)采用。其它技術例如模擬電阻技術由于成本低很多,主導了移動設備觸摸屏的市場。
但是光學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電材料,例如氧化銦錫(ITO),這會導致顯示屏的光學性能下降。光學觸摸屏的這個優勢對于很多設備、顯示屏供應商來說是極其重要的,因為設備的售出與使用者的感覺質量相關。
光學觸摸的另一個長期需求的性能是傳感器的數字輸出,相比之下,很多其它的觸摸系統是依賴于模擬信號處理來確定觸摸位置。這些與之競爭的模擬系統通常需要不停的再校準,對信號處理(增加了成本和功耗)的要求比較復雜,與數字系統相比精確度相對降低;并且由于操作環境引起更長時間使用后系統失靈。
光學觸摸的另一個關鍵的優點是通常情況下沒有手指、筆或其它被識別硬件的直接接觸。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。在一個光學觸摸系統中,只要與光束接觸就可以了,不需要檢測力量或者觸發系統。
最后,光學觸摸可以執行同時觸摸,這是其它觸摸技術難以實現的。盡管同時觸摸在過去沒有被廣泛地發展,近期由于蘋果iPhone等新設備引起了關注,它讓同時觸摸成為用戶界面不可或缺的一部分。
1最新技術提高
1.1新元件和信號處理的改進
處理:自從傳統的光學觸摸系統開始發展,關鍵元件如LED、光敏二極管、CMoS芯片在性能上有了長足的發展,成本大大降低。產生模塑光學和信號處理算法的技術也有了很大的發展和改進。因此,傳統光學觸摸技術有了發展,至少與其它也在不斷發展的觸摸技術相比保持著競爭力。
1.2改進的光學系統設計
近期,Elo TouchSystems和IRTouch等公司試圖解決光學觸摸的背景或環境光問題,主要采用改進邊緣(縫隙)設計、光學濾光片和更加復雜的信號處理來增強信噪比。如,紅外LED可以通過特定頻率調制,光傳感器的輸出只可以在該特定頻率下解調。由此來降低陽光對未調制的紅外光的影響。制造商聲稱的最新產品能承受75~100klx的環境光,表明這些技術在降低光學觸摸對日光的敏感度方面有了不錯的成就。
2 新型光學觸摸系統
新元件技術和關鍵器件的成本降低使得大量嶄新的光學觸摸系統得以產生。便宜和更尖端的光學系統設計工具的結合,為現有光學觸摸系統的設計和制造的再次提出創造了完善的條件。
現有兩大類新的光學觸摸系統:一類是取決于光源的,通過阻斷來檢測觸摸的;還有一類是利用環境光,而與光源無關的。另外,這些新系統還可以根據規定光束的遮斷,以及通過復雜的信號處理來確定顯示器上方圖像的觸摸點來分類。本文回顧了這些新型的光學觸摸系統。
3 Neonode
Neonode采用了傳統的IR觸摸技術,LED以及光敏二極管,關鍵在于將其微型化以用于手持設備。除了將該技術用于其N2手機,Neonode還將它銷售給其他的設備制造商。但是還不清楚該技術是否被其他的手機銷售商采納。該項技術的關鍵挑戰在于斜面的高度。很多手機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,盡量靠近設備的邊緣(使得顯示器的尺寸和對多媒體功能的體驗都盡可能的大)。參考圖2中給出的Neonode N2和蘋果iPhone,可以立刻明顯發現iPhone屏幕的表面是平滑的,而N2手機屏的表面是凹的。通過對樣品的檢測,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觸摸屏技術在手機市場使用的問題有成本和功耗,都是因為設備中大量的采用光電子元件(LED和光敏二極管)造成的。
對于這項技術及蘋果iPhone的另外一個潛在的挑戰是只能用手指觸摸的限制。亞洲智能手機制造商更希望能夠采用觸摸筆輸入,以支持字符識別。Neonode N2上的光束間隔比較寬,大約每厘米2.5個光束,手指大約能夠覆蓋9個光束交叉點。這能節約能量,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,手寫識別還是無法實現。相比較而言,用于iPhone的導電軌跡間隔相對比較窄,大概每厘米25個軌跡交叉點。但是,即便是投射式電容性技術的分辨率更高,它只能支持手指觸摸,限制了觸摸筆或是戴手套時的使用。所以這個比較結論有待討論。
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