光学技术优秀论文

光学技术优秀论文(2)

时间：2021-08-31

　　4 NextWindow、SMART以及其它技术

　　NextWindow和SMART技术实现了基于照相机的光学触摸，至少有一个新的开始。

　　NextWindow的光学触摸屏技术采用了两个放置在显示器相邻边角上的线扫描照相机(图3)。照相机根据红外光源的截断来检测任何靠近表面物体的移动。由屏表面的一个平面产生光，并由屏三个边上的定向反射条( 定向反射镜使得光从入射角沿着平行但相反的路径反射回来)反射回相机。当手指(或任何物体)触摸屏幕时，控制器就分析了相机中的图像，触摸物体位置的三角关系。SMART光学触摸屏技术使用的是相同的原理，区别在于它用了四个面扫描照相机。

　　即使技术上允许光学触摸技术不需要玻璃触摸表面，供应商也不会这样做，因为需要保护LCD的软(2H)表面。这些技术比传统技术先进在它们的有源器件更少，因此可以减少成本，具有更长的平均失误间隔时间(MTBF)。NextWindow销售的触摸屏的尺寸在12～120in范围之间，到目前为止大多数应用于监视器尺寸的显示屏(例如HP TouchSmart家用电脑)，以及用于交互数字签名的大尺寸显示[1]。尽管这项技术具有很高的分辨率和数据传输率，能够支持触摸笔的手写识别;但是，对于小于10in，由于边界宽度、成本、功耗的考虑不采用掌上反射显示屏的还无法应用。总的来说，基于相机的光学触摸技术在近期内还无法应用于移动设备。

　　5 Perceptive Pixel

　　纽约大学的研究者最新研制了一种可以同时用10个、20个，甚至更多手指触摸的大型多处触摸屏。Perceptive Pixel公司的成立，旨在将该项技术商业化――尽管这项技术已经应用于交互性白板、触摸屏桌、数字墙等领域，所有的这些设备都可以由多人同时操作。

　　Perceptive Pixel技术原理是将红外LED光引入玻璃或塑料的背投屏上。该技术应用非全内反射(FTIR)，即当手指触摸玻璃表面时，光从手指处散射出去，被垂直于普通玻璃表面的光学传感器检测到[2]。在Perceptive Pixel应用中，光传感器是投影机旁边的一个摄像机(见图4)。因为该技术是为背投显示屏设计的.，它不能应用在移动设备中。

　　6夏普、东芝-松下显示(TMD)及其它

　　夏普、TMD以及LG-飞利浦LCD都展示了显示屏本身作为光传感器件的光学图像触摸系统。这些新型的LCD在每个LCD像素中集成了一个光传感器件(发光二极管或光敏晶体管)，这使得整个显示屏成为一个大矩阵光传感器;加上合适的图像分析技术，它可以成为触摸传感器甚至一个读卡扫描器。夏普最新展示了320×480像素光传感分辨率的3.5in LCD。由于固有的数字技术，它具有识别出同时多处触摸事件的能力(图5)。

　　将这项技术应用于触摸屏需要面临的一个挑战是，在有各种不同类型环境光的情况下进行信号处理。与普通的触摸屏不同，该技术需要分析一幅复杂的图像来确认是否有触摸发生。与普通的触摸屏相比，这项技术需要更加先进、昂贵、耗电的处理器。另外，多种背景光的存在会使得图像分析更为复杂。另外一个需要考虑的问题是速度。比如说，手写识别通常被认为需要至少每秒130帧的触摸识别速度，以避免识别延时。这种处理速度对于基于图像矩阵、低功耗的、用于手持设备的触摸技术来说是一种挑战。

　　由于移动设备的显示屏的尺寸、比例、分辨率有很多种，生产商没有真正的标准。因此，生产能够用于任意显示器的传感器将带来高成本，并且需要处理复杂触摸传感LCD的NRE。另外，这些LCD可能具有更小的像素-孔径比，因此与没有触摸传感的类似显示屏相比亮度可能会低一些。

　　7 RPO数字波导触摸技术

　　RPO数字波导触摸(DWT)技术是基于传统IR系统概念发展而来的光学触摸系统。这种系统采用1～2个低成本LED，用来从两个相邻斜边提供可控的光源(事实上是一个红外光平面)，然后在另两个相邻的斜边上，利用聚合物光学波导来将光线引入分立的10 m管道进入一个小的光传感器矩阵(图6)。

　　这项由传统IR触摸改进的技术有效地解决了传统技术所有的缺点。下面将讨论这些缺点。

　　由于光电器件(LED和传感器)不再放置在显示器的斜边上;与传统的光学触摸系统相比，斜面高度和宽度对触摸系统的影响减弱了。RPO展示了在显示区域外只有2mm的触摸系统，从屏保护(镜片)到器件外壳的内表面的侧面高度只有0.5mm。

　　DWT因为只有1~2个LED和1个光传感器芯片，所以成本要低很多;由于接收端的光学信号进入分立的光导，被光传感器矩阵的独立像素分别检测而具有"数字性"，所以它的分辨率要高很多。因此，笔检测和手写输入识别成为了可能。

　　滤波器和孔隙化的发展使得环境光不再是个问题，因为细小光学波导作为接收管道。

　　使这项技术成为可能的关键是RPO公司改进的低成本光刻印刷聚合物光学波导。这家公司采用类似LCD的处理工具来沉积湿膜，用直接的光刻图案处理薄膜，还有溶剂的改进。这听起来很简单，但是改进聚合物材料和用于生产大量、高强度的高分辨率光导的工艺用了很多年。另外，这个RPO使用的光学系统设计非常复杂，但是在物理系统中简单、便宜、便于集成。

　　RPO在Display Week 2007上演示了这个系统，当时用于PDA设备的多重触摸。DWT现用于高端用户产品之中。理论上讲，这个系统可以用于任意尺寸的显示屏，但是RPO最初是面向中小型消费类电子和车载显示器的。

　　8 结论

　　以上这些新的光学触摸技术都可以在广大且持续发展的触摸屏市场中占据属于自己的一席之地。排除所有的技术缺陷，我们可以预测光学触摸技术与其它触摸技术相比具有关键的优点。总的来说，这些新技术，如果都归类于"光学触摸系统"，最终可以占据触摸屏市场的一大份。

　　促进手持式触摸屏迅猛发展的是苹果iPhone以及其它智能手机、GPS手持设备，还有个人多媒体播放器。上面的这些技术，Neonode、夏普、TMD、RPO目标都很明确，并希望能和现有的电阻和投射式电容性触摸技术竞争。

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