Сенсорный экран (от англ. touch screen) - это координатное устройство, позволяющее путем прикосновения (пальцем, стилусом и т.п.) к области экрана монитора производить выбор необходимого элемента данных, меню или осуществлять ввод данных в различных компьютерных системах. Сенсорные экраны наиболее пригодны для организации гибкого интерфейса, интуитивно понятного даже далеким от техники пользователям. С распространением карманных, планшетных компьютеров, устройств для чтения электронных книг и различных терминалов сенсорные экраны стали такими же привычными, как кнопка и колесо.
За прошедший период развития сенсорных экранов было разработано несколько типов этих устройств ввода, основанных на различных физических принципах, которые используются для определения места касания. В настоящее время наибольшее распространение получили два типа дисплеев — резистивные и емкостные. Помимо этого различают экраны, способные регистрировать одновременно несколько нажатий (Multitouch) или только одно. Сенсорные экраны используют всего четыре основных базовых принципа построения: резистивный, емкостный, акустический и инфракрасный (разные источники выделяют шесть, а иногда и семь технологий, по которым производятся сенсорные экраны).
Стекло - основной материал для поверхности экранов по оптическим характеристикам, а так же по его твердости и длительности в использовании. Специальное антивандальное стекло также дает дополнительную возможность для использования в жестких окружающих средах. Применение сенсорных экранов дает ряд преимуществ их обладателям. Например, интерактивные справочные системы (киоски), используемые в аптеках, торговых центрах, банках и на вокзалах, удобны в обращении и позволяют экономить время, чем, несомненно, привлекают клиентов. Использование сенсорных панелей и планшетов вместо меловых досок в сфере образования также сулит определенные выгоды.
Резистивный сенсорный экран.
Резистивные экраны (технология AccuTouch) разрабатывалась для использования в условиях агрессивной окружающей среды, поэтому они превосходят другие экраны в надежности и долговечности. Резистивные экраны обладают максимальной стойкостью к загрязнению. Эта особенность позволяет им не бояться попадания на рабочую поверхность жидкостей, конденсата, паров, и надежно работать, когда другие типы экранов выходят из строя (экран выдерживает до 35 миллионов прикосновений к одной точке).
Конструктивно экран представляет собой стеклянную или акриловую пластину, покрытую двумя токопроводящими слоями. Эти слои разделены незаметными для глаз прокладками, которые предохраняют сеть вертикальных и горизонтальных проводников от соприкосновения. В момент нажатия слои контактируют и контроллер регистрирует электрический сигнал. Координаты нажатия определяются, исходя из того, на пересечении каких проводников было зарегистрировано воздействие.
Принцип работы (четырехпроводного) резистивного сенсорного экрана:
1. До экрана дотрагиваются любым твердым предметом.
2. Верхний резистивный слой прогибается и соприкасается с нижним.
3. Контроллер определяет напряжение в точке касания на нижнем слое и вычисляет координату точки касания по оси X.
4. Контроллер определяет напряжение в точке касания на верхнем слое и определяет координату точки касания по оси Y.
Емкостный (электростатический) сенсорный экран.
В работе емкостного экрана человек участвует не только механическим нажатием, но и изменяет электрические параметры. До прикосновения экран обладает некоторым электрическим зарядом. Прикосновение пальца меняет картину заряженности, «оттягивая» часть заряда к точке нажатия. Датчики экрана, расположенные по всем четырем углам, следят за течением заряда в экране, определяя, таким образом, координаты «утечки» электронов.
В основе принципа работы емкостных сенсорных экранов лежит свойство человеческого тела проводить электрический ток, что указывает на наличие электрической емкости. В простейшем случае такой экран состоит из прочной стеклянной подложки, на которую наносится слой резистивного материала. По его углам размещаются четыре электрода. Сверху резистивный материал укрывается токопроводящей пленкой.
Проводящее покрытие, используемое для определения координат, чувствительно к влаге, механическим повреждениям и проводящим ток загрязнениям. Емкостные экраны срабатывают только при касании их проводящим предметом (рукой без перчатки или специальным стилусом). Он обычно состоит из прочной стеклянной подложки, на которую наносится слой резистивного материала. По его углам размещаются четыре электрода. Сверху резистивный материал укрывается токопроводящей пленкой. На все четыре электрода подается небольшое переменное напряжение. В момент прикосновения человека к экрану электрический заряд перетекает по коже на тело, при этом возникает электрический ток. Его значение пропорционально расстоянию от электрода (угла панели) до точки касания. Контроллер измеряет силу тока по углам экрана иопределяет координаты точки касания. Емкостные экраны также отличаются высокой надежностью (в них отсутствуют гибкие мембраны) и высокой степенью прозрачности. Правда, они не годятся для работы стилусом или перчаткой, - нажимать на экран необходимо «голым пальцем». Надежность емкостного экрана - до миллиарда нажатий в одно и то же место. Емкостный принцип иногда используется и в «обычных» клавиатурах, причем эти клавиатуры отличаются от механических и мембранных большей надежностью и стойкостью к пыли и влаге.
Принцип работы:
1. До экрана дотрагиваются проводящим ток предметом (пальцем, специальным стилусом).
2. Ток перетекает сэкрана на предмет.
3. Контроллер измеряет силу тока поуглам экрана иопределяет координаты точки касания.
Преимущества емкостных сенсорных экранов:
1. Высокая долговечность (до200 млн. нажатий).
2. Возможность работы при низких температурах (до-15 °С).
3. Высокое светопропускание (более 90%).
Недостатки:
1.Реагируют на прикосновение только токопроводящего предмета (пальца, специального стилуса).
2.Восприимчивы к воздействию влаги, токопроводящих загрязнений.
3. Не поддерживают Multitouch.
Проекционно-ёмкостные сенсорные экраны.
Выполненные по классической технологии экраны такого типа также не способны отслеживать одновременно несколько нажатий. Такой возможностью обладает проекционно-емкостный сенсорный экран, который используется в телефонах iPhone и аналогичных устройствах. Он имеет более сложное строение по сравнению с обычными емкостными экранами. В нем используется достаточно редкий в настоящее время оптический сенсорный экран, поддерживающий технологию Multitouch. На подложку из стекла наносится два слоя электродов, разделенные диэлектриком и формирующие решетку (электроды в нижнем слое расположены вертикально, а в верхнем — горизонтально). Сетка электродов вместе с телом человека образует конденсатор. В месте касания пальцем происходит изменение его емкости, контроллер улавливает это, и вычисляет по этим данным координату точки касания.
Такие экраны также имеют высокую прозрачность и способны работать при еще более низких температурах (до -40 °С). Проводящие электрический ток загрязнения влияют на них в меньшей степени, они реагируют на руку в перчатке. Высокая чувствительность позволяет использовать для защиты таких экранов толстый слой стекла.
На внутренней стороне проекционно-ёмкостных сенсорных экранов нанесена сетка электродов. Электрод вместе с телом человека образует конденсатор, а электроника измеряет ёмкость этого конденсатора (подаёт импульс тока и измеряет напряжение).
Прозрачность таких экранов до 90 %, температурный диапазон чрезвычайно широк. Очень долговечны (узкое место — сложная электроника, обрабатывающая нажатия). На данного типа экранах может применяться стекло толщиной вплоть до 18 мм, что приводит к высокой вандалоустойчивости. На непроводящие загрязнения не реагируют, проводящие легко подавляются программными методами. Поэтому проекционно-ёмкостные сенсорные экраны применяются в автоматах, устанавливаемых на улице. Реагирует на руку в перчатке. Невысокая точность дополняется параллаксом от толстого вандалоустойчивого стекла. Отличают нажатие рукой от нажатия проводящим пером. В некоторых моделях поддерживается мультитач. Поэтому такая технология применяется в тачпадах и мультитач-экранах.
Принцип работы:
1. Экрана касаются или подносят к нему на близкое расстояние проводящий ток предмет, образующий вместе сним конденсатор.
2. В месте касания изменяется электрическая емкость.
3. Контроллер регистрирует изменение и определяет, на каком пересечении электродов оно произошло. На основании этих данных вычисляются координаты точки касания.
Преимущества:
1. Высокая долговечность (до 200 млн. нажатий), возможность работы при низких температурах (до-40 °С).
2. Высокая вандалоустойчивость (экран можно покрыть слоем стекла толщиной до18 мм).
3. Высокое светопропускание (более 90%).
4. Поддерживают Multitouch.
Недостатки:
1. Реагируют на прикосновение только токопроводящего предмета (пальца, специального стилуса).
Multitouch-экран позволяет отслеживать несколько точек касания. Мультитач (англ. multitouch или multi-touch) — технология, по которой сенсорный экран или тачпад отслеживает одновременно несколько точек нажатия. Например, сближая пальцы рук, можно уменьшить картинку на дисплее, а раздвигая — увеличить. Кроме того, мультитач-экраны позволяют работать с устройством одновременно нескольким пользователям. Сейчас различные технические воплощения технологии используются, и активно продвигаются в продуктах компаний Apple, Hewlett-Packard, HTC, Dell, Microsoft, ASUS, LG и некоторых других.
Хотя слово «мультитач» обычно относится к сенсорным экранам, тачпады Apple, начиная с PowerBook, также распознают жесты несколькими пальцами. В PowerBook есть особый смысл— прокрутка— лишь у параллельного движения двумя пальцами, а в MacBook, MacBook Pro и MacBook Air уже распознаются двупальцевые повороты и разведения-сведения, а также разнонаправленные штрихи тремя и четырьмя пальцами. Также эту технологию поддерживает новая мышь компании Apple - Magic Mouse.
Большинство современных больших мультитач экранов основаны на проекции. Есть также ИК-рамки, которые отслеживают несколько точек касания одновременно и могут использоваться с любыми типами дисплеев.
Наиболее распространённые мультитач-жесты:
- сдвинуть пальцы— мельче,
- раздвинуть пальцы— крупнее,
- двигать несколькими пальцами— прокрутка,
- поворот двумя пальцами — поворот объекта\изображения\видео.
Акустические сенсорные экраны.
В основу сенсорных экранов IntelliTouch положена оригинальная технология, использующая принцип поверхностно-акустических волн (ПАВ). Экран представляет собой стеклянную панель, что позволяет получить максимально качественное изображение на сенсорном мониторе. Поверхность экранов IntelliTouch способна противостоять механическим повреждениям. Прикоснувшись к экрану пальцем, рукой в перчатке или стило и Вы получите точный ответ на прикосновение. Сенсорные экраны IntelliTouch прекрасно себя зарекомендовали в торговле, сфере обучения, интеллектуальных зданиях.
Такого типа экраны построены с использованием миниатюрных пьезоэлектрических излучателей звука, не слышимого человеком. Стекло такого экрана постоянно незаметно вибрирует под воздействием излучателей, установленных в трех углах экрана. Специальные отражатели особым образом распространяют акустическую волну по всей поверхности экрана. Прикосновение к экрану меняет картину распространения акустических колебаний, что и регистрируется датчиками. По изменению характера колебаний можно вычислить координаты возмущений, внесенных нажатием на экран. Кроме этого, анализируя степень изменения колебаний, можно вычислить силу нажатия на экран. Это полезно при проектировании систем управления промышленным оборудованием, например, для плавного изменения скорости вращения двигателей и других параметров.
Среди плюсов акустических экранов — отсутствие покрытий, что повышает надежность и прозрачность экрана. Прохождение света ухудшается всего на 10%, а ресурс экрана оценивается в фантастические 50 млн. нажатий в одной точке. Разрешение акустических экранов может достигать 4096×4096 точек.
Антивандальные сенсорные экраны SecureTouch, производства мирового лидера в области сенсорных технологий, компании Elo TouchSystems, изготовлены из 6-ти миллиметрового стекла повышенной прочности и способны противостоять грубому воздействию и ударам тяжелых предметов. Экраны Elo SecureTouch являются оптимальным выбором для установки в платежные терминалы, информационные киоски, банкоматы, билетные терминалы и лотерейные автоматы. А также везде, где требуется надежная защита и стабильная работа.
На стеклянной панели экрана, соответствующей форме матрицы монитора, по углам в нерабочей части расположены пьезопреобразователи. Контроллер посылает электрический сигнал на преобразователи, которые превращают сигнал в акустическую волну. Акустическая волна проходит по поверхности стеклянной панели и отражается массивом датчиков по периметру. Приемные датчики собирают отраженную волну и направляют ее обратно на пьезоэлементы. Волна преобразуется в электрический сигнал, который анализируется контроллером.
При прикосновении к экрану часть поверхностной волны поглощается. Полученный сигнал сравнивается с эталоном, определяются изменения, вычисляются координаты. Этот процесс осуществляется независимо по двум осям - X и Y. Особенностью SecureTouch является возможность определять силу прикосновения - координату Z. Координаты передаются в компьютер.
В отличие от экранов других производителей, SecureTouch стабильно работают в случаях пережатия экрана или в условиях сильного загрязнения. Специальный чип, установленный в контроллере, отслеживает данные ситуации, усиливает мощность сигнала и позволяет экрану продолжать стабильно работать. Следовательно, экраны SecureTouch позволяют избежать простоя терминалов и сэкономить на сервисном обслуживании. В Elo SecureTouch действительно используется высококачественное закаленное антивандальное стекло, способное противостоять грубому воздействию.
Технология Acoustic Pulse Recognition (APR) работает простым и элегантным способом – путем распознавания звука в момент касания экрана в определенной точке. Сенсор генерирует уникальный звук в любой точке экрана. Четыре крошечных датчика, закрепленных по краям сенсорных экранов, принимает сигнал сенсора. Звук оцифровывается, затем передается контроллером и сравнивается со списком ранее записанных сигналов для каждой точки экрана. Курсор мгновенно перемещается в точку, соответствующую месту касания. APR игнорирует звуки окружающей среды и любые внешние звуки, если они не входят в ранее сохраненный список. APR отличается от предыдущих разработок методом звукового распознавания позиции касания с использованием микрофонов, потому что этот способ гораздо удобней и проще для настольных аппаратов, чем применение мощного и дорогого способа вычисления сигнала путем программного вычисления точки касания без каких-либо иных возможностей применения ссылок. Поэтому APR технология является более эффективной в соотношении цена-качество, и более экономична для больших экранов.
Теперь APR технология включает комбинацию самых лучших характеристик технологий AccuTouch и IntelliTouch. Ранее такого не достигалось в ни одной сенсорной разработке. Хотя APR - новая технология, она весьма похожа на очень популярную 20 лет назад IntelliTouch. Обе разработки используют поверхность из настоящего стекла с закрепленным датчиком. Однако если в IntelliTouch применяются датчики, преобразующие и принимающие сигналы, то в APR они лишь "слушающие".
Инфракрасные сенсорные экраны.
В ряде случаев к качеству изображения, воспроизводимого отображающим устройством, предъявляются строгие требования. Это касается дисплеев, предназначенных главным образом для просмотра телевизионных передач, видеофильмов или для отображения иллюстративного материала (слайдов и фотографий), например, в художественном кружке или фотостудии. При необходимости оснащения такого устройства сенсорным экраном лучшим решением будет применение инфракрасной технологии. Для определения точки касания используются две линейки светодиодов, расположенные по вертикали и горизонтали, и две линейки фотодиодов, расположенные на противоположных сторонах экрана.
Каждому светодиоду соответствует свой фотодиод. Работает такая оптическая пара следующим образом. При подаче напряжения на светодиод он излучает невидимый для человека инфракрасный свет в пределах очень небольшого телесного угла, чтобы попасть на "свой" фотодиод и "не задеть" соседние. Любое препятствие (например, касающийся экрана палец руки), частично или полностью перекрывающее световой луч, приводит к уменьшению или прекращению электрического тока через соответствующий фотодиод. Это изменение фиксируется микроконтроллером, позволяя вычислить координаты касания с высокой точностью. Обычно светодиод (и соответственно фотодиод) в линейке имеет размеры порядка 2,5 мм, то есть на каждый квадратный сантиметр панели приходится четыре горизонтальных и четыре вертикальных сканирующих луча. Однако механизмы интерполяции, используемые микроконтроллером, позволяют вычислять положение препятствия с большей точностью.
Инфракрасный сенсорный экран выполнен в виде рамки, которая не имеет никаких стекол или прозрачных пленок. Поэтому изменение яркости, контраста и цветопередачи изображения, а также появление дополнительных бликов исключено, что является несомненным достоинством экрана.
Инфракрасная технология не лишена ряда недостатков. Применение в качестве отображающего устройства жидкокристаллических панелей нежелательно, так как касание их поверхности может привести к повреждению TFT-транзисторов и появлению "мертвых" точек (которые всегда либо включены, либо выключены). Рамка сенсорного экрана зачастую не прилегает к экрану дисплея вплотную, а находится на некотором расстоянии, при этом вследствие параллакса становятся заметными ошибки определения координат по углам. Устройство имеет невысокую надежность, что связано с особенностями конструкции, — оптопары боятся пыли, загрязнений и конденсата. Попадание прямого солнечного света вызывает сбои в работе. Применяются ИК-экраны обычно в образовательных учреждениях (в качестве интерактивных панелей большого размера) и в игровых автоматах.
Версия сайта для слабовидящих