Термін «тачскрін»З'явився в результаті злиття слів« touch »і« screen », що з англійської можна перекласти дослівно як« реагує на дотик екран ».
Сенсорний екран (тачскрін) - Пристрій введення інформації, що представляє собою екран, що реагує на дотики до нього.
Найчастіше його називають «сенсорним» екраном - торкаючись пальцем або спеціальним пристроєм (стилусом) до певної області екрану запускається передбачена алгоритмом програма.
Пристрій з сенсорним екраном зустрічається жителям міст практично щодня: це банкомати, банківський бокс для прийому платежу, довідковий термінал, екран мобільного телефону та багато іншого.
Види сенсорних екранів
Сенсорні екрани підрозділяються на резистивні, матричні, проекційно-ємнісні, сенсорні екрани на поверхнево-акустичних хвилях, інфрачервоні, оптичні, тензометричні, сенсорні екрани DST і індукційні.
Резистивні сенсорні екрани
Поділяються на чотирипровідні і п'ятипровідні.
Чьотирьох екран
Резистивний сенсорний екран складається зі скляної панелі і гнучкої пластикової мембрани. І на панель, і на мембрану нанесено резистивні покриття. Простір між склом і мембраною заповнено мікро-ізоляторами, які рівномірно розподілені по активній області екрану і надійно ізолюють провідні поверхні. Коли на екран натискають, панель і мембрана замикаються, і контролер за допомогою аналогово-цифрового перетворювача реєструє зміну опору і перетворює його в координати дотику (X і Y). У загальних рисах алгоритм зчитування такий:
На верхній електрод подається напруга + 5В, нижній заземлюється. Лівий з правим з'єднуються накоротко, і перевіряється напруга на них. Ця напруга відповідає Y-координаті екрану.
Аналогічно на лівий і правий електрод подається + 5В і «земля», з верхнього і нижнього зчитується X-координата.
Існують також восьмипроводного сенсорні екрани. Вони покращують точність відстеження, але не підвищують надійності.
П'ятипровідна екран
П'ятипровідна екран більш надійний за рахунок того, що резистивні покриття на мембрані замінено проводять (5-провідний екран продовжує працювати навіть з прорізаної мембраною). На задньому склі нанесено резистивні покриття з чотирма електродами по кутах.
Спочатку всі чотири електроди заземлені, а мембрана «підтягнута» резистором до +5. Рівень напруги на мембрані постійно відстежується аналогово-цифровим перетворювачем. Коли ніщо не стосується сенсорного екрану, напруга дорівнює 5 В.
Як тільки на екран натискають, мікропроцесор вловлює зміну напруги мембрани і починає обчислювати координати торкання наступним чином:
На два правих електрода подається напруга + 5В, ліві заземляются. Напруга на екрані відповідає X-координаті.
Y-координата зчитується підключенням до +5 обох верхніх електродів і до «землі» обох нижніх.
Особливості:
Резистивні сенсорні екрани дешеві і стійки до забруднення. Резистивні екрани реагують на дотик будь-яким гладким твердим предметом: рукою (голою або в рукавичці), пером, кредитною карткою, медіатором. Їх використовують скрізь, де вандалізм і низькі температури не виключені: для автоматизації промислових процесів, в медицині, у сфері обслуговування (POS-термінали), в персональній електроніці (КПК). Кращі зразки забезпечують точність в 4096-4096 пікселів.
Недоліками резистивних екранів є низьке світлопропускання (не більше 85% для 5-провідних моделей і ще більш низьке для 4-провідних), низька довговічність (не більше 35 млн натиснень в одну точку) і недостатня вандалоустойчивость (плівку легко розрізати).
Матричні сенсорні екрани
Конструкція аналогічна резистивной, але спрощена до межі. На скло нанесені горизонтальні провідники, на мембрану - вертикальні.
При дотику до екрану провідники стикаються. Контролер визначає, які провідники замкнулися, і передає в мікропроцесор відповідні координати.
Особливості:
Мають дуже низьку точність. Елементи інтерфейсу доводиться спеціально розташовувати з урахуванням клітин матричного екрану. Єдине достоїнство - простота, дешевизна і невибагливість. Зазвичай матричні екрани опитуються по рядках (аналогічно матриці кнопок) - це дозволяє налагодити мультитач. Поступово замінюються резистивними.
Ємнісні сенсорні екрани
Принцип дії ємнісного сенсорного екрану
Ємнісний (або поверхнево-ємнісний) екран використовує той факт, що предмет великої ємності проводить змінний струм.
Ємнісний сенсорний екран являє собою скляну панель, вкриту прозорим резистивним матеріалом (зазвичай застосовується сплав оксиду індію та оксиду олова). Електроди, розташовані по кутах екрана, подають на провідний шар невелику змінну напругу (однакове для всіх кутів). При торканні екрану пальцем або іншим провідним предметом з'являється витік струму. При цьому чим ближче палець до електрода, тим менше опір екрану, а значить, сила струму більше. Струм у всіх чотирьох кутах реєструється датчиками і передається в контролер, що обчислює координати точки дотику.
У більш ранніх моделях ємнісних екранів застосовувався постійний струм - це спрощувало конструкцію, але при поганому контакті користувача з землею призводило до збоїв.
Ємнісні сенсорні екрани надійні, близько 200 млн натискань (близько 6 з половиною років натискань з проміжком в одну секунду), не пропускають рідини і відмінно терплять струмонепровідних забруднення. Прозорість на рівні 90%. Втім, проводить покриття, розташоване прямо на зовнішній поверхні, все ще вразливе. Тому ємнісні екрани широко застосовуються в автоматах, лише встановлених в захищеному від негоди приміщенні. Не реагують на руку в рукавичці.
Варто зауважити, що через відмінності в термінології часто плутають поверхнево і проекційно-ємнісні екрани. За класифікацією, застосованої в даній статті, екран, наприклад, iPhone є проекционно-ємнісним, а не ємнісним.
Проекційно-ємнісні сенсорні екрани
Принцип дії проекционно-ємнісного сенсорного екрану
На внутрішній стороні екрану нанесена сітка електродів. Електрод разом з тілом людини утворює конденсатор- електроніка вимірює ємність цього конденсатора (подає імпульс струму і вимірює напругу).
Компанія Samsung зуміла встановити чутливі електроди прямо між субпикселов AMOLED-дисплея, це спрощує конструкцію і підвищує прозорість.
Особливості:
Прозорість таких екранів до 90%, температурний діапазон надзвичайно широкий. Дуже довговічні (вузьке місце - складна електроніка, обробна натискання). На ПЁСЕ може застосовуватися скло товщиною аж до 18 мм [10], що призводить до крайньої вандалостійкості. На непровідні забруднення не реагують, які проводять легко придушуються програмними методами. Тому проекционно-ємнісні сенсорні екрани широко застосовуються і в персональній електроніці, і в автоматах, у тому числі встановлених на вулиці. Багато різновидів підтримують мультитач.
Сенсорні екрани на поверхнево-акустичних хвилях
Екран являє собою скляну панель з п'єзоелектричними перетворювачами (ПЕП), що знаходяться по кутах. По краях панелі знаходяться відображають і приймаючі датчики. Принцип дії такого екрану полягає в наступному. Спеціальний контролер формує високочастотний електричний сигнал і посилає його на ПЕП. ПЕП перетворює цей сигнал в ПАР, а відображають датчики його відповідно відображають.
Ці відбиті хвилі приймаються відповідними датчиками і посилаються на ПЕП. ПЕП, в свою чергу, приймають відбиті хвилі і перетворюють їх в електричний сигнал, який потім аналізується за допомогою контролера. При торканні екрану пальцем частина енергії акустичних хвиль поглинається. Приймачі фіксують цю зміну, а мікроконтроллер обчислює положення точки дотику. Реагує на дотик предметом, здатним поглинути хвилю (палець, рука в рукавичці, пориста гума).
Особливості:
Головним достоїнством екрана на поверхневих акустичних хвилях (ПАР) є можливість відслідковувати не тільки координати точки, а й силу натискання (тут, швидше, здатність точно визначати радіус або область натискання), завдяки тому, що ступінь поглинання акустичних хвиль залежить від величини тиску в точці торкання (екран не прогинається під натисканням пальця і не деформується, тому сила натискання не тягне за собою якісних змін в обробці контролером даних про координати впливу, який фіксує тільки область, перекриває шлях акустичних імпульсів).
Цей пристрій має дуже високу прозорість, так як світло від отображающего приладу проходить через скло, що не містить резистивних або проводять покриттів. У деяких випадках для боротьби з відблисками скло взагалі не використовується, а випромінювачі, приймачі і відбивачі кріпляться безпосередньо до екрану відображає пристрою. Незважаючи на складність конструкції, ці екрани досить довговічні. За заявою, наприклад, американської компанії Tyco Electronics і тайванської фірми GeneralTouch, вони витримують до 50 млн торкань в одній точці, що перевищує ресурс 5-проводового резистивного екрану.
Екрани на ПАР застосовуються, в основному, в ігрових автоматах, в охоронюваних довідкових системах і освітніх установах. Як правило, екрани ПАР розрізняють на звичайні - товщиною 3 мм, і вандалостійкі - 6 мм. Останні витримують удар кулаком середнього чоловіка або падіння металевої кулі вагою 0.5 кг з висоти 1.3 метра (за даними Elo Touch Systems). На ринку пропонуються варіанти підключення до комп'ютера як через інтерфейс RS232, так і через інтерфейс USB. На даний момент більшою популярністю користуються контролери до сенсорних екранів ПАР, що підтримують і той, і інший тип підключення - combo (дані Elo Touch Systems).
Головним недоліком екрана на ПАР є збої в роботі при наявності вібрації або при впливі акустичними шумами, а також при забрудненні екрана. Будь сторонній предмет, розміщений на екрані (наприклад, жувальна гумка), повністю блокує його роботу. Крім того, дана технологія вимагає торкання предметом, який обов'язково поглинає акустичні хвилі, - тобто, наприклад, пластикова банківська картка в даному випадку непридатна.
Точність цих екранів вище, ніж матричних, але нижче, ніж традиційних ємнісних. Для малювання та введення тексту вони, як правило, не використовуються.
Інфрачервоні сенсорні екрани
Принцип роботи інфрачервоної сенсорної панелі простий - сітка, сформована горизонтальними і вертикальними інфрачервоними променями, переривається при торканні до монітора будь-яким предметом. Контролер визначає місце, в якому промінь був перерваний.
Особливості:
Інфрачервоні сенсорні екрани бояться забруднень і тому застосовуються там, де важлива якість зображення, наприклад, в електронних книгах. Через простоту і ремонтопридатності схема популярна у військових. Часто на такому принципі роблять клавіатури домофонів. Даний тип екрану застосовується в рясних телефонах компанії Neonode.
Оптичні сенсорні екрани
Скляна панель забезпечена інфрачервоним підсвічуванням. На кордоні «скло-повітря» виходить повне внутрішнє віддзеркалення, на кордоні «скло - сторонній предмет» світло розсіюється. Залишається зняти картину розсіювання, для цього існують дві технології:
У проекційних екранах поряд з проектором ставиться камера.
Так влаштований, наприклад, Microsoft PixelSense.
Або світлочутливим роблять додатковий четвертий субпіксель РК-екрану.
Особливості:
Дозволяють відрізнити натискання рукою від натискань будь-якими предметами, є мультитач. Можливі великі сенсорні поверхні, аж до класної дошки.
Тензометричні сенсорні екрани
Реагують на деформацію екрану. Точність тензометричних екранів невелика, зате вони відмінно витримують вандалізм. Основне застосування - банкомати, квиткові автомати та інші пристрої, розташовані на вулиці.
Сенсорні екрани DST
Основна стаття: Dispersive Signal Technology
Сенсорний екран DST (Dispersive Signal Technology) реєструє п'єзоелектричний ефект в склі. Можливо натискання на екран рукою або будь-яким предметом.
Відмінною особливістю є висока швидкість реакції і можливість роботи в умовах сильного забруднення екрана. Однак палець повинен рухатися, нерухомий палець система не помічає.
Індукційні сенсорні екрани
Індукційний сенсорний екран - це графічний планшет з вбудованим екраном. Такі екрани реагують тільки на спеціальне перо.
Застосовуються, коли потрібно реакція саме на натискання пером (а не рукою): художні планшети класу high-end, деякі моделі планшетних ПК.
- Підтримується з обмеженнями, максимум 2 точки дотику.
- Якщо потрібна тільки скляна панель, без будь-яких прозорих проводять плівок - умовно 95%. Якщо не потрібна навіть вона (можна застосувати штатний покриття екрану) - умовно 100%
- Висока - до пікселя (точно відстежує гостре перо). Середня - до декількох пікселів (достатня для натискань пальцем). Низька - великими блоками екрану (неможливо малювання, потрібні дуже великі елементи інтерфейсу).
- Обмежується надійністю електроніки.
- Обмежується забрудненням датчика.
- Огран - апаратура обмеженого доступу (персональна електроніка, промислова апаратура). Помещ - загальний доступ в приміщенні, що охороняється. Вулиця - загальний доступ на вулиці.