Немного теории

Сенсорные поверхности экранов конструкционно представляют собой отдельный элемент, напрямую не связанный с матрицей дисплея. Конечно, в последних поколениях смартфонов и планшетов используются так называемые OGS панели, у которых чувствительный элемент встроен между пикселями, но управление им все равно осуществляется по отдельной шине. Всего же существует три типа тачскринов, каждый со своими особенностями.

Резистивный

Резистивная технология построения сенсорных экранов – самая простая и дешевая. По принципу работы такие тачскрины родственны компьютерным клавиатурам. На двух слоях прозрачной подложки нанесены дорожки из почти прозрачного токопроводящего материала. Эти два слоя расположены друг на друге с зазором в несколько микрометров. Верхний обязательно гибкий и при касании пальца прогибается, замыкая дорожки. Чем дальше находится место замыкания – тем больший путь проходит ток и тем выше сопротивление. По его величине (с точностью до ома) контроллер сенсора вычисляет, в каком месте произошло нажатие.

Резистивные сенсорные экраны дешевы, просты, реагируют на любой предмет, но недостаточно надежны (вывести тачскрин из строя может небольшой порез) и имеют ограниченную прозрачность (под определенным углом даже становятся видны дорожки проводников).

Емкостный

Емкостный тачскрин – самый распространенный в наше время (состоянием на 2016 год). Он более совершенен и надежен. Количество слоев сократилось до одного, его толщина стала меньше. На поверхности сенсорного стекла или пленки наносится сетка прозрачных проводников, отличающихся низким сопротивлением. Человеческое тело плохо проводит электричество и способно накапливать электрический заряд, потому при касании пальца к стеклу происходит небольшая утечка тока, место которой определяет контроллер.

Волновой

В волновом сенсорном экране для регистрации прикосновений используются акустические (ультразвук, технология ПАВ) или световые (инфракрасные, ультрафиолетовые, технология ПСВ) волны. По периметру экрана устанавливается рамка, объединяющая излучатель и регистратор. Когда палец касается поверхности – он поглощает и частично отражает волну, а датчики регистрируют место.

.

Экраны ПАВ и ПСВ надежны, абсолютно прозрачны (нет сетки электродов), имеют неисчерпаемый теоретический ресурс (в реальности зависит от качества компонентов), при наличии защитной рамки сам сенсор невозможно повредить, а применение бронестекла делает неуязвимой и матрицу экрана. Поэтому они часто применяются в банкоматах, платежных терминалах, промышленных станках и медицинском оборудовании. Но точность определения координат пальца у них посредственная. Также волновые тачскрины требуют регулярной протирки (грязь на стекле вызывает фантомные реакции).

Есть и другие виды сенсоров для дисплеев, но они распространены гораздо меньше. Кроме того, эти методы трудно реализовать в домашних условиях, потому они не рассматриваются.

Как сделать монитор сенсорным

Стоит сразу отметить, что переделка обычного монитора в сенсорный емкостный отпадает: такие тачскрины сравнительно дороги, специфичны и отдельно почти не встречаются. А вот резистивная и волновая технологии куда интереснее в этом плане. Еще стоит упомянуть чисто световой (не на ПСВ, а инфракрасный) вариант.

Способ 1: Световой

Первый способ самый простой и доступный, но требует определенных навыков и желания поработать. Перед тем, как сделать монитор сенсорным, нужно запастись веб-камерой, инфракрасным диодом (как в пульте от телевизора) кусочком фотопленки (непроявленной), батарейкой и корпусом для самодельного стилуса (подойдет, например, лазерная указка), а также программой Community Core Vision. Что со всем этим добром делать – подробнее и по пунктам ниже.

1. Установить камеру так, чтобы монитор полностью оказался в поле зрения объектива. Ее нужно закрепить, чтобы избежать смещения и нарушения настроек в дальнейшем.
2. Сделать самодельный инфракрасный стилус, установив диод в корпус и подпаяв тонкие проводки от батареек к его ножкам. Лазерная указка в этом плане хороша тем, что у нее есть корпус с местом для батареек и кнопка, которая позволит подавать питание на диод только в процессе работы. Работоспособность поделки можно проверить, направляя диод в камеру: глаз человека не видит ИК-излучение, а цифровые камеры видят.
3. Вырезать из фотопленки кружок по размеру объектива веб-камеры и наклеить его поверх него. Фотопленка (непроявленная) не пропускает видимое излучение, а вот для инфракрасных лучей она прозрачна. Этот защитный диск послужит экраном, который позволит отфильтровывать видимый свет, для защиты от фантомных нажатий.
4. Скачать и инсталлировать программу Community Core Vision или TouchLib. Откалибровать ПО, чтобы камера улавливала только точку от ИК-диода на стилусе. Затем произвести тонкую калибровку, чтобы совпадала точка нажатия и место срабатывания.

Перед тем, как обычный монитор сделать сенсорным по данному методу, нужно убедиться, что уровень технических навыков достаточен, а обстановка не препятствует воплощению идеи. Ведь веб-камеру требуется точно позиционировать, и для этого нужно место на столе, которое есть не у всех. Кроме того, небольшое смещение ее или экрана вынуждает настраивать все заново.

Способ отличается дешевизной: из оборудования покупать придется только самую дешевую камеру рублей за 500 (у большинства и так имеется), ИК-диод (можно вытащить из разбитого пульта), лазерную указку (можно вместо нее взять маркер или другую тонкую трубку), батарейки («мини-пальчики» или «таблетки»). Сложнее всего с фотопленкой: большинство людей пленочные «мыльницы» последний раз держало в руках больше 10 лет назад. Кроме того, из недостатков у способа – сложность настройки, неустойчивость конструкции, не самый высокий уровень удобства.

Некоторые китайские производители предлагают готовые решения этого типа, позволяющие сделать монитор сенсорным. Такие продукты представляют собой специальную широкоугольную веб-камеру, закрепляемую на дисплее, и стилус. Такой вариант не лишен упомянутых недостатков, зато смотрится привлекательно и не требует навыков работы с самоделками.

Способ 2: Волновой

В продаже встречаются готовые сенсорные панели, работающие по принципу поверхностно-световых (ПСВ) и поверхностно-акустических (ПАВ) волн. Они представляют собой стекло с рамкой, к которому подключен специальный контроллер с интерфейсом USB или COM (RS-232). Такие решения предназначены, в первую очередь, для создания терминалов и спецоборудования, но никто не запрещает использовать их дома.

Процесс переделки дисплея с ними предельно прост.

1. Перед тем, как сделать монитор сенсорным, нужно протереть его микрофиброй со специальным чистящим средством или универсальным стеклоочистителем. Важно помнить: если экран имеет антибликовое покрытие – нельзя использовать для этого средства, содержащие нашатырь (аммиак), так как они смывают этот слой!
2. После этого на экран накладывается сенсорное стекло, которое закрепляется входящими в комплект приспособлениями или сажается на качественный двусторонний скотч (но лучше все-таки прикрутить).
3. Дальнейшая процедура настройки заключается в установке фирменного драйвера и другого ПО (поставляется на диске с сенсором или скачивается с сайта производителя) и калибровке тачскрина.

Основной недостаток подобной переделки монитора в сенсорный – относительная дороговизна. Новый сенсор стоит от нескольких тысяч – до десятков тысяч рублей, в зависимости от диагонали. Кроме того, найти нужный размер на современные широкоформатные матрицы большой диагонали нередко сложно. Связанно это с тем, что узкоформатные (4:5 или 3:4) экраны имеют лучшее соотношение диагонали и полезной площади, поэтому для них такие тачскрины выпускают чаще. Кроме того, стекло с рамкой может портить эстетический вид монитора, не вписываясь в его экстерьер.

Способ 3: Резистивный

По соотношению цены, эффективности и простоты применения наиболее предпочтителен резистивный тачскрин. Китайские производители создают специальные сенсорные пленки разного уровня точности, долговечности и функциональности, с разными размерами.

Некоторые из них могут быть обрезаны для подгонки под размеры дисплея, другие же не поддерживают подобной модификации. Поэтому перед тем, как купить подобный тачскрин, нужно изучить его описание и характеристики.

1. Перед тем, как обычный монитор сделать сенсорным, его также нужно протереть от пыли и разводов.
2. Далее следует снять лицевую рамку с экрана (обычно это делается с помощью медиатора, ненужной банковской карточки или другого тонкого предмета из прочного пластика, который вставляется в зазор) и еще раз протереть дисплей микрофиброй.
3. Если тачскрин не подходит, но поддерживает обрезку – требуется снять мерки с матрицы, чтобы подогнать сенсор под нее. Делать это нужно в соответствии с инструкцией производителя сенсора. Также рекомендуется посмотреть видеоинструкцию по разборке дисплея, чтобы случайно его не сломать. Наконец, важно помнить: модификация лишит вас гарантии производителя дисплея.
4. По краям матрицы монитора (за пределами видимой области) нужно наклеить специальные прокладки, на которые будет посажен тач. Это требуется для защиты дисплея от давления пальцев в процессе эксплуатации.
5. Далее необходимо позиционировать сенсор и наклеить его поверх матрицы.
6. Чтобы спрятать контроллер тачскрина и закрепить его, нужно снять заднюю крышку монитора. Для этого требуется отсоединить ножку или подставку, выкрутить винты сзади (если таковые имеются).
7. Возле платы скаллера (контроллера матрицы) желательно найти свободное место, куда на винтик или двухсторонний скотч (первый вариант надежнее) будет посажен контроллер.
8. Кабель питания контроллера и передачи данных нужно вывести в имеющееся отверстие возле разъема VGA/HDMI/DVI или другого интерфейса подключения. Если дырочки нет – ее можно сделать сверлом или с помощью раскаленного гвоздя (диаметр подбирать в соответствии с толщиной шнура).
9. При установке контроллера важно следить за целостностью шлейфа, не допуская его перекручивания, резких перегибов и т.д.
10. Если матрица вплотную входит в корпус монитора – в месте, где шлейф будет заходить назад, на корпусе лучше сделать подпил наждачкой, надфилем, или же горячим ножом снять слой пластика.
11. Затем заднюю часть корпуса можно надеть обратно.
12. Чтобы рамка монитора встала обратно, ее придется модифицировать. В зависимости от особенностей конструкции, придется подпиливать крепления, срезать или сточить немного внутренние бортики и т.д. После подгонки ее можно устанавливать.
13. Заключительный этап – подключение сенсора и его калибровка. Для этого требуется установить драйвер (скачивается с сайта производителя сенсора или поставляется в комплекте на диске), а затем настроить точность, касаясь точек, которые выводит на экран программа драйвера.

The following two tabs change content below.

• Об Авторе
• Последние записи

Саша

Сторонник здоровой конкуренции на рынке электроники, поклонник качественной китайской техники, любитель экранов высокого качества и разрешения. Обладает талантом выразить недовольство смартфоном с помощью одного слова «пиксели». Интересуется всем, что работает на полупроводниках, ездит, летает или питается от электроэнергии. Любит путешествия автостопом и на велосипеде, power-metal и лето. Не любит Samsung, зиму и Windows Phone.

masterok

Сначала сенсорные экраны (тачскрины) встречались крайне редко. Их можно было найти, в основном, лишь в некоторых карманных компьютерах (КПК, PDA). Как известно, эти устройства так и не получили широкого распространения, поскольку им не хватало самого важного: функциональности телефона. История смартфонов тесно связана с тачскринами. А поэтому современного человека с «умным телефоном» в кармане сенсорным экраном уже не удивишь. Тачскрин нашел широкое применение и в модных дорогих девайсах и даже в сравнительно дешевых телефонах. Но не будем в очередной раз обсуждать достоинства и недостатки тех или иных моделей телефонов. В этом вопросе каждый пользователь способен определиться сам.
Поговорим о принципах работы трех типов сенсорных экранов, которые вы можете встретить в современном устройстве.

Итак, сенсорные экраны перестали быть слишком дорогими. Кроме того, тачскрины стали намного «отзывчивее» и касания пользователя теперь распознают превосходно. Это проложило им широкую дорогу к широким массам пользователей. В настоящее время известны три основных конструкции тачскринов:

1.Резистивные или попросту «упругие» (Resistive)
2.Емкостные (Capacitive)
3.Волновые (Surface acoustic wave)

О резистивном тачскрине. Недавнее прошлое

Резистивная система представляет собою обычное стекло, покрытое слоем проводника электричества и упругой металлической «пленкой», тоже обладающей токопроводящими свойствами. Между этими двумя слоями при помощи специальных распорок оставляют пустое пространство. А поверхность экрана покрыта материалом, защищающим его от царапин.

Во время работы пользователя с тачскрином, электрический заряд проходит через оба слоя. Каким образом все происходит? Пользователь касается экрана в определенной точке и упругий верхний слой приходит в соприкосновение с проводниковым слоем. Причем именно в этой точке. Затем компьютер определяет координаты точки, которой коснулся пользователь.

Когда координаты уже известны устройству, специальный драйвер переводит прикосновение в известные операционной системе команды. Здесь уместна аналогия с драйвером обычной компьютерной мышки. Он занимается тем же самым: объясняет операционной системе, что именно хотел ей сказать пользователь нажатием кнопки или перемещением манипулятора. С экранами этого типа чаще всего используют специальные стилусы.

Резистивные экраны можно обнаружить в сравнительно немолодых устройствах. Именно таким сенсорным дисплеем был оборудован IBM Simon, древнейший из сознанных нашей цивилизацией смартфонов.

Устройство емкостного экрана. Цифровое настоящее

В тачскринах этой конструкции стеклянная основа покрыта слоем, играющим роль вместилища-накопителя электрического заряда. Своим касанием пользователь высвобождает часть электрического заряда в определенной точке. Это уменьшение определяется микросхемами, расположенными в каждом из углов экрана. Компьютер вычисляет разницу электрических потенциалов между различными частями экрана, и информация о касании во всех подробностях немедленно передается в программу-драйвер тачскрина.

Важным преимуществом емкостных тачскринов является способность этого типа экранов сохранять почти 90 % изначальной яркости дисплея. В экранах резистивного типа сохраняется лишь порядка 75 % изначального света. По этой причине изображения на емкостном экране выглядят значительно более четким, чем на тачскринах резистивной конструкции.

Волновые сенсорные дисплеи. Яркое будущее

На концах осей X и Y координатной сетки стеклянного экрана располагается по преобразователю. Один из них передающий, а второй принимающий. На стеклянной основе располагаются и рефлекторы, «отражающие» электрический сигнал, передаваемый от одного преобразователя к другому.

Преобразователь-приемник точно «знает» состоялось ли нажатие и в какой именно точке оно произошло, поскольку своим касанием пользователь вносит прерывание в акустическую волну. Стекло волнового дисплея лишено металлического покрытия, что позволяет сохранить все 100 % изначального света. Благодаря своей столь приятной особенности, волновой экран является наилучшим выбором для пользователей, работающих в мелкими деталями графики. Ведь и резистивные и емкостные тачскрины не идеальны в плане четкости изображения. Покрытие задерживает свет и искажает картинку.

Некоторые особенности различных тачскринов

Самыми дешевыми и наименее четко передающими картинку сенсорными экранами являются резистивные. Кроме того, они же самые уязвимые. Любой острый предмет может повредить нежную резистивную «пленочку». Волновые тачскрины являются самыми дорогими среди себе подобных. Резистивная конструкция скорее относится к прошлому, волновая — к будущему, а емкостная — к настоящему. Хотя грядущее никому не известно и можно лишь предполагать, что та или иная технология имеет некоторые перспективы.

Для резистивной системы не имеет особого значения, коснулся пользователь экрана резиновым наконечником стилуса или пальцем. Достаточно и того, что два слоя пришли в соприкосновение. Емкостной экран распознает лишь касания токопроводящими предметами. Чаще всего пользователи работают с ними при помощи своих пальцев. В этом отношении экраны волновой конструкции ближе к резистивным. Отдать ей команду можно практически любым предметом, избегая при этом тяжелых и слишком маленьких объектов. То есть стержень шариковой ручки не подойдет.

А теперь, если читателям еще не наскучили технические подробности и инженерные тонкости, при наличии желания и свободного времени, они могут отправиться в гости к создателям Xbox One — игровой приставки, которой создатели Windows сумели удивить мир.

По материалам computer.howstuffworks.com

А я вам напомню про такую, пока «фантастическую» вещь, как Аксессуар для бесконтактного управления гаджетами и «Исчезающая» клавиатура для тачскринов. И еще подробности Как работает беспроводная зарядка смартфона? и наверняка Всё это время вы заряжали свой смартфон неправильно

История

Первый в мире сенсорный монитор был разработан в институте кибернетики в г. Киеве, в АН УССР в 1967 г. Авторы изобретения советские учёные:А.И. Тарануха,Г.Г Кашко,А.А Слизкой,В.А. Шихалеев.

В США сенсорный экран был изобретён в рамках исследований по программированному обучению. Компьютерная система PLATO IV, появившаяся в 1972 году, имела сенсорный экран на сетке инфракрасных (ИК) лучей, состоявший из 16×16 блоков. Но даже столь низкая точность позволяла пользователю выбирать ответ, нажимая в нужное место экрана.

В 1971 году Сэмюэлем Херстом (будущим основателем компании Elographics, ныне Elo Touch Solutions) был разработан элограф — графический планшет, действовавший по четырёхпроводному резистивному принципу (U.S. Patent 3 662 105). В 1974 году он же сумел сделать элограф прозрачным, в 1977 — разработал пятипроводной экран. Объединившись с Siemens, в Elographics сумели сделать выпуклую сенсорную панель, подходившую к кинескопам того времени. На всемирной ярмарке 1982 года Elographics представила телевизор с сенсорным экраном.

В 1983 году вышел компьютер HP-150 с сенсорным экраном на ИК-сетке. Впрочем, в те времена сенсорные экраны применялись преимущественно в промышленной и медицинской аппаратуре.

В потребительские устройства (телефоны, КПК и т. д.) сенсорные экраны вошли как замена крохотной клавиатуре, когда появились устройства с большими (во всю переднюю панель) ЖК-экранами. Первая карманная игровая консоль с сенсорным экраном — game.com, первое устройство, преподнесенное как первое поддерживающее мультитач — iPhone.

Применение

Сенсорные экраны используются в платёжных терминалах, информационных киосках, автомобильных головных устройствах и бортовых компьютерах, оборудовании для автоматизации торговли, карманных компьютерах, мобильных телефонах, игровых консолях, операторских панелях в промышленности.

Достоинства и недостатки в карманных устройствах

Достоинства

• Простота интерфейса.
• В аппарате могут сочетаться небольшие размеры и крупный экран.
• Быстрый набор в спокойной обстановке.
• Серьёзно расширяются мультимедийные возможности аппарата.

Недостатки

• Нет тактильной отдачи.
• Высокое энергопотребление.
• Сильное механическое воздействие может привести к повреждению экрана.
• Отсутствие гигиены экрана.

Достоинства и недостатки в стационарных устройствах

В информационных и торговых автоматах, операторских панелях и прочих устройствах, в которых нет активного ввода, сенсорные экраны зарекомендовали себя как очень удобный способ взаимодействия человека с машиной. Достоинства:

• Повышенная надёжность.
• Устойчивость к жёстким внешним воздействиям (включая вандализм), пыле- и влагозащищённость.

• (Для ёмкостных экранов). Нет тактильной отдачи.
• Работая с вертикальным экраном, пользователь вынужден держать руку на весу. Поэтому вертикальные экраны пригодны только для эпизодического использования наподобие банкоматов.
• На горизонтальном экране руки загораживают обзор.
• Даже с острым пером параллакс ограничивает точность позиционирования действий оператора на сенсорных экранах без курсора. В то же время использование курсора создаёт оператору дополнительные сложности, уменьшая эргономичность.
• При использовании экрана не полностью чистыми руками использование затрудняется ввиду трудностей движения пальцев, а также образующихся отпечатков пальцев и пятен, если на экране нет специальных покрытий для их нейтрализации.

Эти недостатки не позволяют использовать только сенсорный экран в устройствах, с которыми человек работает часами. Впрочем, в грамотно спроектированном устройстве сенсорный экран может быть не единственным устройством ввода — например, на рабочем месте кассира сенсорный экран может применяться для быстрого выбора товара, а клавиатура — для ввода цифр.

Принципы работы сенсорных экранов

Существует множество разных типов сенсорных экранов, которые работают на разных физических принципах.

Резистивные сенсорные экраны

Четырёхпроводной экран

Принцип действия 4-проводного резистивного сенсорного экранаПринцип действия 5-проводного резистивного сенсорного экрана

Резистивный сенсорный экран состоит из стеклянной панели и гибкой пластиковой мембраны. И на панель, и на мембрану нанесено резистивное покрытие. Пространство между стеклом и мембраной заполнено микроизоляторами, которые равномерно распределены по активной области экрана и надёжно изолируют проводящие поверхности. Когда на экран нажимают, панель и мембрана замыкаются, и контроллер с помощью аналогово-цифрового преобразователя регистрирует изменение сопротивления и преобразует его в координаты прикосновения (X и Y). В общих чертах алгоритм считывания таков:

1. На верхний электрод подаётся напряжение +5 В, нижний заземляется. Левый с правым соединяются накоротко, и проверяется напряжение на них. Это напряжение соответствует Y-координате экрана.
2. Аналогично на левый и правый электрод подаётся +5 В и «земля», с верхнего и нижнего считывается X-координата.

Существуют также восьмипроводные сенсорные экраны. Они улучшают точность отслеживания, но не повышают надёжности.

Пятипроводной экран

Пятипроводной экран более надёжен за счёт того, что резистивное покрытие на мембране заменено проводящим (5-проводной экран продолжает работать даже с прорезанной мембраной). На заднем стекле нанесено резистивное покрытие с четырьмя электродами по углам.

Изначально все четыре электрода заземлены, а мембрана «подтянута» резистором к +5В. Уровень напряжения на мембране постоянно отслеживается аналогово-цифровым преобразователем. Когда ничто не касается сенсорного экрана, напряжение равно 5 В.

Как только на экран нажимают, микропроцессор фиксирует изменение напряжения мембраны и начинает вычислять координаты касания следующим образом:

1. На два правых электрода подаётся напряжение +5В, левые заземляются. Напряжение на экране соответствует X-координате.
2. Y-координата считывается подключением к +5В обоих верхних электродов и к «земле» обоих нижних.

Особенности

Резистивные сенсорные экраны дёшевы и стойки к загрязнению. Резистивные экраны реагируют на прикосновение любым гладким твёрдым предметом: рукой (голой или в перчатке), пером, кредитной картой, медиатором. Их используют везде, где вандализм и низкие температуры исключены: для автоматизации промышленных процессов, в медицине, в сфере обслуживания (POS-терминалы), в персональной электронике (КПК). Лучшие образцы обеспечивают точность в 4096×4096 пикселей.

Недостатками резистивных экранов являются низкое светопропускание (не более 85 % для 5-проводных моделей и ещё более низкое для 4-проводных), низкая долговечность (не более 35 млн нажатий в одну точку) и недостаточная вандалоустойчивость (плёнку легко разрезать).

Матричные сенсорные экраны

Конструкция и принцип работы

Конструкция аналогична резистивной, но упрощена до предела. На стекло нанесены горизонтальные проводники, на мембрану — вертикальные.

При прикосновении к экрану проводники соприкасаются. Контроллер определяет, какие проводники замкнулись, и передаёт в микропроцессор соответствующие координаты.

Имеют очень низкую точность. Элементы интерфейса приходится специально располагать с учётом клеток матричного экрана. Единственное достоинство — простота, дешевизна и неприхотливость. Обычно матричные экраны опрашиваются по строкам (аналогично матрице кнопок); это позволяет наладить мультитач. Постепенно заменяются резистивными.

Поверхностно-ёмкостные сенсорные экраны

Принцип действия ёмкостного сенсорного экрана

Ёмкостный (или поверхностно-ёмкостный) экран использует тот факт, что предмет большой ёмкости проводит переменный ток.

Ёмкостный сенсорный экран представляет собой стеклянную панель, покрытую прозрачным резистивным материалом (обычно применяется сплав оксида индия и оксида олова). Электроды, расположенные по углам экрана, подают на проводящий слой небольшое переменное напряжение (одинаковое для всех углов). При касании экрана пальцем или другим проводящим предметом появляется утечка тока. При этом чем ближе палец к электроду, тем меньше сопротивление экрана, а значит, сила тока больше. Ток во всех четырёх углах регистрируется датчиками и передаётся в контроллер, вычисляющий координаты точки касания.

В более ранних моделях ёмкостных экранов применялся постоянный ток — это упрощало конструкцию, но при плохом контакте пользователя с землёй приводило к сбоям.

Ёмкостные сенсорные экраны надёжны, порядка 200 млн нажатий (около 6 с половиной лет нажатий с промежутком в одну секунду), не пропускают жидкости и отлично терпят токонепроводящие загрязнения. Прозрачность на уровне 90 %. Впрочем, проводящее покрытие, расположенное прямо на внешней поверхности, всё ещё уязвимо. Поэтому ёмкостные экраны широко применяются в автоматах, лишь установленных в защищённом от непогоды помещении. Не реагируют на руку в перчатке.

Стоит заметить, что из-за различий в терминологии часто путают поверхностно- и проекционно-ёмкостные экраны. По классификации, применённой в данной статье, экран, например, iPhone является проекционно-ёмкостным, а не поверхностно-ёмкостным.

Проекционно-ёмкостные сенсорные экраны

Принцип действия проекционно-ёмкостного сенсорного экрана

На внутренней стороне экрана нанесена сетка электродов. Электрод вместе с телом человека образует конденсатор; электроника измеряет ёмкость этого конденсатора (подаёт импульс тока и измеряет напряжение).

Первым телефоном с ёмкостным экраном был LG Prada. Компания Samsung сумела установить чувствительные электроды прямо между субпикселями AMOLED-экрана, это упрощает конструкцию и повышает прозрачность.

Прозрачность таких экранов до 90 %, температурный диапазон чрезвычайно широк. Очень долговечны (узкое место — сложная электроника, обрабатывающая нажатия). На проекционно-ёмкостных экранах может применяться стекло толщиной вплоть до 18 мм, что обеспечивает большую вандалоустойчивость. На непроводящие загрязнения не реагируют, проводящие легко подавляются программными методами. Поэтому проекционно-ёмкостные сенсорные экраны широко применяются и в персональной электронике, и в автоматах, в том числе установленных на улице. Многие разновидности поддерживают мультитач.

Сенсорные экраны на поверхностно-акустических волнах

Основная статья: Поверхностные акустические волны

Экран представляет собой стеклянную панель с пьезоэлектрическими преобразователями (ПЭП), находящимися по углам. По краям панели находятся отражающие и принимающие датчики. Принцип действия такого экрана заключается в следующем. Специальный контроллер формирует высокочастотный электрический сигнал и посылает его на ПЭП. ПЭП преобразует этот сигнал в ПАВ, а отражающие датчики его соответственно отражают. Эти отражённые волны принимаются соответствующими датчиками и посылаются на ПЭП. ПЭП, в свою очередь, принимают отражённые волны и преобразуют их в электрический сигнал, который затем анализируется с помощью контроллера. При касании экрана пальцем часть энергии акустических волн поглощается. Приёмники фиксируют это изменение, а микроконтроллер вычисляет положение точки касания. Реагирует на касание предметом, способным поглотить волну (палец, рука в перчатке, пористая резина).

Главным достоинством экрана на поверхностных акустических волнах (ПАВ) является возможность отслеживать не только координаты точки, но и силу нажатия (здесь, скорее, способность точно определять радиус или область нажатия), благодаря тому, что степень поглощения акустических волн зависит от величины давления в точке касания (экран не прогибается под нажатием пальца и не деформируется, поэтому сила нажатия не влечет за собой качественных изменений в обработке контроллером данных о координатах воздействия, который фиксирует только область, перекрывающую путь акустических импульсов). Данное устройство имеет очень высокую прозрачность, так как свет от отображающего прибора проходит через стекло, не содержащее резистивных или проводящих покрытий. В некоторых случаях для борьбы с бликами стекло вообще не используется, а излучатели, приёмники и отражатели крепятся непосредственно к экрану отображающего устройства. Несмотря на сложность конструкции, эти экраны довольно долговечны. По заявлению, например, американской компании Tyco Electronics и тайваньской фирмы GeneralTouch, они выдерживают до 50 млн касаний в одной точке, что превышает ресурс 5-проводного резистивного экрана. Экраны на ПАВ применяются, в основном, в игровых автоматах, в охраняемых справочных системах и образовательных учреждениях. Как правило, экраны ПАВ разделяют на обычные — толщиной 3 мм, и вандалостойкие — 6 мм. Последние выдерживают удар кулаком среднего мужчины или падение металлического шара весом 0,5 кг с высоты 1,3 м (по данным Elo Touch Systems). На рынке предлагаются варианты подключения к компьютеру как через интерфейс RS232, так и через интерфейс USB. На данный момент большей популярностью пользуются контроллеры к сенсорным экранам ПАВ, поддерживающие и тот, и другой тип подключения — combo (данные Elo Touch Systems).

Главным недостатком экрана на ПАВ являются сбои в работе при наличии вибрации или при воздействии акустическими шумами, а также при загрязнении экрана. Любой посторонний предмет, размещённый на экране (например, жевательная резинка), полностью блокирует его работу. Кроме того, данная технология требует касания предметом, который обязательно поглощает акустические волны, — то есть, например, пластиковая банковская карточка в данном случае неприменима.

Точность этих экранов выше, чем матричных, но ниже, чем традиционных ёмкостных. Для рисования и ввода текста они, как правило, не используются.

Инфракрасные сенсорные экраны

Принцип работы инфракрасной сенсорной панели прост — сетка, сформированная горизонтальными и вертикальными инфракрасными лучами, прерывается при касании монитора любым предметом. Контроллер определяет место, в котором луч был прерван.

Инфракрасные сенсорные экраны боятся загрязнений и поэтому применяются там, где важно качество изображения, например, в электронных книгах. Из-за простоты и ремонтопригодности схема популярна у военных. Часто на таком принципе делают клавиатуры домофонов. Данный тип экрана применяется в мобильных телефонах компании Neonode.

Оптические сенсорные экраны

Стеклянная панель снабжена инфракрасной подсветкой. На границе «стекло-воздух» получается полное внутреннее отражение, на границе «стекло — посторонний предмет» свет рассеивается. Остаётся заснять картину рассеивания, для этого существуют две технологии:

• В проекционных экранах рядом с проектором ставится камера. Так устроен, например, Microsoft PixelSense.
• Либо светочувствительным делают дополнительный четвёртый субпиксель ЖК-экрана.

Позволяют отличить нажатия рукой от нажатий какими-либо предметами, есть мультитач. Возможны большие сенсорные поверхности, вплоть до классной доски.

Тензометрические сенсорные экраны

Применение таких экранов полностью аналогично применению проекционно-емкостных сенсорных экранов. Реагируют на деформацию экрана. Точность тензометрических экранов невелика, зато они отлично выдерживают вандализм, перепады температуры и большое количество влаги. Основное применение — банкоматы, билетные автоматы и прочие устройства, расположенные на улице.

Сенсорные экраны DST

Сенсорный экран DST (англ. Dispersive Signal Technology) регистрирует пьезоэлектрический эффект в стекле. Возможно нажатие на экран рукой или любым предметом.

Отличительной особенностью является высокая скорость реакции и возможность работы в условиях сильного загрязнения экрана. Однако палец должен двигаться, неподвижный палец система не замечает.

Индукционные сенсорные экраны

Индукционный сенсорный экран — это графический планшет со встроенным экраном. Такие экраны реагируют только на специальное перо.

Применяются, когда требуется реакция именно на нажатия пером (а не рукой): художественные планшеты класса high-end, некоторые модели планшетных ПК.

Сводная таблица

	Матр	4-пров	5-пров	Ёмк	Пр-ёмк	ПАВ	ИК-сетка	Опт	Тензо	DST	Индукц
Функциональность
Рука в перчатке	Да	Да	Да	Нет	Нет	Да	Да	Да	Да	Да	Нет
Твёрдый проводящий предмет	Да	Да	Да	Да	Да	Нет	Да	Да	Да	Да	Нет
Твёрдый непроводящий предмет	Да	Да	Да	Нет	Нет	Нет	Да	Да	Да	Да	Нет
Отличает перо от руки	Нет	Нет	Нет	Нет	Да	Нет	Нет	Да	Нет	Нет	Нет
Множественное нажатие	Да	Нет	Да	Да	Да	Да	Да	Да	Нет	Нет	Нет
Измерение силы нажатия	Нет	Нет	Нет	Нет	Да	Да	Нет	Да	Да	Нет	Да
Предельная прозрачность, %	85	75	85	90	90	100	100	100	95		90
Точность	Низ	Выс	Выс	Выс	Выс	Сред	Низ	Сред	Низ	Выс	Выс
Надёжность
Срок жизни, млн. нажатий	35	10	35	200	∞	50	∞	∞	???	∞	∞
Защита от грязи и жидкостей	Да	Да	Да	Да|	Да	Нет	Нет	Да	Да	Да	Да
Устойчивость к вандализму	Нет	Нет	Нет	Нет	Да	Нет	Нет	Да	Да	Нет	Нет
Применение	Огран	Огран	Огран	Помещ	Улица	Помещ	Помещ	Помещ	Улица	Помещ	Огран

1. 1 2 3 4 5 Поддерживается с ограничениями, максимум 2 точки касания.
2. Если нужна только стеклянная панель, без каких-либо прозрачных проводящих плёнок — условно 95%. Если не нужна даже она (можно применить штатное покрытие экрана) — условно 100%<
3. Высокая — до пикселя (точно отслеживает острое перо). Средняя — до нескольких пикселей (достаточная для нажатий пальцем). Низкая — крупными блоками экрана (невозможно рисование, требуются очень крупные элементы интерфейса).
4. 1 2 3 4 Ограничивается надёжностью электроники.
5. Ограничивается загрязнением датчика.
6. Огран — аппаратура ограниченного доступа (персональная электроника, промышленная аппаратура). Помещ — общий доступ в охраняемом помещении. Улица — общий доступ на улице.

> См. также

• Мультитач
• Microsoft Surface
• Планшетный компьютер
• Тачфон
• iPhone
• Nintendo DS
• Световое перо

Примечания

1. Touch Screen — History of the Touch Screen Computer Interface (англ.)
2. Company history from Elographics to Elo TouchSystems, 1971 — present — Elo TouchSystems — Tyco Electronics (англ.)
3. HP History : 1980s (англ.)
4. 1 2 В резистивных экранах существует отдача при нажатии — это делает работу руками более комфортной. Кроме того, в некоторых телефонах удачное нажатие подтверждается вибрацией. Но такой отдачи недостаточно для того, чтобы на ощупь отличить один элемент интерфейса от другого.
5. 1 2 3 4 5 Мухин И. А. Сенсорные экраны — решение проблем (10 технологий). «BROADCASTING Телевидение и радиовещение»: 1 часть — № 3(55) май 2006, с.50-52; 2 часть — № 4(56) июнь-июль 2006, с.40-41; 3 часть — № 7(59) ноябрь 2006, с.64-66.
6. 1 2 3 4 Сенсорные дисплеи на MultimediaPresentation (недоступная ссылка). Проверено 7 мая 2009. Архивировано 6 сентября 2011 года.
7. 1 2 Хабрахабр: Touch, MultiTouch и кое-что ещё
8. Матричный сенсорный экран
9. How Stuff Works: iPhone
10. Temple, Stephen. Vintage Mobiles: LG Prada – First mobile with a capacitive touchscreen (May 2007) (англ.), History of GMS: Birth of the mobile revolution.
11. Projected capacitive touch technology — Elo TouchSystems — Tyco Electronics (англ.)
12. Neonode, покойся с миром! — Компьютерра-Онлайн
13. FTIR Touch Sensing (англ.)
14. Microsoft Surface на сайте производителя (англ.)
15. Рабочий стол будущего: Microsoft Surface на Xage.ru
16. Потрогать Microsoft — Компьютерра-Онлайн (недоступная ссылка). Проверено 6 июня 2008. Архивировано 29 июня 2012 года.
17. Sensors help make ticket machines vandal proof (англ.)
18. EloTouch projective-capacitance datasheet (англ.)