Развитие сенсорных технологий

Сенсорные технологии активно вторгаются на российский компьютерный рынок. Дебют этих систем состоялся более четырех лет назад, но бурный рост рынка начался только этим летом, когда на станциях Московского метрополитена, в крупных гостиницах и на вокзалах появились сенсорные информационные киоски. Часть из них была установлена в рамках проекта "Городская информационная система Москвы", другая - как проекты отдельных фирм.

У всех этих киосков удобный и действительно дружественный интерфейс, который позволяет даже неискушенному пользователю с легкостью управлять сложной информационной системой.

Достичь такой простоты и удобства позволяют сенсорные экраны. Впервые сенсорная технология появилась более 25 лет назад, когда специалисты американской фирмы ELO TouchSystems разработали электродную резистивную технологию, позволяющую добиться редкого сочетания высокой надежности и гарантированной точности с потрясающей адаптивностью. Эта разработка дала толчок к развитию сенсорных технологий. На рынке стали появляться сенсорные экраны, использующие принцип поверхностных акустических волн (ELO TouchSystems), изменения распределенной емкости (MicroTouch), инфракрасных волн и 4-электродную резистивную технологию (ряд тайваньских фирм).

Рассмотрим особенности различных типов реализации сенсорного интерфейса.

Резистивная 5-электродная технология

Пространство между стеклом и пластиком отделено микроизоляторами ("dots"), запатентованными фирмой ELO TouchSystems, которые равномерно распределены по активной области экрана. Они надежно изолируют проводящие поверхности. При нажатии эти поверхности соприкасаются между собой. Изменение сопротивления регистрируется контроллером и передается в компьютер. Преимуществом AccuTouch является высокая надежность. Экран совершенно не чувствителен к загрязнению и агрессивным средам. Сенсорный экран AccuTouch соединяется с контроллером, который обрабатывает сигналы, поступающие с поверхности экрана, и преобразует их в координаты прикосновения (X и Y), которые передаются на системную шину компьютера и обрабатываются как стандартные сигналы "мыши".

Принцип поверхностных акустических волн (ПАВ)

Экран, основанный на этом принципе (IntelliTouch), выполнен в виде стеклянной панели с пьезоэлектрическими преобразователями, расположенными в углах экрана. Специальный контроллер посылает на них высокочастотный электрический сигнал, который преобразуется в акустические волны. Волны отражаются массивом датчиков, расположенным по краям панели. Приемные датчики собирают отраженные волны и направляют их обратно на преобразователи, которые преобразуют полученные данные в электрический сигнал, анализируемый контроллером. Особенность этой технологии в том, что координата прикосновения вычисляется не только по осям X и Y, но и по оси Z.

Принцип изменения распределенной емкости

Экран выполнен в виде стеклянной панели с нанесенным на нее проводящим слоем, т. е. поверхность экрана представляет собой распределенную емкость, изменяющуюся при прикосновении. Эти изменения регистрируются и обрабатываются контроллером, который затем вычисляет координату прикосновения.

Технология использования инфракрасных волн

Экран выполнен в виде рамки с рядами инфракрасных излучателей, которые создают решетку. Появление постороннего предмета в пределах решетки регистрируется контроллером, обрабатывается и передается в компьютер.

Конструктивно сенсорные экраны выполняются в виде стеклянного основания, повторяющего кривизну поверхности электронно-лучевой трубки или жидкокристаллической матрицы монитора. На рынке присутствуют сферические, FST, цилиндрические и плоские экраны, что позволяет выбрать оптимальный вариант для любого монитора.

Исключение составляют экраны, использующие инфракрасные волны, и "вандалостойкие" экраны SecureTouch фирмы ELO. Первые, как уже говорилось, выполнены в виде рамки, которая надевается на монитор. Вторые устанавливаются перед монитором. Обусловлено это тем, что SecureTouch представляет собой сенсорный экран повышенной прочности. Разработанный на базе технологии ПАВ, SecureTouch способен противостоять грубому воздействию. Он будет продолжать работать, несмотря на царапины, которые испортили бы любой другой сенсорный экран, и способен выдерживать удары тяжелых предметов. Основой SecureTouch является отожженное или отпущенное стекло, толщиной 0,25 или 0,5 дюйма.

Сенсорные экраны этого класса проходят испытания согласно требованиям спецификации UL (UL-1950). На поверхность экрана с высоты 51,5 дюйма (примерно 131 см) несколько раз бросают стальной шар весом один килограмм. SecureTouch выдерживает испытание без повреждений и царапин на поверхности.

В начале этого года появилась еще одна разновидность сенсорного экрана. Это экраны Scribex фирмы ELO. Scribex дает возможность рукописного ввода информации в компьютерную систему. Таким образом решаются насущные проблемы банковских и торговых приложений. Новое решение помогает пользователям избежать трудностей, возникающих при авторизации доступа и заполнении различных документов с клавиатуры. Экраны выполнены по 5-электродной резистивной технологии. Высокое разрешение и большая скорость сканирования позволяют ввести подпись с качеством, достаточным для идентификации ее большинством программ.

Они полностью эмулируют стандартную мышь. Драйвер позволяет установить режимы реакции на нажатие, отжатие, двойное прикосновение и даже правую кнопку мыши. В настоящее время доступны драйверы под DOS, Windows 3.x, Windows 95, Windows NT и ряд UNIX-систем, OS/2, Apple Macintosh.

Выпускается много разновидностей контроллеров сенсорных экранов, отличающихся друг от друга способом связи с компьютером. Контроллеры PC-Bus вставляются в слот расширения системной платы, последовательные - подключаются к последовательному порту. Последние могут быть как внешними, так и внутренними, встраиваемыми непосредственно в монитор. Для работы в портативных ПК выпускается серия PCMCIA-контроллеров.

Технология сенсорного ввода имеет ряд свойств, делающих ее незаменимой во многих приложениях. Первое из них - реализация генетически заложенной установки "прикосновения к интересующему объекту". Для человека естественно прикасаться к предмету для получения дополнительной информации о нем. Это происходит интуитивно и не приводит к внутреннему конфликту, который подчас вызывают традиционные средства ввода. Это свойство идеально решает проблему дружественного интерфейса в справочно-информационных системах, рассчитанных на массовый доступ.

Второе свойство - максимальная защита от ошибок оператора. Многие, наверное, помнят заклеенную клавиатуру на кассовых машинах в магазинах. Нерациональное размещение клавиш и высокие нагрузки приводят к ошибкам ввода. Поэтому кассиры нашли простой выход и закрывали редко используемые клавиши спичечными коробками.

При использовании сенсорного ввода клавиатура на экране монитора формируется программно. Это позволяет не перегружать оператора и выводить только те клавиши, которые используются в данный момент. Кроме того, можно подобрать оптимальные размер и цвет клавиш.

Сенсорный ввод также снижает вероятность взлома и проведения несанкционированных действий в компьютерной системе.

Эти и другие особенности делают сенсорную технологию оптимальной для использования в качестве POS-терминалов, в медицине, в промышленности (терминал контроля процесса), в приложениях массового доступа, в охранном бизнесе (система идентификации и наведения устройств слежения), в финансовых приложениях.

Уже сейчас решения на основе сенсорного ввода успешно используются в различных организациях Москвы, Санкт-Петербурга и многих других городов.

Компания КВАРТА Сенсорные Системы, http://www.quarta.msk.ru/ucc/ -

Количество разнообразных электронных устройств, оснащенных сенсорными дисплеями, увеличивается с каждым годом. Однако не все сенсорные экраны одинаковы. В настоящее время существует несколько вариантов реализации таких решений. В этой статье мы рассмотрим особенности и сферу применения различных технологий, используемых для создания сенсорных дисплеев.

Возможно, в это трудно поверить, но история сенсорных дисплеев началась почти четыре десятилетия тому назад. В далеком 1971 году сотрудник Университета Кентукки Сэм Хёрст (Sam Hurst) сконструировал сенсорную панель, которая была запатентована под названием «илограф» (elograph). Для разработки и продвижения устройств подобного типа Сэм Хёрст основал компанию Elographics. В 1974 году ее сотрудникам удалось создать прототип дисплея, оснащенного прозрачной сенсорной панелью. В 1977 году компания Elographics получила патент на конструкцию пятипроводной резистивной сенсорной панели - решения, которое и спустя более трех десятков лет остается весьма популярным. Компания работает до сих пор, правда уже под другим названием: в 1994 году она была переименована в Elo TouchSystems, а впоследствии вошла в состав холдинга Tyco Electronics.

На этом мы завершим краткий исторический экскурс и перейдем к рассмотрению различных решений, позволяющих реализовать функцию сенсорного ввода.

Резистивная технология

Обзор открывает резистивная технология. По большому счету именно она способствовала нынешней популярности портативных электронных устройств с сенсорными экранами. Даже несмотря на появление более совершенных конструкций, резистивная технология до сих занимает лидирующие позиции на рынке сенсорных панелей. Согласно данным аналитического агентства DisplaySearch, по итогам 2009 года доля сенсорных панелей на базе резистивной технологии в количественном выражении составила 50% от общего объема мировых поставок.

В настоящее время существуют два основных варианта реализации резистивных сенсорных панелей - четырех­ и пятипроводные.

Сначала рассмотрим принцип работы резистивной панели на базе четырехпроводной технологии. Над стеклянной или пластиковой подложкой расположена тонкая, гибкая мембрана, изготовленная из прозрачного материала. Обращенные друг к другу поверхности мембраны и подложки имеют прозрачное покрытие, проводящее электрический ток. Соприкосновению мембраны с подложкой препятствуют миниатюрные изоляторы, находящиеся между ними. К подложке и мембране прикреплены пары металлических электродов, расположенные на противолежащих сторонах (рис. 1). При этом электроды мембраны размещены перпендикулярно электродам подложки.

Рис. 1. Схема устройства четырехпроводной резистивной панели

При нажатии на поверхность сенсорного экрана мембрана в этом месте соприкасается с подложкой, вследствие чего возникает электрический контакт между проводящими слоями (рис. 2). Считывание координат точки нажатия выполняется последовательно. Сначала один из электродов подложки подключается к источнику постоянного тока, а другой заземляется. Электроды мембраны соединяются накоротко (рис. 3), и контроллер измеряет напряжение на них, определяя таким образом одну из координат (в данном случае - горизонтальную). Затем ток подается на электроды мембраны, и контроллер измеряет напряжение на соединенных электродах подложки, фиксируя вторую координату.

Рис. 2. При нажатии мембрана прогибается и замыкается
с подложкой в точке касания

Рис. 3. Считывание горизонтальной (сверху)
и вертикальной координат точки нажатия
с четырехпроводной резистивной панели

В случае пятипроводной панели электроды устанавливаются на каждой из сторон подложки, а пятый подключается к мембране (рис. 4). При нажатии мембрана соприкасается с подложкой; контроллер поочередно подает постоянное напряжение на пары электродов, соответствующих горизонтальной и вертикальной оси (рис. 5). По величине напряжения на электроде, подключенном к мембране, контроллер определяет координаты точки нажатия.

Рис. 4. Схема устройства пятипроводной резистивной панели

Рис. 5. Электрическая схема считывания горизонтальной (сверху)
и вертикальной координат точки нажатия с пятипроводной резистивной панели

Существует также восьмипроводная технология (в этом случае электроды крепятся к каждой из четырех сторон подложки и мембраны), однако используется такое решение довольно редко вследствие более высокой стоимости.

Сенсорные панели на базе резистивной технологии имеют простое устройство и низкую себестоимость - именно этими факторами и обусловлена популярность подобных решений. Кроме того, резистивные панели реагируют исключительно на давление, оказываемое предметом на сенсорную поверхность. Благодаря этому управлять интерфейсом можно при помощи как пальцев (в том числе и в перчатках), так и разнообразных предметов - стилуса, спички и пр. Такие панели отличаются малой задержкой срабатывания (порядка 10 мс) и сохраняют работоспособность даже при наличии разного рода загрязнений на сенсорной поверхности. Отметим также, что возможно изготовление резистивных сенсорных панелей как с глянцевым, так и с матовым покрытием. Первые обеспечивают более высокую четкость изображения, но при этом сильно бликуют, а при нажатии на сенсорную поверхность пальцами к тому же быстро теряют опрятный вид. Матовое покрытие эффективно нейтрализует блики и на нем не так заметны отпечатки пальцев. Правда, изображение в этом случае выглядит менее четким и контрастным.

Если говорить о различиях четырех­ и пятипроводной технологий, то первая выигрывает по себестоимости, а вторая обеспечивает более высокий ресурс (до десятков миллионов нажатий в одной точке). Восьмипроводная технология обеспечивает более высокую точность определения координат точки нажатия, однако, как уже было сказано, производство таких панелей обходится гораздо дороже по сравнению с четырех­ и пятипроводными конструкциями.

Разумеется, у резистивных панелей есть и определенные недостатки. Они в большей степени, чем иные конструкции, подвержены механическим повреждениям - ведь для срабатывания необходимо приложить определенное усилие и здесь легко переборщить. Наиболее уязвимым элементом конструкции является гибкая мембрана, регулярно подвергающаяся деформациям. При нарушении целостности мембраны (появлении надрыва или пореза) панель выходит из строя.

Резистивные панели уступают ряду устройств по точности определения координат точки нажатия и к тому же требуют периодической перекалибровки. Даже лучшие образцы резистивных панелей имеют коэффициент светопропускания порядка 85%, снижая, таким образом, исходные показатели яркости и контрастности изображения. Вследствие наличия между экраном дисплея и наблюдателем нескольких поверхностей (подложка, мембрана и защитный слой), использование резистивной сенсорной панели неизбежно приводит к ухудшению четкости изображения (данный недостаток в большей степени присущ конструкциям с матовым покрытием).

До недавнего времени к недостаткам экранов на базе резистивной технологии относили невозможность восприятия нажатия в нескольких точках одновременно. Однако благодаря новейшим разработкам это ограничение удалось преодолеть. Например, продемонстрированные в ходе форума SID 2010 резистивные сенсорные панели компании Fujitsu Components America способны воспринимать до 32 нажатий в разных точках экрана одновременно.

В настоящее время сенсорные экраны на базе резистивной технологии широко применяются в КПК, мобильных телефонах, портативных медиаплеерах, POS-терминалах, а также в промышленном и медицинском оборудовании.

Емкостная технология

Уже довольно давно ученые выяснили, что с точки зрения электротехники человеческое тело является конденсатором, причем довольно большой емкости. Именно это свойство нашего тела используется в сенсорных экранах на базе емкостной или, как ее еще иногда называют, электростатической технологии.

Сенсорная панель данного типа изготавливается на прозрачной (стеклянной либо пластиковой) подложке. Внешняя поверхность пластины покрыта проводящим слоем, а в каждом из четырех ее углов закреплен электрод, подключенный к контроллеру (рис. 6). В процессе работы контроллер подает на электроды импульсы слабого переменного тока. Если прикоснуться пальцем к поверхности сенсорного экрана (подсоединить конденсатор), возникнет утечка тока. Величина тока утечки обратно пропорциональна расстоянию от точки нажатия до электрода. Сравнивая величины тока утечки через каждый из четырех электродов, контроллер рассчитывает координаты точки нажатия.

Рис. 6. Схема устройства емкостной панели

Вследствие отсутствия гибких мембран емкостные панели обладают более высокой надежностью по сравнению с резистивными (ресурс составляет несколько сотен миллионов нажатий). Кроме того, благодаря меньшему количеству оптических элементов емкостные панели обладают более высоким коэффициентом светопропускания (порядка 90%). Основным недостатком панелей этого типа является необходимость обеспечения электрического контакта между поверхностью и телом человека. Например, если нажать на такой экран стилусом из диэлектрического материала или же пальцем в перчатке, то работать он не будет. Кроме того, нормальная работа емкостной панели может быть нарушена при загрязнении поверхности веществами, проводящими электрический ток.

В настоящее время сенсорные панели на базе емкостной технологии используются в дисплеях информационных киосков и банкоматов, а также в промышленном оборудовании.

Проекционно-емкостная технология

На данный момент это решение занимает второе место в рейтинге популярности сенсорных технологий, уступая лишь резистивным панелям. Конструктивно панель на базе проекционно­емкостной технологии представляет собой две стеклянные пластины, между которыми находится сетка тонких электродов (рис. 7). В процессе работы контроллер посылает короткие импульсы по каждому из электродов. При нахождении пальца вблизи сенсорной поверхности возникает эффект, аналогичный подключению конденсатора большой емкости (роль которого в данном случае выполняет тело человека) к расположенным поблизости электродам. Измеряя величину падения напряжения (возникающего вследствие утечки тока через конденсатор), контроллер определяет координаты точки касания.

Рис. 7. Схема устройства проекционно-емкостной панели

Сенсорные панели на базе проекционно­емкостной технологии имеют целый ряд достоинств, которые способствовали значительному росту их популярности в последние годы. В частности, они долговечны, обладают высоким показателем светопропускания (порядка 90%), стойкостью к загрязнениям и механическим повреждениям рабочей поверхности, способны функционировать в широком диапазоне температур.

Проекционно-емкостная технология способна обеспечить очень высокую точность определения координат точки нажатия, однако здесь необходимо иметь в виду то, что данный параметр напрямую зависит от толщины защитного слоя. Чем он толще, тем меньше точность, и наоборот.

Кроме того, сенсорные панели такого типа позволяют воспринимать нажатия в нескольких точках экрана одновременно. В зависимости от настроек контроллера панель может реагировать не только на прикосновение, но и на поднесенный к рабочей поверхности палец. Соответственно возможно управление рукой в перчатке.

Основной недостаток проекционно­емкостных панелей - сложность электронных компонентов для обработки информации о нажатиях, а следовательно, довольно высокая стоимость производства. Кроме того, себестоимость проекционно­емкостных панелей заметно растет по мере увеличения размера и разрешающей способности экрана. Перечисленные факторы препятствуют распространению сенсорных панелей данного типа в недорогих устройствах, а также в аппаратах с экранами большого размера.

Проекционно-емкостные панели хорошо справляются с определением точечных нажатий, однако не лучшим образом подходят для реализации функций, связанных с перетаскиванием объектов графического интерфейса или рисованием на экране. Как и в случае резистивных панелей, устройства данного типа нуждаются в периодической перекалибровке.

В настоящее время сенсорные панели на базе проекционно­емкостной технологии используются в сотовых телефонах, цифровых медиапле-ерах, информационных киосках и тачпэдах (touchpad) портативных ПК. Популярность этого решения быстро растет. Так, согласно данным агентства DisplaySearch, в минувшем году доля сенсорных панелей на базе проекционно­емкостной технологии составила 31% от общего количества поставленных изделий.

Оптические технологии

Отдельную группу сенсорных экранов составляют устройства на базе оптических технологий. Популярность подобных решений пока невысока: по результатам прошлого года доля оптических сенсорных панелей составила всего 3% от общего объема мировых поставок. Впрочем, потенциал подобных устройств раскрыт еще не до конца.

ИК-сенсор с массивом неподвижных оптопар

Принцип работы данного решения довольно прост. В модуле, обрамляющем экран, с двух сторон расположены линейки ИК-светодиодов с фокусирующими линзами, а на противоположных сторонах - линейки фотодиодов либо фототранзисторов (рис. 8). При включении светодиодов над поверхностью экрана формируется невидимая сетка, образованная ИК-лучами. Когда какой­либо предмет приближается к поверхности экрана, он перекрывает пересекающиеся в данной точке лучи. Отсутствие луча фиксируется светочувствительными элементами оптопар, по изменению состояния которых контроллер определяет координаты точки касания.

Рис. 8. Схема устройства ИК-сенсора с массивом неподвижных оптопар

Подобные сенсоры применяются преимущественно в дисплейных панелях с большим размером экрана. Дело в том, что разрешающая способность таких сенсоров ограничена физическими размерами элементов оптопар и параметрами фокусирующих линз. Как правило, шаг оптической сетки составляет порядка 2-3 мм, и даже при установке на 32-дюймовый дисплей разрешение сенсора подобной конструкции не превысит 320x240 точек.

Однако у ИК-сенсоров с массивом неподвижных оптопар есть и неоспоримые преимущества. Поскольку между экраном дисплея и наблюдателем отсутствуют какие­либо помехи (стекло, дополнительные проводники и т.п.), установка подобного сенсора не влияет на такие показатели, как яркость, контрастность, четкость и точность цветопередачи. Кроме того, сенсор подобного типа можно изготовить в виде съемного модуля, прикрепляемого к любой дисплейной панели с экраном соответствующего размера (в отличие от емкостных и резистивных панелей, которые, как правило, объединены в единый модуль с дисплеем).

По вполне понятным причинам ИК-сенсор с неподвижными элементами не требует калибровки. Кроме того, для управления элементами интерфейса можно использовать пальцы и любые подходящие по размеру предметы.

Из недостатков можно отметить довольно высокую стоимость подобных устройств, а также необходимость регулярно проводить чистку оптических элементов от пыли и грязи для обеспечения стабильности их работы. Нормальному функционированию сенсорного экрана такого типа могут воспрепятствовать прямые солнечные лучи, попадающие на фотоэлементы.

Есть и еще один нюанс. У многих моделей ИК-сенсоров плоскость, в которой лежат элементы оптопар, находится на некотором расстоянии от поверхности экрана. Как следствие, при использовании предмета, расположенного не строго перпендикулярно относительно плоскости экрана, возникают ошибки в определении координат.

В настоящее время ЖК- и плазменные панели с ИК-сенсорами используются в презентационном оборудовании, в образовательных учреждениях, ситуационных центрах и т.д.

ИК-сенсор с механизмом развертки луча

Развитием идеи бесконтактной регистрации прикосновений посредством ИК-лучей стала ИК-технология с подвижным лучом. Вместо массива оптопар используется один источник ИК-излучения (светодиод либо полупроводниковый лазер) и механизм развертки, который обеспечивает движение луча, с высокой скоростью сканирующего рабочую поверхность. При отсутствии препятствия луч рассеивается. Если же на пути луча встречается какое­либо препятствие, то луч отражается от него и улавливается фотодиодом. По изменению состояния фотодиода контроллер фиксирует касание в соответствующей точке.

В отличие от ИК-сенсоров с неподвижными оптопарами, описанную конструкцию можно реализовать в виде очень компактного модуля - что, в свою очередь, позволяет без проблем применять ее в портативных устройствах. Уникальной особенностью данной технологии является возможность использования ее с проецируемыми изображениями, причем размер рабочей области может варьироваться в довольно широких пределах. Благодаря отсутствию помех работа оптического сенсора не влияет на характеристики изображения. Кроме того, себестоимость таких сенсоров невелика.

Из недостатков отметим не очень высокую разрешающую способность, ограниченные возможности по распознаванию нескольких прикосновений одновременно и довольно большую погрешность определения координат точки касания по краям экрана, где угол падения луча минимален.

Первыми коммерческими устройствами, в которых использовались оптические сенсоры с механизмом развертки, были виртуальные клавиатуры (рис. 9). Устройство размером с зажигалку позволяет заменить аппаратную клавиатуру при работе с портативным или карманным ПК. В последнее время повышенный интерес к подобным сенсорам проявляют разработчики мультимедиапроекторов, а также портативных устройств со встроенными проекторами (рис. 10).

Рис. 9. Беспроводная виртуальная клавиатура для КПК
и мобильных телефонов

Рис. 10. ИК-сенcор с механизмом развертки
луча позволяет реализовать функцию сенсорного ввода
для проецируемых изображений

ИК-сенсор NextWindow

Данная технология была разработана компанией NextWindow и применяется в выпускаемых ею сенсорных панелях. В отличие от пары описанных выше решений, где сенсорная поверхность является виртуальной, технология NextWindow предусматривает использование в этом качестве физического объекта - стеклянной либо пластиковой пластины. С трех сторон в торцах пластины установлены источники ИК-излучения (линейки светодиодов), а в двух верхних углах находятся оптические сенсоры, работающие в ИК-диапазоне (рис. 11).

Рис. 11. Схема устройства ИК-сенсора NextWindow

При касании поверхности пальцем или каким­либо предметом меняется картина распространения ИК-излучения. Эти изменения фиксируются оптическими сенсорами, по изменению показаний которых контроллер рассчитывает координаты точки касания.

Достоинствами данного решения являются высокий коэффициент светопропускания панели (более 92%), возможность регистрации прикосновений в двух точках одновременно и высокая разрешающая способность. Сенсоры этого типа отличаются высокой стабильностью работы и не требуют периодической калибровки в процессе эксплуатации.

Из недостатков можно отметить довольно сложную конструкцию контроллера и соответственно не самую низкую себестоимость подобных устройств.

Сенсорные панели данной конструкции наилучшим образом подходят для оснащения дисплеев с большим размером экрана (от 20 дюймов по диагонали и более). На базе технологии NextWindow выпускаются как дисплейные панели с интегрированным сенсорным экраном, так и съемные модули.

Оптические сенсоры на базе видеокамер

В устройствах, изображение на экране которых формируется методом обратной проекции, может быть использован оптический сенсор на базе цифровой видеокамеры. В простейшем случае применяется одна видеокамера, работающая в ИК-диапазоне (рис. 12). Изображение на экране в данном случае не является помехой, поскольку оно проецируется в видимом диапазоне и камера его просто воспринимает.

Рис. 12. Схема устройства оптического сенсора с видеокамерой в устройствах,
изображение на экране которых формируется методом обратной проекции

Внутренняя поверхность экрана подсвечивается ИК-лучами. При отсутствии каких­либо предметов на поверхности экрана ИК-лучи беспрепятственно проходят сквозь стекло. В случае касания поверхности лучи отражаются от появившегося препятствия и видеокамера фиксирует пятно (или несколько пятен) на однородном фоне. Полученное изображение обрабатывается программным обеспечением, которое вычисляет координаты точек касания.

В составе такого сенсора может быть и несколько видеокамер - это позволяет повысить его надежность и реализовать дополнительные возможности. Например, в устройстве Microsoft Surface (рис. 13) для обслуживания сенсора подобного типа установлено сразу пять видеокамер. Помимо регистрации прикосновений и жестов они обеспечивают работу системы распознавания объектов. Для этого на нижнюю сторону предметов, используемых с данным устройством, наносятся миниатюрные черно­белые метки, напоминающие обозначения цифр на костяшках домино. По этим меткам программное обеспечение может определить тип объекта и автоматически выполнить ассоциированное с ним действие - открыть документ с описанием, запустить какое­либо приложение и т.д.

Рис. 13. В устройстве Microsoft Surface функция
сенсорного ввода реализована при помощи видеокамер,
установленных внутри корпуса

Оптический сенсор с видеокамерой не оказывает какого-либо влияния на качество изображения на экране. В числе других достоинств данного решения - возможность обработки нескольких касаний одновременно; использование как пальцев, так и различных предметов (причем в любых сочетаниях) для работы с графическим интерфейсом. Разрешающая способность такого сенсора может варьироваться в широких пределах в зависимости от разрешения применяемой видеокамеры и оптической системы. Кроме того, один и тот же сенсор с минимальной модернизацией можно использовать для работы с экранами различного размера.

Из­за высокой стоимости и больших габаритов оптические сенсоры на базе видеокамеры непригодны для применения в портативных устройствах. Система требует тщательной калибровки после монтажа и регулярной подстройки для обеспечения приемлемой точности.

Как уже было упомянуто, оптические сенсоры на базе видеокамеры пригодны для использования исключительно в дисплеях с обратной проекцией изображения, и это в значительной степени ограничивает сферу их применения. В настоящее время данный класс устройств является весьма немногочисленным: спрос на проекционные телевизоры стремительно сокращается, а аппараты вроде Microsoft Surface и вовсе производятся в микроскопическом количестве.

Технологии на базе свойств акустических волн

Пока что ни одна из технологий, использующих для реализации функции сенсорного ввода свойства акустических волн, не получила широкого распространения. Тем не менее подобные решения интересны не только оригинальным принципом работы, но и рядом важных достоинств.

Технология поверхностно-акустических волн

Как следует из названия, работа данного решения базируется на особенностях распространения поверхностно-акустических волн (ПАВ). Сенсорная панель на базе ПАВ представляет собой стеклянную пластину, которая монтируется перед экраном дисплея с небольшим зазором. В углах пластины установлены пьезоэлектрические преобразователи (ПЭП) и принимающие датчики, по краям - отражатели (рис. 14). В процессе работы контроллер подает высокочастотный электрический сигнал на пьезоэлектрические преобразователи, которые, в свою очередь, возбуждают в стеклянной пластине поверхностно-акустические волны ультразвукового диапазона (частотой порядка нескольких мегагерц). Эти волны равномерно распределяются отражателями по толще пластины и затем улавливаются принимающими датчиками, которые преобразуют их в электрический сигнал, считываемый контроллером. При прикосновении к сенсорной поверхности часть энергии поверхностно-акустических волн поглощается (палец или иной предмет в данном случае выступает в роли демпфера, препятствующего свободному распространению волн). По изменению сигналов, считываемых принимающими датчиками, контроллер определяет координаты точки касания.

Рис. 14. Схема устройства сенсорной панели на базе технологии ПАВ

Сенсорные панели на базе технологии ПАВ отличаются надежностью (они выдерживают десятки миллионов нажатий в одной точке), высоким показателем светопропускания (более 90%) и восприимчивостью к нажатиям, выполненным как пальцами, так и различными предметами. В некоторых вариантах реализации данная технология позволяет определять не только координаты, но и силу нажатия.

Из недостатков сенсорных панелей этого типа необходимо отметить чувствительность к загрязнению рабочей поверхности (грязь влияет на распространение акустических волн) и не очень высокую точность определения координат точки нажатия. Также возможны нарушения в работе сенсорной панели в условиях сильного шума и вибраций, что в значительной мере ограничивает возможности по использованию устройств данного типа вне помещений.

Существует несколько вариантов реализации сенсорных панелей на базе ПАВ - IntelliTouch, SecureTouch, iTouch и др. Основной сферой применения сенсорных панелей на базе технологии ПАВ в настоящее время являются информационные киоски, терминалы и т.д. В силу технических особенностей данного решения его целесообразно использовать в дисплеях с большим размером экрана (19 дюймов и более).

Технология распознавания акустических импульсов

Технология распознавания акустических импульсов (Acoustic Pulse Recognition, APR), созданная специалистами компании Elo TouchSystems, является дальнейшим развитием идеи, использованной в панелях на базе ПАВ. Впрочем, принцип работы сенсорных панелей на базе технологии APR существенно отличается от устройств на базе ПАВ.

Сенсорная поверхность представляет собой стеклянную пластину. На ее сторонах установлены четыре пьезоэлектрических преобразователя, конвертирующих распространяющиеся по толще стекла звуковые волны в электрический сигнал (рис. 15).

Рис. 15. Схема устройства сенсорной панели на базе технологии APR

Принцип работы панели APR основан на том, что звук, возникающий при прикосновении к каждой из точек сенсорной поверхности, уникален. При прикосновении к сенсорной поверхности возникает звуковой импульс, распространяющийся по стеклянной панели. Достигнув края панели, импульс воздействует на ПЭП, который преобразует его в электрический сигнал и передает в контроллер. Последний сравнивает поступающие с датчиков сигналы с сохраненными в памяти эталонными сигналами, зафиксированными при прикосновениях к различным точкам панели. При несовпадении звуковой картины с хранящимися в памяти эталонами контроллер не регистрирует нажатие - таким образом реализована эффективная система фильтрации внешних шумов и вибраций.

Сенсорные панели на базе технологии APR обеспечивают более высокую (по сравнению с устройствами на базе ПАВ) точность определения координат точки касания и гораздо меньше подвержены влиянию посторонних шумов и вибраций. Нажатия можно производить как пальцами, так и различными предметами. Такие панели обладают высоким показателем светопропускания (более 90%) и сохраняют работоспособность при наличии царапин и загрязнений на сенсорной поверхности. Сенсорные панели на базе технологии APR обеспечивают высокую стабильность работы и не требуют перекалибровки в процессе эксплуатации. Данное решение отличается хорошей масштабируемостью: его можно использовать в дисплейных панелях как с малым, так и с большим размером экрана.

Сегодня основной сферой применения технологии APR являются цифровые киоски и POS-терминалы. Поставки коммерческих решений с сенсорными дисплеями на базе технологии APR начались сравнительно недавно - в конце 2006 года.

Ультразвуковая технология

Для работы с сенсорным экраном этого типа используется специальное перо, в котором размещены генератор, излучатель ультразвуковых волн и миниатюрный источник питания. На рамке дисплея вблизи от верхних углов экрана смонтированы два датчика, реагирующих на ультразвук (рис. 16). При прикосновении наконечника пера к поверхности экрана срабатывает выключатель, и перо начинает излучать ультразвуковые волны. Контроллер фиксирует время срабатывания каждого из датчиков и по разнице этих значений вычисляет координаты точки касания.

Рис. 16. Схема устройства дисплея с ультразвуковым сенсором

Основными достоинствами этого решения являются простота реализации (не требуется вносить изменения в конструкцию дисплейной панели), низкая себестоимость, а также отсутствие помех, влияющих на качество изображения. Подобная конструкция обладает хорошей масштабируемостью: сенсор такого типа можно использовать с экранами различных размеров (требуется лишь внесение незначительных изменений в программу контроллера).

Основным недостатком является необходимость применения специального пера. Кроме того, данное решение обеспечивает не очень высокую точность определения координат точки нажатия (±0,5 мм) и требует дополнительного пространства для размещения датчиков на рамке вокруг экрана. Таким образом, ультразвуковой сенсор практически непригоден для использования в портативных устройствах.

В качестве примера серийного устройства, оснащенного ультразвуковой системой сенсорного ввода, можно привести выпущенный в начале 2006 года 17-дюймовый ЖК-монитор Samsung SyncMaster 720TD (рис. 17). Датчики сенсора в этой модели были выполнены в виде шайб цилиндрической формы, расположенных в верхних углах рамки монитора.

Рис. 17. ЖК-монитор SyncMaster 720TD оснащен системой
сенсорного ввода на базе ультразвуковой технологии

Технология электромагнитного резонанса

В заключение стоит упомянуть технологию электромагнитного резонанса, разработанную компанией Wacom для использования в графических планшетах (дигитайзерах). В 1998 году в продуктовой линейке компании появилась первая модель ЖК-дисплея со встроенным графическим планшетом - Cintiq 18sx. В настоящее время компания Wacom выпускает две серии дисплеев с сенсорным экраном - Cintiq и PL (рис. 18).

Рис. 18. ЖК-дисплей Wacom серии Cintiq, оснащенный
встроенным графическим планшетом

Сенсорные панели, созданные на базе технологии электромагнитного резонанса, обеспечивают очень высокую точность позиционирования, а также позволяют получать дополнительную информацию от встроенных датчиков пера - таким образом можно фиксировать силу нажатия, угол наклона, тип наконечника и пр.

Данная конструкция позволяет отслеживать местоположение пера даже в том случае, когда его наконечник находится на расстоянии 1-2 см от рабочей поверхности. Благодаря этому сенсорную панель можно установить под модулем ЖК-дисплея - не ухудшая, таким образом, оптические характеристики дисплея.

Увы, есть и целый ряд недостатков. Сенсорные панели на базе технологии электромагнитного резонанса работают только со специальным пером и требуют периодической калибровки в процессе эксплуатации. Кроме того, в силу сложности конструкции такие изделия довольно дороги в производстве, причем цена значительно возрастает по мере увеличения размера экрана.

Сенсорные панели на базе данной технологии потребляют много электроэнергии и являются источником электромагнитных помех, которые могут нарушить нормальную работу расположенного поблизости беспроводного оборудования (мобильных телефонов, точек доступа и пр.).

Судя по всему, в ближайшие годы технология электромагнитного резонанса так и останется решением, ориентированным главным образом на немногочисленный сегмент дорогих сенсорных дисплеев, используемых для работы с профессиональными приложениями (графическими редакторами, системами 3D-моделирования, САПР и т.д.).

Резистивная технология

Плюс: точность и высокая чувствительность. Минус: невысокая яркость и недопустимость прикосновения острыми предметами.

Мкостная технология

Плюс: большое разрешение, малое время отклика, хорошее качество изображения и большой ресурс. Минус: реагирует только на контакт с пальцем.

Технология ПАВ (поверхностные акустические волны)

Плюс: высокая чувствительность, большая яркость и малая цена. Минус: чувствительность к воздействию внешних факторов, то есть колебания температуры и давления влияют на их работу.

Инфракрасные мониторы

Такая техника является самой надёжной и долговечной. Количество прикосновений, перепады температуры, погодные условия – не влияют на работу экрана. Минус: реагируют на любые прикосновения и на попадание солнечных лучей. Но этот недостаток не имеет особой значимости, стоит лишь установить защитную программу, требующую подтверждения выполнения операции.
Как видим, сенсорные мониторы, хоть и не лишены недостатков - достаточно хороши для определённых целей.

Перспективные конструкции и технологии мониторов

Технология E-Ink

В наше время большинство пользователей ПК все еще предпочитают читать текст на бумаге. Кроме привычки воспринимать информацию с листа бумаги, есть еще и объективные факторы, такие как количество отраженного от дисплея света (характеризуется коэффициентом отражения) и контрастность (отношение интенсивностей отражаемых световых потоков от белых и черных участков изображения).
Даже в последних моделях мониторов коэффициент отражения и контрастность примерно в два раза ниже, чем, скажем, у страницы книги. Вдобавок печатные издания имеют более широкий угол обзора и им можно придать ту форму, которая удобнее для чтения. В общем, читать текст на бумаге, конечно, удобнее (видимо, именно поэтому даже с приходом Интернета бумажные издания продолжают существовать).
Поэтому при производстве мониторов ПК, возможно, получит распространение технология E-Ink (Electronic Ink - "Электронные чернила "), разрабатываемая компаниями Philips, E Ink и лабораторией Bell Labs.
Bell Labs представила общественному вниманию гибкий пластиковый лист, способный отображать простейшие символы графики. Толщина новинки - не более миллиметра, что позволяет сравнивать его с листом бумаги, благо он имеет довольно высокую эластичность и достаточно прочен. Сейчас размеры точки на таком листе не очень маленькие, но в будущем планируется уменьшить его размер до нескольких микрон (как в современных мониторах или даже меньше).
Использование таких технологий позволит производить не просто плоские экраны , но имеющие возможность сворачиваться и/или принимать произвольную форму. Основная проблема в этих технологиях - чем заменить стеклянную подложку? Если применить пластик, то гибкость обеспечена, однако он, в отличие от стекла, пропускает кислород и воду, присутствие которых несовместимо с электролюминесцентными свойствами органических диодов. Так что пока гибкие OLED-дисплеи "живут" не больше двух-трех недель, но исследовательские лаборатории рапортуют, что через несколько лет можно будет начать их массовое производство.
Основной элемент дисплеев, создаваемых E - Ink, - матрица микрокапсул, каждая из которых содержит положительно заряженные частицы белого цвета и отрицательно заряженные - черного. При подведении к капсуле отрицательного заряда белые (положительно заряженные) частицы под действием кулоновских сил отталкиваются и поднимаются в верхнюю часть капсулы, где их видит наблюдатель. А при подведении положительного заряда верх капсулы окрашивается в черный цвет. Такой способ получения изображения обеспечивает высокую контрастность цвета и широкий угол обзора . Кроме того, сейчас разрабатываются технологии, позволяющие использовать в качестве подложки для слоя из таких микрокапсул совершенно произвольные по составу и форме поверхности. Ведутся работы и по созданию цветных дисплеев на основе "электронных чернил", в которых принцип получения цвета будет сходен с используемой в ЖК-мониторах системой красных, желтых и зеленых светофильтров

20.07.2016 14.10.2016 by Почемучка

История создания сенсорного экрана.

Сегодня сенсорным дисплеем, а вернее экраном с возможностью введения информации посредством касания, никого не удивишь. Практически все современные смартфоны, планшетные ПК, некоторые электронные книги и другие современные гаджеты оснащены подобными устройствами. Какова же история этого чудесного устройства ввода информации?

Считается, что родителем первого в мире сенсорного устройства является американский преподаватель университета штата Кентукки, Сэмуэль Херст. В 1970 году он столкнулся с проблемой считывания информации с огромного количества лент самописцев. Его идея автоматизации этого процесса стала толчком к созданию первой в мире компании по производству сенсорных экранов – Elotouch. Первая разработка Херста и его единомышленников носила название Elograph. Она увидела свет в 1971 году и использовала четырех проводной резистивный метод определения координат точки касания.

Первой же компьютеризированным устройством с сенсорным дисплеем была система PLATO IV, появившаяся на свет в 1972 году благодаря исследованиям, проходившим в рамках компьютерного обучения в США. Она имела сенсорную панель, состоящую из 256 блоков (16×16), и работающую при помощи сетки инфракрасных лучей.

В 1974 году снова дал о себе знать Сэмюэль Херст. Образованная им компания Elographics выпустила прозрачную сенсорную панель, а еще через три года в 1977 ими была разработана пяти проводная резистивная панель. Спустя несколько лет компания объединяется с крупнейшим производителем электроники Siemens и в 1982 году они совместно выпускают первый в мире телевизор, оборудованный сенсорным экраном.

В 1983 году производитель компьютерной техники компания Hewlett-Packard выпускает компьютер HP-150, оборудованный сенсорным дисплеем, работающим по принципу инфракрасной сетки.

Первым мобильным телефоном с сенсорным устройством для ввода информации была модель Alcatel One Touch COM, выпущенная в 1998 году. Именно она стала прообразом современных смартфонов, хотя и имела по сегодняшним меркам весьма скромные возможности – небольшой монохромный дисплей. Еще одной попыткой смартфона с сенсорным экраном стала модель Ericsson R380. Она также имела монохромный дисплей и была весьма ограничена в своих возможностях.

Сенсорный экран в современном виде предстал в 2002 году в модели Qtek 1010/02 XDA, выпущенной компанией HTC. Это был полноцветный дисплей с достаточно хорошей разрешающей способностью, поддерживающий 4096 цветов. Он использовал резистивную технологию определения координат касания. На более высокий уровень сенсорные экраны вывела компания Apple. Именно благодаря ее IPhone, устройства с сенсорными дисплеями получили невероятную популярность, а их разработка Multitouch (определение касания двумя пальцами) существенно упрощала ввод информации.

Однако появление сенсорных экранов стало не только удобным новшеством, но и повлекло за собой некоторые неудобства. Электронные устройства, оснащенные сенсором, более чувствительны к неаккуратному обращению, поэтому и ломаются чаще. Ломаются даже экраны в Iphone. Благо, что заменить их может даже неквалифицированный специалист.

Как устроен сенсорный экран.

Такая диковинка как сенсорный экран – дисплей с возможностью ввода информации простым нажатием на его поверхность при помощи специального стилуса или просто пальца, давно уже перестал вызывать удивление у пользователей современных электронных гаджетов. Давайте попробуем разобраться, как же он работает.

На самом деле видов сенсорных экранов существует достаточно большое количество. Друг от друга они отличаются принципами, заложенными в их работе. Сейчас на рынке современной высокотехнологичной электроники используются в основном резистивные и емкостные сенсоры. Однако существуют также матричные, проекционно-емкостные, использующие поверхностно-акустические волны, инфракрасные и оптические. Особенность двух первых, самых распространенных в том, что сам сенсор отделен от дисплея, поэтому при поломке его с легкостью может заменить даже начинающий электромастер. Вам останется лишь купить тачскрин для сотового или любого другого электронного устройства.

Резистивный сенсорный экран состоит из гибкой пластиковой мембраны, на которую собственно мы и нажимаем пальцем, и стеклянной панели. На внутренние поверхности двух панелей нанесен резистивный материал, по сути, являющийся проводником. Между мембраной и стеклом равномерно расположен микроизолятор. Когда мы нажимаем на одну из областей сенсора, в этом месте замыкаются проводящие слои мембраны и стеклянной панели и происходит электрический контакт. Электронная схема-контроллер сенсора преобразует сигнал от нажатия в конкретные координаты на области дисплея и передает их в схему управления самим электронным устройством. Определение координат, а вернее ее алгоритм, очень сложен и основан на последовательном вычислении сначала вертикальной, а потом горизонтальной координаты контакта.

Резистивные сенсорные экраны достаточно надежны, поскольку нормально функционируют даже при загрязнении активной верхней панели. К тому же они, ввиду своей простоты более дешевы в производстве. Однако у них есть и недостатки. Одним из основных является низкая светопропускная способность сенсора. То есть поскольку сенсор наклеен на дисплей, изображение получается не таким ярким и контрастным.

Емкостный сенсорный экран. В основу его работы заложен тот факт, что любой предмет, имеющий электрическую емкость, в данном случае палец пользователя, проводит переменный электрический ток. Сам сенсор представляет собой стеклянную панель, покрытую прозрачным резистивным веществом, которое образует проводящий слой. На этот слой при помощи электродов подается переменный ток. Как только палец или стилус касается одной из областей сенсора, в этом месте происходит утечка тока. Его сила зависит от того на сколько близко к краю сенсора произведен контакт. Специальный контроллер измеряет ток утечки и по его значению вычисляет координаты контакта.

Емкостный сенсор также как и резистивный не боится загрязнений, к тому же ему не страшна жидкость. Однако по сравнению с предыдущим он имеет более высокую прозрачность, что делает изображение на дисплее более четким и ярким. Недостаток емкостного сенсора происходит из его конструктивных особенностей. Дело в том, что активная часть сенсора, по сути, находится на самой поверхности, поэтому подвержена износу и повреждениям.

Теперь поговорим о принципах работы менее популярных на сегодняшний день сенсоров.

Матричные сенсоры работают по принципу резистивных, однако отличаются от первых максимально упрощенной конструкцией. На мембрану наносятся вертикальные проводящие полосы, на стекло – горизонтальные. Или наоборот. При давлении на определенную область, замыкаются две проводящие полосы и контроллеру достаточно легко вычислить координаты контакта.

Недостаток такой технологии виден невооруженным глазом – очень низкая точность, а следовательно и невозможность обеспечить высокую дискретность сенсора. Из-за этого некоторые элементы изображения могут не совпадать с расположением полос проводника, а следовательно нажатие на эту область может либо вызвать неправильное исполнение нужной функции либо вообще не сработать. Единственным достоинством этого типа сенсоров является их дешевизна, которая собственно говоря, и выплывает из простоты. Кроме этого матричные сенсоры не прихотливы в использовании.

Проекционно-емкостные сенсорные экраны являются как бы разновидностью емкостных, однако работают немного по-другому. На внутреннюю сторону экрана наносится сетка электродов. При касании пальцем между соответствующим электродом и телом человека возникает электрическая система – эквивалент конденсатора. Контроллер сенсора подает импульс микротока и измеряет емкость образовавшегося конденсатора. В результате того что в момент касания одновременно задействованы несколько электродов, контроллеру достаточно просто вычислить точное место касания (по самой большой емкости).

Основные достоинства проекционно-емкостных сенсоров – это большая прозрачность всего дисплея (до 90 %), чрезвычайно широкий диапазон рабочих температур и долговечность. При использовании такого типа сенсора несущее стекло может достигать толщины 18 мм, что дает возможность делать ударопрочные дисплеи. К тому же сенсор устойчив к непроводящему загрязнению.

Сенсоры на поверхностно-акустических волнах – волнах, распространяющихся на поверхности твердого тела. Сенсор представляет собой стеклянную панель, по углам которой расположены пьезоэлектрические преобразователи. Суть работы такого сенсора в следующем. Пьезоэлектрические датчики генерируют и принимают акустические волны, которые распространяются между датчиками по поверхности дисплея. Если касания нет – электрический сигнал преобразуется в волны, а потом обратно в электрический сигнал. Если произошло касание часть энергии акустической волны поглотится пальцем, а следовательно не дойдет до датчика. Контроллер проанализирует полученный сигнал и посредством алгоритма вычислит место касания.

Достоинства таких сенсоров в том, что используя специальный алгоритм можно определять не только координаты касания, но и силу нажатия – дополнительная информационная составляющая. К тому же конечное устройство отображения (дисплей) имеет очень высокую прозрачность, поскольку на пути света нет полупрозрачных проводящих электродов. Однако сенсоры имеют и ряд недостатков. Во-первых, это очень сложная конструкция, а во-вторых – точности определения координат очень сильно мешают вибрации.

Инфракрасные сенсорные экраны. Принцип их работы основан на использовании координатной сетки из инфракрасных лучей (излучатели и приемники света). Примерно тоже, что и в банковских хранилищах из художественных фильмов про шпионов и грабителей. При касании в определенной точке сенсора прерывается часть лучей, а контроллер по данным от оптических приемников определяет координаты контакта.

Основной недостаток таких сенсоров – очень критичное отношение к чистоте поверхности. Любое загрязнение может привести к полной его неработоспособности. Хотя из-за простоты конструкции этот тип сенсора используется в военных целях, и даже в некоторых мобильных телефонах.

Оптические сенсорные экраны являются логическим продолжением предыдущих. Инфракрасный свет используется в качестве информационной подсветки. Если на поверхности нет сторонних предметов – свет отражается и попадает в фотоприемник. Если произошло касание – часть лучей поглощается, а контроллер определяет координаты контакта.

Недостатком технологии является сложность конструкции в виду необходимости использования дополнительного светочувствительного слоя дисплея. К достоинствам можно отнести возможность достаточно точного определения материала, с помощью которого произведено касание.

Тензометрические и сенсорные экраны DST работают по принципу деформацииповерхностного слоя. Их точность достаточно низкая, но они прекрасно выдерживают механические воздействия, поэтому применяются в банкоматах, билетных автоматах и прочих публичных электронных устройствах.

Индукционные экраны основаны на принципе формирования электромагнитного поля под верхней частью сенсора. При касании специальным пером, меняется характеристика поля, а контроллер в свою очередь вычисляет точные координаты контакта. Применяются в художественных планшетных ПК самого высокого класса, поскольку обеспечивают большую точность определения координат.

Используемые материалы:

Стекло, листовой полиэстер, проводящее покрытие.

Принцип действия :

• Сенсорные элементы, заданные шаблоном, расположены на обратной стороне сенсорной подложки.
• Измеряется уровень сигнала на каждом элементе.
• Касание определяется путем сравнения уровней сигналов между смежными элементами.

Преимущества:

• Может быть ламинирована или химически обработана для дополнительной защиты от повреждений.
• Экраны в основном ламинируют для предотвращения разбивания на осколки.
• Касания могут осуществляться пальцем, пальцем в перчатке или проводящим стилусом.
• Светопередача 85%-90%.
• Определение одновременного касания в 3-х и более точках.

Недостатки:

• Более сложная электроника и конструкция экрана по сравнению с другими технологиями и, как следствие, более высокая стоимость.
• Не поддерживает работу с непроводящими стилусами.

Инфракрасная Infrared (Grid) (IR)

Используемые материалы:

Стеклянная или акриловая подложка, рамка по периметру стекла, светодиодная матрица

Принцип действия:

Светодиоды создают сетку инфракрасных световых лучей по осям X и Y на поверхности экрана. Фотоприемники улавливают эти лучи на противоположной стороне экрана. Касание определяется когда палец или стилус блокирует луч и не позволяет ему достичь фотоприемников. Контроллер постоянно сканирует по осям X и Y и в момент касания определяет блокировку и вычисляет координату касания методом триангуляции.

Преимущества:

• На работу экрана не влияют царапины и износ поверхности.
• Касания осуществляются пальцем, рукой в перчатке, или толстым стилусом.
• Светопередача 90% - 92%

Недостатки:

• Крупные загрязнения, пролитые жидкости или какие-то препятствия на поверхности экрана могут приводить к ложным срабатываниям и создавать мертвые зоны.
• Касания происходят слегка над поверхностью экрана, что может привести к непреднамеренному срабатыванию.
• Требуется рамка защищающая светодиоды и фотоприемники.

Оптическая

Используемые матреиалы:

Стеклянная подложка, оптические сенсоры линейного сканирования, световые шины.

Принцип действия:

Миниатюрные камеры расположены в 2-ух верхних углах подложки. Подсвеченные или отражающие границы 3-х противоположных сторон проецируют однородное поле инфракрасного света немного выше поверхности стекла. Касание распознается благодаря перекрыванию пальцем или другим объектом светового потока от камер. Контроллер обрабатывает оптическую информацию и вычисляет координаты Х и Y.

Преимущества:

• На работу экрана не влияют царапины
• Нажатие осуществляется пальцем, рукой в перчатке или стилусом.
• Масштабируемость
• Светопередача более 90

Недостатки:

• Пролитая жидкость или загрязнения поверхности могут вызвать ложные срабатывания или привести к неработоспособности экрана.
• Для данного типа технологии требуется рамка для защиты камер в углах экрана
• Защитная рамка приводит к увеличению толщины сенсорного экрана на 3,5 мм.
• Нажатие срабатывает чуть ранее реального касания поверхности
• Определение 2-ух точек касания осуществляется 2-я камерами, а 3-х и более точек касания - 4 камерами.

ПАВ (технология на поверхностно-акустических волнах)

Используемые материалы:

Стекло, пьезоэлектрические преобразователи

Принцип действия:

• Пьезоэлектрические датчики установленные по углам стекла генерируют акустические волны по поверхности стеклянной подложки по осям Х и Y.
• Акустические волны отражаются от специальных насечек на стекле, перенаправляя энергию в пьезоэлектрические приемники.
• Касание поверхности сенсорного экрана вызывает уменьшение части волны в прямой зависимости от координат касания.
• Касание определяется по времени задержки от переданного импульса до места затухания поверхностной волны.

Преимущества:

• Касания могут осуществляться пальцем, некоторыми перчатками или мягким проводящим стилусом.
• Светопередача более 90%.

Недостатки:

• Жидкости или крупные загрязнения (пыль, грязь) могут вызвать ложные срабатывания или мертвые зоны на экране.
• Требуется надежная защита от грязи и воды, что усложняет процесс сборки устройств
• Широкий бордюр не позволяет интегрировать экран во многие модели мониторов.
• Определяется только одна точка касания - отсутствие мультитач

Поверхностно-емкостная (ClearTek)

Используемые материалы:

Стеклянная подложка, Покрытие из прозрачного метталического оксида Glass substrate, transparent metal oxide coating

Принцип действия:

• Напряжение прилагается к углам сенсорного экрана.
• Электроды по периметру сенсорного экрана распределяют напряжение для создания однородного электрического поля через проводящую поверхность экрана.
• В момент касания часть тока снимается с поверхности экрана и измеряется контроллером.
• Относительная величина тока обратно пропорциональна растоянию от точки касания до углов экрана.
• Пропорция токов от 4-х углов позволяет рассчитать координаты X и Y точки касания.

Преимущества:

• Устойчивость к загрязнениям (грязь, пыль, жир и т.п) и жидкостям на поверхности экрана.
• Срабатывание даже при легком касании экрана.
• Самой быстрый отклик на нажатие среди сенсорных технологий.
• Светопередача 88% - 92%.

Недостатки:

• Поддерживает только касания пальцем (без перчаток) или стилусом подключенным к котроллеру.
• Сильные царапины могут повлять на работоспособность экрана.
• Определяется только одно касание - отсутствие мультитач.