Многообразие сенсорных дисплеев. Сенсорные экраны

Сенсорный экран (от англ. touch screen) — координатное устройство, позволяющее путем прикосновения (пальцем, стилусом и т.п.) к области экрана монитора производить выбор необходимого элемента данных, меню или осуществлять ввод данных в какое-либо ЭВМ.

Сенсорные экраны наиболее пригодны для организации гибкого интерфейса, интуитивно понятного даже далеким от техники пользователям.

Альтернативно, два или более датчиков изображения расположены по краям экрана, а инфракрасные задние фонари расположены в поле зрения. Прикосновение к пальцу затем захватывается как тень, а его точное положение вычисляется путем триангуляции снимков с нескольких камер.

В резистивной технологии система состоит из гибкой мембраны, которая находится на поверхности дисплея. Диафрагма покрыта очень тонким прозрачным металлическим слоем изнутри. Между диафрагмой имеется также проводящий прозрачный слой, но он твердый. Между слоями имеется очень тонкий воздушный зазор с растром изоляционных опор, которые изолируют проводящие слои. Оба уровня подключены к модулю управления и оценки. При касании верхний лист сгибается и в определенной точке соединяется проводящим образом с нижним слоем.

С распространением карманных, планшетных компьютеров, устройств для чтения электронных книг и различных терминалов сенсорные экраны стали такими же привычными, как кнопка и колесо.

История создания сенсорного экрана

История создания сенсорного экрана берет начало в 1970 году. Тогда Сэмуэль Херст (Samuel C. Hurst), преподаватель Университета штата Кентукки, столкнулся с проблемой считывания данных с лент самописцев. Поразмыслив над тем, как автоматизировать обработку огромного количества лент, Сэмуэль Херст с группой единомышленников основал компанию Elotouch , которая и стала пионером в производстве сенсорных экранов. Первое устройство сенсорного ввода, получившее имя Elograph, было скорее, дигитайзером и использовало так называемый резистивный принцип определения координат.

Затем электрический ток пропускается через слои, и контроллер затем вычисляет положение точки касания в зависимости от размера отдельных токов. Емкостные сенсорные функции дисплея основаны на проводимости человеческого тела. Поверхность емкостного сенсорного экрана покрыта проводящим слоем. При касании дисплея пальцем руки емкость, через которую замыкается электрическая цепь, образуется между краями дисплея и проводящей рукой. Контроллер затем анализирует результирующие емкости точно, чтобы определить положение пальца.

Как все начиналось, ультразвуковое и инфракрасное сканирование

В прилагаемых ссылках. Контролировать вещи простым прикосновением - это вопрос человеческого желания с незапамятных времен - помните старые легенды, в которых простые источники разбрызгивали пружины, и камни были открыты. Поэтому неудивительно, что наш палец становится важным и в современных электроприборах.

Первое поколение AccuTouch сенсорного экрана

Второе поколение AccuTouch сенсорного экрана с запатентованным "T шаблон для линеаризации, устранение ручных припаяны диоды вокруг края.

Первые попытки контролировать электронику произошли в лаборатории в начале прошлого века, даже когда компьютеры не были ни видимыми, ни гладкими. На телеэкране для каждого из восьми предустановок пара пальцев провела паре, чтобы выбрать канал. Все работало надежно в течение многих лет. И с небольшими улучшениями на телевизорах, печах и плитах он используется сегодня.

Как куча летучих мышей

Однако разработка пошла дальше, и только сенсорные кнопки не успокаивали нас. С появлением экранов инженеры также пытались управлять подключенным устройством, касаясь непосредственно на дисплее. Ультразвуковое сканирование использует ультразвуковой сигнал для определения положения пальца. Вы можете представить себе все, как квадратную маску, которая включает в себя два источника ультразвука и два отражающих слоя на противоположных сторонах. Ультразвук вращается вокруг экрана и отражает отражательную пластину обратно на датчики, и если это произойдет, все в порядке.

Первым персональным компьютером, оборудованным сенсорным экраном, стал HP-150 , выпущенный Hewlett-Packard в 1983 году. Для отслеживания нажатий применялась сеть инфракрасных лучей, организованная перед обычным ЭЛТ-экраном. Система представляла собой матрицу 21×14, составленную из инфракрасных свето- и фотодиодов.

Однако, если есть препятствия на пути аудиосигналов - обычно ваш палец - путь прерван в указанном разделе, и электроника может вычислить координаты, в которые будет поступать прерывание, и, таким образом, там, где находится ваш палец. Преимущество этой технологии заключается в том, что кадр размещается перед самим дисплеем и не ухудшает качество изображения. Тем не менее, это неуместно для ноутбуков, карманных устройств и, где необходимо, чтобы дисплей был как можно более легким. Кроме того, звуковые волны, которые постоянно выходят из монитора, даже несмотря на то, что они, как правило, не слышны для людей, относятся не только к эргономичным оргиям, и по этой причине их очень похожее инфракрасное сканирующее решение является более заметным.

Первый персональный компьютер, оборудованный сенсорным экраном HP-150

Технологии сенсорных экранов в наши дни

Разные источники выделяют шесть (иногда — семь) технологий, по которым производятся сенсорные экраны. Но при внимательном рассмотрении можно увидеть, что в этих устройствах используются всего четыре базовых принципа — резистивный, емкостный, акустический и инфракрасный.
Резистивный сенсорный экран

Глядя на Супермена

С точки зрения технологии инфракрасное сканирование в основном такое же, как ультразвуковое сканирование - за исключением того, что инфракрасные лучи заботятся вместо ультразвуковых волн. Опять же, здесь представлен дополнительный кадр, прикрепленный к самому дисплею. В этом корпусе на обеих осях установлены инфракрасные светодиоды и соответствующие датчики на противоположных сторонах. Если все в покое, направленный инфракрасный свет проходит вокруг монитора и падает на датчики. Если препятствие входит в маршрут, передача прерывается, и электроника может вычислить приблизительное положение пальца.

Технология AccuTouch разрабатывалась для использования в условиях агрессивной окружающей среды, поэтому сенсорные экраны AccuTouch превосходят другие экраны в надежности и долговечности. Резистивные экраны обладают максимальной стойкостью к загрязнению. Эта особенность позволяет AccuTouch не бояться попадания на рабочую поверхность жидкостей, конденсата, паров - и надежно работать, когда другие типы экранов выходят из строя. Экран выдерживает 35 миллионов прикосновений к одной точке.

Слово «приблизительное», используемое в предыдущем предложении, имеет смысл: точность сканирования напрямую зависит от количества используемых диодов и датчиков. И количество диодов и датчиков напрямую связано с продажной ценой. И поэтому на солнце видно, что производители выбирают такое состояние, чтобы цена была настолько приемлемой, насколько это возможно, и жертвовала небольшим количеством точности.

Эта инфракрасная технология более трех десятилетий назад, и, как это ни парадоксально, сегодня вы можете встретить ее сегодня на настольных компьютерах. Со временем водители узнали, как оценить положение двух пальцев - хотя они не всегда являются первыми.

Резистивные сенсорные экраны AccuTouch превосходно зарекомендовали себя в сфере обслуживания, в составе POS-терминалов, промышленности, медицине и транспорте. Прикоснитесь к экрану пальцем, рукой в перчатке, ногтем или кредитной картой, и Вы получите точный ответ на прикосновение.

Устойчивое и емкостное ощущение, касающееся всех

Инфракрасное зондирование просто больше диагонали, чем дешевле производители могут достичь.

Все может быть короткозамкнутым

Этот тип дисплея стал синонимом сенсорного экрана для многих пользователей. Он состоит из пары слоев, содержащих проводники, расположенные в строках и столбцах, которые не касаются состояния бездействия. Если вы нажмете слой, он коснется и ссылка определит, где произошел щелчок.

Если вы немного уверены в электротехнике или используете резистивное устройство отображения самостоятельно, то вы можете, конечно, указать основные недостатки этой технологии. Да, это тоньше и сложнее объект, который вы используете, тем точнее он будет. В большинстве установок этой технологии вы не можете обойтись без специальной сенсорной ручки, и вы можете полностью забыть об управлении пальцем - это слишком мягко для резистивного датчика, и если вы нажмете слой, поверхность будет настолько большой, чтобы устройство не знало, какой элемент вы хотите использовать пользовательскую среду.

В этой конструкции экран представляет собой стеклянную либо акриловую пластину, покрытую двумя токопроводящими слоями. Слои разделены незаметными глазу прокладками, которые предохраняют сеть вертикальных и горизонтальных проводников от соприкосновения. В момент нажатия слои контактируют и контроллер регистрирует электрический сигнал. Координаты нажатия определяются, исходя из того, на пересечении каких проводников было зарегистрировано воздействие.

Второй недостаток заключается в том, что перед дисплеем имеется еще два слоя, что влияет как на яркость, так и на точность цветопередачи. Недостатком третьего является нецелесообразность использования на больших поверхностях - здесь верхний слой согнут собственным весом или инерцией и случайным касанием. Это было исправлено производителями, размещая крошечные промежуточные стойки через регулярные промежутки между двумя слоями. Все полностью функционально, но вы можете увидеть такой дисплей с первого взгляда - он усеян небольшими точками через регулярные промежутки времени.

Изготовленные по 4-проводной технологии экраны могут иметь диагональ 12-20 дюймов и разрешение 1024×1024 пикселей. Время реакции не превышает 10 мс, а для срабатывания нужно приложить усилие в 50-120 г/см². Погрешность определения координат может достигать 3 миллиметров. К недостаткам технологии можно отнести снижение на 75-80% мощности светового потока, излучаемого монитором. Но это компенсируется простотой устройства, низкой ценой и малой восприимчивостью к вредным внешним воздействиям.

Поверхность стресс

Кроме того, емкостное сканирование не новичок, мы встречаемся с ним в течение второго десятилетия в прикосновении ноутбука. Прежде всего, давайте немного отстанем от самой технологии. Это основано на том факте, что поверхность дисплея или сенсорной панели имеет определенное поверхностное натяжение, которое воспринимается углами или углами. В спокойном состоянии этот заряд не меняется и не так хорош, как есть. Но если вы коснетесь сенсорной панели или дисплея с проводящим объектом, часть концентратора изменится, и сложный алгоритм будет знать, где находится ваш палец.

Принцип действия 4-проводного резистивного сенсорного экрана

5-проводной вариант резистивного экрана отличается большей надёжностью и повышенным разрешением. Если 4-проводные экраны выдерживают около 3 млн. нажатий в одну и ту же точку, то ресурс 5-проводных устройств — 35 миллионов. Разрешение же может достигать 4096×4096 точек. За это, правда, приходится платить пониженным светопропусканием — из всех разновидностей сенсоров 5-проводная панель заметнее всех «гасит» монитор. Эти панели применяются, в основном, в промышленности, медицине и торговле. А четырехпроводные резистивные экраны нашли себе место в таких устройствах, как КПК, устройства для чтения электронных книг и планшетные компьютеры: там, где важнее снизить стоимость устройства и обеспечить легкость восприятия информации.

И если вы добавите интеллект алгоритма, вы даже сможете распознать более одного пальца именно так. Большим преимуществом является то, что вам не нужно касаться сенсорного слоя вообще, просто увеличьте его, сделав его удобным для наложения с жестким слоем - пластик используется в ноутбуках, вы можете использовать твердое и закаленное стекло на своих карманных компьютерах и сотовых телефонах почти не можем поцарапать. Поэтому дисплеи могут быть защищены, поскольку производители могут только представить, используется ли резистивный дисплей.

Принцип действия 5-проводного резистивного сенсорного экрана

Емкостный (электростатический) сенсорный экран

В работе емкостного экрана человек участвует не только механическим, но и электрическим образом. До прикосновения экран обладает некоторым электрическим зарядом. Прикосновение пальца меняет картину заряженности, «оттягивая» часть заряда к точке нажатия. Датчики экрана, расположенные по всем четырем углам, следят за течением заряда в экране, определяя, таким образом, координаты «утечки» электронов.

Однако у него также есть свои недостатки, в этом случае невозможность использования непроводящего объекта для управления, такого как стилус или сенсорное перо. Преимущества, однако, явно преобладают, и поэтому мы все чаще сталкиваемся с этим видом дисплея с современными карманными устройствами.

Сенсорный контроль в настоящее время вокруг нас и постоянно расширяется в новые и новые области. Со временем будут существовать другие технологии, способные непосредственно распознавать движения человеческого тела и устранять этот физический контакт от нашей близости. Но мы поговорим о них больше в одной из следующих серий регулярной серии. Как все работает.

Принцип действия ёмкостного сенсорного экрана

Емкостные экраны также отличаются высокой надежностью (в них отсутствуют гибкие мембраны) и высокой степенью прозрачности. Правда они не годятся для работы стилусом или перчаткой — нажимать на экран необходимо «голым пальцем». Зато впечатляет надежность емкостного экрана — до миллиарда нажатий в одно и то же место. Емкостный принцип иногда используется и в «обычных» клавиатурах, причем эти клавиатуры отличаются от механических и мембранных большей надежностью и стойкостью к пыли и влаге.
Проекционно-ёмкостные сенсорные экраны

Он также поставляется с удобным интерфейсом, который подходит для сенсорного управления. Емкостный сенсорный экран. В углах или по краям наблюдается слабое электрическое напряжение, после чего контактные координаты могут быть рассчитаны путем касания в любом месте дисплея. Вы можете увидеть отдельные слои емкостного дисплея на диаграмме.

Резистивный дисплей - касание пальцем или стилусом соединяет два проводящих слоя. Разделяя слои с помощью точек расстояния, можно определить координаты между точками расстояния. Вы можете видеть отдельные слои резистивного дисплея на поперечном сечении.

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).

Прозрачность таких экранов до 90 %, температурный диапазон чрезвычайно широк. Очень долговечны (узкое место — сложная электроника, обрабатывающая нажатия). На ПЁЭ может применяться стекло толщиной вплоть до 18 мм, что приводит к крайней вандалоустойчивости. На непроводящие загрязнения не реагируют, проводящие легко подавляются программными методами. Поэтому проекционно-ёмкостные сенсорные экраны применяются в автоматах, устанавливаемых на улице. Реагирует на руку в перчатке. Невысокая точность дополняется параллаксом от толстого вандалоустойчивого стекла.

Несмотря на то, что монитор является новинкой на рынке, старое решение для сенсорного экрана сожалеет. Инфракрасное зондирование используется для надежной работы с одним касанием. Для двоих, вы должны быть более осторожны, и три пальца на дисплее не в одно и то же время. Здесь, со скрипучим дисплеем, когда вы сначала должны нажимать свой палец на край, это не так удобно, как просто прокручивать палец с края дисплея. Вы должны включить выбор источника, перейти к желаемому и подтвердить. Но на мониторе нет батареи, поэтому вы не можете использовать ее, как планшет.

Принцип действия проекционно-ёмкостного сенсорного экрана

Отличают нажатие рукой от нажатия проводящим пером. В некоторых моделях поддерживается мультитач. Поэтому такая технология применяется в тачпадах и мультитач-экранах.
Акустические сенсорные экраны

Система бесплатна, мобильный чип, и некоторая память теряется в стоимости, и это является дополнительной привлекательностью для пользователей. Эти устройства облегчают интеграцию всех машин производственной линии в одну согласованную систему и предлагают расширенные функции, например, регистрацию данных и событий, мониторинг ключевых параметров или тревогу. Их преимущества делают их применимыми во все более современных промышленных устройствах и многом другом.

К преимуществам этих устройств относятся низкая цена и энергоэффективность. Резистивные панели оператора состоят из двух слоев материала, отделенных друг от друга точечными разделителями. Внутренняя часть выполнена из стекла, покрытого резистивным слоем, а наружный слой представляет собой отвержденную полиэфир, гибкую мембрану, покрытую внутри проводящим проводящим покрытием. Когда на наружный слой нет давления, подложка и мембрана не контактируют. Появление давления заставляет эластичный слой полиэфира согнуть к стеклянной подложке и закрыть электрическую цепь.

Технология IntelliTouch

В основу сенсорных экранов IntelliTouch положена оригинальная технология, использующая принцип поверхностно-акустических волн. Экран представляет из себя стеклянную панель, что позволяет получить максимально качественное изображение на Вашем сенсорном мониторе. Поверхность экранов IntelliTouch способна противостоять механическим повреждениям. Прикоснитесь к экрану пальцем, рукой в перчатке или стило и Вы получите точный ответ на прикосновение. Сенсорные экраны IntelliTouch прекрасно себя зарекомендовали в торговле, сфере обучения, интеллектуальных зданиях.

Такие экраны построены с использованием миниатюрных пьезоэлектрических излучателей звука, не слышимого человеком. Стекло такого экрана постоянно незаметно вибрирует под воздействием излучателей, установленных в трех углах экрана. Специальные отражатели особым образом распространяют акустическую волну по всей поверхности экрана. Прикосновение к экрану меняет картину распространения акустических колебаний, что и регистрируется датчиками. По изменению характера колебаний можно вычислить координаты возмущений, внесенных нажатием на экран. Кроме этого, анализируя степень изменения колебаний, можно вычислить силу нажатия на экран. Это полезно при проектировании систем управления промышленным оборудованием, например, для плавного изменения скорости вращения двигателей и других параметров.

Среди плюсов акустических экранов — отсутствие покрытий, что повышает надежность и прозрачность экрана. Прохождение света ухудшается всего на 10%, а ресурс экрана оценивается в фантастические 50 млн. нажатий в одной точке. Разрешение акустических экранов может достигать 4096×4096 точек.

Технология Acoustic Pulse Recognition (APR)

Технология APR работает простым и элегантным способом - путем распознавания звука в момент касания экрана в определенной точке.

Сенсор генерирует уникальный звук в любой точке экрана. Четыре крошечных датчика, закрепленных по краям сенсорных экранов, принимает сигнал сенсора. Звук оцифровывается, затем передается контроллером и сравнивается со списком ранее записанных сигналов для каждой точки экрана. Курсор мгновенно перемещается в точку, соответствующую месту касания. APR игнорирует звуки окружающей среды и любые внешние звуки, если они не входят в ранее сохраненный список. APR отличается от предыдущих разработок методом звукового распознавания позиции касания с использованием микрофонов, потому что этот способ гораздо удобней и проще для настольных аппаратов, чем применение мощного и дорогого способа вычисления сигнала путем программного вычисления точки касания без каких-либо иных возможностей применения ссылок. Поэтому APR технология является более эффективной в соотношении цена-качество, и более экономична для больших экранов.

Теперь APR технология включает комбинацию самых лучших характеристик технологий AccuTouch и IntelliTouch. Ранее такого не достигалось в ни одной сенсорной разработке.

Хотя APR- новая технология - местами она весьма похожа на очень популярную 20 лет назад IntelliTouch. Обе разработки используют поверхность из настоящего стекла с закрепленным датчиком. Однако, если в IntelliTouch применяются датчики, преобразующие и принимающие сигналы, то в APR они лишь "слушающие".

Отличное качество изображения и износостойкость стекла

Сенсорные технологии всегда требуют, чтобы поверхность LCD монитора либо распознала прикосновение или же наоборот - защитила от касания.Изготовители экранов упорно трудятся, чтобы представить яркие и истинные цветные изображения. Таким образом, сенсорные мониторы должны искажать качество отображения картинки как можно меньше. К сожалению, поверхность экрана может потенциально уменьшить качество изображения четырьмя способами: сокращение светопередачи, добавление отражений, сокращение четкости, и изменением цветов. Стекло - основной материал для поверхности экранов по оптическим характеристикам, а так же по его твердости и длительности в использовании. Настоящее стекло имеет приблизительно 92%-ую световую передачу.Сохраняя яркость, это позволяет использовать LCD мониторы меньшей стоимости. Слои и покрытия, используемые в резистивной и емкостной технологиях, не только уменьшают светопередачу, они также изменяют оригинальные цвета экрана. Для многих сенсорных решений, типа медицинских приборов или цифровых фото киосков, приемлемо только стекло. Стекло также минимизирует отражения, поскольку не имеет слоев или металлических покрытий. Отражения могут быть утомляющими для глаз постоянных пользователей, например кассиров или игроков в казино; так же это касается киосков, на экраны которых попадает внешнее освещение. Поскольку отражения минимизированы при использовании стекла - в агрессивных антирефлексивных покрытиях или матовых технологиях рассеивания изображение таким образом сохраняет максимальную четкость. Стекло очень трудно поцарапать, (сопротивление- 7H), по сравнению с экранами, имеющими сопротивление с 3H или 4H. Стекло также является стойким к большинству химикатов и не стирается как пластмасса. Также оно устойчиво к искажениям, искажение в размерах или к сжиманию вследствие температурных изменений. Специальное антивандальное стекло также дает дополнительную возможность для использования в жестких окружающих средах. Более толстое стекло, устойчивое к высокой температуре и химикатам, или даже слоистое, могут использоваться вместо обычного стекла. По этим причинам, технология ПАВ стала основной технологией, которую устанавливают в сенсорных киосках и терминалах самообслуживания, и предпочтена многими другими для применений в игровых автоматах и медицине. Но, технология APR обладает лучшими оптическими качествами, следовательно, имеет преимущество перед технологией ПАВ. И к тому же, APR имеет более длительный срок эксплуатации.

Выбор указующего предмета

Если бы оптическое качество и прочность были единственными проблемами, то IntelliTouch экраны могли бы использоваться везде. Но иногда выбор предмета для касания перевешивает визуальное качество. Пример, при использовании в ресторане кассиром или официантом, когда абсолютно качественное изображение и чистота цвета не столь необходимы, если на экране всего лишь отображается меню, а действия служащего вряд ли повредят оборудование. То, что более важно - возможность коснуться экрана ручкой, кредитной карточкой, или картой как удостоверения личности; рабочие могут держать блюда в другой руке, а другой коснуться экрана любым указующим предметом. По этим причинам, до настоящего времени, сенсорные мониторы, с технологией AccuTouch, были самой популярной технологией, используемой в розничной продаже, ресторанах и в гостиницах в виде POS терминалов, даже несмотря на наличие внешнего пластмассового покрытия, которое ухудшает оптику и может стереться. Технология следующего поколения APR в самом ближайшем будущем получит свою долю на рынке POS- терминалов, поскольку позволяет работать с любым указующим предметом, износостойкая, и обладает лучшим качеством изображения, чем резистивный экран.

В дополнение к оптическим качествам и прочности стекла, технология APR может быть активизирована пальцем, ногтем, ручкой, стилусом, или кредитной карточкой, как и в резистивных экранах.

Стойкость к загрязнению

Для некоторых решений первичная проблема - не качество изображения, износоустойчивость, или выбор указующего предмета, а стойкость к загрязнению. Экран с технологией APR функционирует при попадании на него жидкости, грязи, кетчупа, жира, геля, а также, продолжает работать при наличии царапин. Т.е, монитор с экраном APR герметизирован в соответствии с промышленными стандартами, и при этом имеет отличное качество изображения.

Отсутствие необходимости в повторной калибровке

Сенсорные экраны обладают системой координат, независимой от основного дисплея. Картография касаний к дисплею требует конверсионного алгоритма от одной системы координат до другой. Точность этого преобразования зависит от устойчивости системы координат точки касания и видеокоординат. LCD-мониторы, в отличие от электронно-лучевых трубок, имеют изначально заложенное неподвижное положение дисплея. Немногие сенсорные технологии, например, ПАВ, также имеют неподвижную систему координат. Другие, как например, емкостные и некоторые дешевые резистивные технологии, требуют калибровки - даже периодической рекалибровки - по необходимости из-за так называемого "дрейфа". В любом случае, предпочтительно иметь сенсорную технологию, которая никогда не нуждается в калибровке. APR обладает неподвижной системой координат, которая никогда не изменяется во времени, положении, или из-за экологических изменений. С APR традиционная калибровка сенсорных экранов может быть устранена как обязательная необходимость, если размер экрана и положение установлены один раз.

Инфракрасные сенсорные экраны

В ряде случаев к качеству изображения, воспроизводимого отображающим устройством, предъявляются строгие требования. Это касается дисплеев, предназначенных главным образом для просмотра телевизионных передач, видеофильмов или для отображения иллюстративного материала (слайдов и фотографий), например, в художественном кружке или фото-студии. При необходимости оснащения такого устройства сенсорным экраном лучшим решением будет применение инфракрасной технологии. Для определения точки касания используются две линейки светодиодов, расположенные по вертикали и горизонтали, и две линейки фотодиодов, расположенные на противоположных сторонах экрана.

Устройство инфракрасного сенсорного экрана

Каждому светодиоду соответствует свой фотодиод. Работает такая оптическая пара следующим образом. При подаче напряжения на светодиод он излучает невидимый для человека инфракрасный свет в пределах очень небольшого телесного угла, чтобы попасть на "свой" фотодиод и "не задеть" соседние. Любое препятствие (например, касающийся экрана палец руки), частично или полностью перекрывающее световой луч, приводит к уменьшению или прекращению электрического тока через соответствующий фотодиод. Это изменение фиксируется микроконтроллером, позволяя вычислить координаты касания с высокой точностью. Обычно светодиод (и соответственно фотодиод) в линейке имеет размеры порядка 2,5 мм, то есть на каждый квадратный сантиметр панели приходится четыре горизонтальных и четыре вертикальных сканирующих луча. Однако механизмы интерполяции, используемые микроконтроллером, позволяют вычислять положение препятствия с большей точностью. Инфракрасный сенсорный экран выполнен в виде рамки, которая не имеет никаких стекол или прозрачных пленок. Поэтому изменение яркости, контраста и цветопередачи изображения, а также появление дополнительных бликов исключено, что является несомненным достоинством экрана.

Инфракрасная технология не лишена ряда недостатков. Применение в качестве отображающего устройства жидкокристаллических панелей нежелательно, так как касание их поверхности может привести к повреждению TFT-транзисторов и появлению "мертвых" точек (которые всегда либо включены, либо выключены). Рамка сенсорного экрана зачастую не прилегает к экрану дисплея вплотную, а находится на некотором расстоянии, при этом вследствие параллакса становятся заметными ошибки определения координат по углам. Устройство имеет невысокую надежность, что связано, во-первых, с небольшим сроком службы ИК-свето-диодов, а во-вторых, с особенностями конструкции — оптопары боятся пыли, загрязнений и конденсата. Попадание прямого солнечного света вызывает сбои в работе. Кроме того, такие экраны имеют самую высокую стоимость. Применяются ИК-экраны обычно в образовательных учреждениях (в качестве интерактивных панелей большого размера) и в игровых автоматах.

Преимущества обладателей

Применение сенсорных экранов дает ряд преимуществ их обладателям. Например, интерактивные справочные системы (киоски), используемые в аптеках, торговых центрах, банках и на вокзалах, удобны в обращении и позволяют экономить время, чем, несомненно, привлекают клиентов. Использование сенсорных панелей и планшетов вместо меловых досок в сфере образования также сулит определенные выгоды. Обычно значительную часть занятия преподаватель тратит на рисование схем, графиков и таблиц, а иногда даже на переписывание листингов компьютерных программ. В итоге ценное время на объяснение представленного на доске материала сокращается. При таком режиме работы учащемуся трудно сосредоточиться на обдумывании материала, так как он занят копированием записей с доски. Применяя отображающие устройства, можно эффективно использовать заранее подготовленный иллюстративный материал, что экономит массу времени. Наличие у дисплея сенсорных свойств позволяет делать любые пометки, надписи и рисунки в процессе объяснения. Вся изложенная на лекции информация, включая рисунки преподавателя, легко копируется в неизменном виде в любом количестве и может использоваться учащимися. Таким образом, благодаря внедрению интеллектуальных панелей можно повысить качество преподавания и поднять уровень образования.

К сожалению, в нашей стране применение сенсорных экранов пока очень ограничено. Остается надеяться, что со временем этот недостаток удастся победить.

Ремонт Apple iPhone 3G

Apple iPhone 3G - имеет уникальную внутреннюю конструкцию (абсолютно отличную даже от предыдущего поколения), а потому специалисты компании "MTechnic" крайне не рекомендуют не имея надлежащих навыков пытаться производить ремонт Apple iPhone 3G самостоятельно!

Помните: неумелое вмешательство усугубляет масштабы неисправностей и, как правило, увеличивает стоимость ремонта в несколько раз!

Доверяйте ремонт Apple iPhone исключительно профессионалам!

Компания "MTechnic" осуществляет ремонт Apple iPhone на территории: Москва, Зеленоград, Московская область (МО) -

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.).