Сенсорный экран

Сенсорный экранСенсорный 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.

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 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 открыть в новом окне, 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.

История создания сенсорных экранов

Первым персональным компьютером, оборудованным сенсорным экраном, стал HP-150 открыть в новом окне, выпущенный Hewlett-Packard открыть в новом окне 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.

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

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.

Резистивный сенсорный экран

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.

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

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.

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.

Акустические сенсорные экраны

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.

Акустические сенсорные экраны

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.

Инфракрасные сенсорные экраны

Инфракрасные сенсорные экраны со времен HP-150 практически не изменились. Схема остается той же — рамка вокруг монитора, в которой установлены излучатели и приёмники инфракрасного излучения. Минусы этой конструкции — низкое разрешение датчиков и возможность ложного срабатывания в результате посторонней засветки. Зато при больших диагоналях экранов эта технология пока незаменима. К тому же, все вышеперечисленные разновидности сенсорных дисплеев подвержены так называемому «дрейфу активной точки».

Стоит вспомнить и о том, что физического контакта «пользователь-экран» не происходит, отсутствуют механические детали (как в резистивных сенсорах) — значит, надежность системы повышается. А если сравнить стоимость контроллера инфракрасного сенсора с «обвязкой» других систем, становится ясно, что и здесь ИК-экраны в плюсе.

Емкостные и акустические экраны сложны в изготовлении и определяют координаты нажатия с помощью сложных алгоритмов, что требует некоторой вычислительной мощности. А в ИК-экранах линейки фото- и светодиодов жестко привязаны к декартовым координатам. Тем самым, показания датчиков интерпретируются быстро, однозначно и недорого.

Материалы в тему