Компьютеры какого поколения имели сенсорный экран

Обновлено: 05.07.2024

Сенсорные экраны: прошлое, настоящее и будущее

В нашем современном мире сенсорные экраны являются обычным явлением. Согласно исследованию Pew Research, проведенному в ноябре 2016 года, 77% американцев имеют смартфон, а 51% - планшетный компьютер. Хотя сенсорный экран существует уже несколько десятилетий, он никогда не видел такой популярности. Но откуда они взялись? Как они стали такими распространенными? И как мы можем ожидать их изменения?

По сравнению с другими запчастями для смартфонов, сенсорные экраны уникальны, потому что они обрабатывают как ввод, так и вывод - интерпретируя действия пользователя, используя графический дисплей. Они позволяют пользователю напрямую взаимодействовать с тем, что находится на экране, в отличие от мыши, которая перемещает курсор. Теоретически это более быстрый дизайн, поскольку указателю не нужно перемещаться по экрану между различными объектами. Сенсорные экраны могут дополнительно иметь ряд функций, которые увеличивают их функциональность.

Мультитач - на экране можно обнаружить наличие более одной точки контакта для ввода. «10-точечный» сенсорный экран будет различать все десять пальцев человека по отдельности.
Чувствительность к давлению - величина давления, приложенного к экрану, также определяется. Это добавляет еще один слой ввода и используется в Apple Watch как Force Touch и 3D Touch в iPhone 6S.
Распознавание жестов - сенсорный экран распознает определенные движения пальцев как отдельные команды, такие как двойное касание для выбора текста или сжатие для уменьшения.
Haptics - воссоздает ощущение прикосновения с движением. В современных смартфонах это часто относится к вибрации, возникающей при касании экрана.
Устойчивость к отпечаткам пальцев - поскольку большинство пользователей будут использовать свои пальцы, более новые экраны имеют олеофобное покрытие (по-гречески «боязнь масла»), которое предотвращает прилипание масел к поверхности.

прошлое

1960-е - 70-е годы: изобретение

Первый сенсорный экран был изобретен в 1965 году Эриком Джонсоном, который работал в Королевском радарном учреждении в Малверне, Англия. Его первая статья «Сенсорный дисплей - новое устройство ввода / вывода для компьютеров» описывает его работу и представляет схему конструкции. Изобретение известно как емкостный сенсорный экран , в котором используется изолятор, в данном случае стекло, покрытое прозрачным проводником, например оксидом индия и олова. Палец пользователя также действует как проводник и нарушает емкость проводящего слоя. Проще говоря, прикосновение к экрану вызывает изменение электрического заряда, который обнаруживает компьютер. Джонсон запатентовал свой дизайн в 1966 году, улучшил его в 1968 году и написал еще одну статью в том же году. В какой-то момент,

Другой дизайн появился в 1970-х годах с резистивным сенсорным экраном . Американский изобретатель, ученый, физик в области здравоохранения и педагог, доктор Г. Сэмюэль Херст, открыл эту конструкцию, изучая атомную физику с генератором Ван де Граафа, машиной, которая накапливает и высвобождает электрический заряд. Он и два коллеги использовали электропроводящую бумагу, чтобы прочитать координаты своего анализа, завершив свои эксперименты за несколько часов, когда это могло занять несколько дней.

Университет Кентукки, над которым работал Херст, пытался запатентовать идею от его имени, но у него были другие идеи. Вернувшись на работу в Национальную лабораторию Ок-Риджа, он посвятил время в нерабочее время работе над своим почти случайным изобретением. Херст и девять других работали над совершенствованием дизайна, называя свою группу «Elographics», применяя ее для управления компьютерами. В этой конструкции используется ряд тонких резистивных слоев с тонкими зазорами между ними. Когда палец нажимает на экран, они сжимаются, создавая напряжение, которое компьютер может считывать как местоположение. Поскольку он использует давление, его можно нажимать пальцем или стилусом. Кроме того, дизайн дешевле емкостного экрана.

1980-е: первые потребительские модели и новые технологии

Технологические компании начали замечать этот новый способ управления компьютерами. Hewlett-Packard был первым, кто выпустил продукт, который предоставил сенсорные экраны в руки обычных пользователей. В 1960-х и 70-х годах HP сделала себе имя за то, что создала все меньшие и меньшие по размеру компьютеры до того момента, когда она сделала одну из первых машин, которая получила название «персональный компьютер», 9100A.

В 1983 году компания Hewlett-Packard выпустила HP-150, также известный как сенсорный экран HP. Включенное устройство использовало новую систему для сенсорного ввода с сеткой инфракрасных излучателей и детекторов в рамке монитора. Когда инфракрасные лучи были прерваны, HP-150 мог определить, где пользователь касается экрана. Однако в системе были свои недостатки: пыль попадет в инфракрасные отверстия и потребует очистки. Дизайн также не был эргономичным, пользователи будут жаловаться на мышечную усталость или на то, что «рука гориллы» будет держать руку вытянутой и неподдерживаемой в течение длительного времени. Этот первый набег на потребительское устройство с сенсорным экраном не был невероятно популярным. Когда в 1984 году был выпущен HP Touchscreen II, сенсорный экран был опциональным и добавлялся редко.

Между тем, другие сенсорные технологии были разработаны. Майрон Крюгер, американский компьютерный художник, разработал Video Place, экран, который может отслеживать силуэт и движения пользователя. Мультитач был также доказан в 1982 году в университете Торонто Нимишем Мехтой. Этот дизайн также использовал камеру, чтобы определить, где пользователь касался экрана. Первый мультитач-оверлей был разработан в 1984 году Бобом Бои из Bell Labs, создавая действительно емкостный экран, который мог обнаруживать несколько точек контакта.

1990-е: популярные сенсорные экраны

Поскольку компьютеры продолжали сокращаться, технологические компании начали видеть возможности портативных устройств. Apple выпустила MessagePad, также называемый Newton, в 1993 году как революционно новый инструмент: КПК. Они использовали сенсорный экран, который был сделан для стилуса, и имели очень ожидаемую особенность: распознавание рукописного ввода. Тем не менее, высокая цена и проблемы с интерпретацией пользовательских текстов не позволили ему быть успешным. В это время IBM выпустила первый мобильный телефон с сенсорным экраном, Simon Personal Communicator. Сегодня он признан первым настоящим смартфоном с календарем, адресной книгой и блокнотом.

Самой популярной серией устройств с сенсорным экраном был Pilot от Palm Computing. Представленные в 1996 году, эти КПК были одним из основных продуктов в мире бизнеса, улучшая многие функции Apple Newton. Фактически, распознавание рукописного ввода Palm Pilot было настолько успешным, что в конечном итоге оно использовалось на более поздних моделях Newton.

К концу 1990-х сенсорные экраны стали частью компьютерной культуры, и интерес к ним возрос. Уэйн Вестерман, аспирант Университета штата Делавэр, опубликовал докторскую диссертацию о емкостных сенсорных экранах в 1999 году, что привело к их популярности сегодня. Он также создал компанию FingerWorks для создания новых устройств на основе своих выводов.

2000-е: сенсорные экраны до смартфонов в повседневной жизни

Сенсорные экраны действительно начали появляться в глазах общественности в этом десятилетии. FingerWorks использовала свои исследования для разработки первых продуктов на основе жестов с несколькими касаниями. Большинство из них были компьютерными аксессуарами, такими как клавиатуры с клавишами «нулевого усилия», исследуя новые методы ввода. Подобно Apple Newton, эти продукты были инновационными, но дорогими. Такие продукты, как TouchStream LP, MacNTouch и iGesture Pad, были хорошо приняты, но не пользовались большим спросом среди пользователей с ограниченными возможностями. В 2005 году FingerWorks объявили, что они больше не занимаются бизнесом, но продолжали подавать и обрабатывать патенты в 2007 году. Компания была куплена многонациональной корпорацией, которая, как известно, способствовала стремительному росту успеха сенсорных экранов.

Крупные технологические компании продолжали понимать, как сенсорные экраны могут использоваться по-новому. Alias | Wavefront создали PortfolioWall, компьютер на основе жестов, который позволил сделать визуальный дизайн быстрым. Nintendo выпустила первую успешную игровую консоль с сенсорным вводом в 2004 году, DS. Microsoft также начала разрабатывать собственные устройства. Microsoft Surface (не путать с современной линейкой планшетов) представлял собой компьютер размером с таблицу с плоским сенсорным дисплеем сверху. Вскоре банкоматы, тренажеры, газовые насосы и кассовые аппараты будут использовать этот стиль ввода по мере роста популярности.

На самом деле, первый такой ноутбук (ещё и с поворотным экраном) выпустила компания HP в далеком 2008 году (HP TouchSmart tx2). Особой популярности он не снискал, поскольку был весьма дорогостоящим (хотя по сегодняшним меркам его отпускная цена в

1100 долларов не кажется чрезмерной). Затем о таких ноутбуках благополучно забывали и периодически вспоминали в последующие годы. И толчок развитию придала новая Windows 8, где основным элементом управления были плитки Metro UI.

Всемирный провалившийся заговор

До этого плитки эксплуатировались, прежде всего, в мобильных версиях Windows Phone. Начиная с Windows 8 для десктопов и ноутбуков, Microsoft безуспешно старалась приучить пользователей к сенсорным экранам. Настолько, что даже убрала любимую всеми кнопку «Пуск» из меню. Однако это не было проблемой: различные программы типа Classic Shell без проблем возвращали эту кнопку на место. Microsoft сама поняла свою ошибку, вернув кнопку в Windows 8.1 и дополнив её новыми функциями в Windows 10.

Изначальный смысл всего это был именно таков: приучить пользователей к плиткам и сенсорным экранам как к средству управления нового века (в отличие от «устаревших» мышки и клавиатуры). Но, как говорится, что можно Юпитеру, нельзя быку: человечество оказалось попросту не готовым к замене привычных клавиатур и мышек пальцами и сенсорным экраном в компьютерах. Ведь одно дело — смартфоны и планшеты, которые пока всё равно остаются лишь дополнением к полноценному ПК, и другое — тот самый полноценный ПК, в котором все привыкли управляться клавиатурой и мышью. Попробуйте-ка понажимать на кнопки в панелях инструментов Word пальцами на 11–13-дюймовых экранах: банально неудобно.

И проблема даже не в неприятии Windows 8: сенсорные экраны продавались и на машинах с Windows 7 (которая, как известно, побила все рекорды продаж у Microsoft), но им это не помогло.

Неудобно

Фейла бы не было, если б те, кто производил и пиарил сенсорные экраны в ноутбуках и десктопах, изначально задались простыми вопросами: сколько времени пользователь сможет держать руки на весу (ответ: очень недолго)? Сколько времени можно набирать текст на виртуальной клавиатуре, если под рукой — полноценная (ещё меньше)? Как долго монитор может продержаться неочищенным (олеофобное покрытие у них и сегодня — редкость) после плотного общения с пальцами? Ответ на последний вопрос был виден на любых выставках невооруженными глазами: экран заляпывался так быстро, что даже постоянные очистки не помогали.

Однако этого почему-то никто не заметил — хотя, скорее, не хотели замечать в погоне за новшеством.

Всё плохо?

Удобство тут, конечно, тоже есть, потому что ряд операций быстрее совершать пальцами на экране, чем мышкой. Этому служит подтверждением и тот факт, что ноутбуки с тачскрином продолжают выпускаться, хотя им, конечно, далеко до обычных лэптопов по популярности.

И главная причина этому — общая бессмысленность подобных экранов в ноутбуках. Ноутбук, как все знают, помимо клавиатуры и экрана обладает ещё и тачпадом, причем в последние года функциональность последнего сильно расширилась, и теперь он называется вполне официально «кликпадом».

Кликпад сегодня поддерживает мульти-жесты даже в самых бюджетных моделях, и по факту скорее не столько заменяет, сколько дополняет мышь. Настолько, что некоторые фирмы начали выпускать кликпады для десктопов (например, Logitech).

И это все не пустые рассуждения: комментарии пользователей на страницах лэптопов с тачпадами (как в магазинах, так и в каталогах) явно свидетельствует о том, что люди действительно просто не знают, зачем им в ноутбуке сенсорный экран. Оперировать в Windows 8 и выше удобнее классическим «Пуском», для дизайнеров нужны отдельные дигитайзеры, игры тоже заточены под клавиатуры… А сенсорный экран для чего?

Хвостик от мышки

Но есть сегмент портативных компьютеров, где тачскрины действительно востребованы: это трансформеры, то есть планшеты, которые могут становится ультрабуками — и наоборот; достаточно пристегнуть или откинуть клавиатуру. С другой стороны, простейший анализ предложений магазинов показывает, что на российском рынке наберется, дай бог, с десяток актуальных моделей (и только половина из них продается больше, чем в двух-трех магазинах), и виной тому опять-таки очень высокие цены (сами по себе, вне кризиса).

Да и даже если бы не цены: применение трансформеров на сегодня очень сильно ограничено, а некоторые модели наподобие Sony Vaio Tap 11 сделаны так, что ими нельзя пользоваться как полноценными ноутбуками (потому что экран не пристегивается к клавиатуре вообще).

Поэтому опять большими буквами вопрос: зачем?

Зачем мне может понадобиться ноутбук с сенсорным экраном?

Ответом на такой вопрос могут послужить комментарии пользователей, уже купивших себе такие чудеса техники.

После их прочтения на разных сайтах, форумах и в магазинах напрашивается довольно удивительный вывод: никто не покупал такой-то ноутбук только потому, что там был сенсорный экран. Модели покупались по грамотному соотношению цена/качество, из-за крепкой аппаратной составляющей, либо у человека совпало желание покупки и неожиданная низкая цена – в общем, никто не купил ноутбук с сенсорным экраном только из-за сенсорного экрана.

Более того, бюджетные модели характеризуются низкокачественной матрицей (к примеру, ASUS X200MA), поэтому сенсорный экран в недорогих ноутбуках воспринимается скорее как серьезный минус. Отсюда напрашивается вполне однозначный вывод: покупатели, как и раньше, смотрят в первую очередь на то, что ноутбук может, а сенсорный экран воспринимается больше как бонус, причем у многих из-за низкого качества такого экрана это фишка скорее со знаком «минус».

Понятно, что из-за всего этого довольно сложно ответить на вопрос, вынесенный в заголовок параграфа. Никакой глобальной необходимости в сенсорном экране сегодня нет: люди, как и раньше, предпочитают меню «Пуск» плиточному интерфейсу. Использующие Metro UI в таких машинах называют такой режим «планшетным», а планшет используется преимущественно для развлечения и пассивной работы (то есть той, которая не связана с созданием контента).

Соответственно, ответ на вопрос напрашивается таким: если вы хотите купить ноутбук, то смотрите для начала схожие модели без сенсорного экрана и сравнивайте цены. Вторым пунктом – изучите качество сенсорного экрана по отзывам на разных сайтах и форумам. Нарекания на бликующий глянец и малые углы обзора есть не только у самых дешевых ноутбуков за 200-300 евро, но и у самых дорогих за 900-1000 (к примеру, в Lenovo Y70-70). Даже с матрицей IPS не все может быть гладко. Если вы нашли отличную модель с приемлемой ценой и нормальным экраном – берите, и получите бонусом сенсорный экран, который вам, возможно, для чего-то и пригодится.

Отдельным пунктом стоит вопрос о необходимости покупки трансформеров. Как правило, они изначально достаточно дороги: в среднем сегодня они стоят 40-50 тысяч рублей, и качество сенсорного экрана трансформеров является одним из главных параметров изначально, поэтому его обычно делают очень хорошим (к примеру, в Dell Inspiron 7347). Трансформеры нельзя рассматривать как обыкновенные ноутбуки, поскольку они заточены под использование как в десктопном варианте, так и в «планшетном» без оговорок.

Есть ли у ноутбуков с сенсорными экранами будущее?

Будущее – безусловно, есть. Настоящее – разве что в портативных гаджетах наподобие смартфонов и планшетов. Ноутбуки и десктопы с сенсорными экранами будут иметь первоочередной смысл для ОС с совершенно иной идеологией управления (не очередной реинкарнацией хорошо знакомой Windows, к которой прикрутили плитки). Но до этого еще как до колонизации Марса: то есть настолько долго, что даже нельзя сказать, когда это случится.

Есть ли будущее у гибридов? Сказать честно, трансформеры сегодняшнего дня далеки от совершенства: даже у основоположника сегмента, компании ASUS, трансформеры получают от юзеров по полной за низкое качество и массу мелких и досадных неудобств (взять хотя бы недешевую модель ASUS Transformer Book Flip TP500LN). Потому что выходит замкнутый круг: трансформеры не становятся лучше, потому что невыгодно инвестировать в серьезное улучшение столь узкого сегмента, а оно не может улучшиться, пока в него не начнут инвестировать. Очевидно, здесь нужен какой-то прорыв, который и сегмент резко удешевит, и пользователей заинтересует.

Тогда и имеет смысл говорить о необходимости ноутбуков с тачскринами. Сегодня такой необходимости нет, поскольку даже грядущая Windows 10 отлично управляется всеми знакомыми клавиатурой и мышью даже без сенсорного экрана, не говоря уже о других ОС вроде Linux.

Поэтому вопрос о покупке ноутбука с сенсорным экраном остается открытым до поры, до времени.

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.

Се?нсорный экран — устройство ввода информации; представляет собой экран, реагирующий на прикосновения к нему.

История

Сенсорный экран изобрели в США в рамках исследований по программированному обучению. Компьютерная система PLATO IV, появившаяся в 1972 году, имела сенсорный экран на сетке ИК-лучей, состоявший из 16×16 блоков. Но даже столь низкая точность позволяла пользователю выбирать ответ, нажимая в нужное место экрана. В 1971 году Сэмюэлем Херстом (будущим основателем компании Elographics, ныне Elo TouchSystems) был разработан элограф — графический планшет, действовавший по четырёхпроводному резистивному принципу (U.S. Patent 3662105 (англ.)).

В 1974 году тот же Херст сумел сделать элограф прозрачным, в 1977 — разработал пятипроводной экран. Объединившись с Siemens, в Elographics сумели сделать выпуклую сенсорную панель, подходившую к кинескопам того времени. На всемирной ярмарке 1982 года Elographics представила телевизор с сенсорным экраном.

В 1983 году вышел компьютер HP-150 с сенсорным экраном на ИК-сетке. Впрочем, в те времена сенсорные экраны применялись преимущественно в промышленной и медицинской аппаратуре. В потребительские устройства (телефоны, КПК и т. д.) сенсорные экраны вошли как замена крохотной клавиатуре, когда появились устройства с большими (во всю переднюю панель) ЖК-экранами. Первая карманная игровая консоль с сенсорным экраном — Nintendo DS, первое массовое устройство, поддерживающее мультитач — iPhone.

Применение

Сенсорные экраны используются в платёжных терминалах, информационных киосках, оборудовании для автоматизации торговли, карманных компьютерах, операторских панелях в промышленности.

Принципы работы сенсорных экранов

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

Резистивные сенсорные экраны

Четырёхпроводной экран

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

В общих чертах алгоритм считывания таков: На верхний электрод подаётся напряжение +5В, нижний заземляется. Левый с правым соединяются накоротко и проверяется напряжение на них. Это напряжение соответствует Y-координате экрана. Аналогично на левый и правый электрод подаётся +5В и «земля», с верхнего и нижнего считывается X-координата. Существуют также восьмипроводные сенсорные экраны. Они улучшают точность отслеживания, но не повышают надёжности.

Пятипроводной экран

Пятипроводной экран более надёжен за счёт того, что резистивное покрытие на мембране заменено проводящим (5-проводной экран продолжает работать даже с прорезанной мембраной). На заднем стекле нанесено резистивное покрытие с четырьмя электродами по углам. Изначально все четыре электрода заземлены, а мембрана «подтянута» резистором к +5В. Уровень напряжения на мембране постоянно отслеживается аналогово-цифровым преобразователем. Когда ничто не касается сенсорного экрана, напряжение равно 5 В.

Как только на экран нажимают, микропроцессор улавливает изменение напряжения мембраны и начинает вычислять координаты касания следующим образом: На два правых электрода подаётся напряжение +5В, левые заземляются. Напряжение на экране соответствует X-координате. Y-координата считывается подключением к +5В обоих верхних электродов и к «земле» обоих нижних.

Особенности

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

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

Матричные сенсорные экраны

Конструкция и принцип работы

Конструкция аналогична резистивной, но упрощена до предела. На стекло нанесены горизонтальные проводники, на мембрану — вертикальные. При прикосновении к экрану проводники соприкасаются. Контроллер определяет, какие проводники замкнулись, и передаёт в микропроцессор соответствующие координаты.

Особенности

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

Ёмкостные сенсорные экраны

Конструкция и принцип работы

Ёмкостный (или поверхностно-ёмкостный) экран использует тот факт, что предмет большой ёмкости проводит переменный ток. Ёмкостный сенсорный экран представляет собой стеклянную панель, покрытую проводящим прозрачным материалом indium tin oxide (ITO). Электроды, расположенные по углам экрана, подают на проводящий слой небольшое переменное напряжение (одинаковое для всех углов).

При касании экрана пальцем или другим проводящим предметом появляется утечка тока. При этом чем ближе палец к электроду, тем меньше сопротивление экрана, а значит, сила тока больше. Ток во всех четырёх углах регистрируется датчиками и передаётся в контроллер, вычисляющий координаты точки касания. В более ранних моделях ёмкостных экранов применялся постоянный ток — это упрощает конструкцию, но при плохом контакте пользователя с землёй приводит к сбоям.

Особенности

Ёмкостные сенсорные экраны надёжны (порядка 200 млн нажатий), не пропускают жидкости и отлично терпят непроводящие загрязнения. Прозрачность на уровне 90 %. Впрочем, проводящее покрытие всё ещё уязвимо. Поэтому ёмкостные экраны широко применяются в автоматах, установленных в охраняемом помещении. Не реагируют на руку в перчатке.

Мультитач невозможен — четырьмя замерами тока нельзя зафиксировать две и более точки утечки.

Проекционно-ёмкостные сенсорные экраны

Конструкция и принцип работы

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).

Особенности

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. Многие модели реагируют на руку в перчатке.

В современных моделях конструкторы добились очень высокой точности — правда, вандалоустойчивые исполнения менее точны. Отличают нажатие рукой от нажатия проводящим пером. В некоторых моделях поддерживается мультитач. Поэтому такая технология применяется в тачпадах и мультитач-экранах. Стоит заметить, что из-за различий в терминологии часто путают поверхностно- и проекционно-ёмкостные экраны. По классификации, применённой в данной статье, экран iPhone является проекционно-ёмкостным.

Сенсорные экраны на поверхностно-акустических волнах

Конструкция и принцип работы

Экран представляет собой стеклянную панель с пьезоэлектрическими преобразователями (ПЭП) находящимися по углам. По краям панели находятся отражающие и принимающие датчики.

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

Особенности

Главным достоинством экрана на поверхностных акустических волнах (ПАВ) является возможность отслеживать не только координаты точки, но и силу нажатия, благодаря тому, что степень поглощения акустических волн зависит от величины давления в точке касания. Данное устройство имеет очень высокую прозрачность, так как свет от отображающего прибора проходит через стекло, не содержащее резистивных или проводящих покрытий. В некоторых случаях для борьбы с бликами стекло вообще не используется, а излучатели, приёмники и отражатели крепятся непосредственно к экрану отображающего устройства. Несмотря на сложность конструкции, эти экраны довольно долговечны. По заявлению, например, тайваньской фирмы GeneralTouch, они выдерживают до 50 млн касаний в одной точке, что превышает ресурс 5-проводного резистивного экрана.

Экраны на ПАВ применяются в основном в игровых автоматах, в охраняемых справочных системах и образовательных учреждениях.

Главным недостатком экрана на ПАВ являются сбои в работе при наличии вибрации или при воздействии акустическими шумами, а также при загрязнении экрана. Любой посторонний предмет, размещённый на экране (например, жевательная резинка), полностью блокирует его работу. Кроме того, данная технология требует касания предметом, который обязательно поглощает акустические волны, — то есть, например, пластиковая банковская карточка в данном случае неприменима. Точность этих экранов выше, чем матричных, но ниже, чем традиционных ёмкостных. Для рисования и ввода текста они, как правило, не используются.

Сетка инфракрасных лучей

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

Особенности

Инфракрасные сенсорные экраны боятся загрязнений и поэтому применяются там, где важно качество изображения. Из-за простоты и ремонтопригодности схема популярна у военных. Данный тип экрана применется в мобильных телефонах компании Neonode.

Оптические сенсорные экраны

Стеклянная панель снабжена инфракрасной подсветкой. На границе «стекло-воздух» получается полное внутреннее отражение, на границе «стекло — посторонний предмет» свет рассеивается. Остаётся заснять картину рассеяния, для этого существуют две технологии: В проекционных экранах рядом с проектором ставится камера. Так устроен, например, Microsoft Surface. Либо светочувствительным делают дополнительный четвёртый субпиксель ЖК-экрана.

Особенности

Позволяют отличить нажатия рукой от нажатий какими-либо предметами, есть мультитач. Такая технология позволяет делать сколь угодно большие «сенсорные» поверхности, вплоть до классной доски.

Тензометрические сенсорные экраны

Реагируют на деформацию экрана. Точность тензометрических экранов невелика, зато они отлично выдерживают вандализм. Применение аналогично проекционно-ёмкостным: банкоматы, билетные автоматы и прочие устройства, расположенные на улице.

Индукционные сенсорные экраны

Индукционный сенсорный экран — это графический планшет со встроенным экраном. Такие экраны реагируют только на специальное перо. Применяются, когда требуется реакция именно на нажатия пером (а не рукой): художественные планшеты класса high-end, некоторые модели планшетных ПК.

Читайте также: