Kapacitní dotykový vstup. Kapacitní a odporové dotykové obrazovky

20.07.2016 14.10.2016 podle Proč

Historie vzniku dotykové obrazovky.

Dotyková obrazovka, nebo spíše obrazovka s možností zadávat informace dotykem, už dnes nikoho nepřekvapí. Téměř všechny moderní smartphony, tablety, některé elektronické čtečky a další moderní gadgety jsou vybaveny podobnými zařízeními. Jaká je historie tohoto úžasného zařízení pro vkládání informací?

Předpokládá se, že otcem prvního dotykového zařízení na světě je americký učitel na University of Kentucky Samuel Hearst. V roce 1970 se potýkal s problémem čtení informací z obrovského množství magnetofonových pásek. Jeho myšlenka automatizovat tento proces se stala impulsem pro vytvoření první společnosti na světě s dotykovými obrazovkami, Elotouch. První vývoj Hirsta a jeho spolupracovníků se jmenoval Elograph. Byl vydán v roce 1971 a používal čtyřvodičovou odporovou metodu pro určení souřadnic dotykového bodu.

Prvním počítačovým zařízením s dotykovou obrazovkou byl systém PLATO IV, který se zrodil v roce 1972 díky výzkumu prováděnému v rámci počítačové výuky v USA. Měl dotykový panel skládající se z 256 bloků (16x16) a pracující pomocí mřížky infračervených paprsků.

V roce 1974 dal Samuel Hearst opět najevo svou přítomnost. Společnost Elographics, kterou založil, vydala průhledný dotykový panel a o tři roky později v roce 1977 vyvinula pětivodičový odporový panel. O několik let později se společnost spojila s největším výrobcem elektroniky Siemens a v roce 1982 společně vydali první televizor na světě vybavený dotykovou obrazovkou.

V roce 1983 uvedl výrobce počítačového vybavení Hewlett-Packard na trh počítač HP-150 vybavený dotykovým displejem pracujícím na principu infračervené mřížky.

První mobilní telefon s dotykovým vstupním zařízením byl Alcatel One Touch COM, uvedený na trh v roce 1998. Byla to ona, kdo se stal prototypem moderních smartphonů, i když podle dnešních standardů měl velmi skromné ​​schopnosti - malý monochromatický displej. Dalším pokusem o dotykový smartphone byl Ericsson R380. Měl také monochromatický displej a byl ve svých možnostech velmi omezený.

Dotykový displej ve své moderní podobě se objevil v roce 2002 v modelu Qtek 1010/02 XDA, vydaném společností HTC. Jednalo se o plnobarevný displej s poměrně dobrým rozlišením, podporující 4096 barev. Používala technologii odporového dotykového snímání. Apple posunul dotykové displeje na vyšší úroveň. Právě díky jejímu IPhonu si zařízení s dotykovým displejem získala neuvěřitelnou oblibu a jejich vývoj Multitouch (detekce dotyku dvěma prsty) výrazně zjednodušil zadávání informací.

Nástup dotykových obrazovek však nebyl jen pohodlnou novinkou, ale přinesl s sebou i některé nepříjemnosti. Elektronická zařízení vybavená senzorem jsou citlivější na neopatrné zacházení, a proto se častěji porouchají. Dokonce i obrazovky iPhone se rozbijí. Naštěstí je dokáže nahradit i nekvalifikovaný specialista.

Jak funguje dotyková obrazovka?

Takový zázrak, jako je dotyková obrazovka - displej se schopností zadávat informace pouhým stisknutím na jeho povrchu pomocí speciálního stylusu nebo jen prstu - již dlouho nepřestává překvapovat uživatele moderních elektronických přístrojů. Zkusme přijít na to, jak to funguje.

Ve skutečnosti existuje poměrně velké množství typů dotykových obrazovek. Liší se od sebe principy, na nichž je založena jejich práce. V dnešní době se na trhu moderní high-tech elektroniky používají především odporové a kapacitní senzory. Existují však i maticové, projekční kapacitní, využívající povrchové akustické vlny, infračervené a optické. Zvláštností prvních dvou, nejčastějších, je, že samotný senzor je oddělený od displeje, takže pokud se rozbije, snadno jej vymění i začínající elektrikář. Stačí si pořídit dotykový displej pro váš mobilní telefon nebo jakékoli jiné elektronické zařízení.

Odporová dotyková obrazovka se skládá z pružné plastové membrány, kterou vlastně stiskneme prstem, a skleněné tabule. Na vnitřní povrchy dvou panelů je nanesen odporový materiál, v podstatě vodič. Mezi membránou a sklem je rovnoměrně umístěn mikroizolátor. Když na jednu z oblastí snímače zatlačíme, vodivé vrstvy membrány a skleněného panelu se v tomto místě uzavřou a dojde k elektrickému kontaktu. Obvod elektronického ovladače snímače převádí signál z lisování na konkrétní souřadnice na ploše displeje a přenáší je do řídicího obvodu samotného elektronického zařízení. Určení souřadnic, respektive jeho algoritmus, je velmi složitý a je založen na sekvenčním výpočtu nejprve vertikálních a poté horizontálních souřadnic kontaktu.

Odporové dotykové obrazovky jsou docela spolehlivé, protože fungují normálně, i když je aktivní horní panel špinavý. Navíc jsou díky své jednoduchosti levnější na výrobu. Mají však i nevýhody. Jedním z hlavních je nízká propustnost světla senzoru. To znamená, že od té doby, co je snímač přilepený k displeji, není obraz tak jasný a kontrastní.

Kapacitní dotykový displej. Jeho provoz je založen na skutečnosti, že jakýkoli předmět, který má elektrickou kapacitu, v tomto případě prst uživatele, vede střídavý elektrický proud. Samotný senzor je skleněný panel potažený průhlednou odporovou látkou, která tvoří vodivou vrstvu. Do této vrstvy je pomocí elektrod přiváděn střídavý proud. Jakmile se prst nebo stylus dotkne jedné z oblastí senzoru, v tomto místě uniká proud. Jeho síla závisí na tom, jak blízko k okraji snímače je kontakt proveden. Speciální regulátor měří svodový proud a na základě jeho hodnoty vypočítá souřadnice kontaktu.

Kapacitní senzor se stejně jako odporový senzor nebojí kontaminace a nebojí se ani kapaliny. Oproti předchozímu má ale vyšší průhlednost, díky čemuž je obraz na displeji jasnější a jasnější. Nevýhodou kapacitního snímače jsou jeho konstrukční vlastnosti. Faktem je, že aktivní část snímače je ve skutečnosti umístěna na samotném povrchu, a proto podléhá opotřebení a poškození.

Nyní si povíme něco o principech fungování senzorů, které jsou dnes méně populární.

Maticové senzory Fungují na odporovém principu, ale od prvních se liší nejvíce zjednodušeným provedením. Vertikální vodivé pruhy jsou aplikovány na membránu, horizontální vodivé pruhy jsou aplikovány na sklo. Nebo naopak. Při působení tlaku na určitou oblast se dva vodivé proužky uzavřou a pro regulátor je celkem snadné vypočítat souřadnice kontaktu.

Nevýhoda této technologie je viditelná pouhým okem – velmi nízká přesnost, a tedy nemožnost zajistit vysokou diskrétnost snímače. Z tohoto důvodu se některé prvky obrázku nemusí shodovat s umístěním proužků vodiče, a proto kliknutí na tuto oblast může buď způsobit nesprávné provedení požadované funkce, nebo nebude fungovat vůbec. Jedinou výhodou tohoto typu senzorů je jejich nízká cena, která, přísně vzato, vychází z jednoduchosti. Kromě toho není použití maticových senzorů náročné.

Projektované kapacitní dotykové obrazovky Jsou typem kapacitní, ale fungují trochu jinak. Na vnitřní stranu obrazovky je nanesena mřížka elektrod. Když se prst dotkne mezi odpovídající elektrodou a lidským tělem, vznikne elektrický systém – ekvivalent kondenzátoru. Ovladač snímače dodává mikroproudový impuls a měří kapacitu výsledného kondenzátoru. Díky tomu, že v okamžiku dotyku je aktivováno několik elektrod současně, stačí, aby ovladač jednoduše vypočítal přesné místo dotyku (s použitím největší kapacity).

Hlavní předností projektovaných kapacitních snímačů je vysoká průhlednost celého displeje (až 90 %), extrémně široký rozsah provozních teplot a odolnost. Při použití tohoto typu snímače může nosné sklo dosáhnout tloušťky 18 mm, což umožňuje vyrábět displeje odolné proti nárazu. Senzor je navíc odolný vůči nevodivému znečištění.

Snímače povrchových akustických vln – vlny šířící se na povrchu pevného tělesa. Senzor je skleněný panel s piezoelektrickými měniči umístěnými v rozích. Podstata toho, jak takový senzor funguje, je následující. Piezoelektrické senzory generují a přijímají akustické vlny, které se šíří mezi senzory po povrchu displeje. Pokud nedojde k žádnému kontaktu, elektrický signál se přemění na vlny a poté zpět na elektrický signál. Pokud dojde k dotyku, část energie akustické vlny bude pohlcena prstem, a proto se nedostane k senzoru. Ovladač analyzuje přijatý signál a pomocí algoritmu vypočítá místo dotyku.

Výhodou takových senzorů je, že pomocí speciálního algoritmu je možné určit nejen souřadnice dotyku, ale také přítlačnou sílu - doplňkovou informační složku. Kromě toho má konečné zobrazovací zařízení velmi vysokou průhlednost, protože v dráze světla nejsou žádné průsvitné vodivé elektrody. Senzory však mají i řadu nevýhod. Za prvé se jedná o velmi složitou konstrukci a za druhé vibrace značně narušují přesnost určení souřadnic.

Infračervené dotykové obrazovky. Princip jejich činnosti je založen na využití souřadnicové sítě infračervených paprsků (světelné zářiče a přijímače). Asi stejně jako v bankovních trezorech z celovečerních filmů o špionech a lupičích. Když se v určitém bodě dotknete senzoru, některé paprsky se přeruší a ovladač použije data z optických přijímačů k určení souřadnic kontaktu.

Hlavní nevýhodou těchto senzorů je jejich velmi kritický přístup k čistotě povrchu. Jakákoli kontaminace může vést k jeho úplné nefunkčnosti. I když kvůli jednoduchosti konstrukce se tento typ snímače používá pro vojenské účely a dokonce i v některých mobilních telefonech.

Optické dotykové obrazovky jsou logickým pokračováním předchozích. Infračervené světlo se používá jako informační osvětlení. Pokud na povrchu nejsou žádné cizí předměty, světlo se odráží a vstupuje do fotodetektoru. Pokud dojde ke kontaktu, část paprsků se pohltí a ovladač určí souřadnice kontaktu.

Nevýhodou technologie je složitost konstrukce z důvodu nutnosti použití další fotocitlivé vrstvy displeje. Mezi výhody patří možnost poměrně přesně určit materiál, se kterým byl dotyk vyroben.

Tenzometrické a dotykové obrazovky DST fungují na principu deformace povrchové vrstvy. Jejich přesnost je poměrně nízká, ale velmi dobře odolávají mechanickému namáhání, proto se používají v bankomatech, automatech na jízdenky a dalších veřejných elektronických zařízeních.

Indukční stínítka jsou založena na principu generování elektromagnetického pole pod horní částí snímače. Při dotyku speciálním perem se charakteristika pole změní a ovladač zase vypočítá přesné souřadnice kontaktu. Používají se v uměleckých tabletech nejvyšší třídy, protože poskytují větší přesnost při určování souřadnic.

Dotyková obrazovka je zařízení pro vstup a výstup informací prostřednictvím dotykového displeje a displeje citlivého na gesta. Jak víte, obrazovky moderních zařízení nejen zobrazují obrázky, ale také umožňují interakci se zařízením. Zpočátku se pro takovou interakci používala známá tlačítka, pak se objevil neméně slavný manipulátor „myš“, který výrazně zjednodušil manipulaci s informacemi na displeji počítače. „Myš“ však vyžaduje ke své práci vodorovnou plochu a není příliš vhodná pro mobilní zařízení. Zde přichází na pomoc doplněk k běžné obrazovce - dotyková obrazovka, která je také známá jako dotykový panel, dotykový panel, dotyková fólie. To znamená, že dotykový prvek ve skutečnosti není obrazovka - je to dodatečné zařízení nainstalované na horní straně displeje zvenčí, které jej chrání a slouží k zadávání souřadnic dotyku obrazovky prstem nebo jiným předmětem.

Používání

Dnes jsou dotykové obrazovky široce používány v mobilních elektronických zařízeních. Zpočátku se dotyková obrazovka používala při konstrukci kapesních osobních počítačů (PDA, PDA), nyní drží prvenství komunikátory, mobilní telefony, přehrávače a dokonce i fotoaparáty a videokamery. Technologie ovládání prsty pomocí virtuálních tlačítek na obrazovce se však ukázala být natolik pohodlná, že jsou jí vybaveny téměř všechny platební terminály, mnoho moderních bankomatů, elektronické informační kiosky a další zařízení používaná na veřejných místech.

Notebook s dotykovou obrazovkou

Je třeba také poznamenat, že notebooky, jejichž některé modely jsou vybaveny otočným dotykovým displejem, který poskytuje mobilnímu počítači nejen širší funkčnost, ale také větší flexibilitu při ovládání na ulici a na váze.

Bohužel neexistuje mnoho podobných modelů notebooků, lidově nazývaných „transformátory“, ale existují.

Obecně lze technologii dotykové obrazovky označit za nejpohodlnější, když potřebujete okamžitý přístup k ovládání zařízení bez předchozí přípravy a s úžasnou interaktivitou: ovládací prvky se mohou vzájemně měnit v závislosti na aktivované funkci. Každý, kdo někdy pracoval s dotykovým zařízením, rozumí výše uvedenému naprosto dobře.

Typy dotykových obrazovek

Dnes je známo několik typů dotykových panelů. Každý z nich má samozřejmě své výhody a nevýhody. Zdůrazněme čtyři hlavní struktury:

• Odporový
• Kapacitní
• Projektovaná kapacitní

Kromě uvedených obrazovek se používají maticové a infračervené obrazovky, ale vzhledem k jejich nízké přesnosti je rozsah jejich použití extrémně omezený.

Odporový

Odporové dotykové panely patří mezi nejjednodušší zařízení. Ve svém jádru se takový panel skládá z vodivého substrátu a plastové membrány, které mají určitý odpor. Když membránu zmáčknete, uzavře se s podložkou a řídící elektronika určí výsledný odpor mezi okraji podložky a membránou a vypočítá souřadnice bodu tlaku.

Výhodou odporové obrazovky je její nízká cena a jednoduchost konstrukce. Mají vynikající odolnost vůči skvrnám. Hlavní výhodou odporové technologie je citlivost na jakýkoli dotek: můžete pracovat rukou (včetně rukavic), stylusem (perem) a jakýmkoli jiným tvrdým, tupým předmětem (například horní konec kuličkového pera nebo roh plastová karta). Existují však i docela vážné nevýhody: odporové obrazovky jsou citlivé na mechanické poškození, taková obrazovka se snadno poškrábe, proto se často dodatečně dokupuje speciální ochranná fólie na ochranu obrazovky. Odporové panely navíc nefungují příliš dobře při nízkých teplotách a navíc mají nízkou průhlednost – nepropustí více než 85 % světelného toku displeje.

Pomocí dotykového pera

aplikace

• Komunikátory
• Mobily
• POS terminály
• Tablet PC
• Průmysl (ovládací zařízení)
• Lékařské vybavení

Komunikátor

Kapacitní

Technologie kapacitní dotykové obrazovky je založena na principu, že velký kapacitní objekt (v tomto případě člověk) je schopen vést elektrický proud. Podstatou kapacitní technologie je nanesení elektricky vodivé vrstvy na sklo, přičemž do každého ze čtyř rohů obrazovky je přiváděn slabý střídavý proud. Pokud se dotknete obrazovky uzemněným předmětem o velké kapacitě (prst), dojde k úniku proudu. Čím blíže je bod kontaktu (a tedy i únik) k elektrodám v rozích obrazovky, tím větší je síla svodového proudu, kterou zaznamenává řídící elektronika, která vypočítá souřadnice bodu kontaktu.

Kapacitní obrazovky jsou velmi spolehlivé a odolné, jejich životnost je stovky milionů kliknutí, dokonale odolávají znečištění, ale pouze těm, které nevedou elektrický proud. Oproti odporovým jsou průhlednější. Nevýhodou však stále zůstává možnost poškození elektricky vodivého povlaku a necitlivost na dotyk s nevodivými předměty i rukama v rukavicích.

Informační kiosek

aplikace

• V zabezpečených prostorách
• Informační kiosky
• Některé bankomaty

Projektovaná kapacitní

Projektivní kapacitní stínítka jsou založena na měření kapacity kondenzátoru vytvořeného mezi lidským tělem a průhlednou elektrodou na povrchu skla, což je v tomto případě dielektrikum. Vzhledem k tomu, že elektrody jsou aplikovány na vnitřní povrch obrazovky, je taková obrazovka extrémně odolná proti mechanickému poškození a s ohledem na možnost použití silného skla lze promítací kapacitní obrazovky používat na veřejných místech a na ulice bez zvláštních omezení. Tento typ obrazovky navíc rozpozná stisk prstem v rukavici.

Platební terminál

Tyto obrazovky jsou poměrně citlivé a rozlišují mezi stisky prstem a vodivým perem a některé modely dokážou rozpoznat více stisků (multi-touch). Vlastnosti projekční kapacitní obrazovky jsou vysoká průhlednost, odolnost a odolnost vůči většině nečistot. Nevýhodou takové obrazovky je její nepříliš vysoká přesnost a také složitost elektroniky, která zpracovává souřadnice lisu.

aplikace

• Elektronické kiosky v ulicích
• Platební terminály
• bankomaty
• Touchpady pro notebooky
• iPhone

S určením povrchových akustických vln

Podstatou činnosti dotykového panelu s určením povrchových akustických vln je přítomnost ultrazvukových vibrací v tloušťce obrazovky. Když se dotknete vibračního skla, vlny se pohltí a senzory na obrazovce zaznamenají bod kontaktu. Mezi výhody technologie patří vysoká spolehlivost a rozpoznávání dotyku (na rozdíl od kapacitních obrazovek). Nevýhodou je špatná ochrana před faktory prostředí, takže zástěny s povrchovými akustickými vlnami nelze používat venku a navíc se takové zástěny obávají jakéhokoli znečištění, které blokuje jejich provoz. Málo používané.

Jiné, vzácné typy dotykových obrazovek

• Optické obrazovky. Sklo je osvětleno infračerveným světlem v důsledku dotyku takového skla, rozptyl světla, který je detekován senzorem.
• Indukční obrazovky. Uvnitř obrazovky je cívka a mřížka citlivých drátů, které reagují na dotyk aktivního pera napájeného elektromagnetickou rezonancí. Je logické, že takové obrazovky reagují na dotyky pouze speciálním perem. Používá se v drahých grafických tabletech.
• Tenzometry – reagují na deformaci obrazovky. Takové obrazovky mají nízkou přesnost, ale jsou velmi odolné.
• Mřížka infračervených paprsků je jednou z úplně prvních technologií, která umožňuje rozpoznat dotyky na obrazovce. Mřížka se skládá z mnoha světelných zářičů a přijímačů umístěných po stranách obrazovky. Reaguje na blokování odpovídajících paprsků předměty, na základě čehož určuje souřadnice lisu.

• Posunout dva prsty k sobě – oddálit obrázek (text)
• Roztáhněte dva prsty do stran – zvětšete (přiblížení)
• Pohyb více prstů současně - rolování textu, stránek v prohlížeči
• Otočení dvěma prsty na obrazovce – otočení obrázku (obrazovky)

O výhodách a nevýhodách dotykových obrazovek

Dotykové obrazovky jsou v kapesních zařízeních již dlouhou dobu. Důvodů je několik:

• Schopnost provést minimální počet ovládacích prvků
• Jednoduchost grafického rozhraní
• Snadné ovládání
• Snadný přístup k funkcím zařízení
• Rozšíření multimediálních možností

Nevýhod je však více než dost:

• Nedostatek haptické zpětné vazby
• Častá potřeba používat pero (stylus)
• Možnost poškození obrazovky
• Vzhled otisků prstů a jiných nečistot na obrazovce
• Vyšší spotřeba energie

V důsledku toho není vždy možné se klávesnice úplně zbavit, protože je mnohem pohodlnější psát text pomocí známých kláves. Dotykový displej je ale interaktivnější, díky rychlejšímu přístupu k položkám menu a nastavení moderních gadgetů.

Doufáme, že vám tento materiál pomůže při výběru zařízení s dotykovou obrazovkou.

Diskutujte na fóru

iPhone 2G byl prvním mobilním telefonem, který fungoval výhradně na dotykové obrazovce. Od jeho představení uplynulo více než deset let, ale mnoho z nás stále neví, jak Touchscreen funguje. S tímto intuitivním vstupním nástrojem se ale setkáváme nejen v chytrých telefonech, ale také v bankomatech, platebních terminálech, počítačích, autech a letadlech – doslova všude.
Před dotykovými obrazovkami byly nejběžnějším rozhraním pro zadávání příkazů do elektronických zařízení různé klávesnice. Ačkoli se zdá, že nemají s dotykovými obrazovkami nic společného, ​​ve skutečnosti může být překvapující, jak podobná je dotyková obrazovka klávesnici. Podívejme se na jejich zařízení podrobně.

Klávesnice je deska s plošnými spoji, na které je instalováno několik řad přepínačů-tlačítek. Bez ohledu na jejich konstrukci, membránu nebo mechanickou, při stisknutí každé z kláves se stane to samé. Na desce počítače pod tlačítkem se uzavře elektrický obvod, počítač zaregistruje průchod proudu tímto místem obvodu, „pochopí“, která klávesa je stisknuta a provede příslušný příkaz. V případě dotykové obrazovky se děje téměř to samé.

Existuje asi tucet různých typů dotykových obrazovek, ale většina těchto modelů je buď zastaralá a nepoužívaná, nebo jsou experimentální a je nepravděpodobné, že by se někdy objevily v produkčních zařízeních. Nejprve budu hovořit o struktuře současných technologií, těch, se kterými neustále komunikujete nebo se s nimi můžete alespoň setkat v každodenním životě.

Odporová dotyková obrazovka

Odporové dotykové obrazovky byly vynalezeny již v roce 1970 a od té doby se jen málo změnily.
U displejů s takovými senzory je nad matricí umístěno několik dalších vrstev. Udělám však výhradu, že matrice zde není vůbec nutná. První odporová dotyková zařízení vůbec nebyly obrazovky.

Spodní vrstva senzoru se skládá ze skleněné základny a nazývá se odporová vrstva. Je na ní nanesen průhledný kovový povlak, který dobře propouští proud například z polovodiče, jako je oxid indiumcínu. Horní vrstva dotykové obrazovky, se kterou uživatel interaguje stisknutím obrazovky, je vyrobena z pružné a elastické membrány. Říká se jí vodivá vrstva. V prostoru mezi vrstvami je ponechána vzduchová mezera, nebo je rovnoměrně poseta mikroskopickými izolačními částicemi. Po okrajích je k vrstvě senzoru připojeno čtyři, pět nebo osm elektrod, které ji spojují se senzory a mikrokontrolérem. Čím více elektrod, tím vyšší je citlivost odporového dotykového displeje, protože změny napětí na nich jsou neustále monitorovány.

Zde je obrazovka se zapnutým odporovým dotykovým displejem. Zatím se nic neděje. Elektrický proud volně protéká vodivou vrstvou, ale když se uživatel dotkne obrazovky, horní membrána se ohne, izolační částice se rozdělí a dotkne se spodní vrstvy dotykové obrazovky a dostane se do kontaktu. Následuje změna napětí najednou na všech elektrodách obrazovky.

Dotykový ovladač detekuje změny napětí a čte hodnoty z elektrod. Čtyři, pět, osm významů a všechny různé. Na základě rozdílu odečtů mezi pravou a levou elektrodou vypočítá mikrokontrolér souřadnici X lisu a na základě rozdílů napětí na horní a spodní elektrodě určí souřadnici Y a sdělí tak počítač bod, ve kterém se vrstvy vrstvy dotykové obrazovky dotkly.

Odporové dotykové obrazovky mají dlouhý seznam nevýhod. Nejsou tedy v zásadě schopny rozpoznat dvě současná kliknutí, natož větší počet. V mrazu se jim nedaří. Kvůli potřebě vrstvy mezi vrstvami senzoru matrice takových obrazovek znatelně ztrácejí jas a kontrast, mají tendenci se na slunci odlesňovat a obecně vypadají znatelně hůř. Avšak tam, kde je kvalita obrazu druhořadá, jsou nadále používány kvůli jejich odolnosti vůči skvrnám, možnosti použití v rukavicích a především nízké ceně.

Taková vstupní zařízení jsou všudypřítomná v levných hromadně vyráběných zařízeních, jako jsou informační terminály na veřejných místech, a stále se nacházejí ve stárnoucích přístrojích, jako jsou levné MP3 přehrávače.

Infračervený dotykový displej

Další, mnohem méně běžnou, ale přesto relevantní možností dotykové obrazovky je infračervená dotyková obrazovka. S odporovým snímačem nemá nic společného, ​​přestože plní podobné funkce.

Infračervená dotyková obrazovka je zkonstruována z polí LED a fotobuněk citlivých na světlo umístěných na opačných stranách obrazovky. LED diody osvětlují povrch obrazovky neviditelným infračerveným světlem a vytvářejí na něm něco jako pavučinu nebo souřadnicovou mřížku. Připomíná to bezpečnostní alarm, jak se ukazuje ve špionážních akčních filmech nebo počítačových hrách.

Když se něco dotkne obrazovky, ať už je to prst, ruka v rukavici, stylus nebo tužka, dva nebo více paprsků se přeruší. Fotobuňky tuto událost zaznamenají, dotykový ovladač zjistí, které z nich nedostávají dostatek infračerveného světla a podle jejich polohy vypočítá plochu obrazovky, ve které vznikla překážka. Zbytek spočívá v přizpůsobení dotyku tomu, jaký prvek rozhraní je na obrazovce v daném místě – úkol softwaru.

Dnes lze infračervené dotykové obrazovky nalézt v těch gadgetech, jejichž obrazovky mají nestandardní design, kde je přidávání dalších dotykových vrstev technicky obtížné nebo nepraktické - v e-knihách založených na displejích E-link, například Amazon Kindle Touch a Sony E-kniha. Zařízení s podobnými senzory navíc díky své jednoduchosti a udržovatelnosti přitahovala pozornost armády.

Kapacitní dotykový displej

Pokud u odporových dotykových obrazovek počítač zaznamená změnu vodivosti, která následuje po stisknutí obrazovky přímo mezi vrstvami snímače, pak kapacitní snímače zaznamenají dotyk přímo.

Lidské tělo a kůže jsou dobrými vodiči elektřiny a mají elektrický náboj. Obvykle si toho všimnete tak, že jdete po vlněném koberci nebo si svléknete svůj oblíbený svetr a pak se dotknete něčeho kovového. Všichni známe statickou elektřinu, sami jsme zažili její účinky a viděli jsme ve tmě drobné jiskřičky odlétající z našich prstů. Ke slabší, nepostřehnutelné výměně elektronů mezi lidským tělem a různými vodivými povrchy dochází neustále a právě to zaznamenávají kapacitní obrazovky.

První takové dotykové obrazovky se nazývaly povrchové kapacitní a byly logickým vývojem odporových senzorů. V nich byla přímo na horní část obrazovky instalována pouze jedna vodivá vrstva, podobná té, která byla použita dříve. Byly k němu připevněny i citlivé elektrody, tentokrát v rozích touchpadu. Senzory, které monitorují napětí na elektrodách, a jejich software byly znatelně citlivější a dokázaly nyní detekovat sebemenší změny v toku elektrického proudu přes obrazovku. Když se prst (jiný vodivý předmět, např. stylus) dotkne povrchu povrchovým kapacitním dotykovým displejem, vodivá vrstva si s ním okamžitě začne vyměňovat elektrony a mikrokontrolér si toho všimne.

Nástup povrchových kapacitních dotykových obrazovek byl průlomový, ale vzhledem k tomu, že vodivá vrstva nanesená přímo na sklo se snadno poškodila, nebyly pro novou generaci zařízení vhodné.

K vytvoření prvního iPhonu byly zapotřebí projektované kapacitní senzory. Tento typ dotykové obrazovky se rychle stal nejběžnějším v moderní spotřební elektronice: smartphony, tablety, notebooky, počítače typu vše v jednom a další domácí zařízení.

Vrchní vrstva tohoto typu dotykové obrazovky má ochrannou funkci a může být vyrobena z tvrzeného skla, jako je známé sklo Gorilla Glass. Níže jsou uvedeny nejtenčí elektrody, které tvoří mřížku. Nejprve byly umístěny ve dvou vrstvách na sebe, poté se pro zmenšení tloušťky síta začaly dávat na stejnou úroveň.

Tyto vodivé vlasy, vyrobené z polovodičových materiálů, včetně výše zmíněného oxidu india a cínu, vytvářejí elektrostatické pole, kde se protínají.

Když se prst dotkne skla, v důsledku elektricky vodivých vlastností kůže naruší místní elektrické pole v bodech nejbližšího průsečíku elektrod. Toto zkreslení lze měřit jako změnu kapacity v jediném bodě mřížky.

Vzhledem k tomu, že pole elektrod je vyrobeno poměrně malé a husté, je takový systém schopen velmi přesně sledovat dotyk a může snadno zachytit více dotyků najednou. Absence dalších vrstev a mezivrstev v sendviči matrice, snímače a ochranného skla má navíc pozitivní vliv na kvalitu obrazu. Je pravda, že ze stejného důvodu jsou rozbité obrazovky zpravidla zcela nahrazeny. Jakmile je promítaný kapacitní dotykový displej poskládán, je extrémně obtížné jej opravit.

Výhody projektivních kapacitních dotykových obrazovek nyní nezní jako nic překvapivého, ale v době představení iPhone poskytly technologii obrovský úspěch, a to i přes objektivní nevýhody - citlivost na nečistoty a vlhkost.

Dotykové obrazovky citlivé na tlak - 3D Touch

Ideovým předchůdcem dotykových obrazovek citlivých na tlak byla patentovaná technologie společnosti Apple, nazvaná Force Touch, používaná v chytrých hodinkách společnosti MacBook, MackBook Pro a Magic Trackpad 2.

Po otestování řešení rozhraní a různých scénářů pro použití rozpoznávání tlaku na těchto zařízeních začal Apple implementovat podobné řešení do svých smartphonů. V iPhone 6s a 6s Plus se rozpoznávání a měření tlaku stalo jednou z funkcí dotykové obrazovky a dostalo komerční název 3D Touch.

Apple se sice netajil tím, že nová technologie pouze upravuje kapacitní senzory, na které jsme zvyklí a dokonce ukázal schéma, které obecně vysvětlilo princip jejího fungování, detaily o konstrukci dotykových displejů s 3D Touch se objevily až po prvních iPhonech nové generace byly rozebrány nadšenci .

Aby se kapacitní dotyková obrazovka naučila rozpoznávat kliknutí a rozlišovat mezi několika stupni tlaku, potřebovali inženýři z Cupertina přestavět sendvič dotykové obrazovky. Provedli změny v jednotlivých jeho částech a ke kapacitní přidali další, novou vrstvu. A zajímavé je, že se při tom jasně inspirovali zastaralými odporovými obrazovkami.

Mřížka kapacitních senzorů zůstala nezměněna, ale byla posunuta zpět, blíže k matrici. Další pole 96 jednotlivých senzorů bylo integrováno mezi sadu elektrických kontaktů, které monitorují, kde se dotýkáte displeje, a ochranné sklo.

Jeho úkolem nebylo určit polohu prstu na obrazovce iPhonu. Kapacitní dotykový displej to stále zvládal perfektně. Tyto desky jsou nezbytné pro detekci a měření stupně ohybu bezpečnostního skla. Apple speciálně pro iPhone objednal Gorilla Glass, aby vyvinulo a vyrobilo ochranný povlak, který by si zachoval stejnou pevnost a zároveň byl dostatečně pružný, aby obrazovka reagovala na tlak.

Tento vývoj mohl být koncem materiálu vyprávění o dotykových obrazovkách, nebýt jiné technologie, které se před několika lety předpovídala velká budoucnost.

Vlnové dotykové obrazovky

Kupodivu nespotřebovávají elektřinu a nemají ani nic společného se světlem. Technologie systému Surface Acoustic Wave využívá k detekci bodu dotyku povrchové akustické vlny šířící se po povrchu obrazovky. Ultrazvuk generovaný piezoelektrickými prvky v rozích je příliš vysoký na to, aby byl detekován lidským sluchem. Šíří se tam a zpět a několikrát se odráží od okrajů obrazovky. Zvuk je analyzován na anomálie způsobené předměty dotýkajícími se obrazovky.

Vlnové dotykové obrazovky mají několik nevýhod. Začnou dělat chyby po silném znečištění skla a v podmínkách silného šumu, ale zároveň na obrazovkách s takovým snímačem nejsou žádné další vrstvy, které zvyšují tloušťku a ovlivňují kvalitu obrazu. Všechny komponenty snímače jsou ukryty pod rámem displeje. Vlnové senzory navíc umožňují přesně vypočítat oblast kontaktu mezi obrazovkou a prstem nebo jiným předmětem a na základě této oblasti nepřímo vypočítat sílu stlačení obrazovky.

Vzhledem k současné módě bezrámečkových displejů se s touto technologií u chytrých telefonů pravděpodobně nesetkáme, ale před několika lety Samsung experimentoval se systémem Surface Acoustic Wave v monoblocích a panely s akustickými dotykovými obrazovkami se prodávají i jako komponenty do hracích automatů a reklamních terminálů. Nyní

Místo závěru

Ve velmi krátké době dobyly dotykové obrazovky svět elektroniky. Přes nedostatek hmatové zpětné vazby a další nedostatky se dotykové obrazovky staly velmi intuitivní, srozumitelnou a pohodlnou metodou pro zadávání informací do počítačů. V neposlední řadě vděčí za svůj úspěch rozmanitosti technických realizací. Každý má své výhody a nevýhody, vhodný pro svou třídu zařízení. Odporové obrazovky pro nejlevnější a nejrozšířenější gadgety, kapacitní obrazovky pro chytré telefony a tablety a stolní počítače, se kterými komunikujeme každý den, a infračervené dotykové obrazovky pro případy, kdy by měl být design obrazovky ponechán nedotčený. Závěrem nezbývá než konstatovat, že dotykové displeje jsou tu s námi již delší dobu, s žádnou výměnou se v nejbližší době nepočítá.

Zařízení pro vstup informací, což je obrazovka, která reaguje na doteky. Existuje mnoho různých typů dotykových obrazovek, které fungují na různých fyzikálních principech. Budeme však uvažovat pouze ty, které se nacházejí v mobilních telefonech a jiném přenosném zařízení.

Jak fungují odporové dotykové obrazovky

Odporové dotykové obrazovky se dodávají ve dvou typech, čtyřvodičové a pětivodičové. Zvažme princip fungování každého typu zvlášť.

Čtyřvodičové odporové stínění

Princip činnosti 4vodičové odporové dotykové obrazovky

Odporový dotykový displej se skládá ze skleněného panelu a pružné plastové membrány. Na panel i membránu je aplikován odporový povlak. Prostor mezi sklem a membránou je vyplněn mikroizolátory, které jsou rovnoměrně rozmístěny po aktivní ploše obrazovky a spolehlivě izolují vodivé povrchy. Po stisknutí obrazovky se panel a membrána uzavřou a ovladač s nimi analogově-digitální převodník registruje změnu odporu a převádí ji na dotykové souřadnice (X a Y). Obecně platí, že algoritmus čtení je následující:

1. Na horní elektrodu je přivedeno napětí +5V a spodní je uzemněna. Levá a pravá se zkratují a kontroluje se na nich napětí. Toto napětí odpovídá souřadnici Y obrazovky.
2. Podobně je +5V a kostra přiváděna do levé a pravé elektrody a X-souřadnice se čte shora a zdola.

Pětivodičové odporové stínění

Pětivodičové stínění je spolehlivější díky tomu, že odporový povlak na membráně je nahrazen vodivým (5drátové stínění funguje i při proříznutí membrány). Zadní sklo má odporovou vrstvu se čtyřmi elektrodami v rozích.

Princip činnosti 5vodičové odporové dotykové obrazovky

Nejprve jsou všechny čtyři elektrody uzemněny a membrána je „vytažena“ rezistorem na +5V. Úroveň napětí na membráně je neustále monitorována analogově-digitální převodník. Když se dotykové obrazovky nic nedotýká, napětí je 5V.

Jakmile je obrazovka stisknuta, mikroprocesor detekuje změnu napětí membrány a začne vypočítat souřadnice dotyku následovně:

1. Na dvě pravé elektrody je přivedeno napětí +5V, levé jsou uzemněny. Napětí na obrazovce odpovídá X-souřadnici.
2. Souřadnice Y se čte připojením obou horních elektrod na +5V a k zemi obě spodní.

Jak fungují kapacitní dotykové obrazovky

Kapacitní (nebo povrchové kapacitní) stínění využívá skutečnosti, že objekt s velkou kapacitou vede střídavý proud.

Princip fungování kapacitní dotykové obrazovky

Kapacitní dotyková obrazovka je skleněný panel potažený průhledným odporovým materiálem (obvykle slitina oxidu india a oxidu cínu). Elektrody umístěné v rozích obrazovky přivádějí na vodivou vrstvu malé střídavé napětí (stejné pro všechny rohy). Když se dotknete obrazovky prstem nebo jiným vodivým předmětem, uniká proud. Navíc, čím blíže je prst k elektrodě, tím nižší je odpor obrazovky, což znamená, že tím větší je proud. Proud ve všech čtyřech rozích je zaznamenáván senzory a přenášen do ovladače, který vypočítává souřadnice bodu dotyku.

V dřívějších modelech kapacitních obrazovek se používal stejnosměrný proud - to zjednodušilo konstrukci, ale pokud měl uživatel špatný kontakt se zemí, vedlo to k poruchám.

Kapacitní dotykové obrazovky jsou spolehlivé, asi 200 milionů kliknutí (asi 6 a půl roku kliknutí každou sekundu), nepropouštějí kapaliny a velmi dobře snášejí nevodivé nečistoty. Transparentnost na 90%. Vodivý povlak je však stále zranitelný. Proto jsou kapacitní stínítka široce používána ve strojích instalovaných v chráněných oblastech. Nereagují na ruku v rukavici.

Princip činnosti projektovaných kapacitních dotykových obrazovek

Na vnitřní straně obrazovky je nanesena mřížka elektrod. Elektroda spolu s lidským tělem tvoří kondenzátor; elektronika měří kapacitu tohoto kondenzátoru (dodává proudový impuls a měří napětí).

Princip činnosti promítané kapacitní dotykové obrazovky

Průhlednost takových obrazovek je až 90 %, teplotní rozsah je extrémně široký. Velmi odolný (úzkým hrdlem je složitá elektronika zpracovávající kliknutí). POE může používat sklo o tloušťce až 18 mm, což má za následek extrémní odolnost proti vandalům. Nereagují na nevodivé nečistoty, vodivé jsou snadno potlačeny pomocí softwarových metod. Proto se u venkovních strojů používají promítané kapacitní dotykové obrazovky. Mnoho modelů reaguje na ruku v rukavici. U moderních modelů dosáhli konstruktéři velmi vysoké přesnosti - verze odolné proti vandalismu jsou však méně přesné.

PEE dokonce reagují na přiblížení ruky – práh odezvy je nastaven softwarem. Rozlišujte lisování rukou a lisování vodivým perem. Některé modely podporují vícedotykové ovládání. Proto se tato technologie používá v touchpadech a multidotykových obrazovkách.

Stojí za zmínku, že kvůli rozdílům v terminologii jsou povrchové a promítané kapacitní obrazovky často zaměňovány. Podle klasifikace použité v tomto článku je obrazovka iPhone promítána kapacitně.

Závěr

Každý typ dotykové obrazovky má své výhody a nevýhody; pro přehlednost se podívejme na tabulku.

	Odporový 4vodičový	Odporový 5-ti drát	Kapacitní	Projektovaná kapacitní
Funkčnost
Ruka v rukavici	Ano	Ano	Ne	Ano
Pevný vodivý předmět	Ano	Ano	Ano	Ano
Pevný nevodivý předmět	Ano	Ano	Ne	Ne
Vícedotykový	Ne	Ano	Ano	Ano
Měření tlaku	Ne	Ne	Ne	Ano
Maximální transparentnost, %	75	85	90	90
Přesnost	Vysoký	Vysoký	Vysoký	Vysoký
Spolehlivost
Životnost, miliony kliknutí	10	35	200	∞
Ochrana před nečistotami a tekutinami	Ano	Ano	Ano	Ano
Odolnost proti vandalismu	Ne	Ne	Ne	Ano

Článek byl napsán na základě materiálů z webu

V dnešní době už nikdo nepochybuje o tom, že dotykový displej vašeho telefonu je pohodlná věc. Z takových displejů se vytváří mnoho zařízení – tablety, mobilní telefony, čtečky, referenční zařízení a hromada dalších periferií. Dotykový displej umožňuje nahradit četná mechanická tlačítka, což je velmi výhodné, protože kombinuje displej a kvalitní vstupní zařízení. Úroveň spolehlivosti zařízení se výrazně zvyšuje, protože zde nejsou žádné mechanické části. V současné době se dotykové obrazovky obvykle dělí na více typů: odporové (existují čtyř-, pěti-, osmivodičové), projekční-kapacitní, matricově-kapacitní, optické a tenzometrické. Displeje lze navíc vytvářet na základě povrchových akustických vln nebo infračervených paprsků. Patentovaných technologií je již několik desítek. V dnešní době se nejčastěji používají kapacitní a odporové obrazovky. Pojďme se na ně podívat podrobněji.

Odporová obrazovka.

Nejjednodušším typem je čtyřvodičový, který se skládá ze speciální skleněné tabule a plastové membrány. Prostor mezi sklem a plastovou membránou musí být vyplněn mikroizolátory, které dokážou vodivé povrchy od sebe spolehlivě izolovat. Elektrody, což jsou tenké plechy vyrobené z kovu, jsou instalovány po celém povrchu vrstev. V zadní vrstvě jsou elektrody ve vertikální poloze a v přední vrstvě - ve vodorovné poloze, aby bylo možné vypočítat souřadnice. Pokud stisknete na displeji, panel a membrána se automaticky uzavřou a speciální senzor zaznamená stisk a převede jej na signál. Za nejpokročilejší typ jsou považovány osmivodičové displeje, které se vyznačují vysokou úrovní přesnosti. Tyto obrazovky se však vyznačují nízkou úrovní spolehlivosti a křehkosti. Pokud je důležité, aby byl displej spolehlivý, je třeba zvolit pětivodičový typ.

1 - skleněný panel, 2 - odporový povlak, 3 - mikroizolátory, 4 - fólie s vodivým povlakem

Maticové obrazovky.

Design je podobný rezistivnímu displeji, i když byl zjednodušen. Na membránu byly speciálně aplikovány svislé vodiče a na sklo horizontální vodiče. Pokud kliknete na displej, vodiče se určitě dotknou a křížově uzavřou. Procesor může sledovat, které vodiče jsou zkratovány, a to pomáhá detekovat souřadnice kliknutí. Maticové obrazovky nelze nazvat vysoce přesnými, takže se dlouho nepoužívají.

Kapacitní obrazovky.

Konstrukce kapacitních obrazovek je poměrně složitá a je založena na skutečnosti, že lidské tělo a displej společně tvoří kondenzátor, který vede střídavý proud. Takové obrazovky jsou vyrobeny ve formě skleněné desky, která je pokryta odporovým materiálem, takže elektrický kontakt není omezen. Elektrody jsou umístěny ve čtyřech rozích displeje a jsou napájeny střídavým napětím. Pokud se dotknete povrchu displeje, dojde k úniku střídavého proudu přes výše uvedený „kondenzátor“. To je zaznamenáno senzory, poté jsou informace zpracovávány mikroprocesorem zařízení. Kapacitní displeje vydrží až 200 milionů kliknutí, mají průměrnou úroveň přesnosti, ale bohužel se bojí jakéhokoli vlivu kapalin.

Projektivní kapacitní obrazovky.

Promítané kapacitní obrazovky mohou na rozdíl od předchozích diskutovaných typů detekovat několik kliknutí najednou. Uvnitř je vždy speciální mřížka elektrod a při kontaktu s nimi se jistě vytvoří kondenzátor. V tomto místě se změní elektrická kapacita. Regulátor bude schopen určit bod, kde se elektrody křížily. Poté proběhnou výpočty. Pokud stisknete obrazovku na několika místech najednou, nevytvoří se jeden kondenzátor, ale několik.

Obrazovka s mřížkou infračervených paprsků.

Princip fungování takových displejů je jednoduchý a do jisté míry je podobný maticovému displeji. V tomto případě jsou vodiče nahrazeny speciálními infračervenými paprsky. Kolem této obrazovky je rám, ve kterém jsou vestavěné vysílače a také přijímače. Pokud klepnete na obrazovku, některé paprsky se překrývají a nemohou dosáhnout svého vlastního cíle, totiž přijímače. V důsledku toho řídicí jednotka vypočítá polohu kontaktu. Takové obrazovky mohou propouštět světlo, jsou odolné, protože nemají žádný citlivý povlak a vůbec žádný mechanický dotyk. Takové displeje však v současnosti nesplňují vysokou přesnost a obávají se jakékoli kontaminace. Ale úhlopříčka rámu takového displeje může dosáhnout 150 palců.

Dotykové obrazovky založené na povrchových akustických vlnách.

Tento displej je vždy vyroben ve formě skleněného panelu, do kterého jsou zabudovány piezoelektrické měniče, umístěné pod různými úhly. Po obvodu jsou také reflexní a přijímací senzory. Regulátor je zodpovědný za generování signálů, jejichž frekvence je vysoká. Poté jsou signály vždy posílány do piezoelektrických měničů, které mohou příchozí signály převádět na akustické vibrace, které se následně odrážejí od reflexních snímačů. Vlny pak mohou být zachyceny přijímači, znovu odeslány do piezoelektrických měničů a poté převedeny na elektrický signál. Pokud stisknete displej, energie akustických vln se částečně pohltí. Přijímače jsou na takové změny citlivé a procesor umí vypočítat dotykové body. Hlavní výhodou je, že dotykové obrazovky založené na povrchových akustických vlnách sledují souřadnice místa stisku a sílu stisku. Displeje tohoto typu jsou odolné, protože vydrží 50 milionů dotyků. Nejčastěji se používají pro výherní automaty a systémy nápovědy. Je třeba vzít v úvahu, že provoz takového displeje nemusí být přesný za přítomnosti okolního hluku, vibrací nebo akustického znečištění.