Как работает сенсорный экран

 | 12.02

        

Справедливости ради стоит заметить, что сенсорные экраны – далеко не изобретение вчерашнего дня, на старых КПК, к примеру, они тоже были. Правда, управлять такими гаджетами можно было только с помощью стилуса. А вот возможность управления пальцами стала началом нового эволюционного витка в производстве электроники. Touch-дисплеи применяются сейчас в промышленности, медицине, их можно встретить на улице и в транспорте – к примеру, терминалы пополнения счетов или карточек метро. Но флагманами для развития сенсорных дисплеев стали мобильные телефоны – самые массовые электронные устройства. Поэтому обычных пользователей уже не удивить мобильными устройствами с сенсорным экраном, однако многие до сих пор не подозревают о существовании разных сенсорных технологий с прямо противоположными потребительскими свойствами.

Существует четыре основных типа сенсорных экранов, но в мобильных устройствах используются только два: резистивные и емкостные. Между ними нет сходства, но основное отличие можно сформулировать так: резистивные экраны распознают нажатие, а емкостные – касание. В планшетных компьютерах используется третий тип экранов – индукционные. Такие экраны реагируют только на специальное перо, и применяются только тогда, когда требуется реакция именно на нажатия пером (а не рукой).

Резистивная технология

Резистивные сенсорные экраны распространены наиболее широко – их доля в общем числе составляет около 90 %. Это объясняется низкой себестоимостью производства и простотой технологии.

Резистивный экран представляет собой жидкокристаллическую панель, на который наложены две прозрачные пластины, разделенные диэлектриком. Верхняя пластина, на которую нажимает пользователь, гибкая, нижняя — жестко закреплена на экране. Обращенные друг к другу поверхности покрыты токопроводящим составом, а по их краям располагается от четырех до семи электродов.

Когда пользователь нажимает на экран, верхний слой прогибается и касается нижнего. Точка касания определяется микроконтроллером, который последовательно подает напряжение на электроды верхней и нижней пластины. За одну секунду контроллер успевает вычислить координаты несколько сотен раз.

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). Так в общих чертах выглядит алгоритм считывания

К плюсам резистивной технологии относится не только дешевизна, но и неплохая чувствительность, а также возможность нажимать на экран любым предметом. В минусах – плохое светопропускание, вынуждающее использовать более яркую подсветку, и быстрый механический износ, ограничивающий ресурс самых популярных четырехпроводных панелей одним миллионом нажатий. Пятипроводные панели выдерживают в 35 раз больше нажатий из-за иного расположения электродов, но выяснить, какой именно экран используется в том или ином устройстве, практически невозможно.

Быстрый износ резистивных панелей также вынуждает периодически калибровать экран. С этой процедурой хорошо знакомы пользователи смартфонов на базе системы Windows Mobile, не поддерживающей никакие другие экраны, кроме резистивных. К минусам резистивной технологии можно также отнести плохую поддержку мультитач-жестов. Некоторые экраны умеют распознавать два одновременных нажатия, но точность определения координат во многих случаях оставляет желать лучшего.

Емкостная технология

В основе работы емкостной сенсорной технологии лежит тот факт, что человек способен проводить электрический ток и имеет некоторую электрическую емкость. Существует два варианта емкостных экранов: поверхностно-емкостные и проекционно-емкостные.

Экран первого типа представляет собой стеклянную панель, покрытую специальным проводящим материалом. По углам панели располагаются электроды, которые подают низковольтное переменное напряжение на проводящий слой. При касании экрана пальцем происходит утечка тока, а поскольку величина тока из каждого электрода прямо пропорционально расстоянию до точки касания, то контроллеру довольно просто высчитать ее координаты.

Поверхностно-емкостные экраны не ухудшают светопропускание, имеют большой ресурс – около 210 млн. касаний, но требовательны к температуре окружающей среды, не поддерживают мультитач, а необходимость размещать по бокам электроды делает их плохо подходящими для мобильных устройств.

Этих недостатков лишены проекционно-емкостные панели, работающие по несколько другой схеме. В зависимости от типа в них используется один или два набора вертикальных и горизонтальных электродов, изолированных друг от друга стеклом. Микроконтроллер последовательно подает на каждый из электродов напряжение и измеряет амплитуду возникающего импульса тока. При поднесении пальца к экрану, емкость электродов, находящихся под ним, меняется, соответственно становится больше и импульс напряжения, который должен подать контроллер. Координата касания — это электрод с возросшей емкостью.

Проекционно-емкостная панель в разрезе

Поверхностно-емкостные экраны устанавливаются в Apple iPhone и iPad, поэтому эти устройства так хорошо реагируют на касания и поддерживают мультитач. По сравнению с резистивными эти экраны гораздо более точно определяют координаты, а отсутствие прогибающихся слоев делает их надежными и долговечными. Правда, на них очень трудно рисовать или писать от руки — для этого понадобится специальный стилус. Ресурс проекционно-емкостных панелей ограничен 160 млн. касаний.

Индукционная технология

Сенсорные экраны планшетных ноутбуков не являются ни резистивными, ни емкостными. Они индукционные и работают по следующему принципу: под экраном находится панель с катушками индуктивности, которые формируют на его поверхности электромагнитное поле. В специальном стилусе, который всегда идет в комплекте с ноутбуком, находится резонансный контур. При поднесении стилуса к экрану этот контур изменяет активность катушки индуктивности, которая отлеживается микроконтроллером.

Одна из причин, по которой в ноутбуках редко используется другой тип сенсорных экранов, заключается в возможности рисовать и писать от руки. В зависимости от силы нажатия на стилус изменяется активность катушки индуктивности: чем выше давление, тем толще на экране получается линия.

С помощью стилуса можно легко эмулировать нажатие правой кнопки мыши. Для этого на стилусе предусмотрена кнопка, подключающая дополнительные витки к резонансному контуру. Она сильнее изменяет активность катушек индуктивности, что интерпретируется как нажатие на правую кнопку мыши.

Емкостное будущее

Специалисты полагают, что в будущем подавляющее число мобильных устройств будет иметь сенсорные экраны емкостного типа. Резистивная технология держится на рынке исключительно из-за дешевизны, но падение ее доли неизбежно. Развитие пользовательских интерфейсов и конкуренция с «емкостным пионером» Apple iPhone вынуждает производителей постепенно отказываться от морально устаревшей технологии. Поддержка емкостных экранов заявлена в новой мобильной операционной системе Windows Phone.

На рынке уже появились первые емкостные ноутбуки с поддержкой мультитач-жестов. Эти компьютеры не являются планшетными, поскольку не подходят для рисования или рукописного ввода, но прекрасно отражают сложившуюся тенденцию. Через несколько лет мы, вероятно, забудем о существовании резистивных сенсорных экранов, а любое устройство со стилусом не будет вызывать никаких эмоций, кроме изумления.

Robo User
Web-droid editor

Додати коментар

Ваша email адреса не буде опублікована.