Сначала тачскрины (сенсорные экраны) встречались достаточно редко. Их возможно было найти, только лишь в некоторых КПК, PDA (карманных компьютерах). Как известно, устройства такого плана так и не обрели широкого распространения, так как им не хватило самого важного, то есть, функциональности. История смартфонов напрямую связана с тачскринами. Именно поэтому в нынешнее время человека с «умным телефоном» сенсорным экраном сейчас не удивишь. Тачскрин получил широкое применение не только в модных дорогостоящих девайсах, но, даже, в относительно недорогих моделях современных телефонов. В чём же заключаются принципы работы 3-х типов сенсорных экранов, которые возможно встретить в современных устройствах.

Типы тачскринов

Сенсорные экраны уже не являются слишком дорогими. Кроме этого, тачскрины (touchscreen) сегодня намного «отзывчивее» - касания пользователя распознают просто превосходно. Именно эта характеристика проложила им дорогу к большому числу пользователей во всем мире. В нынешнее время существуют три основные конструкции тачскринов:

  1. Ёмкостные.
  2. Волновые.
  3. Резистивные или попросту «упругие».

Ёмкостный тачскрин: принцип работы

В тачскринах конструкции такого рода стеклянную основу покрывают слоем, который выполняет роль вместилища-накопителя заряда. Пользователь своим касанием высвобождает в определённой точке часть электрического заряда. Данное уменьшение определяется микросхемами, которые расположены в каждом углу экрана. Компьютером вычисляется разница электрических потенциалов, существующих между разными частями экрана, при этом, информация о касании в подробностях передаётся немедленно в программу-драйвер тачскрина.

Довольно важное преимущество ёмкостных тачскринов - это способность данного типа экранов сохранять практически 90 % от изначальной яркости дисплея. Из-за этого изображения на ёмкостном экране смотрятся более чёткими, чем на тачскринах, имеющих резистивную конструкцию.

Видео про ёмкостный сенсорный экран:

Будущее: волновые сенсорные дисплеи


На концах осей координатной сетки экрана из стекла располагается два преобразователя. Один из них является передающим, второй - принимающим. На стеклянной основе имеются и рефлекторы, «отражающие» электрический сигнал, который передаётся от одного к другому преобразователю.

Преобразователь-приёмник стопроцентно точно «знает» было ли нажатие, а также в какой конкретно точке оно произошло, так как пользователь своим касанием прерывает акустическую волну. При этом, стекло волнового дисплея не имеет металлического покрытия - это предоставляет возможность сохранить в полном объёме 100 % изначального света. В связи с этим, волновой экран представляет собой наилучший вариант для тех пользователей, которые работают в графике с мелкими деталями, потому, что резистивные и ёмкостные тачскрины не являются идеальными в вопросе чёткости изображений. Их покрытие задерживает свет, что в результате существенно искажает картинку.

Видео про принцип работы сенсорных экранов на ПАВ:

Прошлое: о резистивном тачскрине


Резистивная система - это обычное стекло, которое покрыто слоем проводника электричества, а также упругой металлической «плёнкой», также обладающей токопроводящими качествами. Между этими 2-мя слоями с помощью специальных распорок есть пустое пространство. Поверхность экрана покрыта специальным материалом, который обеспечивает ему защиту от механических повреждений, например, царапин.

Электрический заряд в процессе работы пользователя с тачскрином, проходит через два эти слоя. Каким же образом это происходит? Пользователь в определённой точке касается экрана и упругий верхний слой соприкасается с проводниковым слоем - только в этой точке. Потом компьютером определяются координаты той точки, которой пользователь коснулся.

Когда координаты становятся известны устройству, то специальный драйвер переводит прикосновения в команды, известные операционной системе. В данном случае можно провести аналоги с драйвером самой обычной компьютерной мышки, ведь он занимается точно тем же: объясняет операционной системе то, что конкретно хотел сказать ей пользователь посредством перемещения манипулятора или же нажатия кнопки. С экранами данного типа используют, как правило, специальные стилусы.


Резистивные экраны возможно обнаружить в относительно немолодых устройствах. Как раз таким сенсорным дисплеем оборудован IBM Simon - самый древний смартфон из тех, что были сознаны нашей цивилизацией.

Видео про принцип работы резистивного сенсорного экрана:

Особенности различных типов тачскринов

Наиболее дешёвыми сенсорными экранами, но, при этом, наименее чётко транслирующими изображение являются резистивные тачскрины. Кроме этого, они являются и самыми уязвимыми, ведь абсолютно любым острым предметом возможно серьёзно повредить достаточно нежную резистивную «плёночку».

Следующий тип, т.е. волновые тачскрины, представляют собой самые дорогостоящими среди себе подобных. При этом, резистивная конструкция, вероятнее всего, относится, всё-таки, к прошлому, ёмкостная - к настоящему, а волновая - к будущему. Понятное дело, что грядущее абсолютно никому стопроцентно не известно и, соответственно, в нынешнее время можно только лишь предполагать, какая именно технология имеет большие перспективы для использования её в будущем.

Для резистивной системы тачскринов не имеет никакого особого значения, коснулся резиновым наконечником стилуса или же просто пальцем пользователь экрана устройства. Достаточно того, что между двумя слоями произошло соприкосновение. При этом, ёмкостной экран распознает только лишь касания какими-то токопроводящими предметами. Зачастую пользователи современных устройств работают с ними с помощью собственных пальцев. Экраны волновой конструкции в этом отношении ближе к резистивным. Отдать команду возможно практически любым предметом - при этом нужно только избегать использования тяжёлых или же слишком маленьких объектов, например, стержень шариковой ручки для этого не подойдёт.

Ранее автор этих строк был исключительным поклонником использования резистивных дисплеев в защищенных планшетных компьютерах и . Сегодня такая уверенность начинает сменяться сомнениями. Чтобы определиться с тем, какой экран лучше, резистивный или емкостный, соберем вместе факты - их преимущества и недостатки - и поразмышляем.

Компании, разрабатывающие профессиональное электронное оборудование для использования в промышленности, логистике, армии и полиции, чаще всего отдают предпочтение резистивным экранам. Однако в последнее время появились гаджеты с емкостными экранами, обеспеченными специальной защитой. Чтобы понять, почему так происходит, сначала требуется дать определения этим технологиям.

Особенности технологий

Резистивные сенсорные экраны

Резистивный экран позволяет управлять аппаратами путем давления на поверхность любым предметом – , пальцем (в том числе в перчатке) или карандашом. Такой дисплей состоит из двух гибких слоев с воздушной прослойкой. При давлении на верхний слой он контактирует с нижним, и регистрирует точное местоположение давления.

Емкостные сенсорные экраны

Емкостный экран позволяет управлять гаджетом благодаря проводимости кожи - путем касания пальца. Поэтому он не использует давление и более отзывчив, чем резистивный дисплей. При этом существует ограничение – емкостной экран может управляться только тем предметом, который имеет такую проводимость. Это может быть не только палец, но и специальный стилус с проводящей иглой.

Использование резистивного и емкостного экранов

Как уже говорилось, традиционно профессиональные разработчики используют резистивные экраны, которыми можно управлять в сложных погодных условиях любым предметом. Так же резистивная технология предполагает наличие большего по сравнению с емкостной технологией количества чувствительных датчиков на квадратный сантиметр, поэтому на дисплее могут отражаться даже самые маленькие значки, на которые можно нажимать иголкой.

К слову сказать, ОС Windows Mobile учитывает данную особенность, и разрабатывалась специально под резистивные экраны. Такие экраны менее чувствительны к случайным прикосновениям, в том числе к попаданию капель дождя. Но, с другой стороны, многие разработчики начинают создавать программное обеспечение исключительно под современные емкостные дисплеи. Скоро это может стать проблемой устройств с резистивными дисплеями.

Считается так же, что резистивная технология стоит дешевле емкостной. До последнего времени это было действительно так, пока емкостные экраны не стали производиться многомиллионными тиражами что, соответственно, уменьшило их стоимость.

Стоит отметить, что дисплей является наиболее уязвимой частью защищенных коммуникаторов и . В смысле надежности емкостные экраны более предпочтительны. Они характеризуются большей производительностью в любых условиях, в том время как иногда резистивные модели отказывают в случае, если их нести вниз стеклом. Они перестают реагировать на касания, в отличие от емкостных моделей, у которых нет такой проблемы.

Если емкостный дисплей сломан (например, пробит), он способен исполнять свою функцию и дальше, в то время как резистивный чаще всего полностью выходит из строя. То есть полевой работник с емкостным дисплеем сможет продолжать работу, а с резистивным – будет вынужден ее закончить.

Стоит так же упомянуть о возможности многопальцевого ввода. В отличие от емкостных моделей резистивные не поддерживают мультитач в большом объеме. В некоторых случаях это может сказаться на производительности и успешном выполнении спецзадач.

Вывод.

Если свести все указанные данные в единое целое, можно сказать, что емкостные сенсорные экраны не только более удобны в работе, но и более надежны и продуктивны. Единственное, о чем следует позаботиться разработчикам – об их укреплении (например, химическим стеклом). Кроме того, остается проблема использования в перчатках и предметами, не предназначенными для управления, так как необходимость в применении подручных средств в полевых условиях является вполне вероятной.

То есть, если вам нужна большая производительность и гарантированная работа после появления трещин и пробоев – лучше использовать емкостный дисплей. С другой стороны, в случае необходимости использовать или работать под дождем, преимущество остается за резистивным дисплеем. Кроме того, сегодня все еще большинство специализированных программ для профессиональных защищенных устройств ориентировано под Windows Embedded, хотя намечается тенденция сдвига в сторону Android.

Сегодня уже никого не удивить телефоном с сенсорным экраном. Ручное управление вошло в моду, но мало кто задумывается о том, что же происходит, когда вы прикасаетесь к дисплею. Я расскажу, как работают наиболее распространенные типы сенсорных экранов. Удобство и продуктивность работы с цифровой техникой зависят в первую очередь от используемых устройств ввода информации, при помощи которых человек управляет оборудованием и осуществляет загрузку данных. Наиболее массовым и универсальным инструментом является клавиатура, получившая в настоящее время повсеместное распространение. Однако использовать ее удобно далеко не всегда. Например, габариты мобильных телефонов не позволяют установить крупные клавиши, в результате чего скорость ввода информации снижается. Эта проблема решилась за счет применения сенсорных экранов. Всего за несколько лет они произвели на рынке настоящую революцию и стали внедряться повсюду - от мобильных телефонов и электронных книг до мониторов и принтеров.

Начало сенсорного бума

Покупая новый смартфон , на корпусе которого нет ни одной кнопки или джойстика, вы вряд ли задумываетесь о том, как будете им управлять. С точки зрения пользователя в этом нет ничего сложного: достаточно прикоснуться пальцем к иконке на экране, что приведет к выполнению какого-либо действия - открытию окна ввода телефонного номера, SMS или адресной книги. А между тем 20 лет назад о таких возможностях можно было только мечтать.

Сенсорный экран был изобретен в США во второй половине 60-х годов прошлого века, но до начала 90-х применялся преимущественно в медицинском и промышленном оборудовании для замены традиционных устройств ввода, использование которых сопряжено с трудностями при определенных условиях эксплуатации. По мере уменьшения размера компьютеров и появления КПК встал вопрос о совершенствовании их систем управления. В 1998 году появился первый наладонник с сенсорным экраном и системой ввода и распознавания рукописного текста Apple Newton MessagePad , а вскоре и коммуникаторы с тачскринами.

В 2006 году практически все крупные производители приступили к выпуску смартфонов с сенсорными экранами, а после появления Apple iPhone в 2007 году начался настоящий сенсорный бум - дисплеи такого типа появились в принтерах, электронных книгах, различных видах компьютеров и т. д. Что же происходит, когда вы дотрагиваетесь до сенсорного экрана, и каким образом устройство «узнает», куда именно вы нажали?

Принцип работы резистивного сенсорного экрана

За 40-летнюю историю развития сенсорных экранов было разработано несколько типов этих устройств ввода, основанных на различных физических принципах, которые используются для определения места касания. В настоящее время наибольшее распространение получили два типа дисплеев - резистивные и емкостные. Помимо этого различают экраны, способные регистрировать одновременно несколько нажатий (Multitouch ) или только одно.

Экраны, выполненные по резистивной технологии, состоят из двух основных частей - гибкого верхнего и жесткого нижнего слоев. В качестве первого могут использоваться различные пластиковые или полиэфирные пленки, а второй изготавливается из стекла. На внутренние стороны обеих поверхностей нанесены слои гибкой мембраны и резистивного (обладающего электрическим сопротивлением) материала, проводящего электрический ток. Пространство между ними заполнено диэлектриком.

По краям каждого слоя установлены тонкие металлические пластинки - электроды. В заднем слое с резистивным материалом они расположены вертикально, а в переднем - горизонтально. В первом случае на них подается постоянное напряжение, и от одного электрода к другому протекает электрический ток. При этом возникает падение напряжения, пропорциональное длине участка экрана.

При касании сенсорного экрана передний слой прогибается и взаимодействует с задним, что позволяет контроллеру определить напряжение на нем и вычислить с его помощью координаты точки касания по горизонтали (оси X). Для уменьшения влияния сопротивления переднего резистивного слоя расположенные в нем электроды заземляются. Затем проделывается обратная операция: напряжение подается на электроды переднего слоя, а расположенные в заднем слое заземляются - так удается вычислить координату точки касания по вертикали (оси Y). Таков принцип работы четырехпроводного (названного так по количеству электродов) резистивного сенсорного экрана.

Помимо четырехпроводных встречаются также пяти- и восьмипроводные сенсорные экраны. Последние обладают аналогичным принципом работы, но более высокой точностью позиционирования .

Принцип работы и устройство пятипроводных резистивных сенсорных экранов несколько отличаются от описанного выше. Слой переднего резистивного покрытия в них заменен проводящим слоем и используется исключительно для считывания значения напряжения на заднем резистивном слое. В него встроено четыре электрода по углам экрана, пятый электрод является выводом переднего проводящего слоя. Изначально все четыре электрода заднего слоя находятся под напряжением, а на переднем слое оно равно нулю. Как только происходит касание такого сенсорного экрана, верхний и нижний слои соединяются в определенной точке, и контроллер улавливает изменение напряжения на переднем слое. Так он определяет, что до экрана дотронулись. Далее два электрода в заднем слое заземляются, вычисляется координата точки касания по оси X, а затем заземляются два других электрода, и вычисляется координата точки касания по оси Y.

Принцип работы емкостного сенсорного экрана

В основе принципа работы емкостных сенсорных экранов лежит свойство человеческого тела проводить электрический ток, что указывает на наличие электрической емкости. В простейшем случае такой экран состоит из прочной стеклянной подложки, на которую наносится слой резистивного материала. По его углам размещаются четыре электрода. Сверху резистивный материал укрывается токопроводяшей пленкой.

На все четыре электрода подается небольшое переменное напряжение. В момент прикосновения человека к экрану электрический заряд перетекает по коже на тело, при этом возникает электрический ток. Его значение пропорционально расстоянию от электрода (угла панели) до точки касания. Контроллер замеряет силу тока по всем четырем электродам и на основе этих значений вычисляет координаты точки касания.

Точность позиционирования емкостных экранов почти такая же, как у резистивных. При этом они пропускают больше света (до 90%), испускаемого отображающим устройством. А отсутствие подвергающихся деформации элементов делает их более надежными: емкостный экран выдерживает более 200 млн нажатий в одной точке и может работать при низких температурах (до -15 °С). Однако переднее проводящее покрытие, используемое для определения координат, чувствительно к влаге, механическим повреждениям и проводящим ток загрязнениям. Емкостные экраны срабатывают только при касании их проводящим предметом (рукой без перчатки или специальным стилусом). Выполненные по классической технологии экраны такого типа также не способны отслеживать одновременно несколько нажатий.

Такой возможностью обладает проекционно-емкостный сенсорный экран, который используется в телефонах iPhone и аналогичных устройствах. Он имеет более сложное строение по сравнению с обычными емкостными экранами. На подложку из стекла наносится два слоя электродов, разделенные диэлектриком и формирующие решетку (электроды в нижнем слое расположены вертикально, а в верхнем - горизонтально). Сетка электродов вместе с телом человека образует конденсатор. В месте касания пальцем происходит изменение его емкости, контроллер улавливает это изменение, определяет, на каком пересечении электродов оно произошло, и вычисляет по этим данным координату точки касания.

Такие экраны также имеют высокую прозрачность и способны работать при еще более низких температурах (до -40 °С). Проводящие электрический ток загрязнения влияют на них в меньшей степени, они реагируют на руку в перчатке. Высокая чувствительность позволяет использовать для защиты таких экранов толстый слой стекла (до 18 мм).

Принцип работы четырехпроводного резистивного сенсорного экрана

  1. Верхний резистивный слой прогибается и соприкасается с нижним.
  2. Контроллер определяет напряжение в точке касания на нижнем слое и вычисляет координату точки касания по оси X.
  3. Контроллер определяет напряжение в точке касания на верхнем слое и определяет координату точки касания по оси Y.

Принцип работы пятипроводного резистивного сенсорного экрана

  1. До экрана дотрагиваются любым твердым предметом.
  2. Верхний проводящий слой прогибается и соприкасается с нижним, что указывает на прикосновение к экрану.
  3. Два из четырех электродов нижнего слоя заземляются, контроллер опреде ляет напряжение в точке касания и вычисляет координату точки по оси X.
  4. Заземляются другие два электрода, контроллер определяет напряжение в точке касания и вычисляет координату точки по оси Y.

Преимущества

  • Низкая стоимость
  • Высокая стойкость к загрязнениям
  • Можно прикасаться любым твердым предметом

Недостатки

  • Низкая долговечность (1 млн нажатий в одной точке для четырехпроводного, 35 млн нажатий для пятипроводного) и вандало-устойчивость
  • Низкое светопропускание (не более 85%)
  • Не поддерживают Multitouch

Примеры устройств

  • Телефоны (например, Nokia 5800, НТС Touch Diamond), КПК, компьютеры (например, MSI Wind Top АЕ1900), промышленное и медицинское оборудование.

Принцип работы

  1. До экрана дотрагиваются проводящим ток предметом (пальцем, специальным стилусом).
  2. Ток перетекает с экрана на предмет.
  3. Контроллер измеряет силу тока по углам экрана и определяет координаты точки касания.

Преимущества

  • Высокая долговечность (до 200 млн нажатий), возможность работы при низких температурах (до -15 °С)

Недостатки

  • Восприимчивы к воздействию влаги, токопроводящих загрязнений
  • Не поддерживают Multitouch

Примеры устройств

  • Телефоны, тачпады (например, в плеере iRiver ВЗО), КПК, банкоматы, киоски.

Принцип работы

  1. Экрана касаются или подносят к нему на близкое расстояние проводящий ток предмет, образующий вместе с ним конденсатор.
  2. В месте касания изменяется электрическая емкость.
  3. Контроллер регистрирует изменение и определяет, на каком пересечении электродов оно произошло. На основании этих данных вычисляются координаты точки касания.

Преимущества

  • Высокая долговечность (до 200 млн нажатий), возможность работы при низких температурах (до -40 °С)
  • Высокая вандалоустойчивость (экран можно покрыть слоем стекла толщиной до 18 мм)
  • Высокое светопропускание (более 90%)
  • Поддерживают Multitouch

Недостатки

  • Реагируют на прикосновение только токопроводящего предмета (пальца, специального стилуса)

Примеры устройств

  • Телефоны (например, iPhone), тачпады, экраны ноутбуков и компьютеров (например, HP TouchSmart tx2) электронные киоски, банкоматы, платежные терминалы.

Windows 7

В появилась возможность управления компью тером с помощью жестов «Прокрутка», «Вперед/назад», «Поворот» и «Масштабирование». Операционная система Windows 7 намного лучше адаптирована для работы с сенсорными дисплеями, чем все предыдущие версии. 06 этом свидетельствуют видоизмененный интерфейс и панель задач, в которой на месте прямоугольных кнопок, символизирующих запущенные программы, появились квадратные иконки - на них намного удобнее нажимать пальцем. Кроме того, появилась новая функция - списки переходов, позволяющие быстро найти недавно открывавшиеся файлы или часто запускаемые элементы. Для активации этой возможности достаточно перетащить иконку программы на Рабочий стол.

Впервые в операционную систему Windows добавлена опция распознавания сенсорных жестов, к которым привязано выполнение отдельных функций. Так, в Windows 7 появились сенсорная прокрутка и такая же, как, например, в Apple iPhone, возможность увеличения картинок или документов движением двух пальцев рук в разные стороны. Не обошлось и без движения, отвечающего за поворот изображения. Таким операциям, как копирование, удаление и вставка, также можно назначить отдельные жесты. Кнопки экранной клавиатуры подсвечиваются при касании, что облегчает ее использование на сенсорном экране. А возможность распознавания рукописного текста позволяет быстро вводить небольшие сообщения.

Чем отличаются ёмкостные экраны, используемые в iPhone и других современных мобильных устройствах, от других видов сенсорных дисплеев? И за ними ли будущее?

Неоднократно убеждался в том, что обычные пользователи решительно не подозревают о существовании разных типов сенсорных экранов и с неподдельным изумлением узнают, что отсутствие реакции дисплея свежекупленного коммуникатора на привычные тыканья карандашом вовсе не есть признак неисправности. Просто это другой экран, построенный на другой технологии. Даже некоторые продавцы путаются в показаниях, приписывая дисплеям одного типа свойства других. Так что сначала мы проведём краткий ликбез, после которого вы сможете отличать экраны разных типов буквально на ощупь. А потом поговорим о том, за которым из них будущее.

В современных мобильных устройствах - смартфонах, коммуникаторах, плеерах - используются сенсорные экраны двух типов: резистивные и ёмкостные. При этом более 90% всех сенсорных дисплеев сегодня относятся к резистивному типу, хотя уже явно наметилась тенденция к увеличению доли ёмкостных экранов.

Чтобы перестать путаться, достаточно запомнить: резистивные экраны чувствительны к нажатию, а ёмкостные - к касанию. Эта разница обусловлена конструкцией дисплеев, и приучить, например, ёмкостной экран к распознаванию нажатий карандашом невозможно в принципе.

Резистивный экран представляет собой стеклянный жидкокристаллический дисплей, на который наложена гибкая мембрана. На соприкасающиеся стороны нанесён резистивный состав, а пространство между плоскостями разделено диэлектриком. По краям пластин закреплены электроды (четыре или восемь, пять или шесть и семь). Несложно догадаться, что при нажатии экран и мембрана соприкасаются в месте нажатия, координаты которого вычисляются путём последовательной подачи тока на верхнюю и нижнюю пластины и замеров напряжения в точке касания пластин. Именно поэтому на такой экран можно нажимать любым твёрдым предметом - от ногтя и стилуса до карандаша или спички, и он сработает.


Принцип действия пятипроводного резистивного экрана

В силу конструкции резистивные экраны и, особенно, их токопроводящий слой подвержены постепенному износу, из-за чего и возникает необходимость в периодической калибровке экрана. Самые простые и дешёвые четырёхэлектродные экраны выдерживают всего 3 миллиона нажатий в одну точку. В несколько раз надёжнее - до 35 миллионов нажатий - пятипроводные, где четыре электрода расположены на экране пластине, а пятый - на мембране, покрытой токопроводящим составом и выступающей в одной только функции своего рода "щупа". Кроме того, пятипроводные и его модификации 6-ти и 7-проводный экраны продолжают работать даже при повреждении части мембраны.

К недостаткам резистивных экранов относится также низкое светопропускание - не более 70-85%, из-за чего требуется повышенная яркость подсветки. Зато эти экраны предельно дёшевы в производстве, чем и объясняется их широкое распространение.

Ёмкостный сенсорный экран в общем случае представляет собой стеклянную панель, на которую нанесён слой прозрачного резистивного материала. По углам панели установлены электроды, подающие на проводящий слой низковольтное переменное напряжение. Поскольку тело человека способно проводить электрический ток и обладает некоторой ёмкостью, при касании экрана в системе появляется утечка. Место этой утечки, то есть точку касания, определяет простейший контроллер на основе данных с электродов по углам панели.


Принцип действия ёмкостного экрана

На экране нет никаких гибких мембран, что обеспечивает высокую надёжность и позволяет снизить яркость подсветки. К сожалению, в них нельзя тыкать стилусом или ногтем, поскольку команда просто не будет распознана. Только пальцем. Отрицательных температур такой экран тоже не любит: в лучшем случае падает точность определения координат, в худшем он просто перестаёт реагировать.


Принцип действия проекционно-ёмкостного экрана

К сожалению, на простейшем ёмкостном экране, который сейчас ставят в самые дешёвые "сенсорные" телефоны, невозможно организовать модный "многопальцевый" интерфейс мультитач - четыре электрода по углам способны фиксировать только одно нажатие в каждый момент времени. От этого недостатка свободны проекционно-ёмкостные дисплеи, в которых на обратную сторону экрана нанесена целая сетка проводников (или ряды электродов), на которые подаётся слабый ток, а место касания определяется по точкам с повышенной ёмкостью. К слову, такие экраны способны реагировать даже на приближение руки (а значит, и на руку в перчатках) - всё зависит от настроек чувствительности.

Многие специалисты не без оснований считают, что резистивные экраны - это вчерашний день, а будущее за ёмкостными. И действительно, один только переход от системы механико-электрического ввода к чисто электрической - это, безусловно, прогресс. Выросла надёжность, точность определения координат, пропала необходимость в калибровке, появился "многопальцевый" интерфейс.

Отказ от резистивных дисплеев стимулировал развитие действительно удобных пользовательских интерфейсов, оптимизированных для управления при помощи пальцев. В современных коммуникаторах уже не надо целиться щепкой в микроскопические элементы интерфейса, перешедшие по наследству от "больших" операционных систем. Обратите внимание, новейшая Windows Phone 7 абсолютно ничем не похожа на всё остальное семейство "мобильных окошек" предыдущих поколений, в которых без крохотного пера делать было нечего.

Скептики заметят, что на ёмкостном экране уже не порисуешь обычным пластмассовым стилусом или каким-то случайным предметом, не запишешь памятку от руки. Для этого придётся покупать специальный стилус, обладающий электрической ёмкостью. HTC даже запатентовала такой ёмкостный стилус (http://www.devicewire.co.uk/official-htc-hd2-capacitive-stylus) и просит за него порядка 30 долларов. Но часто ли мы рисуем на телефоне или пользуемся рукописным вводом? Как принято выражаться в определённых кругах, чуть реже, чем никогда. А в сенсорных планшетах для рисования используются совсем другие технологии, и они никуда не денутся.

Единственная причина, по которой резистивные экраны до сих пор занимают львиную долю рынка, заключается в их исключительной дешевизне. К тому же за несколько лет все крупнейшие вендоры умудрились навыпускать такое количество самых разнообразных и совсем не дешёвых трубок с резистивными дисплеями, что для них было бы смерти подобно взять и разом записать их в категорию морально устаревших. В любом случае, аппаратов с ёмкостными экранами будет становиться всё больше, а с резистивными - всё меньше. Через несколько лет мы даже и не вспомним, что когда-то тыкали в экран смартфонов специальными тоненькими щепками.

Иллюстрации: все схемы публикуются на условиях лицензии Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported, автор Mercury13.

Устройство ввода информации, представляющее собой экран, реагирующий на прикосновения к нему. Существует множество разных типов сенсорных экранов, которые работают на разных физических принципах. Но мы рассмотрим лишь те которые встречаются в мобильных телефонах и другой переносной технике.

Принцип работы резистивных сенсорных экранов

Резистивные сенсорные экраны бывают двух видов, четырехпроводные и пятипроводные. Рассмотрим принцип работы каждого из типов в отдельности.

Четырёхпроводной резистривный экран

Принцип действия 4-проводного резистивного сенсорного экрана

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:

  1. На верхний электрод подаётся напряжение +5В, нижний заземляется. Левый с правым соединяются накоротко и проверяется напряжение на них. Это напряжение соответствует Y-координате экрана.
  2. Аналогично на левый и правый электрод подаётся +5В и «земля», с верхнего и нижнего считывается X-координата.

Пятипроводной резистивный 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.

Принцип действия 5-проводного резистивного сенсорного экрана

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:

  1. На два правых электрода подаётся напряжение +5В, левые заземляются. Напряжение на экране соответствует X-координате.
  2. Y-координата считывается подключением к +5В обоих верхних электродов и к «земле» обоих нижних.

Принцип работы емкостных сенсорных экранов

Ёмкостный (или поверхностно-ёмкостный) экран использует тот факт, что предмет большой ёмкости проводит переменный ток.

Принцип действия ёмкостного сенсорного экрана

Ёмкостный сенсорный экран представляет собой стеклянную панель, покрытую прозрачным резистивным материалом (обычно применяется сплав оксида индия и оксида олова ). 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 упрощало конструкцию, но при плохом контакте пользователя с землёй приводило к сбоям.

Ёмкостные сенсорные экраны надёжны, порядка 200 млн нажатий (около 6 с половиной лет нажатий с промежутком в одну секунду), не пропускают жидкости и отлично терпят не проводящие 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.

Принцип работы проекционно-емкостных сенсорных экранов

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).

Принцип действия проекционно-ёмкостного сенсорного экрана

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.

ПЁЭ реагируют даже на приближение руки - порог срабатывания устанавливается программно. 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.

Заключение

Каждый из видов сенсорных экранов имеет свои преимущества и недостатки, для наглядности рассмотрим таблицу.

Резистивный 4-х проводной Резистивный 5-ти проводной Емкостной Проекционно-емкостной
Функциональность
Рука в перчатке Да Да Нет Да
Твёрдый проводящий предмет Да Да Да Да
Твёрдый непроводящий предмет Да Да Нет Нет
Мультитач Нет Да Да Да
Измерение силы нажатия Нет Нет Нет Да
Предельная прозрачность, % 75 85 90 90
Точность Выс Выс Выс Выс
Надёжность
Срок жизни, млн. нажатий 10 35 200 ∞
Защита от грязи и жидкостей Да Да Да Да
Устойчивость к вандализму Нет Нет Нет Да

Статья написана по материалам сайта