Et projekt om, hvordan en berøringsskærm fungerer. Infografik: hvordan en telefons berøringsskærm fungerer

I dag kan ingen blive overrasket af en telefon med touchskærm. Manuel kontrol er blevet moderne, men de færreste tænker over, hvad der sker, når man rører ved skærmen. Jeg vil dække, hvordan de mest almindelige typer berøringsskærme fungerer. Bekvemmelighed og produktivitet ved at arbejde med digital teknologi afhænge primært af de anvendte informationsinputenheder, ved hjælp af hvilke en person styrer udstyret og downloader data. Det mest udbredte og universelle instrument er keyboardet, som nu er udbredt. Det er dog ikke altid praktisk at bruge det. For eksempel tillader dimensionerne på mobiltelefoner ikke installation store nøgler, som et resultat af hvilket hastigheden af informationsinput falder. Dette problem blev løst ved brug af berøringsskærme. På få år lavede de en reel revolution på markedet og begyndte at blive implementeret overalt – lige fra mobiltelefoner og e-bøger til skærme og printere.

Begyndelsen på sanseboomet

Køber nyt smartphone, hvis krop ikke har en eneste knap eller joystick, er det usandsynligt, at du tænker på, hvordan du vil styre det. Fra brugerens synspunkt er der ikke noget kompliceret ved dette: bare tryk på ikonet på skærmen med din finger, hvilket vil føre til at udføre en handling - åbning af et inputvindue telefon nummer, SMS eller adressebog. I mellemtiden kunne man for 20 år siden kun drømme om sådanne muligheder.

Berøringsskærmen blev opfundet i USA i anden halvdel af 60'erne af det sidste århundrede, men indtil begyndelsen af 90'erne blev den primært brugt i medicinsk og industrielt udstyr til at erstatte traditionelle input-enheder, hvis brug er fyldt med vanskeligheder under visse driftsbetingelser. Da størrelsen af computere faldt, og PDA'er dukkede op, opstod spørgsmålet om at forbedre deres kontrolsystemer. I 1998 dukkede den første håndholdte op med en berøringsskærm og et input- og håndskriftsgenkendelsessystem Apple Newton MessagePad, og snart kommunikatører med touchskærme.

I 2006, næsten alle store producenter begyndte at producere smartphones med touchskærme, og efter fremkomsten Apple iPhone i 2007 begyndte en rigtig berøringsboom - skærme af denne type dukkede op i printere, e-bøger, forskellige typer computere osv. Hvad sker der, når du rører ved berøringsskærmen, og hvordan "ved" enheden, hvor præcis du trykkede?

Arbejdsprincippet for resistiv berøringsskærm

I løbet af berøringsskærmens 40-årige historie er der udviklet flere typer af disse input-enheder, baseret på forskellige fysiske principper, der bruges til at bestemme berøringens placering. I øjeblikket er to typer skærme mest udbredte - resistive og kapacitive. Derudover er der skærme, der kan registrere flere klik samtidigt ( Multi touch) eller kun én.

Skærme fremstillet ved hjælp af resistiv teknologi består af to hoveddele - et fleksibelt øvre lag og et stift nedre lag. Forskellige plast- eller polyesterfilm kan bruges som den første, og den anden er lavet af glas. På indvendige sider lag af en fleksibel membran og en resistiv (besidder elektrisk modstand) ledende materiale elektricitet. Mellemrummet mellem dem er fyldt med et dielektrikum.

Ved kanterne af hvert lag er der tynde metalplader - elektroder. I det bagerste lag med resistivt materiale er de placeret lodret, og i det forreste lag - vandret. I det første tilfælde serveres de konstant tryk, og en elektrisk strøm løber fra en elektrode til en anden. I dette tilfælde opstår et spændingsfald proportionalt med længden af skærmsektionen.

Når du rører ved berøringsskærmen, bøjes det forreste lag og interagerer med det bagerste lag, hvilket gør det muligt for controlleren at bestemme spændingen på den og beregne koordinaterne ved hjælp af den berøringspunkter vandret (X-aksen). For at reducere indflydelsen af modstanden af det forreste resistive lag er elektroderne placeret i det jordet. Derefter udføres den omvendte operation: spænding påføres elektroderne i det forreste lag, og dem, der er placeret i det bagerste lag, er jordet - sådan er det muligt at beregne den lodrette koordinat for berøringspunktet (Y-aksen). Dette er driftsprincippet for en fire-leder (opkaldt efter antallet af elektroder) resistiv berøringsskærm.

Ud over fire-ledere er der også fem- og otte-leder touchskærme. Sidstnævnte har et lignende driftsprincip, men højere positioneringsnøjagtighed.

Funktionsprincippet og designet af femtråds resistive berøringsskærme er noget anderledes end dem, der er beskrevet ovenfor. Det forreste resistive belægningslag er erstattet af et ledende lag og bruges udelukkende til at aflæse spændingsværdien på det bageste resistive lag. Den har fire elektroder indbygget i hjørnerne af skærmen, den femte elektrode er outputtet fra det forreste ledende lag. Til at begynde med er alle fire elektroder i det bagerste lag aktiveret, og på det forreste lag er det nul. Så snart en sådan berøringsskærm berøres, forbindes det øverste og nederste lag på et bestemt tidspunkt, og controlleren fornemmer ændringen i spændingen på det forreste lag. Sådan registrerer den, at skærmen er blevet berørt. Dernæst jordes de to elektroder i baglaget, X-aksekoordinaten for berøringspunktet beregnes, og derefter jordes de to andre elektroder, og Y-aksekoordinaten for berøringspunktet beregnes.

Arbejdsprincippet for kapacitiv berøringsskærm

Driftsprincippet for kapacitive berøringsskærme er baseret på den menneskelige krops evne til at lede elektrisk strøm, hvilket indikerer tilstedeværelsen af elektrisk kapacitans. I det enkleste tilfælde består en sådan skærm af et slidstærkt glassubstrat, hvorpå et lag af modstandsdygtigt materiale er påført. Fire elektroder er placeret i hjørnerne. Det resistive materiale er dækket med en ledende film på toppen.

En lille mængde påføres alle fire elektroder. AC spænding. Når en person rører skærmen, strømmer en elektrisk ladning gennem huden til kroppen og skaber en elektrisk strøm. Dens værdi er proportional med afstanden fra elektroden (panelets hjørne) til kontaktpunktet. Controlleren måler strømstyrken på tværs af alle fire elektroder og beregner ud fra disse værdier koordinaterne for berøringspunktet.

Placeringsnøjagtigheden af kapacitive skærme er næsten den samme som resistive skærme. Samtidig transmitterer de mere lys (op til 90%) udsendt af displayenheden. Og fraværet af elementer, der er udsat for deformation, gør dem mere pålidelige: den kapacitive skærm kan modstå mere end 200 millioner klik på et tidspunkt og kan fungere kl. lave temperaturer(op til -15 °C). Den forreste ledende belægning, der bruges til positionsbestemmelse, er imidlertid følsom over for fugt, mekaniske skader og ledende kontaminanter. Kapacitiv skærme De udløses kun, når de berøres af en ledende genstand (med en hånd uden handsker eller en speciel stylus). Skærme af denne type lavet ved hjælp af klassisk teknologi er heller ikke i stand til at spore flere klik på samme tid.

Den projicerede kapacitive berøringsskærm, som bruges i iPhone telefoner og lignende enheder. Den har en mere kompleks struktur sammenlignet med konventionelle kapacitive skærme. To lag elektroder påføres et glassubstrat, adskilt af et dielektrikum og danner et gitter (elektroderne i det nederste lag er placeret lodret og i det øverste lag - vandret). Gitteret af elektroder danner sammen med den menneskelige krop en kondensator. Ved kontaktpunktet med fingeren sker der en ændring i dens kapacitans, controlleren registrerer denne ændring, bestemmer, ved hvilken skæring af elektroderne den fandt sted, og beregner koordinaten for kontaktpunktet ud fra disse data.

Sådanne skærme har også høje gennemsigtighed og er i stand til at fungere ved endnu lavere temperaturer (ned til -40 °C). Elektrisk ledende forurenende stoffer påvirker dem i mindre grad; de reagerer på en handskebeklædt hånd. Høj følsomhed tillader brugen af et tykt lag glas (op til 18 mm) for at beskytte sådanne skærme.

Arbejdsprincippet for fire-leder resistiv berøringsskærm

Det øverste modstandslag bøjes og kommer i kontakt med det nederste.
Controlleren registrerer spændingen ved berøringspunktet på det nederste lag og beregner X-aksekoordinaten for berøringspunktet.
Controlleren registrerer spændingen ved berøringspunktet på det øverste lag og bestemmer koordinaten for berøringspunktet langs Y-aksen.

Arbejdsprincippet for femtråds resistiv berøringsskærm

Skærmen kan berøres med enhver hård genstand.
Det øverste ledende lag bøjes og kommer i kontakt med bunden, hvilket indikerer berøring af skærmen.
To af de fire elektroder i det nederste lag er jordet, controlleren bestemmer spændingen ved kontaktpunktet og beregner koordinaten for punktet langs X-aksen.
De to andre elektroder er jordet, regulatoren bestemmer spændingen ved kontaktpunktet og beregner koordinaten for punktet langs Y-aksen.

Fordele

Lavpris
Høj modstandsdygtighed over for pletter
Kan berøres af enhver hård genstand

Fejl

Lav holdbarhed (1 million klik på ét punkt for en fire-leder, 35 millioner klik for en fem-leder) og vandalmodstand
Lav lystransmission (ikke mere end 85 %)
Understøtter ikke Multitouch

Eksempler på enheder

Telefoner (f.eks. Nokia 5800, NTS Tryk på Diamant), PDA'er, computere (for eksempel MSI Wind Top AE1900), industrielt og medicinsk udstyr.

Funktionsprincip

Skærmen berøres med en ledende genstand (finger, speciel stylus).
Strøm løber fra skærmen til objektet.
Controlleren måler strømmen i hjørnerne af skærmen og bestemmer koordinaterne for berøringspunktet.

Fordele

Høj holdbarhed (op til 200 millioner klik), evne til at fungere ved lave temperaturer (ned til -15 ° C)

Fejl

Modtagelig over for fugt, ledende forureninger
Understøtter ikke Multitouch

Eksempler på enheder

Telefoner, touchpads (for eksempel i iRiver VZO-afspilleren), PDA'er, pengeautomater, kiosker.

Funktionsprincip

Skærmen berøres eller bringes tæt på den tætte kvarterer et strømledende objekt, der tilsammen danner en kondensator.
Ved kontaktpunktet ændres den elektriske kapacitans.
Regulatoren registrerer ændringen og bestemmer, ved hvilken elektrodeskæring den fandt sted. Ud fra disse data beregnes berøringspunktets koordinater.

Fordele

Høj holdbarhed (op til 200 millioner klik), evne til at arbejde ved lave temperaturer (ned til -40 °C)
Høj hærværksmodstand (skærmen kan dækkes med et lag glas op til 18 mm tykt)
Høj lystransmission (mere end 90 %)
Multitouch understøttet

Fejl

Reager kun ved berøring af en ledende genstand (finger, speciel stylus)

Eksempler på enheder

Telefoner (for eksempel iPhone), touchpads, bærbare computere og computerskærme (for eksempel HP TouchSmart tx2), elektroniske kiosker, pengeautomater, betalingsterminaler.

Windows 7

Det blev muligt at styre computeren ved at bruge "Scroll", "Forward/backward", "Rotate" og "Zoom" bevægelser. Windows 7-operativsystemet er meget bedre tilpasset til at arbejde med touch-skærme end alle andre tidligere versioner. 06 dette bevises af den ændrede grænseflade og proceslinjen, hvor firkantede ikoner er dukket op i stedet for rektangulære knapper, der symboliserer kørende programmer - de er meget mere praktiske at trykke på med fingeren. Derudover var der ny funktion- Hoplister, der giver dig mulighed for hurtigt at finde nyligt åbnede filer eller ofte lancerede elementer. For at aktivere denne funktion skal du blot trække programikonet til skrivebordet.

Første gang på operationsstuen Windows system tilføjet genkendelsesmulighed berøringsbevægelser, hvortil udførelsen af individuelle funktioner er knyttet. Så i Windows 7 dukkede op tryk på rulning og det samme som for eksempel i Apple iPhone, muligheden for at forstørre billeder eller dokumenter ved at flytte to fingre forskellige sider. Der var også bevægelse ansvarlig for at rotere billedet. Handlinger såsom kopiering, sletning og indsæt kan også tildeles separate bevægelser. Knapper tastatur på skærmen Lyser ved berøring, hvilket gør det nemt at bruge på en berøringsskærm. Og evnen til at genkende håndskrevet tekst giver dig mulighed for hurtigt at indtaste små beskeder.

Der er konstant debat om, hvilken telefon der har den bedste skærm. Især mellem ejere Apple teknologi og dem, der foretrækker enheder på Android-platformen.

Denne enkle infografik nedbryder smukt alle fordelene ved hver type berøringsskærm. Jeg håber, at når du køber din næste smartphone, vil den hjælpe dig med at træffe det rigtige valg og ikke betale for meget.

Så der er tre typer berøringsskærme: Resistive, Kapacitive og Infrarøde.

Resistiv

Telefoner med resistive skærme: Samsung Messager Touch, Samsung Instinct, HTC Touch Diamond, LG Dare

Hvordan fungerer de? Små prikker adskiller flere lag materiale, der transmitterer strøm. Når det øvre fleksible lag trykker på det nederste lag, ændres den elektriske strøm, og anslagets placering, det vil sige berøringen, beregnes.

Hvor meget koster det at fremstille? Omkostningerne ved at fremstille resistive berøringsskærme er ikke særlig høje - $ .

Skærmmateriale. Et lag af fleksibelt materiale (normalt en polyesterfilm) lægges oven på glasset.

Værktøjer til indflydelse. Fingre, behandskede fingre eller stylus.

Synlighed på gaden. Dårlig sigtbarhed i solrigt vejr.

Mulighed for multigestik. Ingen.

Holdbarhed. Til sin pris holder skærmen ret længe. Let ridset og modtagelig for andre mindre skader. Det slides ret hurtigt og skal udskiftes.

Kapacitiv

Telefoner med kapacitive berøringsskærme: Huawei Ascend, Sanyo Zio, iPhone, HTC Hero, DROID Eris, Palm Pre, Blackberry Storm.

Hvordan fungerer de? Strømmen udsendes fra hjørnerne af skærmen. Når en finger rører skærmen, ændrer den strømmens retning og dermed beregnes berøringens placering.

Hvor meget koster det at fremstille? Ret dyrt - $$ .

Skærmmateriale. Glas.

Værktøjer til indflydelse. Kun fingre uden handsker.

Synlighed på gaden. Sigtbarheden på en solskinsdag er god.

Mulighed for multigestik. Spise.

Holdbarhed.

Infrarød

Telefoner med infrarød berøringsskærm: Samsung U600 (varme), Neonode N2 (optisk).

Hvordan fungerer de? For at den varmefølsomme skærm kan reagere, skal du røre ved den med en varm genstand. En optisk skærm bruger et gitter af usynlige sensorer direkte over skærmen. Berøringspunktet beregnes ud fra punktet hvor x-y aksen blev overtrådt.

Hvor meget koster det at fremstille? Meget dyr - $$$ .

Skærmmateriale. Glas.

Værktøjer til indflydelse. Optisk - fingre, handsker og stylus. Varmefølsom - varme fingre uden handsker.

Synlighed på gaden. Sigtbarheden i solrigt vejr er god, men stærkt sollys påvirker produktiviteten og nøjagtigheden.

Mulighed for multigestik. Ja.

Holdbarhed. Holder ret længe. Glas går kun i stykker efter alvorlige skader.

Det er ikke ofte, vi tænker over, hvordan displayet på enheden i vores hænder fungerer. Men nogle gange er der tilfælde, hvor en nyligt købt telefon eller tablet nægter at svare på den sædvanlige digitale pen fra en gammel enhed. I dette tilfælde bliver det tydeligt, at skærmen på det nye produkt er samlet ved hjælp af en anden teknologi. Her husker vi allerede, at der er resistive og kapacitive skærme, hvoraf sidstnævnte gradvist erstatter førstnævnte.

Det er værd at bemærke, at de færreste kender forskellen mellem overflademonterede og projicerede kapacitive skærme. Men næsten alle skærme moderne tablets, smartphones med Android eller iOS fra Apple er specifikt projiceret-kapacitive, takket være hvilke sådanne påkrævet funktion, ligesom multi-touch.

Overflade kapacitive skærme

Alle kapacitive skærme bruger det faktum, at alle objekter med elektrisk kapacitet, den menneskelige krop er en god leder af vekselstrøm.

De første kopier af kapacitive berøringsskærme opererede på jævnstrøm, hvilket forenklede designet af elektronik, især analog-til-digital-konverteren, men forurening af skærmen eller hænderne førte ofte til fejl. Til jævnstrøm endda ubetydelig kapacitans er en uoverstigelig hindring.

Kapacitive skærme, ligesom resistive skærme, samles i enkleste tilfælde fra LCD eller AMOLED skærm, der giver et billede helt nederst og et berøringsaktivt panel øverst .

Den aktive del af overfladekapacitive skærme er et stykke glas belagt på den ene side med et gennemsigtigt, højmodstandsdygtigt materiale. Indiumoxid eller tinoxid bruges som dette elektrisk ledende stof.

I hjørnerne af skærmen er der fire elektroder, gennem hvilke der tilføres en lille vekselspænding, identisk på alle sider. Når du rører ved overfladen af skærmen med en elektrisk ledende genstand eller direkte med din finger, lækker strøm gennem menneskekroppen. Strømmen af ubetydelige strømme registreres samtidigt i alle fire hjørner af sensorer, og mikroprocessoren, baseret på forskellen i strømværdier, bestemmer kontaktpunktets koordinater.

Den overfladekapacitive skærm er stadig skrøbelig, fordi dens ledende belægning påføres den ydre overflade og ikke er beskyttet af noget. Men ikke så blid som modstandsdygtig, da der ikke er nogen tynd blød membran på overfladen. Fraværet af en membran forbedrer gennemsigtigheden af skærmen og tillader brugen af mindre skarp og energieffektiv baggrundsbelysning.

Projicerede kapacitive skærme

Denne type berøringsskærm er i stand til samtidigt at bestemme koordinaterne for to eller flere berøringspunkter, det vil sige, at den understøtter multi-touch-funktionen. Det er denne type skærm, der er installeret på alle moderne mobile enheder.

De arbejder på et lignende princip som overfladekapacitive skærme, forskellen er, at deres aktive ledende lag er aflejret indeni og ikke på den ydre overflade. Dette gør det aktive panel meget mere sikkert. Du kan dække den med glas op til 18 mm tykkelse, og dermed gøre touchskærmen ekstremt hærværkssikker.

Når du rører ved berøringsskærmen, dannes der en lille kapacitans mellem personens finger og en af elektroderne bag glasset. Mikrocontrolleren sonderer med en pulseret strøm præcis, hvor på nettet af elektroder spændingen er steget på grund af en pludselig dannet kapacitans. Skærmen reagerer ikke på faldende vanddråber, da sådan ledende interferens let undertrykkes af software.

En fælles ulempe for alle kapacitive skærme er manglende evne til at arbejde med dem med nogen isolerende genstande. Du kan kun bruge en speciel stylus eller en bar finger. De vil ikke reagere på en behagelig plastikpen eller en varmt behandsket hånd.

PCB ætsning Hjemmelavet miniature lavspændingsloddekolbe En vanskelig måde at aflodde brædder på

iPhone 2G var den første mobiltelefon, der udelukkende fungerede på en berøringsskærm. Der er gået mere end ti år siden den blev præsenteret, men mange af os ved stadig ikke, hvordan touchskærmen fungerer. Men vi støder ikke kun på dette intuitive inputværktøj i smartphones, men også i pengeautomater, betalingsterminaler, computere, biler og fly – bogstaveligt talt overalt.
Før berøringsskærme, den mest almindelige grænseflade til at indtaste kommandoer i elektroniske anordninger var forskellige tastaturer. Selvom de tilsyneladende intet har til fælles med berøringsskærme, kan det faktisk være overraskende, hvor en berøringsskærm ligner et tastatur. Lad os se på deres enhed i detaljer.

Tastaturet er printplade, hvorpå flere rækker af afbryderknapper er installeret. Uanset deres design, membran eller mekanisk, sker der det samme, når du trykker på hver af tasterne. Der er en kortslutning på computerkortet under knappen. elektriske kredsløb, registrerer computeren passagen af strøm på dette sted af kredsløbet, "forstår" hvilken tast der trykkes på og udfører den tilsvarende kommando. I tilfælde af en berøringsskærm sker næsten det samme.

Der er omkring et dusin forskellige typer berøringsskærme, men de fleste af disse modeller er enten forældede og ikke brugte, eller de er eksperimentelle og vil sandsynligvis aldrig optræde i produktionsenheder. Først og fremmest vil jeg tale om strukturen af nuværende teknologier, dem som du konstant interagerer med eller i det mindste kan støde på i hverdagen.

Resistiv berøringsskærm

Resistive berøringsskærme blev opfundet tilbage i 1970 og har ændret sig lidt siden da.
I skærme med sådanne sensorer er et par ekstra lag placeret over matrixen. Jeg vil dog tage forbehold for, at matrixen slet ikke er nødvendig her. De første resistive berøringsenheder var slet ikke skærme.

Det nederste sensorlag består af en glasbase og kaldes det resistive lag. Der påføres en gennemsigtig metalbelægning, som overfører strøm godt, for eksempel fra en halvleder, såsom indiumtinoxid. Det øverste lag på touchskærmen, som brugeren interagerer med ved at trykke på skærmen, er lavet af en fleksibel og elastisk membran. Det kaldes det ledende lag. Der efterlades en luftspalte i mellemrummet mellem lagene, eller den er jævnt oversået med mikroskopiske isolerende partikler. Langs kanterne er fire, fem eller otte elektroder forbundet til sensorlaget, der forbinder det med sensorer og en mikrocontroller. Jo flere elektroder, jo højere er følsomheden af den resistive berøringsskærm, da ændringer i spændingen over dem konstant overvåges.

Her er skærmen med den resistive berøringsskærm tændt. Der sker ikke noget endnu. Elektrisk strøm flyder frit gennem det ledende lag, men når brugeren rører skærmen, bøjes membranen på toppen, de isolerende partikler deler sig, og den rører ved det nederste lag af touchskærmen og kommer i kontakt. Dette efterfølges af en spændingsændring på én gang på alle skærmens elektroder.

Touchscreen-controlleren registrerer spændingsændringer og læser aflæsninger fra elektroderne. Fire, fem, otte betydninger og alle forskellige. Baseret på forskellen i aflæsninger mellem højre og venstre elektroder vil mikrocontrolleren beregne pressens X-koordinat, og ud fra forskellene i spænding på de øvre og nedre elektroder vil den bestemme Y-koordinaten og dermed fortælle computer det punkt, hvor lagene i berøringsskærmlaget rørte ved.

Resistive berøringsskærme har en lang række af ulemper. Så de er dybest set ikke i stand til at genkende to samtidige tryk, for ikke at nævne mere. De opfører sig ikke godt i kulden. På grund af behovet for et lag mellem sensorlagene, mister matricerne på sådanne skærme mærkbart lysstyrke og kontrast, har tendens til at blænde i solen og ser generelt mærkbart dårligere ud. Men hvor billedkvaliteten er af sekundær betydning, bliver de fortsat brugt på grund af deres modstandsdygtighed over for pletter, deres evne til at blive brugt med handsker og, vigtigst af alt, deres lave pris.

Sådanne input-enheder er allestedsnærværende i billige masseproducerede enheder, såsom informationsterminaler på offentlige steder, og findes stadig i aldrende gadgets, såsom billige MP3-afspillere.

Infrarød berøringsskærm

Den næste, meget mindre almindelige, men ikke desto mindre relevante mulighed for en berøringsskærm er en infrarød berøringsskærm. Den har intet til fælles med en resistiv sensor, selvom den udfører lignende funktioner.

Den infrarøde berøringsskærm er konstrueret af arrays af LED'er og lysfølsomme fotoceller placeret på modsatte sider af skærmen. LED'er oplyser skærmens overflade med usynligt infrarødt lys og danner noget som et edderkoppespind eller koordinatgitter på det. Dette minder tyverialarm, som det vises i spion-actionfilm eller computerspil.

Når noget rører skærmen, uanset om det er en finger, en behandsket hånd, en stylus eller en blyant, afbrydes to eller flere stråler. Fotoceller optager denne hændelse, touchscreen-controlleren finder ud af, hvilke af dem der ikke modtager nok infrarødt lys og beregner, baseret på deres position, området på skærmen, hvor en forhindring er opstået. Resten er at matche berøringen med hvilket interface-element, der er på skærmen på det pågældende sted - softwarens opgave.

I dag kan infrarøde berøringsskærme findes i de gadgets, hvis skærme har et ikke-standarddesign, hvor det er teknisk vanskeligt eller upraktisk at tilføje yderligere berøringslag - i e-bøger baseret på E-link displays, f.eks. Amazon Kindle Touch og Sony Ebook. Derudover tiltrak enheder med lignende sensorer, på grund af deres enkelhed og vedligeholdelse, militærets opmærksomhed.

Kapacitiv berøringsskærm

Hvis computeren i resistive berøringsskærme registrerer ændringen i ledningsevnen, der følger efter et tryk på skærmen direkte mellem sensorens lag, så optager kapacitive sensorer berøringen direkte.

Den menneskelige krop og hud er gode ledere af elektricitet og har elektrisk ladning. Det bemærker du normalt ved at gå på et uldtæppe eller tage din yndlingstrøje af og så røre ved noget metal. Vi kender alle til statisk elektricitet, har selv oplevet dens virkninger og har set små gnister flyve af vores fingre i mørket. En svagere, umærkelig udveksling af elektroner mellem den menneskelige krop og forskellige ledende overflader forekommer konstant, og det er, hvad kapacitive skærme registrerer.

De første sådanne berøringsskærme blev kaldt overfladekapacitive og var en logisk udvikling af resistive sensorer. I dem blev kun et ledende lag, svarende til det, der blev brugt tidligere, installeret direkte oven på skærmen. Følsomme elektroder var også fastgjort til den, denne gang i hjørnerne touchpad. Sensorer, der overvåger spændingen på elektroderne og deres software blev gjort mærkbart mere følsomme og kunne nu registrere de mindste ændringer i strømmen af elektrisk strøm over skærmen. Når en finger (et andet ledende objekt, såsom en stylus) rører overfladen med en overfladekapacitiv berøringsskærm, begynder det ledende lag straks at udveksle elektroner med det, og mikrocontrolleren bemærker dette.

Fremkomsten af overfladekapacitive berøringsskærme var et gennembrud, men på grund af det faktum, at det ledende lag påført direkte oven på glasset let blev beskadiget, var de ikke egnede til den nye generation af enheder.

For at skabe den første iPhone krævedes projicerede kapacitive sensorer. Denne type touchscreen er hurtigt blevet den mest almindelige i moderne forbrugerelektronik: smartphones, tablets, bærbare computere, monoblocks og andre husholdningsenheder.

Det øverste lag på denne type touchscreen-skærm har en beskyttende funktion og kan være lavet af hærdet glas, såsom det berømte Gorilla Glass. Nedenfor er de tyndeste elektroder, der danner et gitter. Først blev de placeret oven på hinanden i to lag, derefter for at reducere tykkelsen af skærmen begyndte de at blive placeret på samme niveau.

Fremstillet af halvledermaterialer, inklusive det førnævnte indiumtinoxid, skaber disse ledende hår et elektrostatisk felt, hvor de krydser hinanden.

Når en finger rører glasset, på grund af hudens elektrisk ledende egenskaber, forvrænger det det lokale elektriske felt ved de punkter, hvor elektroderne nærmest skærer hinanden. Denne forvrængning kan måles som ændringen i kapacitans ved et enkelt gitterpunkt.

Fordi elektrodearrayet er lavet ret lille og tæt, er et sådant system i stand til at spore berøring meget præcist og kan nemt opfange flere berøringer på én gang. Derudover er fraværet af yderligere lag og mellemlag i sandwich af matrix, sensor og beskyttelsesglas har en positiv effekt på billedkvaliteten. Sandt nok af samme grund ødelagte skærme, som regel udskiftes fuldstændigt. Når den først er sat sammen, er den projicerede kapacitive berøringsskærm ekstremt svær at reparere.

Nu lyder fordelene ved projicerede kapacitive berøringsskærme ikke som noget fantastisk, men i øjeblikket iPhone præsentationer de sikrede teknologien en enorm succes på trods af de objektive ulemper - følsomhed over for snavs og fugt.

Trykfølsomme touchskærme - 3D Touch

Den ideologiske forgænger for trykfølsomme berøringsskærme var den proprietære Apple teknologi, berettiget Tving berøring, brugt i smart ur firma, MacBook, MackBook Pro og Magic Trackpad 2.

Efter at have testet interfaceløsninger og forskellige scenarier for brug af trykgenkendelse på disse enheder, Apple startede implementering af en lignende løsning i deres smartphones. I iPhone 6s og 6s Plus blev trykgenkendelse og måling en af touchscreen-funktionerne og fik det kommercielle navn 3D Touch.

Selvom Apple ikke lagde skjul på det ny teknologiændrer kun de kapacitive sensorer, vi er vant til og viste endda et diagram i generelle oversigt som forklarede princippet om dens drift, detaljer om designet af berøringsskærme med 3D Touch dukkede først op efter første iPhones ny generation blev demonteret af entusiaster.

For at lære den kapacitive berøringsskærm at genkende klik og skelne mellem flere grader af tryk, var ingeniører fra Cupertino nødt til at genopbygge berøringsskærmens sandwich. De foretog ændringer til individuelle dele af den og tilføjede endnu et nyt lag til det kapacitive. Og interessant nok, da de gjorde dette, var de tydeligt inspireret af forældede resistive skærme.

Net kapacitive sensorer forblev uændret, men den blev flyttet tilbage, tættere på matrixen. En ekstra række af 96 individuelle sensorer blev integreret mellem et sæt elektriske kontakter, der overvåger, hvor skærmen berøres, og beskyttelsesglasset.

Hans opgave var ikke at bestemme placeringen af fingeren på iPhone skærm. Den kapacitive berøringsskærm klarede stadig dette perfekt. Disse plader er nødvendige for at detektere og måle graden af bøjning af sikkerhedsglasset. Apple Company specifikt til iPhone bestilte jeg udvikling og produktion af sådanne fra Gorilla Glass beskyttende belægning, som ville bevare den samme styrke og samtidig være fleksibel nok til, at skærmen kan reagere på tryk.

Denne udvikling kunne have været afslutningen på materialet om touchskærme, hvis ikke for en anden teknologi, der blev spået en stor fremtid for flere år siden.

Wave berøringsskærme

Overraskende nok bruger de ikke strøm og har ikke engang noget med lys at gøre. Surface Acoustic Wave-systemteknologi bruger akustiske overfladebølger, der forplanter sig langs skærmens overflade for at registrere berøringspunktet. Ultralyden, der genereres af de piezoelektriske elementer i hjørnerne, er for høj til at blive opdaget af menneskelig hørelse. Den spredes frem og tilbage og hopper af skærmens kanter flere gange. Lyden analyseres for uregelmæssigheder forårsaget af genstande, der rører skærmen.

Wave touch-skærme har få ulemper. De begynder at lave fejl efter glasset er stærkt snavset og under betingelser kraftig støj, men på samme tid er der i skærme med en sådan sensor ingen ekstra lag, der øger tykkelsen og påvirker billedkvaliteten. Alle sensorkomponenter er skjult under displayrammen. Derudover giver bølgesensorer dig mulighed for nøjagtigt at beregne kontaktområdet mellem skærmen og en finger eller et andet objekt og, baseret på dette område, indirekte beregne kraften ved at trykke på skærmen.

Det er usandsynligt, at vi vil støde på denne teknologi i smartphones på grund af den nuværende mode for rammeløse skærme, men for et par år siden Samsung selskab eksperimenteret med Surface Acoustic Wave systemet i monoblokke, og som komponenter til spilleautomater og reklameterminaler sælges der stadig paneler med akustiske touchskærme

I stedet for en konklusion

På meget kort tid har touchscreens erobret elektronikkens verden. På trods af manglen på taktil feedback og andre mangler er berøringsskærme blevet en meget intuitiv, forståelig og bekvem metode til at indtaste information i computere. Sidst men ikke mindst skylder de deres succes deres mangfoldighed tekniske implementeringer. Hver med sine egne fordele og ulemper, egnet til sin klasse af enheder. Resistive skærme til de billigste og mest udbredte gadgets, kapacitive skærme til smartphones og tablets og stationære computere, som vi interagerer med hver dag, og infrarøde touchskærme til de tilfælde, hvor skærmdesignet skal forblive intakt. Afslutningsvis er der kun tilbage at konstatere, at touchskærme er med os i lang tid; ingen udskiftning forventes i den nærmeste fremtid.

I bruger sikkert alle computere og mobile enheder, og kun få i almindelighed er i stand til at fortælle, hvordan deres processorer fungerer, OS og andre komponenter.

I æraen mobile gadgets Alle har en berøringsskærm (også kaldet en smartskærm), og næsten ingen ved, hvad denne berøringsskærm er, hvordan den fungerer, og hvilke typer af den, der findes.

Hvad er det

Touchskærm(skærm) er en visualiseringsenhed digital information med evnen til at udøve ledelsesindflydelse ved at berøre displayets overflade.

Baseret på forskellige teknologier, forskellige displays reagerer kun på visse faktorer.

Nogle læser ændringen kapacitans eller modstand i kontaktområdet, andre på temperaturændringer, nogle sensorer kun reagere på en speciel pen for at undgå utilsigtede klik.

Vi vil se på funktionsprincippet for alle almindelige typer skærme, deres anvendelsesområder, styrker og svagheder.

Blandt alle eksisterende principper styring af enheden ved hjælp af en matrix, der er følsom over for alle faktorer, Lad os være opmærksomme på følgende teknologier:

resistiv (4-5 ledninger);
matrix;
kapacitiv og dens varianter;
overflade akustisk;
optiske og andre mindre almindelige og praktiske.

I almindelig ordning arbejdet er som følger: brugeren rører ved skærmområdet, sensorerne sender data til controlleren om ændringer i enhver variabel (modstand, kapacitans), som beregner nøjagtige koordinater kontaktpunkter og sender dem.

Sidstnævnte reagerer på baggrund af programmet på at trykke i overensstemmelse hermed.

Resistiv

Den enkleste berøringsskærm er resistiv. Det reagerer på ændringer i modstand i kontaktområdet mellem et fremmedlegeme og skærmen.

Dette er den mest primitive og udbredte teknologi. Enheden består af to hovedelementer:

et ledende gennemsigtigt substrat (panel) lavet af polyester eller anden polymer flere titusvis af molekyler tykt;
en lysledende membran lavet af polymermateriale (normalt bruges et tyndt lag plastik).

Begge lag er belagt med resistivt materiale. Mellem dem er der mikroisolatorer i form af bolde.

I løbet af denne fase deformeres (bøjer) den elastiske membran, kommer i kontakt med substratlaget og lukker det.

Controlleren reagerer på en kortslutning ved hjælp af en analog-til-digital-konverter. Den beregner forskellen mellem den oprindelige og nuværende modstand (eller ledningsevne) og koordinaterne for det punkt eller område, hvor dette forekommer.

Øvelse afslørede hurtigt manglerne ved sådanne enheder, og ingeniører begyndte at søge efter løsninger, som hurtigt blev fundet ved at tilføje en 5. ledning.

Fire-leder

Den øverste elektrode strømforsynes ved 5V, og den nederste er jordet.

Venstre og højre er forbundet direkte, de er en indikator for spændingsændringer langs Y-aksen.

Så kortsluttes top og bund, og der tilføres 5V til venstre og højre for at aflæse X-koordinaten.

Fem-leder

Pålidelighed skyldes udskiftningen af den resistive belægning af membranen med en ledende.

Panelet er lavet af glas og forbliver dækket af et resistivt materiale, og elektroder er placeret i hjørnerne.

Først er alle elektroder jordet, og membranen er under spænding, som konstant overvåges af samme analog-til-digital konverter.

Under berøringen detekterer controlleren (mikroprocessoren) ændringen i parameteren og udfører beregninger af det punkt/område, hvor spændingen er ændret i henhold til et firelederkredsløb.

Vigtig fordel– evne til at påføre på konvekse og konkave overflader.

Der er også 8-leder skærme på markedet. Deres nøjagtighed er højere end de gennemgåede, men dette påvirker ikke pålideligheden på nogen måde, og prisen er mærkbart anderledes.

Konklusion

De betragtede sensorer bruges overalt på grund af deres lave omkostninger og modstand mod påvirkning af miljøfaktorer, såsom forurening og lave temperaturer (men ikke under nul).

De reagerer godt på berøring med næsten enhver genstand, men ikke en skarp.

Arealet af en blyant eller tændstik er normalt ikke nok til at udløse et controller-svar.

Sådanne displays installeres på og bruges i servicesektoren (kontorer, banker, butikker), medicin og uddannelse.

Uanset hvor enheder er isoleret fra det ydre miljø, og sandsynligheden for at blive beskadiget er minimal.

Lav pålidelighed (skærmen beskadiges let) kompenseres delvist af den beskyttende film.

Dårlig funktion i koldt vejr, lav lystransmission (henholdsvis 0,75 og 0,85), ressource (ikke mere end 35 millioner klik for en terminal, der konstant bruges, meget lidt) er teknologiens svagheder.

Matrix

En mere forenklet resistiv teknologi, der opstod allerede før den.

Membranen er dækket i rækker lodrette ledere, og substratet – vandret.

Når der trykkes på, beregnes området, hvor lederne er forbundet, og de resulterende data overføres til processoren.

Den genererer allerede et kontrolsignal, og enheden reagerer på en bestemt måde, for eksempel udfører den handling, der er tildelt knappen).

Ejendommeligheder:

meget lav nøjagtighed (antallet af ledere er meget begrænset);
for det meste lav pris blandt alle;
implementering af multi-touch-funktionen på grund af skærmens polling linje for linje.

De bruges kun i forældet elektronik og er næsten gået ud af brug på grund af tilstedeværelsen af progressive løsninger.

Kapacitiv

Princippet er baseret på objekters evne stor kapacitet bliver ledere af elektrisk vekselstrøm.

Skærmen er lavet i form af et glaspanel med et tyndt lag sprøjtet resistivt stof.

Elektroder i hjørnerne af skærmen leverer en lille spænding vekselstrøm til det ledende lag.

I kontaktøjeblikket lækker strøm, hvis objektet har en større elektrisk kapacitet end skærmen.

Strøm optages i hjørnerne af skærmen, og information fra sensorerne sendes til controlleren til behandling. Ud fra dem beregnes kontaktarealet.

De første prototyper brugte jævnspænding. Løsningen gjorde designet enklere, men styrtede ofte ned, når brugeren ikke var i kontakt med jorden.

Disse enheder er meget pålidelige, deres levetid overstiger resistive med ~60 gange (ca. 200 millioner klik), de er fugtbestandige og kan modstå forurening, der ikke leder elektrisk strøm.

Gennemsigtighed er på niveauet 0,9, hvilket er lidt højere end resistive, og fungerer ved temperaturer op til -15 0 C.

Fejl:

reagerer ikke på handsken og de fleste fremmedlegemer;
den ledende belægning er i det øverste lag og er meget sårbar over for mekaniske skader.

De bruges i de samme pengeautomater og terminaler under lukket luft.

Projekteret kapacitiv

Et elektrodegitter påføres den indre overflade og danner en kapacitans (kondensator) med den menneskelige krop. Elektronikken (mikrocontroller og sensorer) arbejder med at beregne koordinaterne ved og sende beregningerne til den centrale processor.

De har alle funktionerne i kapacitive.

Derudover kan de udstyres med en tyk film op til 1,8 cm, hvilket øger beskyttelsen mod mekaniske påvirkninger.

Ledende forurenende stoffer, hvor de er svære eller umulige at fjerne, fjernes nemt ved hjælp af softwaremetoden.

Oftest er de installeret i personlige elektroniske enheder, pengeautomater og forskelligt udstyr, installeret praktisk talt i det fri (under dækning). Apple foretrækker også projicerede kapacitive skærme.

Akustisk overfladebølge

Det er fremstillet i form af et glaspanel udstyret med piezoelektriske transducere PET placeret i modsatte hjørner og modtagere.

Der er også et par af dem og er placeret på modsatte hjørner.

Generatoren sender elektrisk signal HF på sonden omdanner en række pulser til overfladeaktive stoffer, og reflektorerne fordeler det.

De reflekterede bølger fanges af sensorer og sendes til sonden, som omdanner dem tilbage til elektricitet.

Signalet sendes til controlleren, som analyserer det.

Ved berøring ændres bølgens parametre, især en del af dens energi absorberes i bestemt sted. Baseret på denne information beregnes kontaktområdet og dets styrke.

Den meget høje gennemsigtighed (over 95%) skyldes fraværet af ledende/resistive overflader.

Nogle gange, for at eliminere blænding, lysreflektorer sammen med modtagere monteres direkte på skærmen.

Kompleksiteten af designet påvirker på ingen måde driften af en enhed med en sådan skærm, og antallet af berøringer på et tidspunkt er 50 millioner gange, hvilket lidt overstiger levetiden for resistiv teknologi (65 millioner gange i alt).

De er produceret med en tynd film på omkring 3 mm og en tyk film på 6 mm. Takket være denne beskyttelse kan displayet modstå et let knytnæveslag.

Svage sider:

dårlig ydeevne under forhold med vibrationer og rystelser (ved transport, når man går);
mangel på modstand mod snavs - enhver fremmed genstand påvirker skærmens funktion;
interferens i nærvær af akustisk støj af en bestemt konfiguration;
nøjagtigheden er lidt lavere end i kapacitive, hvorfor de er uegnede til at tegne.