Et prosjekt om hvordan en berøringsskjerm fungerer. Infografikk: hvordan telefonens berøringsskjerm fungerer

I dag kan ingen bli overrasket av en telefon med berøringsskjerm. Manuell kontroll har blitt mote, men de færreste tenker på hva som skjer når du berører skjermen. Jeg skal dekke hvordan de vanligste typene berøringsskjermer fungerer. Bekvemmelighet og produktivitet ved å jobbe med digital teknologi avhenger først og fremst av informasjonsinntastingsenhetene som brukes, ved hjelp av hvilke en person kontrollerer utstyret og laster ned data. Det mest utbredte og universelle instrumentet er keyboardet, som nå er utbredt. Det er imidlertid ikke alltid praktisk å bruke det. For eksempel tillater ikke dimensjonene til mobiltelefoner installasjon store nøkler, som et resultat av at hastigheten på informasjonsinntasting reduseres. Dette problemet ble løst ved bruk av berøringsskjermer. På bare noen få år gjorde de en skikkelig revolusjon i markedet og begynte å bli implementert overalt – fra mobiltelefoner og e-bøker til skjermer og skrivere.

Begynnelsen på sanseboomen

Kjøper nytt smarttelefon, hvis kropp ikke har en eneste knapp eller joystick, vil du neppe tenke på hvordan du vil kontrollere den. Fra brukerens synspunkt er det ikke noe komplisert med dette: bare trykk på ikonet på skjermen med fingeren, noe som vil føre til å utføre en handling - åpne et inndatavindu telefonnummer, tekstmelding eller adressebok. I mellomtiden kunne man for 20 år siden bare drømme om slike muligheter.

Berøringsskjermen ble oppfunnet i USA i andre halvdel av 60-tallet av forrige århundre, men frem til begynnelsen av 90-tallet ble den hovedsakelig brukt i medisinsk og industrielt utstyr for å erstatte tradisjonelle inndataenheter, hvis bruk er full av vanskeligheter under visse driftsforhold. Etter hvert som størrelsen på datamaskiner ble redusert og PDA-er dukket opp, oppsto spørsmålet om å forbedre kontrollsystemene deres. I 1998 dukket den første håndholdte enheten med en berøringsskjerm og et inndata- og håndskriftgjenkjenningssystem opp Apple Newton MessagePad, og snart kommunikatorer med berøringsskjermer.

I 2006, nesten alle store produsenter begynte å produsere smarttelefoner med berøringsskjermer, og etter utseendet Apple iPhone i 2007 begynte en virkelig berøringsboom - skjermer av denne typen dukket opp i skrivere, e-bøker, ulike typer datamaskiner osv. Hva skjer når du berører berøringsskjermen, og hvordan «vet» enheten hvor nøyaktig du trykket?

Arbeidsprinsippet for resistiv berøringsskjerm

I løpet av den 40-årige historien til berøringsskjermer er det utviklet flere typer av disse inndataenhetene, basert på ulike fysiske prinsipper som brukes til å bestemme plasseringen av berøringen. For tiden er to typer skjermer mest utbredt - resistive og kapasitive. I tillegg er det skjermer som kan registrere flere klikk samtidig ( Flerpunktsberøring) eller bare én.

Skjermer laget ved hjelp av resistiv teknologi består av to hoveddeler - et fleksibelt øvre lag og et stivt nedre lag. Ulike plast- eller polyesterfilmer kan brukes som den første, og den andre er laget av glass. På indre sider lag av en fleksibel membran og en resistiv (besittende elektrisk motstand) ledende materiale elektrisitet. Rommet mellom dem er fylt med et dielektrikum.

På kantene av hvert lag er det tynne metallplater - elektroder. I det bakre laget med resistivt materiale er de plassert vertikalt, og i det fremre laget - horisontalt. I det første tilfellet blir de servert konstant trykk, og en elektrisk strøm flyter fra en elektrode til en annen. I dette tilfellet oppstår et spenningsfall proporsjonalt med lengden på skjermseksjonen.

Når du berører berøringsskjermen, bøyer det fremre laget og samhandler med det bakre laget, noe som lar kontrolleren bestemme spenningen på den og beregne koordinatene ved hjelp av den berøringspunkter horisontalt (X-aksen). For å redusere påvirkningen av motstanden til det fremre resistive laget, er elektrodene plassert i det jordet. Deretter utføres den omvendte operasjonen: spenning påføres elektrodene til frontlaget, og de som ligger i det bakre laget er jordet - slik er det mulig å beregne den vertikale koordinaten til berøringspunktet (Y-aksen). Dette er driftsprinsippet til en fire-leder (oppkalt etter antall elektroder) resistiv berøringsskjerm.

I tillegg til fire-ledere, finnes det også fem- og åtte-leder berøringsskjermer. Sistnevnte har et lignende driftsprinsipp, men høyere posisjoneringsnøyaktighet.

Driftsprinsippet og designen til femtråds resistive berøringsskjermer er noe forskjellig fra de som er beskrevet ovenfor. Det fremre resistive belegglaget er erstattet av et ledende lag og brukes kun til å lese spenningsverdien på det bakre resistive laget. Den har fire elektroder innebygd i hjørnene av skjermen, den femte elektroden er utgangen fra det fremre ledende laget. Til å begynne med er alle fire elektrodene i det bakre laget energisert, og på det fremre laget er det null. Så snart en slik berøringsskjerm berøres, kobles topp- og bunnlaget på et bestemt punkt, og kontrolleren registrerer spenningsendringen på frontlaget. Slik oppdager den at skjermen har blitt berørt. Deretter blir de to elektrodene i det bakre laget jordet, X-aksekoordinaten til berøringspunktet beregnes, og deretter jordes de to andre elektrodene, og Y-aksekoordinaten til berøringspunktet beregnes.

Arbeidsprinsippet for kapasitiv berøringsskjerm

Driftsprinsippet for kapasitive berøringsskjermer er basert på menneskekroppens evne til å lede elektrisk strøm, noe som indikerer tilstedeværelsen av elektrisk kapasitans. I det enkleste tilfellet består en slik skjerm av et slitesterkt glasssubstrat som påføres et lag med resistivt materiale. Fire elektroder er plassert i hjørnene. Det resistive materialet er dekket med en ledende film på toppen.

En liten mengde påføres alle fire elektrodene. AC spenning. Når en person berører skjermen, strømmer en elektrisk ladning gjennom huden til kroppen, og skaper en elektrisk strøm. Verdien er proporsjonal med avstanden fra elektroden (panelhjørnet) til kontaktpunktet. Kontrolleren måler strømstyrken på tvers av alle fire elektrodene og, basert på disse verdiene, beregner koordinatene til berøringspunktet.

Plasseringsnøyaktigheten til kapasitive skjermer er nesten den samme som for resistive skjermer. Samtidig sender de mer lys (opptil 90%) som sendes ut av skjermenheten. Og fraværet av elementer utsatt for deformasjon gjør dem mer pålitelige: den kapasitive skjermen tåler mer enn 200 millioner klikk på ett punkt og kan operere kl. lave temperaturer(opptil -15 °C). Imidlertid er det fremre ledende belegget som brukes til posisjonsbestemmelse følsomt for fuktighet, mekanisk skade og ledende forurensninger. Kapasitiv skjermer De utløses bare når de berøres av en ledende gjenstand (med en hånd uten hansker eller en spesiell pekepenn). Skjermer av denne typen laget med klassisk teknologi er heller ikke i stand til å spore flere klikk samtidig.

Den projiserte kapasitive berøringsskjermen, som brukes i iPhone-telefoner og lignende enheter. Den har en mer kompleks struktur sammenlignet med konvensjonelle kapasitive skjermer. To lag med elektroder påføres et glasssubstrat, atskilt med et dielektrikum og danner et gitter (elektrodene i det nedre laget er plassert vertikalt, og i det øvre laget - horisontalt). Gitteret av elektroder danner sammen med menneskekroppen en kondensator. Ved kontaktpunktet med fingeren skjer det en endring i kapasitansen, kontrolleren oppdager denne endringen, bestemmer ved hvilket skjæringspunkt mellom elektrodene den skjedde, og beregner koordinaten til kontaktpunktet fra disse dataene.

Slike skjermer har også høye åpenhet og er i stand til å operere ved enda lavere temperaturer (ned til -40 °C). Elektrisk ledende forurensninger påvirker dem i mindre grad; de reagerer på en hanskekledd hånd. Høy følsomhet tillater bruk av et tykt lag med glass (opptil 18 mm) for å beskytte slike skjermer.

Arbeidsprinsipp for fire-tråds resistiv berøringsskjerm

Det øvre resistive laget bøyer seg og kommer i kontakt med det nedre.
Kontrolleren registrerer spenningen ved berøringspunktet på bunnlaget og beregner X-aksekoordinaten til berøringspunktet.
Kontrolleren oppdager spenningen ved berøringspunktet på topplaget og bestemmer koordinaten til berøringspunktet langs Y-aksen.

Arbeidsprinsipp for femtråds resistiv berøringsskjerm

Skjermen kan berøres med alle harde gjenstander.
Det øverste ledende laget bøyer seg og kommer i kontakt med bunnen, noe som indikerer berøring av skjermen.
To av de fire elektrodene i det nedre laget er jordet, kontrolleren bestemmer spenningen ved kontaktpunktet og beregner koordinaten til punktet langs X-aksen.
De to andre elektrodene er jordet, kontrolleren bestemmer spenningen ved kontaktpunktet og beregner koordinaten til punktet langs Y-aksen.

Fordeler

Lav kostnad
Høy motstand mot flekker
Kan berøres av alle harde gjenstander

Feil

Lav holdbarhet (1 million klikk på ett punkt for en fire-leder, 35 millioner klikk for en fem-leder) og vandalmotstand
Lav lysgjennomgang (ikke mer enn 85 %)
Støtter ikke Multitouch

Eksempler på enheter

Telefoner (for eksempel Nokia 5800, NTS Trykk på Diamond), PDAer, datamaskiner (for eksempel MSI Wind Top AE1900), industrielt og medisinsk utstyr.

Prinsipp for operasjon

Skjermen berøres med en ledende gjenstand (finger, spesiell pekepenn).
Strøm flyter fra skjermen til objektet.
Kontrolleren måler strømmen i hjørnene av skjermen og bestemmer koordinatene til berøringspunktet.

Fordeler

Høy holdbarhet (opptil 200 millioner klikk), evne til å operere ved lave temperaturer (ned til -15 ° C)

Feil

Mottakelig for fuktighet, ledende forurensninger
Støtter ikke Multitouch

Eksempler på enheter

Telefoner, pekeplater (for eksempel i iRiver VZO-spilleren), PDAer, minibanker, kiosker.

Prinsipp for operasjon

Skjermen berøres eller bringes nær den nært hold et strømledende objekt som sammen danner en kondensator.
Ved kontaktpunktet endres den elektriske kapasitansen.
Kontrolleren registrerer endringen og bestemmer ved hvilket elektrodekryss den skjedde. Basert på disse dataene beregnes koordinatene til berøringspunktet.

Fordeler

Høy holdbarhet (opptil 200 millioner klikk), evne til å operere ved lave temperaturer (ned til -40 °C)
Høy vandalmotstand (skjermen kan dekkes med et lag glass opptil 18 mm tykt)
Høy lysgjennomgang (mer enn 90 %)
Multitouch støttes

Feil

Reager kun på berøring av en ledende gjenstand (finger, spesiell penn)

Eksempler på enheter

Telefoner (for eksempel iPhone), pekeplater, bærbare datamaskiner og dataskjermer (for eksempel HP TouchSmart tx2), elektroniske kiosker, minibanker, betalingsterminaler.

Windows 7

Det ble mulig å kontrollere datamaskinen ved å bruke bevegelsene "Scroll", "Forover/bakover", "Rotate" og "Zoom". Operativsystemet Windows 7 er mye bedre tilpasset til å fungere med berøringsskjermer enn alle andre tidligere versjoner. 06 dette er bevist av det modifiserte grensesnittet og oppgavelinjen, der firkantede ikoner har dukket opp i stedet for rektangulære knapper som symboliserer kjørende programmer - de er mye mer praktisk å trykke med fingeren. I tillegg var det ny funksjon- Hopplister som lar deg raskt finne nylig åpnede filer eller ofte lanserte elementer. For å aktivere denne funksjonen, dra ganske enkelt programikonet til skrivebordet.

Første gang på operasjonsstua Windows-system lagt til gjenkjenningsalternativ berøringsbevegelser, som utførelsen av individuelle funksjoner er knyttet til. Så i Windows 7 dukket opp berøringsrulling og det samme som for eksempel i Apple iPhone, muligheten til å forstørre bilder eller dokumenter ved å bevege to fingre forskjellige sider. Det var også bevegelse som var ansvarlig for å rotere bildet. Operasjoner som kopier, slett og lim inn kan også tildeles separate bevegelser. Knapper tastatur på skjermen Lyser ved berøring, noe som gjør det enkelt å bruke på en berøringsskjerm. Og muligheten til å gjenkjenne håndskrevet tekst lar deg raskt skrive inn små meldinger.

Det er konstant debatt om hvilken telefon som har den beste skjermen. Spesielt mellom eiere Apple-teknologi og de som foretrekker enheter på Android-plattformen.

Denne enkle infografikken bryter vakkert ned alle fordelene med hver type berøringsskjerm. Jeg håper at når du kjøper din neste smarttelefon, vil det hjelpe deg å ta det riktige valget og ikke betale for mye.

Så det er tre typer berøringsskjermer: Resistiv, kapasitiv og infrarød.

Resistiv

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

Hvordan fungerer de? Små prikker skiller flere lag med materiale som overfører strøm. Når det øvre fleksible laget trykker på det nedre laget, endres den elektriske strømmen og plasseringen av støtet, det vil si berøringen, beregnes.

Hvor mye koster det å produsere? Kostnadene for å produsere resistive berøringsskjermer er ikke veldig høye - $ .

Skjermmateriale. Et lag med fleksibelt materiale (vanligvis en polyesterfilm) legges på toppen av glasset.

Påvirkningsverktøy. Fingre, hanskede fingre eller pekepenn.

Synlighet på gaten. Dårlig sikt i solfylt vær.

Mulighet for multi-bevegelser. Nei.

Varighet. For prisen varer skjermen ganske lenge. Lett riper og utsatt for andre mindre skader. Den slites ganske raskt og må skiftes ut.

Kapasitiv

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

Hvordan fungerer de? Strømmen sendes fra hjørnene av skjermen. Når en finger berører skjermen, endrer den retningen på strømmen og dermed beregnes plasseringen av berøringen.

Hvor mye koster det å produsere? Ganske dyrt - $$ .

Skjermmateriale. Glass.

Påvirkningsverktøy. Kun fingre uten hansker.

Synlighet på gaten. Sikten på en solrik dag er god.

Mulighet for multi-bevegelser. Spise.

Varighet.

Infrarød

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

Hvordan fungerer de? For at den varmefølsomme skjermen skal reagere, må du berøre den med en varm gjenstand. En optisk skjerm bruker et rutenett av usynlige sensorer rett over skjermen. Berøringspunktet beregnes basert på punktet hvor x-y-aksen ble krenket.

Hvor mye koster det å produsere? Veldig dyrt - $$$ .

Skjermmateriale. Glass.

Påvirkningsverktøy. Optisk - fingre, hansker og pekepenn. Varmefølsom - varme fingre uten hansker.

Synlighet på gaten. Sikten i solfylt vær er god, men sterkt sollys påvirker produktiviteten og nøyaktigheten.

Mulighet for multi-bevegelser. Ja.

Varighet. Holder ganske lenge. Glass knuser kun fra alvorlig skade.

Det er ikke ofte vi tenker på hvordan skjermen til enheten i hendene våre fungerer. Men noen ganger er det tilfeller når en nylig kjøpt telefon eller nettbrett nekter å svare på den vanlige digitale pennen fra en gammel enhet. I dette tilfellet blir det åpenbart at skjermen til det nye produktet er satt sammen ved hjelp av en annen teknologi. Her husker vi allerede at det er resistive og kapasitive skjermer, hvorav sistnevnte gradvis erstatter førstnevnte.

Det er verdt å merke seg at få mennesker vet forskjellen mellom overflatemonterte og projiserte kapasitive skjermer. Men skjermene til nesten alle moderne nettbrett, smarttelefoner med Android eller iOS fra Apple er spesifikt projisert-kapasitive, takket være hvilke slike nødvendig funksjon, som multi-touch.

Overflate kapasitive skjermer

Alle kapasitive skjermer bruker det faktum at alle objekter med elektrisk kapasitet, menneskekroppen er en god leder av vekselstrøm.

De første kopiene av kapasitive berøringsskjermer opererte på likestrøm, noe som forenklet design av elektronikk, spesielt analog-til-digital-omformeren, men forurensning av skjermen eller hendene førte ofte til feil. Til likestrøm selv ubetydelig kapasitans er en uoverkommelig hindring.

Kapasitive skjermer, akkurat som resistive skjermer, monteres i enkleste tilfelle fra LCD eller AMOLED skjerm som gir et bilde helt nederst og et berøringsaktivt panel øverst .

Den aktive delen av overflatekapasitive skjermer er et stykke glass belagt på den ene siden med et gjennomsiktig materiale med høy motstand. Indiumoksid eller tinnoksid brukes som dette elektrisk ledende stoffet.

I hjørnene av skjermen er det fire elektroder som tilføres en liten vekselspenning, identisk på alle sider. Når du berører overflaten av skjermen med en elektrisk ledende gjenstand eller direkte med fingeren, lekker strøm gjennom menneskekroppen. Strømmen av ubetydelige strømmer registreres samtidig i alle fire hjørner av sensorer, og mikroprosessoren, basert på forskjellen i strømverdier, bestemmer koordinatene til kontaktpunktet.

Den kapasitive overflateskjermen er fortsatt skjør fordi dens ledende belegg påføres den ytre overflaten og ikke er beskyttet av noe. Men ikke så skånsom som motstandsdyktig, siden det ikke er noen tynn myk membran på overflaten. Fraværet av en membran forbedrer gjennomsiktigheten til skjermen og tillater bruk av mindre lyssterk og energieffektiv bakgrunnsbelysning.

Projiserte kapasitive skjermer

Denne typen berøringsskjerm er i stand til samtidig å bestemme koordinatene til to eller flere berøringspunkter, det vil si at den støtter multi-touch-funksjonen. Det er denne typen skjerm som er installert på alle moderne mobile enheter.

De fungerer etter et lignende prinsipp som overflatekapasitive skjermer, forskjellen er at deres aktive ledende lag er avsatt på innsiden og ikke på den ytre overflaten. Dette gjør det aktive panelet mye sikrere. Du kan dekke den med glass opptil 18 mm tykk, og dermed gjøre berøringsskjermen ekstremt vandalsikker.

Når du berører berøringsskjermen, dannes det en liten kapasitans mellom personens finger og en av elektrodene bak glasset. Mikrokontrolleren sonderer med en pulsert strøm nøyaktig hvor på elektrodenettet spenningen har økt på grunn av en plutselig dannet kapasitans. Skjermen reagerer ikke på fallende vanndråper, siden slike ledende forstyrrelser lett undertrykkes av programvare.

En vanlig ulempe for alle kapasitive skjermer er manglende evne til å jobbe med dem med noen isolerende gjenstander. Du kan bare bruke en spesiell pekepenn eller en bar finger. De vil ikke reagere på en behagelig plastpenn eller en hånd med varmt hanske.

PCB-etsing Hjemmelaget lavspent loddebolt i miniatyr En vanskelig måte å avlodde tavler på

iPhone 2G var den første mobiltelefonen som utelukkende opererte på en berøringsskjerm. Mer enn ti år har gått siden presentasjonen, men mange av oss vet fortsatt ikke hvordan berøringsskjermen fungerer. Men vi møter dette intuitive inndataverktøyet ikke bare i smarttelefoner, men også i minibanker, betalingsterminaler, datamaskiner, biler og fly – bokstavelig talt overalt.
Før berøringsskjermer, det vanligste grensesnittet for å legge inn kommandoer elektroniske enheter var ulike tastaturer. Selv om de ikke ser ut til å ha noe til felles med berøringsskjermer, kan det faktisk være overraskende hvor lik en berøringsskjerm er på et tastatur. La oss se på enheten deres i detalj.

Tastaturet er kretskort, hvor flere rader med brytere-knapper er installert. Uansett design, membran eller mekanisk, skjer det samme når du trykker på hver av tastene. Det er en kortslutning på datakortet under knappen. elektrisk krets, datamaskinen registrerer passering av strøm på dette stedet av kretsen, "forstår" hvilken tast som trykkes og utfører den tilsvarende kommandoen. Når det gjelder en berøringsskjerm, skjer nesten det samme.

Det er omtrent et dusin forskjellige typer berøringsskjermer, men de fleste av disse modellene er enten utdaterte og ikke brukt, eller er eksperimentelle og vil neppe noen gang vises i produksjonsenheter. Først og fremst vil jeg snakke om strukturen til nåværende teknologier, de som du konstant samhandler med eller i det minste kan møte i hverdagen.

Resistiv berøringsskjerm

Resistive berøringsskjermer ble oppfunnet tilbake i 1970 og har endret seg lite siden den gang.
I skjermer med slike sensorer er et par ekstra lag plassert over matrisen. Jeg tar imidlertid forbehold om at matrisen slett ikke er nødvendig her. De første resistive berøringsenhetene var ikke skjermer i det hele tatt.

Det nederste sensorlaget består av en glassbase og kalles det resistive laget. Det påføres et gjennomsiktig metallbelegg som overfører strøm godt, for eksempel fra en halvleder som indiumtinnoksid. Det øverste laget på berøringsskjermen, som brukeren samhandler med ved å trykke på skjermen, er laget av en fleksibel og elastisk membran. Det kalles det ledende laget. En luftspalte er igjen i rommet mellom lagene, eller den er jevnt oversådd med mikroskopiske isolerende partikler. Langs kantene er fire, fem eller åtte elektroder koblet til sensorlaget, som forbinder det med sensorer og en mikrokontroller. Jo flere elektroder, desto høyere er følsomheten til den resistive berøringsskjermen, siden endringer i spenning over dem overvåkes konstant.

Her er skjermen med den resistive berøringsskjermen slått på. Ingenting skjer ennå. Elektrisk strøm flyter fritt gjennom det ledende laget, men når brukeren berører skjermen, bøyer membranen på toppen seg, de isolerende partiklene deler seg, og den berører det nederste laget av berøringsskjermen og kommer i kontakt. Dette etterfølges av en spenningsendring på en gang på alle elektrodene på skjermen.

Berøringsskjermkontrolleren oppdager spenningsendringer og leser avlesninger fra elektrodene. Fire, fem, åtte betydninger og alle forskjellige. Basert på forskjellen i avlesninger mellom høyre og venstre elektrode, vil mikrokontrolleren beregne X-koordinaten til pressen, og basert på forskjellene i spenning på øvre og nedre elektrode, vil den bestemme Y-koordinaten og dermed fortelle datamaskin punktet der lagene i berøringsskjermlaget berørte.

Resistive berøringsskjermer har en lang liste med ulemper. Så de er i utgangspunktet ikke i stand til å gjenkjenne to samtidige trykk, for ikke å nevne mer. De oppfører seg ikke bra i kulda. På grunn av behovet for et lag mellom sensorlagene, mister matrisene til slike skjermer merkbart lysstyrke og kontrast, har en tendens til å blende i solen og ser generelt merkbart dårligere ut. Men der bildekvalitet er av underordnet betydning, fortsetter de å brukes på grunn av deres motstand mot flekker, deres evne til å brukes med hansker og, viktigst av alt, deres lave pris.

Slike inndataenheter er allestedsnærværende i rimelige masseproduserte enheter, som informasjonsterminaler på offentlige steder, og finnes fortsatt i aldrende dingser, for eksempel billige MP3-spillere.

Infrarød berøringsskjerm

Det neste, mye mindre vanlige, men likevel relevante alternativet for en berøringsskjerm er en infrarød berøringsskjerm. Den har ingenting til felles med en resistiv sensor, selv om den utfører lignende funksjoner.

Den infrarøde berøringsskjermen er laget av lysdioder og lysfølsomme fotoceller plassert på motsatte sider av skjermen. LED lyser opp overflaten av skjermen med usynlig infrarødt lys, og danner noe som et edderkoppnett eller koordinatnett på den. Dette minner innbruddsalarm, slik det vises i spion-actionfilmer eller dataspill.

Når noe berører skjermen, enten det er en finger, en hanskebelagt hånd, en pekepenn eller en blyant, blir to eller flere stråler avbrutt. Fotoceller registrerer denne hendelsen, berøringsskjermkontrolleren finner ut hvilke av dem som ikke mottar nok infrarødt lys og, basert på deres posisjon, beregner området på skjermen der en hindring har oppstått. Resten er å matche berøringen med hvilket grensesnittelement som er på skjermen på det stedet - programvarens jobb.

I dag kan infrarøde berøringsskjermer finnes i de dingsene hvis skjermer har en ikke-standard design, der det er teknisk vanskelig eller upraktisk å legge til ekstra berøringslag - i e-bøker basert på E-link-skjermer, for eksempel, Amazon Kindle Touch og Sony Ebook. I tillegg vakte enheter med lignende sensorer, på grunn av deres enkelhet og vedlikeholdbarhet, militærets oppmerksomhet.

Kapasitiv berøringsskjerm

Hvis datamaskinen på resistive berøringsskjermer registrerer endringen i konduktivitet som følger et trykk på skjermen direkte mellom lagene i sensoren, så registrerer kapasitive sensorer berøringen direkte.

Menneskekroppen og huden er gode ledere av elektrisitet og har elektrisk ladning. Du legger vanligvis merke til dette ved å gå på et ullteppe eller ta av favorittgenseren og så ta på noe metall. Vi er alle kjent med statisk elektrisitet, har erfart effektene selv og har sett bittesmå gnister fly fra fingrene våre i mørket. En svakere, umerkelig utveksling av elektroner mellom menneskekroppen og ulike ledende overflater skjer hele tiden, og dette er hva kapasitive skjermer registrerer.

De første slike berøringsskjermer ble kalt overflatekapasitive og var en logisk utvikling av resistive sensorer. I dem ble bare ett ledende lag, lik det som ble brukt tidligere, installert direkte på toppen av skjermen. Sensitive elektroder ble også festet til den, denne gangen i hjørnene pekeplate. Sensorer som overvåker spenningen på elektrodene og deres programvare ble gjort merkbart mer følsomme og kunne nå oppdage de minste endringer i strømmen av elektrisk strøm over skjermen. Når en finger (et annet ledende objekt, for eksempel en pekepenn) berører overflaten med en overflatekapasitiv berøringsskjerm, begynner det ledende laget umiddelbart å utveksle elektroner med det, og mikrokontrolleren merker dette.

Fremkomsten av overflatekapasitive berøringsskjermer var et gjennombrudd, men på grunn av det faktum at det ledende laget som ble påført direkte på toppen av glasset lett ble skadet, var de ikke egnet for den nye generasjonen enheter.

For å lage den første iPhonen var det nødvendig med projiserte kapasitive sensorer. Denne typen berøringsskjerm har raskt blitt den vanligste i moderne forbrukerelektronikk: smarttelefoner, nettbrett, bærbare datamaskiner, monoblokker og andre husholdningsenheter.

Det øverste laget på denne typen berøringsskjerm har en beskyttende funksjon og kan være laget av herdet glass, for eksempel det berømte Gorilla Glass. Nedenfor er de tynneste elektrodene som danner et rutenett. Først ble de plassert oppå hverandre i to lag, for deretter å redusere tykkelsen på skjermen begynte de å bli plassert på samme nivå.

Laget av halvledermaterialer, inkludert det nevnte indiumtinnoksidet, skaper disse ledende hårene et elektrostatisk felt der de krysser hverandre.

Når en finger berører glasset, på grunn av de elektrisk ledende egenskapene til huden, forvrenger den det lokale elektriske feltet ved elektrodenes nærmeste skjæringspunkt. Denne forvrengningen kan måles som endringen i kapasitans ved et enkelt rutenettpunkt.

Fordi elektrodegruppen er laget ganske liten og tett, er et slikt system i stand til å spore berøring veldig nøyaktig og kan enkelt fange opp flere berøringer samtidig. I tillegg er fraværet av ytterligere lag og mellomlag i sandwichen til matrisen, sensoren og beskyttelsesglass har en positiv effekt på bildekvaliteten. Sant, av samme grunn ødelagte skjermer, som regel erstattes fullstendig. Når den er satt sammen, er den projiserte kapasitive berøringsskjermen ekstremt vanskelig å reparere.

Nå høres ikke fordelene med projiserte kapasitive berøringsskjermer ut som noe fantastisk, men for øyeblikket iPhone-presentasjoner de sikret teknologien en enorm suksess, til tross for objektive ulemper - følsomhet for smuss og fuktighet.

Trykkfølsomme berøringsskjermer - 3D Touch

Den ideologiske forgjengeren til trykkfølsomme berøringsskjermer var den proprietære Apple-teknologi, har krav på Tving berøring, brukt i smartklokke selskapet, MacBook, MackBook Pro og Magic Trackpad 2.

Etter å ha testet grensesnittløsninger og ulike scenarier for bruk av trykkgjenkjenning på disse enhetene, Apple startet implementering av en lignende løsning i sine smarttelefoner. I iPhone 6s og 6s Plus ble trykkgjenkjenning og måling en av berøringsskjermfunksjonene og fikk det kommersielle navnet 3D Touch.

Selv om Apple ikke la skjul på det ny teknologi endrer bare de kapasitive sensorene vi er vant til og viste til og med et diagram i generell disposisjon som forklarte prinsippet om driften, detaljer om utformingen av berøringsskjermer med 3D Touch dukket opp først etter første iPhones ny generasjon ble demontert av entusiaster.

For å lære den kapasitive berøringsskjermen å gjenkjenne klikk og skille mellom flere grader av trykk, trengte ingeniører fra Cupertino å gjenoppbygge berøringsskjermsandwichen. De gjorde endringer i individuelle deler av den og la til et nytt, nytt lag til det kapasitive. Og interessant nok, når de gjorde dette, var de tydelig inspirert av utdaterte resistive skjermer.

Nett kapasitive sensorer forble uendret, men den ble flyttet tilbake, nærmere matrisen. En ekstra rekke med 96 individuelle sensorer ble integrert mellom et sett med elektriske kontakter som overvåker hvor skjermen berøres og beskyttelsesglasset.

Hans oppgave var ikke å bestemme plasseringen av fingeren på iPhone-skjerm. Den kapasitive berøringsskjermen taklet fortsatt dette perfekt. Disse platene er nødvendige for å oppdage og måle graden av bøyning av sikkerhetsglasset. Apple Company spesifikt for iPhone bestilte jeg utvikling og produksjon av slike fra Gorilla Glass beskyttende lag, som vil beholde samme styrke og samtidig være fleksibel nok til at skjermen reagerer på trykk.

Denne utviklingen kunne vært slutten på materialet om berøringsskjermer, hvis ikke for en annen teknologi som ble spådd en stor fremtid for flere år siden.

Wave berøringsskjermer

Overraskende nok bruker de ikke strøm og har ikke engang noe med lys å gjøre. Surface Acoustic Wave-systemteknologi bruker akustiske overflatebølger som forplanter seg langs overflaten av skjermen for å oppdage berøringspunktet. Ultralyden som genereres av de piezoelektriske elementene i hjørnene er for høy til å bli oppdaget av menneskelig hørsel. Den sprer seg frem og tilbake, og spretter fra kantene på skjermen flere ganger. Lyden analyseres for uregelmessigheter forårsaket av objekter som berører skjermen.

Wave berøringsskjermer har få ulemper. De begynner å gjøre feil etter at glasset er sterkt skittent og under forhold høy lyd, men samtidig er det på skjermer med en slik sensor ingen ekstra lag som øker tykkelsen og påvirker bildekvaliteten. Alle sensorkomponenter er skjult under skjermrammen. I tillegg lar bølgesensorer deg nøyaktig beregne kontaktområdet mellom skjermen og en finger eller et annet objekt og, basert på dette området, indirekte beregne kraften ved å trykke på skjermen.

Det er usannsynlig at vi vil møte denne teknologien i smarttelefoner på grunn av dagens mote for rammeløse skjermer, men for noen år siden Samsung selskapet eksperimentert med Surface Acoustic Wave-systemet i monoblokker, og som komponenter for spilleautomater og reklameterminaler selges det fortsatt paneler med akustiske berøringsskjermer

I stedet for en konklusjon

På svært kort tid har berøringsskjermer erobret elektronikkens verden. Til tross for mangel på taktil tilbakemelding og andre mangler, har berøringsskjermer blitt en veldig intuitiv, forståelig og praktisk metode for å legge inn informasjon i datamaskiner. Sist, men ikke minst, skylder de sin suksess til sitt mangfold tekniske implementeringer. Hver med sine egne fordeler og ulemper, egnet for sin klasse av enheter. Resistive skjermer for de billigste og mest utbredte dingsene, kapasitive skjermer for smarttelefoner og nettbrett og stasjonære datamaskiner som vi samhandler med hver dag og infrarøde berøringsskjermer for de tilfellene hvor skjermdesignet skal være intakt. Avslutningsvis gjenstår det bare å slå fast at berøringsskjermer er med oss i lang tid; ingen erstatning forventes i nær fremtid.

Sikkert alle dere bruker datamaskiner og mobile enheter, og bare noen få generelt er i stand til å fortelle hvordan prosessorene deres fungerer, OS og andre komponenter.

I tiden mobile gadgets Alle har en berøringsskjerm (også kalt smartskjerm), og nesten ingen vet hva denne berøringsskjermen er, hvordan den fungerer og hvilke typer den finnes.

Hva det er

Touch-skjerm(skjerm) er en visualiseringsenhet digital informasjon med muligheten til å utøve ledelsespåvirkning ved å berøre skjermens overflate.

Basert på ulike teknologier, forskjellige skjermer reagerer kun på visse faktorer.

Noen leser endringen kapasitans eller motstand i kontaktområdet, andre på temperaturendringer, noen sensorer reagerer kun på en spesiell penn for å unngå utilsiktede klikk.

Vi vil se på driftsprinsippet for alle vanlige typer skjermer, deres bruksområder, styrker og svakheter.

Blant alle eksisterende prinsipper kontrollere enheten ved hjelp av en matrise som er følsom for alle faktorer, La oss ta hensyn til følgende teknologier:

resistiv (4-5 ledninger);
matrise;
kapasitiv og dens varianter;
overflate akustisk;
optisk og annet mindre vanlig og praktisk.

I generell ordning arbeidet er som følger: brukeren berører skjermområdet, sensorene overfører data til kontrolleren om endringer i enhver variabel (motstand, kapasitans), som beregner eksakte koordinater kontaktpunkter og sender dem.

Sistnevnte, basert på programmet, reagerer på å trykke deretter.

Resistiv

Den enkleste berøringsskjermen er resistiv. Den reagerer på endringer i motstand i kontaktområdet mellom et fremmedlegeme og skjermen.

Dette er den mest primitive og utbredte teknologien. Enheten består av to hovedelementer:

et ledende gjennomsiktig substrat (panel) laget av polyester eller annen polymer flere titalls molekyler tykke;
en lysledende membran laget av polymermateriale (vanligvis brukes et tynt lag plast).

Begge lagene er belagt med resistivt materiale. Mellom dem er det mikroisolatorer i form av kuler.

I løpet av dette stadiet deformeres (bøyer) den elastiske membranen, kommer i kontakt med substratlaget og lukker det.

Kontrolleren reagerer på en kortslutning ved hjelp av en analog-til-digital-omformer. Den beregner forskjellen mellom den opprinnelige og strømmotstanden (eller konduktiviteten) og koordinatene til punktet eller området der dette skjer.

Praksis avslørte raskt manglene ved slike enheter, og ingeniører begynte å søke etter løsninger, som snart ble funnet ved å legge til en femte ledning.

Fire-leder

Den øvre elektroden er energisert ved 5V, og den nedre er jordet.

Venstre og høyre er koblet direkte, de er en indikator på spenningsendringer langs Y-aksen.

Da kortsluttes topp og bunn, og det tilføres 5V til venstre og høyre for å lese X-koordinaten.

Femtråd

Pålitelighet skyldes utskifting av det resistive belegget på membranen med et ledende.

Panelet er laget av glass og forblir dekket med et resistivt materiale, og elektroder er plassert i hjørnene.

Først er alle elektrodene jordet, og membranen er under spenning, som konstant overvåkes av den samme analog-til-digital omformer.

Under berøringen oppdager kontrolleren (mikroprosessoren) endringen i parameteren og utfører beregninger av punktet/området hvor spenningen har endret seg i henhold til en firelederkrets.

Viktig fordel– evne til å påføres på konvekse og konkave overflater.

Det finnes også 8-leder skjermer på markedet. Nøyaktigheten deres er høyere enn de som er vurdert, men dette påvirker ikke påliteligheten på noen måte, og prisen er merkbart annerledes.

Konklusjon

De betraktede sensorene brukes overalt på grunn av deres lave kostnader og motstand mot påvirkning av miljøfaktorer, som forurensning og lave temperaturer (men ikke under null).

De reagerer godt på berøring med nesten alle gjenstander, men ikke skarpe.

Arealet til en blyant eller fyrstikk er vanligvis ikke nok til å utløse en kontrollerrespons.

Slike skjermer er installert på og brukt i tjenestesektoren (kontorer, banker, butikker), medisin og utdanning.

Uansett hvor enheter er isolert fra det ytre miljøet og sannsynligheten for å bli skadet er minimal.

Lav pålitelighet (skjermen blir lett skadet) kompenseres delvis av den beskyttende filmen.

Dårlig funksjon i kaldt vær, lav lystransmisjon (henholdsvis 0,75 og 0,85), ressurs (ikke mer enn 35 millioner klikk for en terminal som brukes konstant, svært lite) er svakhetene ved teknologien.

Matrise

En mer forenklet resistiv teknologi som oppsto allerede før den.

Membranen er dekket i rader vertikale ledere, og underlaget – horisontal.

Når den trykkes, beregnes området der lederne er koblet til, og de resulterende dataene overføres til prosessoren.

Den genererer allerede et kontrollsignal og enheten reagerer på en bestemt måte, for eksempel utfører handlingen som er tildelt knappen).

Egenskaper:

svært lav nøyaktighet (antall ledere er svært begrenset);
det meste lav pris blant alle;
implementering av multi-touch-funksjonen på grunn av skjermen polling linje for linje.

De brukes kun i utdatert elektronikk og har nesten gått ut av bruk på grunn av tilstedeværelsen av progressive løsninger.

Kapasitiv

Prinsippet er basert på evnen til objekter stor kapasitet blir ledere av elektrisk vekselstrøm.

Skjermen er laget i form av et glasspanel med et tynt lag sprayet resistivt stoff.

Elektroder i hjørnene av skjermen gir en liten spenning vekselstrøm til det ledende laget.

I kontaktøyeblikket lekker strøm, hvis objektet har større elektrisk kapasitet enn skjermen.

Strøm registreres i hjørnene av skjermen, og informasjon fra sensorene sendes til kontrolleren for behandling. Basert på dem beregnes kontaktområdet.

De første prototypene brukte likespenning. Løsningen gjorde designet enklere, men krasjet ofte når brukeren ikke var i kontakt med bakken.

Disse enhetene er svært pålitelige, deres levetid overstiger resistive med ~60 ganger (ca. 200 millioner klikk), de er fuktbestandige og tåler forurensning som ikke leder elektrisk strøm.

Gjennomsiktighet er på nivået 0,9, som er litt høyere enn resistive, og fungerer ved temperaturer opp til -15 0 C.

Feil:

reagerer ikke på hansken og de fleste fremmedlegemer;
det ledende belegget er i topplaget og er svært sårbart for mekanisk skade.

De brukes i de samme minibankene og terminalene under lukket luft.

Projisert kapasitiv

Et elektrodegitter påføres den indre overflaten og danner en kapasitans (kondensator) med menneskekroppen. Elektronikken (mikrokontroller og sensorer) jobber med å beregne koordinatene ved og sende beregningene til sentralprosessoren.

De har alle funksjonene til kapasitive.

I tillegg kan de utstyres med en tykk film opp til 1,8 cm, noe som øker beskyttelsen mot mekaniske påvirkninger.

Ledende forurensninger, der de er vanskelige eller umulige å fjerne, fjernes enkelt ved hjelp av programvaremetoden.

Oftest er de installert i personlige elektroniske enheter, minibanker og diverse utstyr, installert praktisk talt i friluft (under tak). Apple foretrekker også projiserte kapasitive skjermer.

Akustisk overflatebølge

Den er produsert i form av et glasspanel utstyrt med piezoelektriske transdusere PET plassert i motsatte hjørner og mottakere.

Det er også et par av dem og er plassert på motsatte hjørner.

Generatoren sender elektrisk signal HF på sonden, gjør en serie pulser til overflateaktive stoffer, og reflektorene fordeler den.

De reflekterte bølgene fanges opp av sensorer og sendes til sonden, som omdanner dem tilbake til elektrisitet.

Signalet sendes til kontrolleren, som analyserer det.

Ved berøring endres parametrene til bølgen, spesielt en del av energien absorberes inn bestemt sted. Basert på denne informasjonen beregnes kontaktområdet og dets styrke.

Den svært høye gjennomsiktigheten (over 95%) skyldes fraværet av ledende/resistive overflater.

Noen ganger, for å eliminere gjenskinn, lysreflektorer sammen med mottakere montert direkte på skjermen.

Kompleksiteten til designet påvirker på ingen måte driften av en enhet med en slik skjerm, og antall berøringer på ett punkt er 50 millioner ganger, noe som overskrider levetiden til resistiv teknologi (totalt 65 millioner ganger).

De produseres med en tynn film på ca 3 mm og en tykk film på 6 mm. Takket være denne beskyttelsen tåler skjermen et lett slag fra en knyttneve.

Svake sider:

dårlig ytelse under forhold med vibrasjon og risting (i transport, når du går);
mangel på motstand mot smuss - ethvert fremmedlegeme påvirker funksjonen til skjermen;
interferens i nærvær av akustisk støy av en viss konfigurasjon;
nøyaktigheten er litt lavere enn i kapasitive, og det er derfor de er uegnet for tegning.