En berøringsskærm er en enhed til input og output af information, som er en skærm , der reagerer på berøring af den.
I USA blev touchskærmen opfundet som en del af forskning i programmeret læring . PLATO IV computersystemet , som dukkede op i 1972, havde en infrarød (IR) strålegitterberøringsskærm bestående af 16x16 blokke. Men selv denne lave nøjagtighed gjorde det muligt for brugeren at vælge svaret ved at klikke på det rigtige sted på skærmen.
I 1971 udviklede Samuel Hurst (den fremtidige grundlægger af Elographics , nu Elo Touch Solutions ) en elograph - en grafisk tablet , der fungerede efter et fire-tråds modstandsprincip ( US Patent 3 662 105 ). I 1974 lykkedes det ham også at gøre elografen gennemsigtig, i 1977 udviklede han en femtrådsskærm [1] . Sammen med Siemens lykkedes det Elographics at lave et konveks berøringspanel, der passede til datidens kinescopes . Ved verdensudstillingen i 1982 introducerede Elographics touchscreen-fjernsynet [2] .
I 1983 blev HP-150 -computeren med en IR-gitterberøringsskærm [3] udgivet . Men i disse dage blev berøringsskærme primært brugt i industrielt og medicinsk udstyr.
I forbrugerenheder (telefoner, PDA'er osv.) kom touchskærme ind som erstatning for et lillebitte tastatur, når enheder med store (fuldt frontpanel) LCD-skærme dukkede op . Første håndholdte spillekonsol med berøringsskærm - game.com i 1997 ; den første enhed, der blev udråbt som den første til at understøtte multitouch , var iPhone i 2007 .
Berøringsskærme bruges i betalingsterminaler , informationskiosker , autohovedenheder og indbyggede computere , handelsautomatiseringsudstyr , PDA'er , mobiltelefoner , spillekonsoller, operatørpaneler i industrien.
I informations- og salgsautomater, betjeningspaneler og andre enheder, der ikke har aktivt input, har touchskærme vist sig at være en meget bekvem måde til interaktion mellem mennesker og maskiner. Fordele:
Disse mangler tillader ikke kun at bruge berøringsskærmen i enheder, som en person arbejder med i timevis. Men i en veldesignet enhed er berøringsskærmen muligvis ikke den eneste indtastningsenhed - for eksempel på en kassemedarbejders arbejdsplads kan berøringsskærmen bruges til hurtigt valg af varer og tastaturet til at indtaste tal.
Der findes mange forskellige typer berøringsskærme, der fungerer efter forskellige fysiske principper [5] [6] [7] .
Den resistive berøringsskærm består af et glaspanel og en fleksibel plastmembran. Både panelet og membranen har en resistiv belægning. Rummet mellem glasset og membranen er fyldt med mikroisolatorer, som er jævnt fordelt over skærmens aktive område og pålideligt isolerer ledende overflader. Når skærmen trykkes ned, lukkes panelet og membranen, og controlleren, ved hjælp af en analog-til-digital konverter , registrerer ændringen i modstand og konverterer den til berøringskoordinater (X og Y). Generelt er læsealgoritmen som følger:
Der er også otte-leder touchskærme. De forbedrer sporingsnøjagtigheden, men forbedrer ikke pålideligheden.
FemtrådsskærmFemtrådsskærmen er mere pålidelig på grund af det faktum, at den resistive belægning på membranen er erstattet af en ledende (5-trådsskærmen fortsætter med at arbejde selv med membranen skåret igennem). Det bagerste glas har en resistiv belægning med fire elektroder i hjørnerne.
I første omgang er alle fire elektroder jordet, og membranen "trækkes op" af en modstand til + 5V. Membranspændingsniveauet overvåges konstant af en analog-til-digital konverter . Når intet rører touchskærmen, er spændingen 5V.
Så snart der trykkes på skærmen, registrerer mikroprocessoren ændringen i membranspændingen og begynder at beregne koordinaterne for berøringen som følger:
Resistive touchskærme er billige og smudsafvisende. Resistive skærme reagerer på berøring med enhver glat, fast genstand: en hånd (bar eller behandsket), en kuglepen, et kreditkort, et valg. De bruges overalt, hvor hærværk og lave temperaturer er udelukket: til automatisering af industrielle processer, i medicin, i servicesektoren ( POS-terminaler ), i personlig elektronik ( PDA ). De bedste prøver giver en nøjagtighed på 4096×4096 pixels.
Ulemperne ved resistive skærme er lav lystransmission (ikke mere end 85 % for 5-leder modeller og endnu lavere for 4-leder modeller), lav holdbarhed (ikke mere end 35 millioner klik på ét punkt) og utilstrækkelig vandalmodstand (filmen) er let at skære).
Designet ligner resistivt, men forenklet til det yderste. Vandrette ledere påføres glasset, lodrette ledere påføres membranen.
Når skærmen berøres, rører lederne. Styringen bestemmer hvilke ledere der er kortsluttede og sender de tilsvarende koordinater til mikroprocessoren.
FunktionerDe har meget lav nøjagtighed. Interface-elementer skal arrangeres specielt under hensyntagen til cellerne i matrixskærmen [8] . Den eneste fordel er enkelhed, billighed og uhøjtidelighed. Typisk forespørges matrixskærme række for række (svarende til knapmatrix ); dette giver dig mulighed for at opsætte multi- touch . Gradvist erstattet af resistive.
En kapacitiv (eller overfladekapacitiv) skærm udnytter det faktum, at et objekt med høj kapacitet leder vekselstrøm [5] [6] .
En kapacitiv berøringsskærm er et glaspanel belagt med et gennemsigtigt resistivt materiale (normalt en legering af indiumoxid og tinoxid ). Elektroder placeret i hjørnerne af skærmen påfører en lille vekselspænding (den samme for alle hjørner) til det ledende lag. Når du berører skærmen med en finger eller en anden ledende genstand, opstår der strømlækage. Samtidig er modstanden på skærmen, jo tættere fingeren er på elektroden, hvilket betyder, at strømstyrken er større. Strømmen i alle fire hjørner registreres af sensorer og sendes til controlleren, som beregner berøringspunktets koordinater.
Tidligere modeller af kapacitive skærme brugte jævnstrøm - dette forenklede designet, men med dårlig brugerkontakt med jorden førte det til fejl.
Kapacitive berøringsskærme er pålidelige, omkring 200 millioner klik (ca. 6 og et halvt års klik med et interval på et sekund), lækker ikke væsker og tolererer ikke-ledende forurening perfekt. Gennemsigtighed på 90 %. En ledende belægning placeret direkte på den ydre overflade er dog stadig sårbar. Derfor er kapacitive skærme meget brugt i maskiner, der kun er installeret i et vejrbeskyttet rum. Reagerer ikke på behandsket hånd.
Det er værd at bemærke, at på grund af forskelle i terminologi er overflade- og projektionskapacitive skærme ofte forvirrede. Ifølge den klassifikation, der bruges i denne artikel, er skærmen, for eksempel iPhone , projiceret-kapacitiv , men ikke overflade-kapacitiv [5] [6] [7] [9] .
Et gitter af elektroder er påført på indersiden af skærmen. Elektroden danner sammen med menneskekroppen en kondensator ; elektronik måler kapacitansen af denne kondensator (tilfører en strømimpuls og måler spændingen).
Den første telefon med en kapacitiv skærm var LG Prada [10] . Samsung har været i stand til at installere følsomme elektroder direkte mellem sub-pixelerne på AMOLED -skærmen, hvilket forenkler designet og øger gennemsigtigheden.
FunktionerGennemsigtigheden af sådanne skærme er op til 90%, temperaturområdet er ekstremt bredt. Meget holdbar (flaskehalsen er den komplekse elektronik, der behandler klikkene). Projektionskapacitive skærme kan bruge glas op til 18 mm tykt [11] , hvilket giver større vandalmodstand. De reagerer ikke på ikke-ledende forurening, ledende undertrykkes let af softwaremetoder. Derfor er projektiv-kapacitive berøringsskærme meget udbredt både i personlig elektronik og i automater, herunder dem, der er installeret på gaden. Mange varianter understøtter multi- touch .
Skærmen er et glaspanel med piezoelektriske transducere (PT'er) placeret i hjørnerne. Langs panelets kanter er reflektorer og modtagesensorer. Controlleren sender et højfrekvent elektrisk signal til hver sonde. PET'en konverterer dette signal til en SAW, der reflekteres fra skærmens kanter. De reflekterede bølger modtages af sensorerne og sendes til sonderne, som omdanner dem til et elektrisk signal, som derefter analyseres af controlleren. Når du rører ved skærmen med fingeren, absorberes en del af energien fra de akustiske bølger. Modtagerne fanger denne ændring, og controlleren beregner berøringspunktets position. Skærmen reagerer på berøring med en genstand, der kan absorbere bølgen (finger, behandsket hånd, porøst gummi).
FunktionerDen største fordel ved skærmen på overfladeakustiske bølger (SAW) er evnen til at spore ikke kun koordinaterne for punktet, men også pressekraften (her snarere evnen til nøjagtigt at bestemme radius eller presseareal) , på grund af det faktum, at graden af absorption af akustiske bølger afhænger af trykket ved punktberøring (skærmen bøjes ikke under trykket af en finger og deformeres ikke, derfor medfører pressekraften ikke kvalitative ændringer i behandling af data om koordinaterne for stødet af controlleren, som kun fikserer det område, der blokerer vejen for akustiske impulser). Denne enhed har en meget høj gennemsigtighed, da lyset fra displayenheden passerer gennem glasset, som ikke indeholder resistive eller ledende belægninger. I nogle tilfælde bruges glas slet ikke til at bekæmpe blænding, og sendere, modtagere og reflektorer er fastgjort direkte til skærmen på displayenheden. På trods af designets kompleksitet er disse skærme ret holdbare. Ifølge for eksempel det amerikanske firma Tyco Electronics og det taiwanske firma GeneralTouch kan de modstå op til 50 millioner berøringer på et tidspunkt, hvilket overstiger ressourcen for en 5-leder resistiv skærm. SAW-skærme bruges hovedsageligt i spilleautomater, i sikre referencesystemer og uddannelsesinstitutioner. Som regel er overfladeaktive skærme opdelt i almindelige - 3 mm tykke og vandalsikre - 6 mm. Sidstnævnte kan tåle at blive slået af en gennemsnitlig mand eller at blive tabt af en 0,5 kg metalkugle fra en højde på 1,3 m (ifølge Elo Touch Systems). Markedet tilbyder muligheder for tilslutning til en computer både via RS232-grænsefladen og via USB-grænsefladen. I øjeblikket er SAW-controllere til touchskærme, der understøtter begge typer forbindelse - combo (data fra Elo Touch Systems) mere populære.
Den største ulempe ved skærmen på SAW er fejl ved tilstedeværelse af vibrationer eller når den udsættes for akustisk støj, samt når skærmen er snavset. Ethvert fremmedlegeme placeret på skærmen (for eksempel tyggegummi) blokerer fuldstændigt for dets funktion. Derudover kræver denne teknologi berøring af en genstand, der nødvendigvis absorberer akustiske bølger - det vil sige, at for eksempel et plastikbankkort ikke er anvendeligt i dette tilfælde.
Nøjagtigheden af disse skærme er højere end matrix, men lavere end traditionelle kapacitive. Til tegning og indtastning af tekst bruges de normalt ikke.
Funktionsprincippet for det infrarøde berøringspanel er enkelt - gitteret, der dannes af vandrette og lodrette infrarøde stråler, afbrydes, når skærmen berøres af en genstand. Controlleren bestemmer, hvor strålen blev afbrudt.
FunktionerInfrarøde touchskærme er bange for forurening og bruges derfor, hvor billedkvaliteten er vigtig, for eksempel i e-læsere . På grund af dens enkelhed og vedligeholdelsesevne er ordningen populær blandt militæret. Ofte er intercom- tastaturer lavet efter dette princip . Denne type skærm bruges i Neonode mobiltelefoner [12] .
Glaspanelet er forsynet med infrarød belysning. Ved "glas-luft"-grænsefladen opnås total intern refleksion , og ved "glas-fremmedobjekt"-grænsefladen spredes lyset. Det er tilbage at fange spredningsbilledet, for dette er der to teknologier:
De giver dig mulighed for at skelne mellem håndpresning og tryk med alle genstande, der er en multi- touch . Store berøringsflader er mulige, op til en tavle .
Brugen af sådanne skærme ligner fuldstændig brugen af projicerede kapacitive berøringsskærme. Reager på skærmforvrængning. Nøjagtigheden af strain gauge-skærme er ikke høj, men de modstår perfekt hærværk, temperaturændringer og en stor mængde fugt. Hovedapplikationen er pengeautomater, billetautomater og andre enheder placeret på gaden [17] .
DST ( Dispersive Signal Technology ) berøringsskærmen registrerer den piezoelektriske effekt i glasset. Du kan trykke på skærmen med din hånd eller en hvilken som helst genstand.
Et karakteristisk træk er den høje reaktionshastighed og evnen til at arbejde under forhold med alvorlig skærmforurening. Fingeren skal dog bevæge sig, systemet bemærker ikke en fast finger.
Induktionsberøringsskærmen er en grafisk tablet med indbygget skærm. Sådanne skærme reagerer kun på en speciel pen.
De bruges, når der kræves en reaktion netop på at trykke med en pen (og ikke med en hånd): avancerede kunsttablets , nogle modeller af tablet-pc'er .
| matr | 4-leder | 5-leder | Yomk | Pr-kapacitet | overfladeaktivt middel | IR mesh | Engros | Tenzo | DST | Induktion | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Funktionalitet | |||||||||||
| behandsket hånd | Ja | Ja | Ja | Ikke | Ikke | Ja | Ja | Ja | Ja | Ja | Ikke |
| fast ledende objekt | Ja | Ja | Ja | Ja | Ja | Ikke | Ja | Ja | Ja | Ja | Ikke |
| solid ikke-ledende genstand | Ja | Ja | Ja | Ikke | Ikke | Ikke | Ja | Ja | Ja | Ja | Ikke |
| Adskiller pen fra hånd | Ikke | Ikke | Ikke | Ikke | Ja | Ikke | Ikke | Ja | Ikke | Ikke | Ikke |
| Tryk flere gange | Ja [Z 1] | Ikke | Ja [Z 1] | Ja [Z 1] | Ja | Ja [Z 1] | Ja [Z 1] | Ja | Ikke | Ikke | Ikke |
| Kraftmåling | Ikke | Ikke | Ikke | Ikke | Ja | Ja | Ikke | Ja | Ja | Ikke | Ja |
| Ultimativ gennemsigtighed, % [Z 2] | 85 | 75 | 85 | 90 | 90 | 100 | 100 | 100 | 95 | 90 | |
| Nøjagtighed [Z 3] | Bund | Højde | Højde | Højde | Højde | onsdag | Bund | onsdag | Bund | Højde | Højde |
| Pålidelighed | |||||||||||
| Levetid, millioner klik | 35 | ti | 35 | 200 | ∞ [Z 4] [18] | halvtreds | ∞ [Z5] | ∞ [Z4] | ??? | ∞ [Z4] | ∞ [Z4] |
| Beskyttelse mod snavs og væsker | Ja | Ja | Ja | Ja| | Ja | Ikke | Ikke | Ja | Ja | Ja | Ja |
| Vandalismemodstand | Ikke | Ikke | Ikke | Ikke | Ja | Ikke | Ikke | Ja | Ja | Ikke | Ikke |
| Ansøgning [Z 6] | begrænset | begrænset | begrænset | Lokaliteter | Udenfor | Lokaliteter | Lokaliteter | Lokaliteter | Udenfor | Lokaliteter | begrænset |