mYYlywjooy

3. СЕНСОРНЫЕ ЭКРАНЫ

Под сенсорным экраном, в не зависимости от используемой технологии, понимается некоторая поверхность (экран), которая некоторым, заранее определенным образом реагирует на нажатие или прикосновение к нему.

3.1. История создания сенсорных экранов

Первая реализация сенсорного экрана (touch screen) была осуществлена еще в 1970 году. Первый сенсорный экран был очень несовершенным

ивыполнен на основе резистивной технологии. [19]

В1983 году фирма HP выпустила первый персональный компьютер с сенсорным экраном, на основе сетки инфракрасных лучей.

Вмобильных телефонах технология touch screen была впервые применена в 1998 году в телефонах, выпускаемых под французским брендом

Alcatel.

Первая реализация резистивного сенсорного экрана, приближающегося по своим характеристикам к современным, была представлена компанией HTC в 2002 году.

Однако, наибольшую популярность среди широких масс пользователей сенсорный экран приобрел благодаря известной марке смартфонов, выпускаемых американской компании Apple. Внедрение же технологии множественного касания (Multi-touch) еще больше укрепило позиции сенсорных экранов на рынке мобильных устройств. [21]

3.2. Области применения сенсорных экранов

Сенсорные экраны в настоящее время активно используются в самых разных областях, где необходимо обеспечить интерактивное взаимодействие с человеком. Ниже приведены несколько распространенных областей применения сенсорных экранов.

3.2.1. Демонстрация информационных материалов в общественных местах

В этой области применения сенсорный экран позволяет устранить или существенно снизить барьеры, возникающие при взаимодействии человека и вычислительной системы. Это особенно важно, если у взаимодействующих с системой пользователей отсутствуют базовые знания в этой области и опыт подобного взаимодействия.

Считается, что с помощью сенсорных экранов можно реализовать более простой и дружественный к неопытному пользователю визуальный интерфейс, что особенно важно для эффективной демонстрации информа-

61

ционных материалов в общественных местах при большом скоплении людей.

3.2.2. Использование в розничной торговле и ресторанном бизнесе

Сенсорные экраны давно и с большим успехом применяются в таких областях, как розничная торговля и ресторанный бизнес. Крупнейшие мировые сети быстрого питания используют терминалы с сенсорным экраном для быстрого заказа еды посетителями.

Таким образом удается получить еще и дополнительный экономический эффект, экономя на заработной плате сотрудников ресторанов быстрого питания или продавцов розничных магазинов.

3.2.3.Самообслуживание клиента

Всегодняшнем быстро движущемся мире, ожидание в очередях - одна из серьезных проблем. Терминалы самообслуживания с сенсорными экранами могут использоваться, чтобы улучшить обслуживание клиента в магазинах, ресторанах быстрого обслуживания, центрах транспортировки и т.д.

Клиенты могут самостоятельно размещать свои заказы или регистрироваться, экономя при этом как свое собственное время, так и уменьшая время ожидания других клиентов. Банкомат и терминалы электронного заказа авиабилетов - один из примеров терминалов самообслуживания, которые используют сенсорный экран.

3.2.4.Управление и системы автоматизации

Сенсорный экран представляет собой симбиоз устройства отображения и устройства ввода информации. Такой набор функций может быть весьма полезен в области автоматизации различных процессов – от управления производственными процессами, до управления системами типа «умный дом».

Большое количество предложений в этой области служит косвенным подтверждением высокой эффективности применения сенсорных экранов в данных областях.

3.2.5.Использование в обучении

Всилу эволюционных особенностей развития человека, работа с сенсорным экраном часто может восприниматься как более естественная деятельность, чем работа с «искуственными» устройствами ввода типа клавиатуры и компьютерной мыши.

Применение принципа большей естественности в интерфейсе позволяет облегчить процесс обучения, получения новых знаний и овладения новыми навыками.

62

3.2.6. Как вспомогательная технология

Сенсорный экран может быть полезен для отдельных категорий людей, испытывающих трудности при работе с традиционными средствами ввода и вывода информации в вычислительных системах. Например, это могут быть ограничения, связанные со здоровьем пользователя. В некоторых случаях, применение сенсорных экранов такими пользователями позволяет снять барьеры взаимодействия с вычислительными системами.

3.2.7.Другие области применения

Внастоящее время существуют сотни различных применений сенсорных экранов в различных областях – от развлечений, до научных исследований. При этом количество этих применений постоянно растет. В частности, сенсорные экраны применяются людьми искусства в качестве инструментов для творчества, музыкальных инструментов и так далее.

3.3.Типы сенсорных экранов

Внастоящее время известно несколько типов сенсорных экранов. Каждый из них работают на собственных физических принципах, и обладает своими достоинствами и недостатками. Выделим основные конструкции:

1.Инфракрасные touch screen дисплеи;

2.Ёмкостные touch screen дисплеи;

3.Резистивные touch screen дисплеи;

4.Дисплеи touch screen на поверхностно-акустических волнах;

5.Матричные touch screen дисплеи;

6.Проекционно-ёмкостные touch screen дисплеи.

3.3.1. Резистивные touch screen дисплеи

Существует несколько вариантов реализации резистивных сенсорных экранов. Первый вариант, который мы рассмотрим, это вариант четерыхпроводной реализации.

Принцип работы этого метода основан на замыкании контактов при нажатии на экран. Экран состоит из двух слоев, с резистивным покрытием (пластик и стекло). Координаты нажатия на экран определяются по изменению значения сопротивления в точке контакта. В различных реализациях количество проводов можно увеличивать, что даст прирост в точности, но, может привести к снижению надежности устройства. [19]

Существует также модификация резистивных touch screen дисплеев, где вместо резистивного используют токопроводящее покрытие (пятипроводная реализация). Такие экраны устойчивы к повреждению мембраны с проводящим покрытием. [20]

63

Схематичное изображение внутреннего устройства резистивного сенсорного экрана представлено на Рис. 34.

Рисунок 34. Схематичное изображение внутреннего устройства резистивного сенсорного экрана

Схематичное изображение принципа работы резистивного сенсорного экрана представлено на Рис. 35.

Рисунок 35. Схематичное изображение принципа работы резистивного сенсорного экрана (1 - стеклянная панель; 2 - резистивное покрытие; 3 – микроизоляторы; 4 - пленка с проводящим покрытием)

64

Основными достоинствами резистивных touch screen дисплеев являются устойчивость к загрязнениям и низкая цена. За счет этого, они часто используются в устройствах, предназначенных для размещения на открытом воздухе, в различных терминалах и т.д. [22]

К недостаткам резистивных touch screen дисплеев можно отнести низкую устойчивость экранов к повреждениям, и большой процент поглощения света, что приводит к необходимости использования более мощных и дорогих систем подсветки.

3.3.2. Матричные сенсорные дисплеи

Внутренне устройство матричных сенсорных экранов похоже на конструкцию резистивных экранов, хотя она и была упрощена. Принцип работы матричного сенсорного экрана основан на замыкании вертикальных и горизонтальных проводников, при нажатии на экран. Схематичное изображение принципа работы матричного сенсорного экрана представлено на Рис. 36.

Рисунок 36. Схематичное изображение принципа работы матричного сенсорного экрана

При достаточно сильном нажатии, проводники, расположенные на стекле и мембране, замыкаются. Таким образом, можно довольно легко определить конкретное место воздействия на экран.

Минусы таких экранов прямо вытекают из применяемой технологии. Главный из них, это низкая точность позиционирования нажатия. Однако, такие экраны довольно просто реализовать, они неприхотливы и, как правило, не дороги в производстве и обслуживании. Постепенно, на смену экранам, выполненным по технологии матрицы сенсоров, приходят экраны резистивные, как более совершенные и доступные по цене.

65

3.3.3.Ёмкостные touch screen дисплеи

Воснове технологии реализации поверхностно-ёмкостных или ёмкостных touch screen дисплеев лежит принцип изменения ёмкости в точке контакта с экраном. В качестве материалов для изготовления таких экранов часто выбирают стекло с резистивным покрытием. Чтобы экран реагировал на прикосновение, необходимо, чтобы контактирующий предмет проводил ток и имел довольно большую собственную ёмкость.

Обычно, сенсорные экраны, выполненные по ёмкостной технологи, обладают высокой надежностью, могут выдерживать до двухсот миллионов нажатий отлично переносят токонепроводящие загрязнения и контакт с жидкостью. Прозрачность таких экранов обычно составляет примерно 90 процентов.

Схематичное изображение принципа работы ёмкостного сенсорного экрана представлено на Рис. 37.

К недостаткам технологии можно отнести уязвимость токопроводящего слоя, из-за чего его необходимо покрывать защитным слоем, либо размещать в защищенных местах. Также к недостаткам или особенностям можно отнести то, что такие экраны, например, не будут реагировать на прикосновение к ним в перчатках.

Рисунок 37. Схематичное изображение принципа работы ёмкостного сенсорного экрана

3.3.4. Проекционно-ёмкостные touch screen дисплеи

Проекционно-емкостные экраны, в отличие от рассмотренных ранее, способны поддерживать режим множественного касания (Multi-touch). Общая схема их работы схожа со схемой работы ёмкостных touch screen дисплеев. В месте нажатия на экран, за счет пересечения проводящих элементов, возникает конденсатор. От обработчика нажатий зависит, как именно реализован режим множественного касания, то есть сколько касаний могут быть обработаны одновременно. Схематичное изображение

66

принципа работы проекционно-ёмкостного экрана представлено на Рис. 38.

Кнедостаткам технологии можно отнести довольно сложное про- граммно-аппаратное обеспечение, необходимое для эффективной работы таких дисплеев.

Кдостоинствам данной технологии можно отнести возможность реализации таких экранов в вандалоустойчивом исполнении, низкую чувствительность к загрязнениям экрана, которые проводят ток, нечувствительность к загрязнениям экрана, которые ток не проводят, высокую прозрачность экрана и широкий диапазон рабочих температур.

Рисунок 38. Схематичное изображение принципа работы проекционно-ёмкостного сенсорного экрана

Это явилось одной из главных причин широкого применения проек- ционно-ёмкостных сенсорных экранов в различных областях, в том числе и в исполнении, предусматривающем использование на открытом воздухе. Используемая технология позволяет реализовать принцип множественного касания.

3.3.5. Сенсорные экраны, реализованные с использование эффекта поверхностных акустических волн

Данный тип экранов всегда выполняется в виде стеклянной панели, в которую встроены пьезоэлектрические преобразователи, расположенные по разным углам. По периметру также находятся отражающие, приемные датчики.

Контроллер отвечает за формирование сигналов высокой частоты. После этого сигналы посылаются на пьезоэлектрические преобразователи, которые могут преобразовывать поступившие сигналы в акустические колебания, отражающиеся впоследствии от отражающих датчиков. Затем волны могут улавливаться приемниками, повторно посылаться на пьезоэлектрические преобразователи, после чего превращаются в электрический

67

сигнал. При касании дисплея часть энергии волны поглощается. Таким образом, определяются координаты касания. Такой подход позволяет определять также область и силу нажатия на дисплей.

Схематичное изображение принципа работы сенсорного экрана, реализованного с использованием эффекта поверхностных акустических волн, представлено на Рис. 39.

Рисунок 39. Схематичное изображение принципа работы сенсорного экрана, реализованного с использованием эффекта

поверхностных акустических волн

К достоинствам таких дисплеев относятся долговечность, высокая прозрачность и относительно высокая точность.

Среди недостатков можно отметить сложность конструкции, чувствительность к загрязнениям, вибрациям, акустическому воздействию и материалу предмета, которым осуществляется нажатие (материал должен быть способен поглощать акустические волны).

3.3.6. Сенсорные экраны на инфракрасных лучах

Основной принцип работы подобных экранов является относительно простым. Он в какой-то степени похож на матричный принцип работы. В данном случае проводники заменяют специальными инфракрасными лучами.

68

Вокруг данного экрана проходит рамка, в которой есть встроенные излучатели, а также приемники. Если нажать на экран, то некоторые инфракрасные лучи, невидимые глазу будут перекрываться, и не смогут достигнуть пункта назначения - приемника. Таким образом, контроллер вычисляет место контакта.

Такие сенсорные экраны хорошо могут пропускать свет, они долговечны, поскольку чувствительного покрытия нет, и механического касания не происходит вообще.

Однако такие дисплеи в настоящий момент не отвечают высоким требования по точности позиционирования. Из-за особенностей технологии сенсорные экраны на инфракрасных лучах очень сильно чувствительны к загрязнениям.

Схематичное изображение принципа работы инфракрасного сенсорного экрана представлено на Рис. 40.

Рисунок 40. Схематичное изображение принципа работы инфракрасного сенсорного экрана (1 – сенсоры; 2 - отражатели звука; 3 - транзисторыисточники звука; 4 - процессор, определяющий координаты)

69

3.3.7. Основные сравнительные характеристики сенсорных экранов

Как видно из вышесказанного, свойства и возможности сенсорных экранов сильно отличаются в зависимости от выбранной в процессе реализации технологии. Ниже (в таблице 2) приводятся основные сравнительные характеристики различных типов сенсорных экранов.

Вопросы для самопроверки

1.Охарактеризуйте основные этапы в истории развития сенсорных экранов.

2.Перечислите основные области применения сенсорных экранов.

3.Перечислите основные преимущества, которые дает применение сенсорных экранов в этих областях.

4.Назовите основные типы сенсорных экранов и их отличительные характеристики.

70