Многие люди, особенно среднего и молодого возраста, активно пользуются смартфонами, планшетами и прочими гаджетами с интеллектуальным дисплеем. Однако мало кто из них задумывался о принципе работы сенсорного экрана и их разновидностях. Попробуем разобраться в этом детальней.
История изобретения
Впервые в мире прототип сенсорного устройства был использован Сэмом Харстом, преподавателем из США. Он в 1970 году разработал идею считывания данных с большого количества ленточных самописцев. Автоматизация указанного процесса и стала своеобразным трамплином к созданию сенсорных мониторов, известных как Elotouch. Разработка группы коллег Херста вышла в свет в 1971 году, включала в себя резистивную четырехпроводную технологию по определению точек прикосновения.
Первым компьютером сенсором считается система PLATO IV. Вышла она также в США, в результате специальных исследований, касающихся компьютеризации обучения. Она состояла из блочной панели (256 штук), функционировала по принципу использования сетки инфракрасных потоков.
Описание
Сенсорный дисплей представляет собой электронный элемент, визуализирующий цифровые сведения посредством касательного воздействия к поверхности монитора. Разные виды указанных конструкций реагируют на несколько моментов или один определенный фактор (изменение емкости и сопротивления, термическую разницу, специальную указку).
По принципу работы сенсорные экраны подразделяют следующим образом:
- Резистивные версии.
- Матричные модели.
- Емкостные варианты.
- Поверхностно-акустические модификации.
- Оптические сенсоры и их разновидности.
Рассмотрим распространенные модели дисплеев указанной категории, область применения, особенности и преимущества.
Принцип работы резистивных сенсорных экранов
Это самый простой тип монитора. Он реагирует на трансформацию силы сопротивления в районе касания определенного предмета и поверхности дисплея. Самая распространенная и элементарная технология включает в свою конструкцию два основных элемента:
- Панель-подложку из полиэстера или похожего полимера, толщина которой не превышает нескольких десятков молекул. Прозрачная деталь служит для проведения токовых частиц.
- Светопроводящую мембрану из тонкослойного пластика.
Оба слоя покрываются специальным резистивным напылением. Между ними находятся микроскопические шарикообразные изоляторы.
В процессе работы мембрана прогибается, соприкасаясь с подложкой, в результате чего цепь замыкается. На операцию реагирует контроллер с аналогово-цифровым преобразователем, высчитывая величину исходного и текущего сопротивления, а также координаты точки контакта. Подобные устройства быстро показали свои отрицательные стороны, в результате чего инженеры улучшили конструкцию посредством добавления пятого провода.
Использование
Благодаря простейшему принципу работы сенсорного экрана резистивной конфигурации, он эксплуатируется повсеместно. Особенности конструкции:
- низкая себестоимость;
- устойчивость к воздействию внешней среды, за исключением отрицательных температур;
- хорошая реакция на соприкосновение с любым неострым подходящим предметом.
Подобные дисплеи монтируются на терминалы пополнения и перевода денег, банкоматы и прочие устройства, которые изолированы от окружающей среды. Слабая защищенность монитора от повреждений компенсируется наличием защитного пленочного покрытия.
Принцип работы емкостных сенсорных экранов
Этот тип дисплеев функционирует с учетом возможности объектов увеличенной емкости трансформироваться в проводники переменного электротока. Устройство представляет собой стеклянную панель с резистивным напылением. Электроды, размещенные по углам, подают слабое напряжение на проводящую прослойку. Во время соприкосновения наблюдается утечка тока, в случае, если объект обладает большей электрической емкостью, чем экран. В угловых частях фиксируется ток, а информация с индикаторов идет на обработку в контроллер, который и вычисляет район касания.
В первых моделях использовался постоянный ток. Это упрощало конструкцию, однако, давало сбои, если пользователь не имел контакта с поверхностью земли. По надежности указанные девайсы превышают резистивные аналоги примерно в 60 раз (рассчитаны на 200 миллионов нажатий). Уровень прозрачности – 0,9, минимальная рабочая температура – до -15 °C.
Минусы:
- отсутствие реакции на руку в перчатке и большинство посторонних предметов;
- покрытие с проводником расположено в верхнем слое, что обуславливает подверженность механическому воздействию;
- они пригодны для эксплуатации в терминалах, находящихся в закрытых помещениях.
Емкостно-проекционные версии
Принцип работы сенсорного экрана смартфонов некоторых конфигураций основан по этому типу. На внутренней поверхности девайса нанесена электродная сетка, которая при соприкосновении с телом человека образует конденсаторную емкость. После касания дисплея пальцем, датчики и микроконтроллер обрабатывают информацию, расчеты отправляют на основной процессор.
Особенности:
- указанные конструкции обладают всеми возможностями емкостных сенсоров;
- они могут оборудоваться пленочным покрытием толщиной до 18 миллиметров, что обеспечивает дополнительную защиту от механического воздействия;
- загрязнения на труднодоступных токопроводящих частях убираются при помощи программного метода.
Монтируются указанные конфигурации на многие персональные устройства и терминалы, работающие на улице под накрытием. Стоит отметить, что Apple также отдает предпочтение проекционно-емкостным мониторам.
Матричные модификации
Это упрощенные версии резистивной технологии. Мембрана оснащается рядом вертикальных проводников, подложка – горизонтальными аналогами. Принцип работы сенсорного экрана: при касании происходит расчет точки, в которой произошел контакт проводников, полученные сведения отправляются в процессор. Тот, в свою очередь, определяет сигнал управления, после чего устройство реагирует заданным образом, например, выполняет действие, закрепленное за конкретной кнопкой.
Особенности:
- из-за ограниченного числа проводников наблюдается невысокий показатель точности;
- цена – самая низкая среди всех сенсоров;
- функция мультитач реализуется за счет опроса дисплея по точкам.
Указанная модель эксплуатируется исключительно в устаревших приборах, практически не используется в современности по причине появления инновационных решений.
Поверхностно-акустические сигналы
Принцип работы сенсорного экрана телефонов ранних моделей оснащался подобной технологией. Дисплей представляет собой стеклянную панель, в которую внедрены приемники (два штуки) и пьезоэлектрические трансформаторы, размещаемые на противоположных угловых частях.
Из генератора частотный электрический сигнал подается на преобразователи, откуда череда импульсов распространяется с помощью отражателей. Волны улавливаются датчиками, возвращаются на ПЭП, где превращаются снова в электрический ток. Далее информация идет на контроллер, в котором происходит ее анализ.
При касании экрана характеристики волны претерпевают изменения с поглощением части энергии в конкретном месте. На основе этих сведений производится расчет точки и силы прикосновения. Дисплеи этой категории выпускаются с пленкой, толщиной 3 или 6 миллиметров, что позволяет без последствий выдерживать несильный удар рукой.
Недостатки:
- нарушение работы в условиях вибрации и тряски;
- неустойчивость к любым загрязнениям;
- наличие помех из-за акустических сигналов определенной конфигурации;
- низкая точность делает их непригодными для рисования.
Прочие виды
Устройство и принцип работы сенсорных экранов, которые используются чаще всего, рассмотрен выше. Далее указан перечень дисплеев непопулярных конфигураций:
- Оптические мониторы – поддерживают функцию мультитач, включая большие размеры обслуживаемой поверхности.
- Инфракрасные модели – покрыты парами фотодиодных светодиодов, реагируют на прикосновение через микроконтроллер.
- Индукционные варианты – оснащаются специальной катушкой и сетью чувствительных проводников, используются на дорогих планшетах.
Как видим, есть несколько вариантов сенсорных дисплеев. Выбор всегда остается за потребителем.
