Dotyková obrazovka je zařízení pro vstup a výstup informací, což je obrazovka , která reaguje na dotyk.
V USA byla dotyková obrazovka vynalezena jako součást výzkumu programovaného učení . Počítačový systém PLATO IV, který se objevil v roce 1972, měl dotykovou obrazovku s mřížkou infračerveného (IR) paprsku sestávající z 16x16 bloků. Ale i tato nízká přesnost umožnila uživateli vybrat odpověď kliknutím na správné místo na obrazovce.
V roce 1971 Samuel Hurst (budoucí zakladatel Elographics , nyní Elo Touch Solutions ) vyvinul elograph - grafický tablet , který fungoval na čtyřvodičovém odporovém principu ( US Patent 3 662 105 ). V roce 1974 se mu také podařilo zprůhlednit elograf, v roce 1977 vyvinul pětidrátovou obrazovku [1] . Ve spolupráci se společností Siemens se společnosti Elographics podařilo vytvořit konvexní dotykový panel, který vyhovuje tehdejším kineskopům . Na světové výstavě v roce 1982 představila společnost Elographics televizi s dotykovou obrazovkou [2] .
V roce 1983 byl uveden na trh počítač HP-150 s IR mřížkovou dotykovou obrazovkou [3] . V té době se však dotykové obrazovky používaly především v průmyslových a lékařských zařízeních.
Do spotřebních zařízení (telefony, PDA atd.) se dotykové obrazovky dostaly jako náhrada za malou klávesnici, když se objevila zařízení s velkými (celý přední panel) LCD obrazovkami . První kapesní herní konzole s dotykovou obrazovkou - game.com v roce 1997 ; prvním zařízením propagovaným jako první s podporou multitouch byl iPhone v roce 2007 .
Dotykové obrazovky se používají v platebních terminálech , informačních kioscích , automobilových hlavových jednotkách a palubních počítačích , zařízeních pro automatizaci obchodu , PDA , mobilních telefonech , herních konzolích, operátorských panelech v průmyslu.
V informačních a prodejních automatech, operátorských panelech a dalších zařízeních, která nemají aktivní vstup, se dotykové obrazovky ukázaly jako velmi pohodlný způsob interakce člověk-stroj. výhody:
Tyto nedostatky neumožňují používat pouze dotykový displej v zařízeních, se kterými člověk hodiny pracuje. V dobře navrženém zařízení však nemusí být dotykový displej jediným vstupním zařízením - například na pracovišti pokladního lze dotykový displej využít pro rychlý výběr zboží a klávesnici pro zadávání čísel.
Existuje mnoho různých typů dotykových obrazovek, které fungují na různých fyzikálních principech [5] [6] [7] .
Odporový dotykový displej se skládá ze skleněného panelu a pružné plastové membrány. Panel i membrána mají odporovou vrstvu. Prostor mezi sklem a membránou je vyplněn mikroizolátory, které jsou rovnoměrně rozmístěny po aktivní ploše obrazovky a spolehlivě izolují vodivé povrchy. Po stisknutí obrazovky se panel a membrána uzavřou a ovladač pomocí analogově-digitálního převodníku zaznamená změnu odporu a převede ji na dotykové souřadnice (X a Y). Obecně platí, že algoritmus čtení je následující:
Nechybí ani osmidrátové dotykové obrazovky. Zlepšují přesnost sledování, ale nezlepšují spolehlivost.
Pětivodičová obrazovkaPětivodičové stínění je spolehlivější díky tomu, že odporový povlak na membráně je nahrazen vodivým (5drátové stínění funguje i při proříznutí membrány). Zadní sklo má odporovou vrstvu se čtyřmi elektrodami v rozích.
Zpočátku jsou všechny čtyři elektrody uzemněny a membrána je „vytažena“ odporem na + 5V. Úroveň membránového napětí je neustále monitorována analogově-digitálním převodníkem . Když se dotykové obrazovky nic nedotýká, napětí je 5V.
Jakmile je obrazovka stisknuta, mikroprocesor detekuje změnu napětí membrány a začne vypočítat souřadnice dotyku následovně:
Odporové dotykové obrazovky jsou levné a odolné vůči nečistotám. Odporové obrazovky reagují na dotyk s jakýmkoli hladkým pevným předmětem: rukou (holou nebo v rukavici), perem, kreditní kartou, trsátkem. Používají se všude tam, kde je vyloučen vandalismus a nízké teploty: pro automatizaci průmyslových procesů, v lékařství, v sektoru služeb ( POS terminály ), v osobní elektronice ( PDA ). Nejlepší vzorky poskytují přesnost 4096×4096 pixelů.
Nevýhodou odporových obrazovek je nízká propustnost světla (ne více než 85 % u 5-vodičových modelů a ještě nižší u 4-vodičových modelů), nízká životnost (ne více než 35 milionů kliknutí v jednom bodě) a nedostatečná odolnost proti vandalům (fólie snadno se řeže).
Konstrukce je podobná rezistivnímu, ale na hranici možností zjednodušená. Horizontální vodiče jsou aplikovány na sklo, vertikální vodiče jsou aplikovány na membránu.
Když se dotknete obrazovky, dotknou se vodiče. Ovladač určí, které vodiče jsou zkratovány, a odešle mikroprocesoru odpovídající souřadnice.
FunkceMají velmi nízkou přesnost. Prvky rozhraní musí být speciálně uspořádány s ohledem na buňky maticové obrazovky [8] . Jedinou výhodou je jednoduchost, levnost a nenáročnost. Typicky jsou maticové obrazovky dotazovány řádek po řádku (podobně jako tlačítková matice ); to vám umožní nastavit vícedotykové ovládání . Postupně nahrazovány odporovými.
Kapacitní (nebo povrchově kapacitní) stínění využívá skutečnosti, že vysokokapacitní objekt vede střídavý proud [5] [6] .
Kapacitní dotyková obrazovka je skleněný panel potažený průhledným odporovým materiálem (obvykle slitina oxidu india a oxidu cínu ). Elektrody umístěné v rozích obrazovky přivádějí na vodivou vrstvu malé střídavé napětí (stejné pro všechny rohy). Při dotyku obrazovky prstem nebo jiným vodivým předmětem dochází k úniku proudu. Zároveň platí, že čím blíže je prst k elektrodě, tím nižší je odpor obrazovky, což znamená, že síla proudu je větší. Proud ve všech čtyřech rozích je zaznamenáván senzory a přenášen do ovladače, který vypočítává souřadnice bodu dotyku.
Dřívější modely kapacitních obrazovek používaly stejnosměrný proud – to zjednodušilo konstrukci, ale při špatném kontaktu uživatele se zemí to vedlo k poruchám.
Kapacitní dotykové displeje jsou spolehlivé, cca 200 milionů kliknutí (cca 6 a půl roku kliknutí s intervalem jedné vteřiny), nevytékají kapaliny a perfektně snášejí nevodivé znečištění. Transparentnost na 90%. Vodivý povlak umístěný přímo na vnějším povrchu je však stále zranitelný. Proto jsou kapacitní stínění široce používáno ve strojích, které jsou instalovány pouze v místnosti chráněné před povětrnostními vlivy. Nereaguje na ruku v rukavici.
Stojí za zmínku, že kvůli rozdílům v terminologii jsou povrchové a projekční kapacitní obrazovky často zaměňovány. Podle klasifikace použité v tomto článku je obrazovka, například iPhone , promítací kapacitní , ale nikoli povrchová [5] [6] [7] [9] .
Na vnitřní straně obrazovky je nanesena mřížka elektrod. Elektroda spolu s lidským tělem tvoří kondenzátor ; elektronika měří kapacitu tohoto kondenzátoru (aplikuje proudový impuls a měří napětí).
První telefon s kapacitní obrazovkou byl LG Prada [10] . Samsungu se podařilo nainstalovat citlivé elektrody přímo mezi subpixely obrazovky AMOLED , což zjednodušuje design a zvyšuje průhlednost.
FunkcePrůhlednost takových obrazovek je až 90 %, teplotní rozsah je extrémně široký. Velmi odolný (úzké místo je složitá elektronika, která zpracovává kliknutí). Projekční kapacitní plátna mohou používat sklo o tloušťce až 18 mm [11] , které poskytuje větší odolnost proti vandalům. Nereagují na nevodivé znečištění, vodivé se snadno potlačí softwarovými metodami. Projektivní kapacitní dotykové obrazovky se proto hojně používají jak v osobní elektronice, tak v automatech, včetně těch instalovaných na ulici. Mnoho odrůd podporuje multi- touch .
Obrazovka je skleněný panel s piezoelektrickými měniči (PT) umístěnými v rozích. Po okrajích panelu jsou reflektory a přijímací senzory. Regulátor vysílá vysokofrekvenční elektrický signál do každé sondy. PET převádí tento signál na SAW odražený od okrajů obrazovky. Odražené vlny jsou přijímány senzory a posílány do sond, které je převádějí na elektrický signál, který je následně analyzován regulátorem. Když se dotknete obrazovky prstem, část energie akustických vln se pohltí. Přijímače tuto změnu zachytí a ovladač vypočítá polohu bodu dotyku. Obrazovka reaguje na dotyk předmětu, který může absorbovat vlnu (prst, ruka v rukavici, porézní guma).
FunkceHlavní výhodou obrazovky na povrchových akustických vlnách (SAW) je schopnost sledovat nejen souřadnice bodu, ale také lisovací sílu (zde spíše schopnost přesně určit poloměr nebo oblast lisování) vzhledem k tomu, že stupeň absorpce akustických vln závisí na tlaku v místě dotyku (obrazovka se pod tlakem prstu neprohýbá a nedeformuje, takže síla stlačení nezpůsobuje kvalitativní změny zpracování údajů o souřadnicích dopadu regulátorem, který zafixuje pouze oblast blokující dráhu akustických impulsů). Toto zařízení má velmi vysokou průhlednost, protože světlo ze zobrazovacího zařízení prochází sklem, které neobsahuje odporové ani vodivé povlaky. V některých případech se sklo k boji proti oslnění vůbec nepoužívá a emitory, přijímače a reflektory jsou připevněny přímo k obrazovce zobrazovacího zařízení. Navzdory složitosti designu jsou tyto obrazovky poměrně odolné. Podle například americké společnosti Tyco Electronics a tchajwanské společnosti GeneralTouch vydrží až 50 milionů dotyků v jednom bodě, což převyšuje zdroje 5vodičové odporové obrazovky. SAW obrazovky se používají především ve výherních automatech, v zabezpečených referenčních systémech a vzdělávacích institucích. Síta povrchově aktivních látek se zpravidla dělí na běžné - 3 mm silné a odolné proti vandalům - 6 mm. Ten vydrží údery průměrného muže pěstí nebo pád 0,5 kg kovové koule z výšky 1,3 m (podle Elo Touch Systems). Trh nabízí možnosti připojení k počítači jak přes rozhraní RS232, tak přes rozhraní USB. V současnosti jsou oblíbenější ovladače SAW pro dotykové obrazovky, které podporují oba typy připojení – combo (data od Elo Touch Systems).
Hlavní nevýhodou obrazovky na SAW jsou poruchy v přítomnosti vibrací nebo při vystavení akustickému hluku, stejně jako při znečištění obrazovky. Jakýkoli cizí předmět umístěný na obrazovce (například žvýkačka) zcela blokuje její činnost. Tato technologie navíc vyžaduje dotýkání se předmětu, který nutně pohlcuje akustické vlny – to znamená, že například plastová bankovní karta není v tomto případě použitelná.
Přesnost těchto obrazovek je vyšší než u maticových, ale nižší než u tradičních kapacitních. Pro kreslení a zadávání textu se většinou nepoužívají.
Princip fungování infračerveného dotykového panelu je jednoduchý - mřížka tvořená horizontálními a vertikálními infračervenými paprsky je přerušena při dotyku monitoru jakýmkoliv předmětem. Ovladač určí, kde byl paprsek přerušen.
FunkceInfračervené dotykové obrazovky se obávají kontaminace, a proto se používají tam, kde je důležitá kvalita obrazu, například u elektronických čteček . Díky své jednoduchosti a udržovatelnosti je schéma oblíbené u armády. Na tomto principu se často vyrábějí klávesnice pro interkomy . Tento typ obrazovky se používá v mobilních telefonech Neonode [12] .
Skleněný panel je dodáván s infračerveným přísvitem. Na rozhraní „sklo-vzduch“ je dosaženo úplného vnitřního odrazu a na rozhraní „sklo-cizí objekt“ je světlo rozptýleno. Zbývá zachytit obraz rozptylu, k tomu existují dvě technologie:
Umožňují rozlišovat mezi ručním lisováním a lisováním libovolnými předměty, je zde vícedotykový . Jsou možné velké dotykové plochy, až po tabuli .
Použití takových obrazovek je zcela podobné použití promítaných kapacitních dotykových obrazovek. Reagovat na zkreslení obrazovky. Přesnost tenzometrických obrazovek není vysoká, ale perfektně odolávají vandalismu, změnám teplot a velkému množství vlhkosti. Hlavní aplikací jsou bankomaty, automaty na jízdenky a další zařízení umístěná na ulici [17] .
Dotykový displej DST ( Dispersive Signal Technology ) registruje piezoelektrický efekt ve skle. Obrazovku můžete stisknout rukou nebo jakýmkoliv předmětem.
Charakteristickým rysem je vysoká reakční rychlost a schopnost pracovat v podmínkách silného znečištění obrazovky. Prst se však musí hýbat, systém si nevšimne pevného prstu.
Indukční dotyková obrazovka je grafický tablet s vestavěnou obrazovkou. Takové obrazovky reagují pouze na speciální pero.
Používají se, když je potřeba přesně reagovat na stisknutí perem (a ne rukou): špičkové umělecké tablety , některé modely tabletových počítačů .
| matr | 4-drát | 5-drát | Yomk | Pr-kapacita | povrchově aktivní látka | IR síťovina | Velkoobchod | Tenzo | DST | Indukce | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Funkčnost | |||||||||||
| ruka v rukavici | Ano | Ano | Ano | Ne | Ne | Ano | Ano | Ano | Ano | Ano | Ne |
| pevný vodivý předmět | Ano | Ano | Ano | Ano | Ano | Ne | Ano | Ano | Ano | Ano | Ne |
| pevný nevodivý předmět | Ano | Ano | Ano | Ne | Ne | Ne | Ano | Ano | Ano | Ano | Ne |
| Rozlišuje pero od ruky | Ne | Ne | Ne | Ne | Ano | Ne | Ne | Ano | Ne | Ne | Ne |
| Vícenásobné klepnutí | Ano [Z 1] | Ne | Ano [Z 1] | Ano [Z 1] | Ano | Ano [Z 1] | Ano [Z 1] | Ano | Ne | Ne | Ne |
| Měření síly | Ne | Ne | Ne | Ne | Ano | Ano | Ne | Ano | Ano | Ne | Ano |
| Maximální průhlednost, % [Z 2] | 85 | 75 | 85 | 90 | 90 | 100 | 100 | 100 | 95 | 90 | |
| Přesnost [Z 3] | Dno | Výška | Výška | Výška | Výška | středa | Dno | středa | Dno | Výška | Výška |
| Spolehlivost | |||||||||||
| Životnost, miliony kliknutí | 35 | deset | 35 | 200 | ∞ [Z 4] [18] | padesáti | ∞ [Z5] | ∞ [Z4] | ??? | ∞ [Z4] | ∞ [Z4] |
| Ochrana proti nečistotám a tekutinám | Ano | Ano | Ano | Ano| | Ano | Ne | Ne | Ano | Ano | Ano | Ano |
| Odolnost proti vandalismu | Ne | Ne | Ne | Ne | Ano | Ne | Ne | Ano | Ano | Ne | Ne |
| Aplikace [Z 6] | omezený | omezený | omezený | Prostory | Venku | Prostory | Prostory | Prostory | Venku | Prostory | omezený |