Dotyková obrazovka: pracovní princip, technologie a historie vynálezu

Mnoho lidí, zejména středního a mladého věku, aktivně používá chytré telefony, tablety a další gadgety s inteligentním displejem. Jen málo z nich však přemýšlelo o princip senzorické práce obrazovky a jejich odrůdy. Zkusme to zjistit podrobněji.

Historie vynálezu

Poprvé na světě byl prototyp senzorového zařízení používán Samem Harstem, učitelem z USA. V roce 1970 vyvinul myšlenku čtení dat z velkého počtu páskových zapisovačů. Automatizace uvedeného procesu se stala jakýmsi odrazovým můstkem k vytváření dotykových monitorů známých jako Elotouch. Vývoj skupiny Hearstových kolegů vyšel v roce 1971 a zahrnoval odporovou čtyřvodičovou technologii pro určování dotykových bodů.

Prvním počítačovým senzorem je systém PLATO IV. Vyšla také v USA, v důsledku zvláštního výzkumu týkajícího se počítačové výuky. Skládala se z blokového panelu( 256 kusů), který fungoval na principu použití sítě infračervených toků.

Popis

Dotykový displej je elektronický prvek, který vizualizuje digitální informace prostřednictvím tangenciálního dopadu na povrch monitoru. Různé typy uvedených konstrukcí reagují na několik okamžiků nebo na jeden konkrétní faktor (změna kapacity a odporu, tepelný rozdíl, speciální ukazatel).

Podle principu provozu jsou dotykové obrazovky rozděleny takto:

1. Odporové verze.
2. Maticové modely.
3. Kapacitní možnosti.
4. Povrchové akustické modifikace.
5. Optické senzory a jejich odrůdy.

Zvažte běžné modely zobrazení uvedené kategorie, oblast použití, vlastnosti a výhody.

Princip odporových dotykových obrazovek

Toto je nejjednodušší typ monitoru. Reaguje na transformaci odporové síly v oblasti dotyku konkrétního předmětu a povrchu displeje. Nejběžnější a nejzákladnější technologie zahrnuje do své konstrukce dva hlavní prvky:

1. Panel-substrát vyrobený z polyesteru nebo podobného polymeru, jehož tloušťka nepřesahuje několik desítek molekul. Průhledná část slouží k vedení proudových částic.
2. Světelně vodivá membrána z tenkovrstvého plastu.

Obě vrstvy jsou pokryty speciálním odporovým postřikem. Mezi nimi jsou mikroskopické izolátory ve tvaru koule.

Během provozu se membrána ohýbá v kontaktu se substrátem, čímž se obvod uzavře. Regulátor s analogovým a digitálním převodníkem reaguje na operaci a vypočítává velikost původního a aktuálního odporu a souřadnice kontaktního bodu. Podobná zařízení rychle ukázala své negativní stránky, což vedlo inženýry ke zlepšení designu přidáním pátého drátu.

Použití

Díky nejjednoduššímu principu fungování dotykové obrazovky odporové konfigurace je provozován všude. Konstrukční vlastnosti:

• nízké náklady;
• odolnost vůči vnějším vlivům, s výjimkou teplot pod bodem mrazu;
• dobrá reakce na kontakt s jakýmkoli neostrým vhodným předmětem.

Podobné displeje jsou namontovány na terminálech pro doplňování a převod peněz, bankomatech a dalších zařízeních, která jsou izolována od okolního prostředí. Slabá ochrana monitoru před poškozením je kompenzována přítomností ochranného filmového povlaku.

Princip kapacitních dotykových obrazovek

Tento typ displeje funguje s ohledem na schopnost objektů se zvýšenou kapacitou transformovat na vodiče střídavého proudu. Zařízení je skleněný panel s odporem. Elektrody umístěné v rozích dodávají vodivé vrstvě slabé napětí. Během kontaktu dochází k úniku proudu, pokud má objekt větší elektrickou kapacitu než obrazovka. V rohových částech je proud fixován a informace z indikátorů jsou zpracovávány do regulátoru, který vypočítává oblast dotyku.

První modely používaly stejnosměrný proud. To zjednodušilo konstrukci, ale způsobilo selhání, pokud uživatel neměl kontakt se zemským povrchem. Pokud jde o spolehlivost, uvedená zařízení překračují odporové analogy asi 60krát (navrženo pro 200 milionů kliknutí). Úroveň průhlednosti-0,9, minimální provozní teplota - až -15 °C.

Minus:

• žádná reakce na ruku v rukavici a většina cizích předmětů;
• povlak s vodičem je umístěn v horní vrstvě, což způsobuje vystavení mechanickému namáhání;
• jsou vhodné pro provoz v uzavřených terminálech.

Kapacitní projekční verze

Princip fungování dotykové obrazovky smartphonů některých konfigurací je založen na tomuto typu. Na vnitřní plocha zařízení je aplikováno elektrodovou sítí, která při kontaktu s lidským tělem vytváří kondenzátorovou kapacitu. Po dotyku displeje prstem zpracovávají senzory a mikrokontrolér informace, výpočty jsou odeslány na hlavní procesor.

Zvláštnost:

• tyto konstrukce mají všechny schopnosti kapacitních senzorů;
• mohou být vybaveny filmovým povlakem o tloušťce až 18 milimetrů, což poskytuje další ochranu před mechanickým působením;
• znečištění na těžko přístupných vodivých částech je odstraněno softwarovou metodou.

Uvedené konfigurace jsou namontovány na mnoha osobních zařízeních a terminálech pracujících na ulici pod krytem. Stojí za zmínku, že Apple také upřednostňuje projekční kapacitní monitory.

Maticové modifikace

Jedná se o zjednodušené verze odporové technologie. Membrána je vybavena řadou vertikálních vodičů, substrát-horizontální analogy. Princip práce dotyková obrazovka: když se dotknete, vypočítá se bod, ve kterém došlo ke kontaktu vodičů, přijaté informace se odešlou do procesoru. Ten zase detekuje řídicí signál, po kterém zařízení reaguje daným způsobem, například provede akci přiřazenou konkrétnímu tlačítku.

Zvláštnost:

• vzhledem k omezenému počtu vodičů je pozorován nízký indikátor přesnosti;
• cena je nejnižší ze všech senzorů;
• funkce multitouch je implementována dotazováním displeje podle bodu.

Uvedený model je provozován výhradně ve starších zařízeních, v moderní době se prakticky nepoužívá kvůli vzniku inovativních řešení.

Povrchově akustické signály

Princip fungování dotykové obrazovky telefonů raných modelů byl vybaven podobnou technologií. Displej je skleněný panel, který obsahuje přijímače (dva kusy) a piezoelektrické transformátory umístěné na protilehlých úhlových částech.

Z generátoru je frekvenční elektrický signál přiváděn do převodníků, odkud se řada Pulzů šíří pomocí reflektorů. Vlny jsou zachyceny senzory, vráceny do PEP, kde jsou znovu přeměněny na elektrický proud. Dále informace jde do regulátoru, ve kterém je jeho analýza.

Když se dotknete obrazovky, charakteristiky vlny procházejí změnami s absorpcí části energie na konkrétním místě. Na základě těchto informací se vypočítá bod a síla dotyku. Displeje této kategorie jsou dodávány s filmem o tloušťce 3 nebo 6 milimetrů, což umožňuje bez následků odolat mírnému nárazu rukou.

Nedostatky:

• porucha v podmínkách vibrací a otřesů;
• nestabilita vůči jakémukoli znečištění;
• přítomnost rušení v důsledku akustických signálů určité konfigurace;
• nízká přesnost je činí nevhodnými pro kreslení.

Jiné typy

Zařízení a princip fungování dotykových obrazovek, které se nejčastěji používají, jsou popsány výše. Dále je uveden seznam displejů nepopulárních konfigurací:

1. Optické monitory-podporují funkci multitouch, včetně velkých rozměrů obsluhované plochy.
2. Infračervené modely-pokryté dvojicemi fotodiodových LED, reagují na dotek přes mikrokontrolér.
3. Indukční možnosti-vybavené speciální cívkou a sítí citlivých vodičů, používané na drahých tabletech.

Jak vidíte, existuje několik možností pro dotykové displeje. Volba je vždy na spotřebiteli.