Сегодня сенсорные экраны широко применяются в мобильных электронных устройствах. Изначально тачскрин использовался в конструкции карманных персональных компьютеров, теперь он в основном применяется в коммуникаторах, мобильных телефонах, плеерах и даже фото- и видеокамерах. Однако механизм управления пальцем через кнопки на экране оказался таким удобным, что он используется почти во всех платежных терминалах, многих современных банкоматах, электронных справочных и других устройствах.
Стоит отметить и ноутбуки, в конструкции которых имеется поворотный сенсорный дисплей, что обеспечивает мобильный компьютер не только более широкой функциональностью, но и большей гибкостью в управлении на улице и на весу.
Увы, пока похожих моделей ноутбуков, называемых еще «трансформерами», не так много, но они есть.
В общем, технологию сенсорного экрана можно назвать наиболее удобной в том случае, когда нужен мгновенный доступ к управлению устройством без особой подготовки и с отличной интерактивностью: элементы управления сменяют друг друга в зависимости от активируемой функции.
Всего на сегодня существует несколько типов сенсорных панелей. Конечно, каждая из них имеет свои достоинства и недостатки. Итак, основные четыре конструкции:
Резистивные
Ёмкостные
Проекционно-ёмкостные
С определением поверхностно-акустических волн
Кроме указанных выше экранов, существуют матричные и инфракрасные экраны, но из-за их невысокой точности их область применения сильно ограничена.
Резистивные
Резистивные сенсорные панели являются самыми простыми устройствами. Такая панель состоит из проводящей подложки и пластиковой мембраны, имеющих определенное сопротивление. При нажатии на мембрану возникает её замыкание с подложкой, а управляющая электроника определяет появляющееся при этом сопротивление между краями подложки и мембраны, вычисляя координаты точки нажатия.
Преимущество резистивного экрана заключается в его дешевизне и простоте устройства. Также они обладают хорошей устойчивостью к загрязнениям. Главным достоинством резистивной панели является чувствительность к любым прикосновениям, как рукой (в том числе в перчатках), так и стилусом и любым другим твердым тупым предметом. Но есть и серьезные недостатки: резистивные экраны чувствительны к механическим повреждениям, их легко поцарапать, и для защиты от этого нужно использовать специальную пленку. Резистивные панели не очень хорошо работают и при низких температурах, а также имеют невысокую прозрачность – пропускают менее 85% светового потока дисплея.
Резистивные сенсорные панели применяются в КПК, коммуникаторах, сотовых телефонах, POS-терминалах, а также в промышленности (устройства управления) и медицинском оборудовании.
Ёмкостные
Технология ёмкостного сенсорного экрана базируется на том принципе, что предмет большой ёмкости (в этом случае человек) обладает способностью проводить электрический ток. Действие ёмкостной технологии состоит в нанесении на стекло электропроводного слоя, при этом на все четыре угла экрана подается слабый переменный ток. Если дотронутся до экрана заземленным предметом большой емкости (пальцем), то произойдет утечка тока. Чем ближе точка касания к электродам в углах экрана, тем больше сила тока утечки, которая и регистрируется управляющей электроникой, определяющей координаты точки касания.
Ёмкостные дисплеи очень надежны и долговечны, они рассчитаны на сотни миллионов нажатий, хорошо противостоят загрязнениям, но только тем, которые не проводят электрический ток. По сравнению с резистивными экранами, они более прозрачны. Однако есть все же и недостатки: возможность повреждения электропроводного покрытия и нечувствительность к прикосновениям непроводящими предметами (руками в перчатках).
Ёмкостные экраны применяются в охраняемых помещениях, информационных киосках и некоторых банкоматах.
Проекционно-ёмкостные
Проекционно-ёмкостные экраны используют измерение ёмкости конденсатора, образующегося между телом человека и прозрачным электродом на поверхности стекла, которое является в этом случае диэлектриком. Из-за того, что электроды расположены на внутренней поверхности экрана, экран очень устойчив к механическим повреждениям. Учитывая возможность применения толстого стекла, проекционно-ёмкостные экраны можно использовать в общественных местах и на улице без каких-либо ограничений, и более того, этот тип экрана распознает нажатие пальцем в перчатке.
Данные экраны довольно чувствительны и различают нажатия пальцем и проводящим пером, а некоторые модели способны распознавать несколько нажатий (мультитач). Достоинства проекционно-ёмкостного экрана: высокая прозрачность, долговечность, нечувствительность к большинству загрязнений. Недостатками такого экрана является не очень высокая точность и сложность электроники, вычисляющей координаты нажатия.
Проекционно-ёмкостные экраны применяются в электронных киосках на улицах, платежных терминалах, банкоматах, тачпадах ноутбуков и в iPhone.
С определением поверхностно-акустических волн
Принцип работы сенсорной панели с определением поверхностно-акустических волн состоит в наличии ультразвуковых колебаний в толще экрана. При прикосновении к вибрирующему стеклу, волны поглощаются, а точка прикосновения определяется датчиками экрана. Плюсами этих экранов является высокая надежность и распознавание нажатия (в отличие от ёмкостных экранов). Минусы – это слабая защищенность от окружающей среды, поэтому экраны с поверхностно-акустическими волнами нельзя использовать на улице, а еще такие экраны боятся любых загрязнений, мешающих их работе. Применяются редко.
Редкие типы сенсорных экранов
Оптические экраны. Стекло подсвечивается инфракрасным светом, и в результате прикосновения к нему происходит рассеивание света, которое регистрируется датчиком.
Индукционные экраны. Внутри экрана находится катушка и сетка чувствительных проводов, отвечающих на нажатия активным пером, питающимся от электромагнитного резонанса. Такие экраны реагируют на прикосновения только специальным пером. Применяются в дорогих графических планшетах.
Тензометрические экраны. Реагируют на деформацию экрана, имеют низкую точность, зато они очень прочные.
Сетка инфракрасных лучей. Это одна из самых первых технологий для распознавания прикосновений к экрану. Сетка состоит из большого количества светоизлучателей и приемников, находящихся по сторонам экрана. Реагирует на блокировку лучей предметами и таким образом определяет координаты нажатия.
Мультитач (Multi-touch)
Мультитач, о котором так много говорят, не является типом сенсорного экрана. Технология множественного нажатия – что является свободным переводом словосочетания multi-touch – это дополнительная опция к сенсорному экрану (обычно выполненному по проекционно-ёмкостной технологии), позволяющая экрану распознавать несколько точек нажатия. В итоге мультитач-экран может распознавать жесты. Вот только некоторые из них:
Сдвигаем два пальца вместе – уменьшение изображения или текста
Раздвигаем два пальца в стороны – увеличение изображения
Движение несколькими пальцами одновременно – прокрутка текста или страницы в браузере
Вращение двумя пальцами – поворот изображения
Преимущества и недостатки сенсорных экранов
В портативных устройствах сенсорные экраны стали использоваться давно. На это есть несколько причин:
Возможность делать небольшое количество кнопок управления
Несложный графический интерфейс
Легкость в управлении
Оперативность доступа к функциям устройства
Увеличение мультимедийных возможностей
Однако и недостатков у сенсорных экранов тоже хватает:
Отсутствие тактильной обратной связи
Необходимость в использовании пера
Опасность повреждения экрана
Появление отпечатков пальцев и загрязнений на экране
Более высокое потребление энергии
Таким образом, совсем избавиться от клавиатуры не всегда возможно, ведь намного удобнее набирать текст с помощью обычных клавиш. Но зато сенсорный экран обладает большей интерактивностью, более оперативным доступом к элементам меню и настройкам современных устройств.
Если зайти в современный магазин мобильных телефонов и ознакомиться с предлагаемой продукцией, то в спецификациях к большинству устройств на витринах будет указано: «Тип экрана - емкостный». Тем, кто часто меняет мобильные аппараты связи, этот термин хорошо знаком, но что делать, если человек не стремился покупать все самое новое, отдавая предпочтение проверенным решениям? Он может лишь теряться в догадках: "Емкостный экран - что это такое?"
Технология ввода данных
Принцип сенсорного набора сейчас используется повсеместно. К примеру, банкоматы или аппараты для внесения различных видов оплат, на панелях которых размещено минимум кнопок, а ввод нужных цифр происходит посредством нажатия на соответствующее изображение, можно встретить практически в каждом крупном магазине. впервые были предложены еще в семидесятых годах, однако распространения они не получили из-за недостаточной точности распознавания зоны нажатия и сложности реализации. Но работы по совершенствованию данного решения продолжались.
Сенсоры в телефонах
Когда появились модели мобильных устройств связи с большими экранами, сразу возник вопрос об эргономике. Конечно, можно было уменьшить и без того небольшой блок кнопок, но на удобстве пользования это сказалось бы самым негативным образом. Применялись компромиссные решения - так называемые «слайдеры», однако это слишком утолщало устройство и делало его менее надежным из-за необходимости использовать механическое подвижное соединение. Производители начали поиск решения. И оно было найдено. Им оказались к тому времени существенно усовершенствованные и идеально подходящие для телефонов.
Сопротивляясь нажатию
Первые модели подобных экранов были выполнены по резистивному принципу. Благодаря ряду особенностей, такие сенсоры используются и сейчас. состоит из двух полностью прозрачных пластин: наружная, на которую приходятся нажатия, сделана гибкой, а внутренняя, наоборот, жесткая. Пространство между ними заполнено прозрачным диэлектрическим материалом. На обе пластины с внутренних сторон нанесен путем напыления проводящий электрический ток слой. Он специальным образом подключен проводниками к контроллеру, постоянно подающему низкое напряжение на слои. Весь этот «бутерброд» закреплен на основном дисплее. Когда человек нажимает на участок экрана, пластины соприкасаются в определенной точке, возникает ток. Определив величины сопротивления по двум декартовым осям, можно с достаточной точностью узнать, где именно произошло нажатие. Эти данные передаются работающей программе, которая дальше их обрабатывает. 
Резистивные сенсоры недороги в производстве, отлично работают при низких температурах.
Емкостные экраны
Намного более совершенны сенсоры, работающие по емкостному принципу. Тачпады в ноутбуках - яркий пример подобных решений. На иностранных сайтах в характеристиках телефонов с такой технологией указано «Capacity». В отличие от вышеописанного резистивного решения, здесь механическое нажатие совершенно не принципиально. В данном случае используется свойство тела человека накапливать выступая в роли классического конденсатора. Емкостные экраны более долговечны, обладают отличной «отзывчивостью». Существует два способа реализации: поверхностный и проекционный. В первом случае на поверхность стекла или пластика нанесен прозрачный слой токопроводящего материала. На нем постоянно находится электрический потенциал от контроллера. Достаточно прикоснуться пальцем к точке экрана, как происходит утечка от батареи в тело человека. Ее можно легко определить, а координаты передать работающей программе. Проекционные емкостные экраны работают иначе. За внешним стеклом дисплея находится сетка прозрачных элементов сенсора (их можно увидеть при определенном угле и освещении). Если прикоснуться к точке, то фактически, будет сформирован конденсатор, одной из обкладок которого выступает палец пользователя. Емкость в цепи определяется контроллером и вычисляется. Данное решение позволяет реализовать технологию «мультитач».
Если вы не относитесь к числу подкованных в техническом плане пользователей и перед вами в скором будущем станет вопрос выбора мобильного телефона или смартфона с сенсорным экраном, наверняка, читая спецификации мобильных устройств вы встретите такие термины, как «емкостный экран» или «резистивный экран». И тут вам в голову придет вполне логичный вопрос – какой из них лучше: резистивный или емкостный? Давайте выясним, чем отличаются сенсорные дисплеи, какие их виды существуют и в чем заключаются их преимущества и недостатки.
РЕЗИСТИВНЫЕ ЭКРАНЫ
Если говорить доступным языком, избегая мудрых технических терминов и оборотов, то резистивный сенсорный экран представляет собой гибкую прозрачную мембрану, на которую нанесено токопроводящее (иначе говоря – резистивное) покрытие. Под мембраной находится стекло, также покрытое токопроводящим слоем. Принцип действия резистивного экрана состоит в том, что при нажатии на экран пальцем или стилусом происходит замыкание стекла с мембраной в конкретной точке. Микропроцессор фиксирует изменение напряжения мембраны и вычисляет координаты касания. Чем точнее нажатие, тем процессору проще вычислить точные координаты. Поэтому с резистивными экранами на много проще работать со стилусом.
Основные преимущества резистивных экранов заключаются в том, что они сравнительно дешевы в производстве, а также в том, что данный тип дисплея реагирует на нажатие любыми предметами. Это очень полезно при проведении презентаций, тем более что цены на проекторы сегодня падают с каждым днем.
Недостатки резистивных экранов таковы: невысокая прочность; небольшая долговечность (порядка 35 млн. нажатий на точку); невозможность реализации ; большое число ошибок при обработке таких жестов, как скольжение, перелистывание.
Так какой экран лучше: резистивный или емкостный?
Если вы внимательно прочитали данную статью, то без проблем сможете и сами сделать вывод. Я же лишь скажу о том, что спор это обречен на провал. Некоторым пользователям нравится работать со стилусом и они не приемлют емкостные дисплеи. Но все же большинству комфортнее управлять устройством, оборудованным емкостным экраном – это удобнее, да и возможность мультитача решает многое. Ведь не спроста все современные смартфоны и планшеты, работающие под управлением Android, имеют именно емкостные дисплеи.
Экраны современных устройств могут не только выводить изображение, но и позволяют взаимодействовать с устройством посредством сенсоров.
Изначально сенсорные экраны применялись в некоторых карманных компьютерах, а на сегодняшний день сенсорные экраны находят широкое применение в мобильных устройствах, плеерах, фото и видеокамерах, информационных киосках и так далее. При этом в каждом из перечисленных устройств может применяться тот или иной тип сенсорного экрана. В настоящее время разработано несколько типов сенсорных панелей, и, соответственно, каждая из них обладает своими достоинствами и недостатками. В данной статье мы как раз и рассмотрим, какие же бывают типы сенсорных экранов, их достоинства и недостатки, какой тип сенсорного экрана лучше.
Существует четыре основных типа сенсорных экранов: резистивные, емкостные, с определением поверхностно-акустических волн и инфракрасные . В мобильных же устройствах наибольшее распространение получили только два: резистивные и емкостные . Основным их отличием является тот факт, что резистивные экраны распознают нажатие, а емкостные – касание.
Резистивные сенсорные экраны
Данная технология получила наибольшее распространение среди мобильных устройств, что объясняется простотой технологии и низкой себестоимостью производства. Резистивный экран представляет собой LCD дисплей, на который наложены две прозрачные пластины, разделенные слоем диэлектрика. Верхняя пластина гибкая, так как на нее нажимает пользователь, нижняя же жестко закреплена на экране. На обращенные друг другу поверхности нанесены проводники.
 |
|
Резистивный сенсорный экран |
Микроконтроллер подает напряжение последовательно на электроды верхней и нижней пластины. При нажатии на экран гибкий верхний слой прогибается, и его внутренняя проводящая поверхность касается нижнего проводящего слоя, изменяя тем самым сопротивление всей системы. Изменение сопротивления фиксируется микроконтроллером и таким образом определяются координаты точки касания.
Из плюсов резистивных экранов можно отметить простоту и малую стоимость, неплохую чувствительность, а также возможность нажимать на экран как пальцем, так и любым предметом. Из минусов необходимо отметить плохое светопропускание (в результате приходится использовать более яркую подсветку), плохая поддержка множественных нажатий (multi-touch), не могут определять силу нажатия, а также довольно быстрый механический износ, хотя в сравнении со временем жизни телефона, этот недостаток не так уж и важен, так как обычно быстрее телефон выходит из строя, чем сенсорный экран.
Применение : сотовые телефоны, КПК, смартфоны, коммуникаторы, POS-терминалы, TabletPC, медицинское оборудование.
Емкостные сенсорные экраны
Емкостные сенсорные экраны делятся на два типа: поверхностно-емкостные и проекционно-емкостные . Поверхностно-емкостные сенсорные экраны представляют собой стекло, на поверхность которого нанесено тонкое прозрачное проводящее покрытие, поверх которого нанесено защитное покрытие. По краям стекла расположены печатные электроды, которые подают на проводящее покрытие низковольтное переменное напряжение.
 |
|
Поверхностно-емкостной сенсорный экран |
При касании экрана образуется импульс тока в точке контакта, величина которого пропорциональна расстоянию из каждого угла экрана до точки касания, таким образом, вычислить координаты места касания контроллеру достаточно просто, сравнить эти токи. Из достоинств поверхностно-емкостных экранов можно отметить: хорошее светопропускание, малое время отклика и большой ресурс касаний. Из недостатков: размещенные по бокам электроды плохо подходят для мобильных устройств, требовательны к внешней температуре, не поддерживают multi-touch, касаться можно пальцами или специальным стилусом, не могут определять силу нажатия.
Применение : информационные киоски в охраняемых помещениях, в некоторых банкоматах.
Проекционно-емкостные сенсорные экраны представляют собой стекло с нанесенными на него горизонтальными ведущими линиями проводящего материала и вертикальными определяющими линиями проводящего материала, разделенные слоем диэлектрика.
 |
|
Проекционно-емкостной сенсорный экран |
Работает такой экран следующим образом: на каждый из электродов в проводящем материале микроконтроллером последовательно подается напряжение и измеряется амплитуда возникающего в результате импульса тока. По мере приближения пальца к экрану емкость электродов, находящихся под пальцем, изменяется, и таким образом контроллер определяет место касания, то есть координаты касания – это пересекающиеся электроды с возросшей емкостью.
Достоинством проекционно-емкостных сенсорных экранов является быстрая скорость отклика на касание, поддержка multi-touch, более точное определение координат по сравнению с резистивными экранами и определение силы нажатия. Поэтому эти экраны в большей степени используются в таких устройствах, как iPhone и iPad. Также стоит отметить большую надежность этих экранов и, как следствие, больший срок работы. Из недостатков можно отметить, что на таких экранах касаться можно только пальцами (рисовать или писать от руки пальцами очень неудобно) или специальным стилусом.
Применение : платежные терминалы, банкоматы, электронные киоски на улицах, touchpads ноутбуков, iPhone, iPad, коммуникаторы и так далее.
Сенсорные экраны ПАВ (поверхностно-акустические волны)
Состав и принцип работы данного типа экранов следующий: по углам экрана размещены пьезоэлементы, которые преобразуют подаваемый на них электрический сигнал в ультразвуковые волны и направляют эти волны вдоль поверхности экрана. Вдоль краев одной стороны экрана распределены отражатели, которые распределяют ультразвуковые волны по всему экрану. На противоположных от отражателей краях экрана расположены сенсоры, которые фокусируют ультразвуковые волны и передают их далее на преобразователь, который в свою очередь преобразует ультразвуковую волну обратно в электрический сигнал. Таким образом, для контроллера экран представляется в виде цифровой матрицы, каждое значение которой соответствует определенной точке поверхности экрана. При касании пальцем экрана в любой точке происходит поглощение волн, и в результате общая картина распространения ультразвуковых волн изменяется и в результате преобразователь выдает более слабый электрический сигнал, который сравнивается с хранящейся в памяти цифровой матрицей экрана, и таким образом вычисляются координаты касания экрана.
 |
|
Сенсорный экран ПАВ |
Из достоинств можно отметить высокую прозрачность, так как экран не содержит проводящих поверхностей, долговечность (до 50 млн. касаний), а также сенсорные экраны ПАВ позволяют определять не только координаты нажатия, но и силу нажатия.
Из недостатков можно отметить более низкую точность определения координат, чем у емкостных, то есть рисовать на таких экранах не получится. Большим недостатком являются сбои в работе при воздействии акустических шумов, вибраций или при загрязнении экрана, т.е. любая грязь на экране блокирует его работу. Также данные экраны корректно работают только с предметами, поглощающими акустические волны.
Применение : сенсорные экраны ПАВ в основном в охраняемых информационных киосках, в образовательных учреждениях, в игровых автоматах и так далее.
Инфракрасные сенсорные экраны
Устройство и принцип работы инфракрасных сенсорных экранов довольно простой. Вдоль двух прилегающих друг к другу сторон сенсорного экрана расположены светодиоды, излучающие инфракрасные лучи. А на противоположной стороне экрана расположены фототранзисторы, которые принимают инфракрасные лучи. Таким образом, весь экран покрыт невидимой сеткой пересекающихся инфракрасных лучей, и если коснуться экрана пальцем, то лучи перекрываются и не попадают на фототранзисторы, что немедленно регистрируется контроллером, и таким образом определяются координаты касания.
 |
|
Инфракрасный сенсорный экран |
Применение : инфракрасные сенсорные экраны используются в основном в информационных киосках, торговых автоматах, в медицинском оборудовании и т.д.
Из достоинств можно отметить высокую прозрачность экрана, долговечность, простоту и ремонтопригодность схемы. Из недостатков: боятся грязи (поэтому используются только в помещении), не могут определять силу нажатия, средняя точность определения координат.
P.S. Итак, мы рассмотрели основные типы наиболее распространенных сенсорных технологий (хотя есть еще и менее распространенные, такие, как оптические, тензометрические, индукционные и так далее). Из всех этих технологий наибольшее распространение в мобильных устройствах получили резистивные и емкостные, так как обладают высокой точностью определения точки касания. Из них наилучшими характеристиками обладают проекционно-емкостные сенсорные экраны.
Текст подготовлен по материалам из открытых источников методистами по Технологии Карабиным А.С., Л.В. Гаврик, С.В. Усачёвым