Сенсорний екран: принцип роботи, технологія та історія винаходу

Багато людей, особливо середнього та молодого віку, активно користуються смартфонами, планшетами та іншими гаджетами з інтелектуальним дисплеєм. Проте мало хто з них замислювався про принцип роботи сенсорного екрану і їх різновидах. Спробуємо розібратися в цьому детальніше.

Історія винаходу

Вперше в світі прототип сенсорного пристрою був використаний Семом Харстом, викладачем із США. Він в 1970 році розробив ідею зчитування даних з великої кількості стрічкових самописців. Автоматизація зазначеного процесу і стала своєрідним трампліном до створення сенсорних моніторів, відомих як Elotouch. Розробка групи колег Херста вийшла в світ в 1971 році, включала в себе резистивну четырехпроводную технологію за визначенням точок дотику.


Першим комп'ютером сенсором вважається система PLATO IV. Вийшла вона також в США, в результаті спеціальних досліджень, що стосуються комп'ютеризації навчання. Вона складалася з блокової панелі (256 штук), функціонувала за принципом використання сітки інфрачервоних потоків.

Опис

Сенсорний дисплей являє собою електронний елемент, візуалізаційний цифрові відомості допомогою стосовного впливу до поверхні монітора. Різні види зазначених конструкцій реагують на кілька моментів або один певний фактор (зміна ємності і опору, термічну різницю, спеціальну вказівку). За принципом роботи сенсорні екрани поділяють наступним чином: Резистивні версії. Матричні моделі. Ємнісні варіанти. Поверхнево-акустичні модифікації. Оптичні сенсори та їх різновиди. Розглянемо найпоширеніші моделі дисплеїв зазначеної категорії, область застосування, особливості та переваги.

Принцип роботи резистивних сенсорних екранів

Це найпростіший тип монітора. Він реагує на трансформацію сили опору у районі торкання певного предмета і поверхні дисплея. Найпоширеніша і елементарна технологія включає в свою конструкцію два основних елемента: Панель-підкладку з поліестеру або схожого полімеру, товщина якої не перевищує декількох десятків молекул. Прозора деталь служить для проведення струмових частинок. Светопроводящую мембрану з тонкошарового пластику. Обидва шару покриваються спеціальним резистивним напиленням. Між ними знаходяться мікроскопічні шарикообразные ізолятори. У процесі роботи мембрана прогинається, стикаючись з підкладкою, внаслідок чого ланцюг замикається. На операцію реагує контролер з аналогово-цифровим перетворювачем, вираховуючи величину початкового і поточного опору, а також координати точки контакту. Подібні пристрої швидко показали свої негативні сторони, в результаті чого інженери поліпшили конструкцію за допомогою додавання п'ятого дроти.

Використання

Завдяки простому принципу роботи сенсорного екрану резистивної конфігурації, він експлуатується повсюдно. Особливості конструкції: низька собівартість; стійкість до впливу зовнішнього середовища, за винятком негативних температур; хороша реакція на зіткнення з будь-яким негострим відповідним предметом. Подібні дисплеї монтуються на термінали поповнення та переказу грошей, банкомати та інші пристрої, які ізольовані від навколишнього середовища. Слабка захищеність монітора від пошкоджень компенсується наявністю захисного плівочного покриття.

Принцип роботи ємнісних сенсорних екранів

Цей тип дисплеїв функціонує з урахуванням можливості об'єктів збільшеної ємності трансформуватися в провідники змінного електроструму. Пристрій являє собою скляну панель з резистивним напиленням. Електроди, розміщені по кутах, подають слабке напруга на провідну верству. Під час зіткнення спостерігається витік струму, у разі, якщо об'єкт володіє більшою електричною ємністю, ніж екран. В кутових частинах фіксується струм, а інформація з індикаторів йде на обробку в контролер, який і обчислює район дотику. У перших моделі використовувався постійний струм. Це спрощувало конструкцію, однак, давало збої, якщо користувач не мав контакту з поверхнею землі. По надійності зазначені девайси перевищують резистивні аналоги приблизно в 60 разів (розраховані на 200 мільйонів натискань). Рівень прозорості – 09 мінімальна робоча температура – до -15 °C. Мінуси: відсутність реакції на руку в рукавичці і більшість сторонніх предметів; покриття з провідником розташоване у верхньому шарі, що зумовлює схильність до механічного впливу; вони придатні для експлуатації в терміналах, що знаходяться в закритих приміщеннях.

Емкостно-проекційні версії

Принцип роботи сенсорного екрану смартфонів деяких конфігурацій заснований за цим типом. На внутрішній поверхні девайса нанесена електродна сітка, яка при зіткненні з тілом людини утворює конденсаторну ємність. Після торкання дисплея пальцем, датчики і мікроконтролер обробляють інформацію, розрахунки відправляють на основний процесор.
Особливості: зазначені конструкції володіють усіма можливостями ємнісних сенсорів; вони можуть обладнуватися плівковим покриттям товщиною до 18 міліметрів, що забезпечує додатковий захист від механічного впливу; забруднення на важкодоступних струмопровідних частинах прибираються за допомогою програмного методу. Монтуються зазначені конфігурації на багато персональні пристрої і термінали, що працюють на вулиці під накриттям. Варто відзначити, що Apple також віддає перевагу проекційно-ємнісним моніторів.

Матричні модифікації

Це спрощені версії резистивної технології. Мембрана оснащується поруч вертикальних провідників, підкладка – горизонтальними аналогами. Принцип роботи сенсорного екрану: при торканні відбувається розрахунок точки, в якій стався контакт провідників, отримані дані відправляються в процесор. Той, у свою чергу, визначає сигнал управління, після чого пристрій реагує заданим чином, наприклад, виконує дію, закріплене за конкретною кнопкою. Особливості: із-за обмеженого числа провідників спостерігається невисокий показник точності; ціна – найнижча серед всіх сенсорів; функція мультитач реалізується за рахунок опитування дисплея по точкам. Зазначена модель експлуатується виключно в застарілих приладах, практично не використовується в сучасності причини появи інноваційних рішень.

Поверхнево-акустичні сигнали

Принцип роботи сенсорного екрану телефонів ранніх моделей оснащувався подібною технологією. Дисплей являє собою скляну панель, в яку вбудовані приймачі (дві штуки) і п'єзоелектричні трансформатори, що розміщуються на протилежних кутових частинах. З генератора частотний електричний сигнал подається на перетворювачі, звідки низка імпульсів поширюється з допомогою відбивачів. Хвилі поглинаються датчиками, повертаються на ПЕП, де знову перетворюються в електричний струм. Далі інформація надходить на контролер, в якому відбувається її аналіз. При торканні екрану характеристики хвилі зазнають зміни з поглинанням частини енергії в конкретному місці. На основі цих даних проводиться розрахунок точки і сили дотику. Дисплеї цієї категорії випускаються з плівкою товщиною 3 або 6 міліметрів, що дозволяє без наслідків витримувати несильний удар рукою. Недоліки: порушення роботи в умовах вібрації і трясіння; нестійкість до будь-яких забруднень; наявність перешкод за акустичних сигналів певної конфігурації; низька точність робить їх непридатними для малювання.

Інші види

Пристрій і принцип роботи сенсорних екранів, які використовуються найчастіше, розглянутий вище. Далі вказано перелік дисплеїв непопулярних конфігурацій: Оптичні монітори підтримують функцію мультитач, включаючи великі розміри обслуговується поверхні. Інфрачервоні моделі – покриті парами фотодіодних світлодіодів, реагують на дотик через мікроконтролер. Індукційні варіанти оснащуються спеціальною котушкою і мережею чутливих провідників, використовуються на дорогих планшетах. Як бачимо, є кілька варіантів сенсорних дисплеїв. Вибір завжди залишається за споживачем.