En pekskärm är en enhet för inmatning och utmatning av information, vilket är en skärm som reagerar på beröring av den.
I USA uppfanns pekskärmen som en del av forskning om programmerat lärande . Datorsystemet PLATO IV, som dök upp 1972, hade en pekskärm med infraröd (IR) strålruta bestående av 16x16 block. Men även denna låga noggrannhet gjorde det möjligt för användaren att välja svaret genom att klicka på rätt plats på skärmen.
1971 utvecklade Samuel Hurst (den framtida grundaren av Elographics , numera Elo Touch Solutions ) en elograph - en grafikplatta som fungerade på en fyrtrådsresistiv princip ( US Patent 3 662 105 ). 1974 lyckades han även göra elografen genomskinlig, 1977 utvecklade han en femtrådsskärm [1] . Tillsammans med Siemens lyckades Elographics göra en konvex pekskärm som passade dåtidens kinescopes . På världsutställningen 1982 introducerade Elographics pekskärms-tv [2] .
1983 släpptes HP-150 -datorn med en IR-rutnätspekskärm [3] . Men på den tiden användes pekskärmar främst i industriell och medicinsk utrustning.
I konsumentenheter (telefoner, handdatorer, etc.) kom pekskärmar in som en ersättning för ett litet tangentbord när enheter med stora (full frontpanel) LCD-skärmar dök upp . Första handhållna spelkonsol med pekskärm - game.com 1997 ; den första enheten som utsågs som den första att stödja multitouch var iPhone 2007 .
Pekskärmar används i betalterminaler , informationskiosker , bilhuvudenheter och omborddatorer , handelsautomationsutrustning , handdatorer , mobiltelefoner , spelkonsoler, operatörspaneler inom industrin.
I informations- och varuautomater, operatörspaneler och andra enheter som inte har aktiv ingång har pekskärmar visat sig vara ett mycket bekvämt sätt för interaktion mellan människa och maskin. Fördelar:
Dessa brister tillåter inte att bara använda pekskärmen i enheter som en person arbetar med i timmar. Men i en väldesignad enhet kanske pekskärmen inte är den enda inmatningsenheten - till exempel på arbetsplatsen för en kassörska kan pekskärmen användas för snabbt urval av varor och tangentbordet för att ange siffror.
Det finns många olika typer av pekskärmar som fungerar på olika fysiska principer [5] [6] [7] .
Den resistiva pekskärmen består av en glaspanel och ett flexibelt plastmembran. Både panelen och membranet har en resistiv beläggning. Utrymmet mellan glaset och membranet är fyllt med mikroisolatorer, som är jämnt fördelade över skärmens aktiva område och på ett tillförlitligt sätt isolerar ledande ytor. När skärmen trycks in stängs panelen och membranet och styrenheten, med hjälp av en analog-till-digital-omvandlare , registrerar förändringen i motståndet och omvandlar den till beröringskoordinater (X och Y). Generellt sett är läsalgoritmen följande:
Det finns även åttatrådiga pekskärmar. De förbättrar spårningsnoggrannheten, men förbättrar inte tillförlitligheten.
FemtrådsskärmFemtrådsskärmen är mer pålitlig på grund av att den resistiva beläggningen på membranet ersätts av en ledande (5-trådsskärmen fortsätter att fungera även med membranet genomskuret). Det bakre glaset har en resistiv beläggning med fyra elektroder i hörnen.
Inledningsvis är alla fyra elektroderna jordade och membranet "dras upp" av ett motstånd till + 5V. Membranspänningsnivån övervakas ständigt av en analog-till-digital-omvandlare . När ingenting rör pekskärmen är spänningen 5V.
Så snart skärmen trycks in, detekterar mikroprocessorn förändringen i membranspänningen och börjar beräkna koordinaterna för beröringen enligt följande:
Resistiva pekskärmar är billiga och smutsbeständiga. Resistiva skärmar reagerar på beröring med vilket släta fast föremål som helst: en hand (bar eller i handskar), en penna, ett kreditkort, ett val. De används överallt där vandalism och låga temperaturer är uteslutna: för automatisering av industriella processer, inom medicin, inom tjänstesektorn ( POS-terminaler ), inom personlig elektronik ( PDA ). De bästa proverna ger en noggrannhet på 4096×4096 pixlar.
Nackdelarna med resistiva skärmar är låg ljusgenomsläpplighet (högst 85 % för 5-trådsmodeller och ännu lägre för 4-trådsmodeller), låg hållbarhet (inte mer än 35 miljoner klick på en punkt) och otillräckligt vandalmotstånd (filmen är lätt att skära).
Designen liknar resistiv, men förenklad till det yttersta. Horisontella ledare appliceras på glaset, vertikala ledare appliceras på membranet.
När skärmen berörs berör ledarna. Styrenheten bestämmer vilka ledare som är kortslutna och skickar motsvarande koordinater till mikroprocessorn.
FunktionerDe har mycket låg noggrannhet. Gränssnittselement måste vara speciellt arrangerade med hänsyn till cellerna i matrisskärmen [8] . Den enda fördelen är enkelhet, billighet och anspråkslöshet. Normalt söks matrisskärmar rad för rad (liknande knappmatrisen ); detta låter dig ställa in multi- touch . Gradvis ersatt av resistiva.
En kapacitiv (eller ytkapacitiv) skärm utnyttjar det faktum att ett objekt med hög kapacitet leder växelström [5] [6] .
En kapacitiv pekskärm är en glaspanel belagd med ett transparent resistivt material (vanligtvis en legering av indiumoxid och tennoxid ). Elektroder placerade i hörnen av skärmen lägger en liten växelspänning (samma för alla hörn) till det ledande lagret. Vid beröring av skärmen med ett finger eller annat ledande föremål uppstår strömläckage. Samtidigt, ju närmare fingret är elektroden, desto lägre blir skärmens resistans, vilket gör att strömstyrkan är större. Strömmen i alla fyra hörnen registreras av sensorer och överförs till styrenheten, som beräknar koordinaterna för beröringspunkten.
Tidigare modeller av kapacitiva skärmar använde likström - detta förenklade designen, men med dålig användarkontakt med marken ledde det till fel.
Kapacitiva pekskärmar är pålitliga, cirka 200 miljoner klick (cirka 6 och ett halvt år av klick med ett intervall på en sekund), läcker inte vätskor och tolererar icke-ledande föroreningar perfekt. Transparens på 90 %. En ledande beläggning direkt på den yttre ytan är dock fortfarande sårbar. Därför används kapacitiva skärmar i stor utsträckning i maskiner som endast installeras i ett väderskyddat rum. Reagerar inte på handskar.
Det är värt att notera att på grund av skillnader i terminologi är yt- och projektionskapacitiva skärmar ofta förvirrade. Enligt klassificeringen som används i denna artikel är skärmen, till exempel, iPhone projicerad kapacitiv , men inte ytkapacitiv [5] [6] [7] [9] .
Ett rutnät av elektroder appliceras på insidan av skärmen. Elektroden bildar tillsammans med människokroppen en kondensator ; elektronik mäter kapacitansen för denna kondensator (tillför en strömpuls och mäter spänningen).
Den första telefonen med en kapacitiv skärm var LG Prada [10] . Samsung har kunnat installera känsliga elektroder direkt mellan subpixlarna på AMOLED -skärmen, vilket förenklar designen och ökar transparensen.
FunktionerTransparensen för sådana skärmar är upp till 90%, temperaturområdet är extremt brett. Mycket hållbar (flaskhalsen är den komplexa elektroniken som bearbetar klicken). Projektionskapacitiva skärmar kan använda glas upp till 18 mm tjockt [11] , vilket ger större vandalmotstånd. De reagerar inte på icke-ledande föroreningar, ledande sådana undertrycks lätt av mjukvarumetoder. Därför används projektiv-kapacitiva pekskärmar i stor utsträckning både i personlig elektronik och i varuautomater, inklusive de som installeras på gatan. Många varianter stöder multi- touch .
Skärmen är en glaspanel med piezoelektriska givare (PT) placerade i hörnen. Längs panelens kanter finns reflektorer och mottagande sensorer. Styrenheten skickar en högfrekvent elektrisk signal till varje sond. PET omvandlar denna signal till en SAW som reflekteras från skärmens kanter. De reflekterade vågorna tas emot av sensorerna och skickas till sonderna, som omvandlar dem till en elektrisk signal, som sedan analyseras av styrenheten. När du rör vid skärmen med fingret absorberas en del av energin från de akustiska vågorna. Mottagarna fångar denna förändring och styrenheten beräknar beröringspunktens position. Skärmen reagerar på beröring med ett föremål som kan absorbera vågen (finger, handskar, poröst gummi).
FunktionerDen största fördelen med skärmen på akustiska ytvågor (SAW) är förmågan att spåra inte bara punktens koordinater utan också tryckkraften (här snarare förmågan att exakt bestämma pressningsradien eller pressområdet) , på grund av det faktum att graden av absorption av akustiska vågor beror på trycket vid punktberöringen (skärmen böjs inte under trycket från ett finger och deformeras inte, därför medför presskraften inte kvalitativa förändringar i behandling av data om koordinaterna för påverkan av styrenheten, som endast fixar det område som blockerar vägen för akustiska impulser). Denna enhet har en mycket hög transparens, eftersom ljuset från displayenheten passerar genom glaset, som inte innehåller resistiva eller ledande beläggningar. I vissa fall används inte glas alls för att bekämpa bländning, och sändare, mottagare och reflektorer är fästa direkt på skärmen på displayenheten. Trots komplexiteten i designen är dessa skärmar ganska hållbara. Enligt till exempel det amerikanska företaget Tyco Electronics och det taiwanesiska företaget GeneralTouch tål de upp till 50 miljoner beröringar vid ett tillfälle, vilket överstiger resursen för en 5-tråds resistiv skärm. SAW-skärmar används främst i spelautomater, i säkra referenssystem och utbildningsinstitutioner. Som regel är ytaktiva skärmar uppdelade i vanliga - 3 mm tjocka och vandalsäkra - 6 mm. Den senare tål att bli slagen av en vanlig man eller att bli tappad av en 0,5 kg metallkula från en höjd av 1,3 m (enligt Elo Touch Systems). Marknaden erbjuder möjligheter att ansluta till en dator både via RS232-gränssnittet och via USB-gränssnittet. För tillfället är SAW-kontroller för pekskärmar som stöder båda typerna av anslutning - combo (data från Elo Touch Systems) mer populära.
Den största nackdelen med skärmen på SAW är fel i närvaro av vibrationer eller när den utsätts för akustiskt brus, såväl som när skärmen är smutsig. Alla främmande föremål som placeras på skärmen (till exempel tuggummi) blockerar helt dess funktion. Dessutom kräver denna teknik beröring av ett föremål som nödvändigtvis absorberar akustiska vågor - det vill säga att till exempel ett plastbankkort inte är tillämpligt i detta fall.
Noggrannheten för dessa skärmar är högre än matris, men lägre än traditionella kapacitiva. För att rita och skriva in text används de vanligtvis inte.
Funktionsprincipen för den infraröda pekpanelen är enkel - rutnätet som bildas av horisontella och vertikala infraröda strålar avbryts när monitorn berörs av något föremål. Styrenheten bestämmer var strålen avbröts.
FunktionerInfraröda pekskärmar är rädda för kontaminering och används därför där bildkvaliteten är viktig, till exempel i e-läsare . På grund av dess enkelhet och underhållbarhet är systemet populärt bland militären. Ofta är intercom- tangentbord gjorda på denna princip . Denna typ av skärm används i Neonode-mobiltelefoner [12] .
Glaspanelen är försedd med infraröd belysning. Vid "glas-luft"-gränssnittet erhålls total intern reflektion och vid "glas-främmande föremål"-gränssnittet sprids ljuset. Det återstår att fånga spridningsbilden, för detta finns det två tekniker:
De låter dig skilja mellan handpressning och pressning med alla föremål, det finns en multitouch . Stora beröringsytor är möjliga, upp till en svart tavla .
Användningen av sådana skärmar är helt lik användningen av projicerade kapacitiva pekskärmar. Svara på skärmförvrängning. Noggrannheten hos töjningsmätarskärmar är inte hög, men de motstår perfekt vandalism, temperaturförändringar och en stor mängd fukt. Huvudapplikationen är bankomater, biljettautomater och andra enheter som finns på gatan [17] .
DST ( Dispersive Signal Technology ) pekskärmen registrerar den piezoelektriska effekten i glaset. Du kan trycka på skärmen med handen eller vilket föremål som helst.
En utmärkande egenskap är den höga reaktionshastigheten och förmågan att arbeta under förhållanden med kraftig skärmförorening. Fingret måste dock röra sig, systemet märker inte ett fast finger.
Induktionspekskärmen är en grafisk surfplatta med inbyggd skärm. Sådana skärmar svarar bara på en speciell penna.
De används när en reaktion krävs just för att trycka med en penna (och inte med en hand): avancerade konstsurfplattor , vissa modeller av surfplattor .
| matr | 4-tråd | 5-tråd | Yomk | Pr-kapacitet | tensid | IR mesh | Grossist | Tenzo | Sommartid | Induktion | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Funktionalitet | |||||||||||
| behandskad hand | Ja | Ja | Ja | Inte | Inte | Ja | Ja | Ja | Ja | Ja | Inte |
| fast ledande föremål | Ja | Ja | Ja | Ja | Ja | Inte | Ja | Ja | Ja | Ja | Inte |
| fast icke-ledande föremål | Ja | Ja | Ja | Inte | Inte | Inte | Ja | Ja | Ja | Ja | Inte |
| Skiljer penna från hand | Inte | Inte | Inte | Inte | Ja | Inte | Inte | Ja | Inte | Inte | Inte |
| Flera tryck | Ja [Z 1] | Inte | Ja [Z 1] | Ja [Z 1] | Ja | Ja [Z 1] | Ja [Z 1] | Ja | Inte | Inte | Inte |
| Kraftmätning | Inte | Inte | Inte | Inte | Ja | Ja | Inte | Ja | Ja | Inte | Ja |
| Ultimat transparens, % [Z 2] | 85 | 75 | 85 | 90 | 90 | 100 | 100 | 100 | 95 | 90 | |
| Noggrannhet [Z 3] | Botten | Höjd | Höjd | Höjd | Höjd | onsdag | Botten | onsdag | Botten | Höjd | Höjd |
| Pålitlighet | |||||||||||
| Livslängd, miljoner klick | 35 | tio | 35 | 200 | ∞ [Z 4] [18] | femtio | ∞ [Z5] | ∞ [Z4] | ??? | ∞ [Z4] | ∞ [Z4] |
| Skydd mot smuts och vätskor | Ja | Ja | Ja | Ja| | Ja | Inte | Inte | Ja | Ja | Ja | Ja |
| Vandalismmotstånd | Inte | Inte | Inte | Inte | Ja | Inte | Inte | Ja | Ja | Inte | Inte |
| Applikation [Z 6] | begränsad | begränsad | begränsad | Lokal | Utsidan | Lokal | Lokal | Lokal | Utsidan | Lokal | begränsad |