Kosketusnäyttö on tiedon syöttämiseen ja ulostuloon tarkoitettu laite , joka on näyttö , joka reagoi kosketukseen.
Yhdysvalloissa kosketusnäyttö keksittiin osana ohjelmoidun oppimisen tutkimusta . Vuonna 1972 ilmestyneessä PLATO IV -tietokonejärjestelmässä oli infrapuna (IR) -sädeverkkokosketusnäyttö , joka koostui 16x16 lohkosta. Mutta jopa tämä alhainen tarkkuus antoi käyttäjän valita vastauksen napsauttamalla oikeaa kohtaa näytöllä.
Vuonna 1971 Samuel Hurst ( Elographicsin , nykyisen Elo Touch Solutionsin , tuleva perustaja ) kehitti elografin - grafiikkataulun , joka toimi nelijohtimisen resistiivisellä periaatteella ( US-patentti 3 662 105 ). Vuonna 1974 hän onnistui myös tekemään elografista läpinäkyvän, vuonna 1977 hän kehitti viisijohtimisen näytön [1] . Yhdessä Siemensin kanssa Elographics onnistui tekemään kuperan kosketuspaneelin, joka sopii aikansa kineskoopeille . Vuoden 1982 maailmannäyttelyssä Elographics esitteli kosketusnäytöllisen television [2] .
Vuonna 1983 julkaistiin HP-150 -tietokone , jossa on IR-ristikkokosketusnäyttö [3] . Kuitenkin niinä päivinä kosketusnäyttöjä käytettiin pääasiassa teollisuus- ja lääketieteellisissä laitteissa.
Kuluttajalaitteissa (puhelimet, kämmentietokoneet jne.) kosketusnäytöt tulivat korvaamaan pienen näppäimistön, kun suurella (täydellä etupaneelilla) LCD-näytöllä varustetut laitteet ilmestyivät . Ensimmäinen kädessä pidettävä pelikonsoli kosketusnäytöllä - game.com vuonna 1997 ; ensimmäinen laite, joka mainostettiin ensimmäisenä monikosketusta tukevana, oli iPhone vuonna 2007 .
Kosketusnäyttöjä käytetään maksupäätteissä , tietokioskissa , auton pääyksiköissä ja ajotietokoneissa , kaupan automaatiolaitteissa , kämmenmikroissa , matkapuhelimissa , pelikonsoleissa, teollisuuden käyttöpaneeleissa .
Tieto- ja myyntiautomaateissa, käyttöpaneeleissa ja muissa laitteissa, joissa ei ole aktiivista syöttöä, kosketusnäytöt ovat osoittautuneet erittäin käteväksi välineeksi ihmisen ja koneen väliseen vuorovaikutukseen. Edut:
Nämä puutteet eivät salli pelkän kosketusnäytön käyttöä laitteissa, joiden kanssa henkilö työskentelee tuntikausia. Hyvin suunnitellussa laitteessa kosketusnäyttö ei kuitenkaan välttämättä ole ainoa syöttölaite - esimerkiksi kassan työpaikalla kosketusnäyttöä voidaan käyttää nopeaan tavaroiden valintaan ja näppäimistöä numeroiden syöttämiseen.
Kosketusnäyttöjä on monia erilaisia, jotka toimivat erilaisilla fysikaalisilla periaatteilla [5] [6] [7] .
Resistiivinen kosketusnäyttö koostuu lasipaneelista ja joustavasta muovikalvosta. Sekä paneelissa että kalvossa on resistiivinen pinnoite. Lasin ja kalvon välinen tila on täytetty mikroeristeillä, jotka jakautuvat tasaisesti näytön aktiiviselle alueelle ja eristävät luotettavasti johtavat pinnat. Kun näyttöä painetaan, paneeli ja kalvo suljetaan, ja ohjain rekisteröi analogia-digitaalimuuntimen avulla resistanssin muutoksen ja muuntaa sen kosketuskoordinaateiksi (X ja Y). Yleisesti ottaen lukualgoritmi on seuraava:
Mukana on myös kahdeksan johtimisen kosketusnäyttöjä. Ne parantavat seurannan tarkkuutta, mutta eivät paranna luotettavuutta.
Viisijohtiminen näyttöViisijohtiminen seula on luotettavampi johtuen siitä, että kalvon resistiivinen pinnoite korvataan johtavalla (5-johtiminen seula jatkaa toimintaansa, vaikka kalvo on leikattu läpi). Takalasissa on resistiivinen pinnoite, jonka kulmissa on neljä elektrodia.
Aluksi kaikki neljä elektrodia on maadoitettu ja kalvo "vedetään ylös" vastuksella + 5 V:iin. Kalvon jännitetasoa valvotaan jatkuvasti analogia-digitaalimuuntimella . Kun mikään ei koske kosketusnäyttöön, jännite on 5 V.
Heti kun näyttöä painetaan, mikroprosessori havaitsee kalvojännitteen muutoksen ja alkaa laskea kosketuksen koordinaatteja seuraavasti:
Resistiiviset kosketusnäytöt ovat halpoja ja likaa hylkiviä. Resistiiviset näytöt reagoivat kosketukseen millä tahansa sileällä kiinteällä esineellä: kädellä (paljaalla tai hansikkaalla), kynällä, luottokortilla, hakilla. Niitä käytetään kaikkialla, missä ilkivalta ja alhainen lämpötila poissuljetaan: teollisuusprosessien automatisoinnissa, lääketieteessä, palvelusektorilla ( POS-päätteet ), henkilökohtaisessa elektroniikassa ( PDA ). Parhaat näytteet tarjoavat 4096 × 4096 pikselin tarkkuuden.
Resistiivisten näyttöjen haittoja ovat alhainen valonläpäisy (enintään 85 % 5-johtimisissa malleissa ja vielä pienempi 4-johtimisissa malleissa), alhainen kestävyys (enintään 35 miljoonaa napsautusta yhdessä kohdassa) ja riittämätön ilkivallankestävyys (kalvo on helppo leikata).
Suunnittelu on samanlainen kuin resistiivinen, mutta yksinkertaistettu rajaan asti. Vaakajohtimet asetetaan lasille, pystyjohtimet levitetään kalvolle.
Kun näyttöä kosketetaan, johtimet koskettavat. Ohjain määrittää mitkä johtimet ovat oikosulussa ja lähettää vastaavat koordinaatit mikroprosessorille.
OminaisuudetNiillä on erittäin alhainen tarkkuus. Rajapintaelementit on järjestettävä erityisesti matriisinäytön solut huomioon ottaen [8] . Ainoa etu on yksinkertaisuus, halpa ja vaatimattomuus. Tyypillisesti matriisinäytöt kysytään rivi riviltä (samanlainen kuin painikematriisi ); Tämän avulla voit määrittää monikosketuksen . Korvataan vähitellen resistiivisillä.
Kapasitiivinen (tai pintakapasitiivinen) näyttö hyödyntää sitä tosiasiaa, että suurikapasiteettinen esine johtaa vaihtovirtaa [5] [6] .
Kapasitiivinen kosketusnäyttö on lasipaneeli, joka on päällystetty läpinäkyvällä resistiivisellä materiaalilla (yleensä indiumoksidin ja tinaoksidin seoksella ). Näytön kulmissa sijaitsevat elektrodit kohdistavat pienen vaihtojännitteen (sama kaikissa kulmissa) johtavaan kerrokseen. Kun kosketat näyttöä sormella tai muulla johtavalla esineellä, tapahtuu virtavuoto. Samanaikaisesti mitä lähempänä sormi on elektrodia, sitä pienempi on näytön vastus, mikä tarkoittaa, että virran voimakkuus on suurempi. Anturit tallentavat virran kaikissa neljässä kulmassa ja välittävät sen ohjaimelle, joka laskee kosketuspisteen koordinaatit.
Aikaisemmat kapasitiivisten näyttöjen mallit käyttivät tasavirtaa - tämä yksinkertaisti suunnittelua, mutta huonon käyttäjän kosketuksen vuoksi maahan se johti virheisiin.
Kapasitiiviset kosketusnäytöt ovat luotettavia, noin 200 miljoonaa napsautusta (noin 6 ja puoli vuotta klikkauksia yhden sekunnin välein), eivät vuoda nesteitä ja sietävät sähköä johtamatonta saastetta täydellisesti. Läpinäkyvyys 90 %. Suoraan ulkopinnalle sijoitettu johtava pinnoite on kuitenkin edelleen herkkä. Siksi kapasitiivisia seuloja käytetään laajalti koneissa, jotka asennetaan vain sääsuojattuun huoneeseen. Ei reagoi hansikkaisiin käsiin.
On syytä huomata, että terminologian erojen vuoksi pinta- ja projektiokapasitiiviset näytöt ovat usein sekaisin. Tässä artikkelissa käytetyn luokituksen mukaan esimerkiksi iPhonen näyttö on projisoitu kapasitiivinen , mutta ei pintakapasitiivinen [5] [6] [7] [9] .
Näytön sisäpuolelle on kiinnitetty elektrodiverkko. Elektrodi muodostaa yhdessä ihmiskehon kanssa kondensaattorin ; elektroniikka mittaa tämän kondensaattorin kapasitanssin (syöttää virtapulssin ja mittaa jännitteen).
Ensimmäinen kapasitiivisella näytöllä varustettu puhelin oli LG Prada [10] . Samsung on pystynyt asentamaan herkkiä elektrodeja suoraan AMOLED -näytön alipikselien väliin , mikä yksinkertaistaa suunnittelua ja lisää läpinäkyvyyttä.
OminaisuudetTällaisten näyttöjen läpinäkyvyys on jopa 90%, lämpötila-alue on erittäin laaja. Erittäin kestävä (pullonkaula on monimutkainen elektroniikka, joka käsittelee napsautuksia). Projektiokapasitiivisissa näytöissä voidaan käyttää jopa 18 mm paksua lasia [11] , mikä tarjoaa paremman ilkivallankestävyyden. Ne eivät reagoi johtamattomiin saasteisiin, sähköä johtavat saasteet tukahdutetaan helposti ohjelmistomenetelmin. Siksi projektiivi-kapasitiivisia kosketusnäyttöjä käytetään laajalti sekä henkilökohtaisessa elektroniikassa että myyntiautomaateissa, mukaan lukien kadulle asennetut. Monet lajikkeet tukevat monikosketusta .
Näyttö on lasipaneeli, jonka kulmissa on pietsosähköiset muuntimet (PT). Paneelin reunoilla on heijastimet ja vastaanottoanturit. Ohjain lähettää korkeataajuisen sähköisen signaalin jokaiseen anturiin. PET muuntaa tämän signaalin SAW:ksi, joka heijastuu näytön reunoista. Anturit vastaanottavat heijastuneet aallot ja lähettävät ne antureille, jotka muuttavat ne sähköiseksi signaaliksi, jonka sitten ohjain analysoi. Kun kosketat näyttöä sormella, osa akustisten aaltojen energiasta imeytyy. Vastaanottimet havaitsevat tämän muutoksen, ja ohjain laskee kosketuspisteen sijainnin. Näyttö reagoi kosketukseen esineellä, joka voi absorboida aallon (sormi, hansikas käsi, huokoinen kumi).
OminaisuudetPinta-akustisten aaltojen (SAW) näytön tärkein etu on kyky seurata pisteen koordinaattien lisäksi myös puristusvoimaa (tässä pikemminkin kyky määrittää tarkasti puristussäde tai -alue) , johtuen siitä, että akustisten aaltojen absorptioaste riippuu paineesta kosketuspisteessä (näyttö ei taivu sormen paineen alla eikä väänny, joten puristusvoima ei aiheuta laadullisia muutoksia iskun koordinaattien tietojen käsittely ohjaimella, joka kiinnittää vain alueen, joka estää akustisten impulssien kulkureitin). Tällä laitteella on erittäin korkea läpinäkyvyys, koska näyttölaitteesta tuleva valo kulkee lasin läpi, joka ei sisällä resistiivisiä tai johtavia pinnoitteita. Joissakin tapauksissa lasia ei käytetä lainkaan häikäisyn torjuntaan, ja lähettimet, vastaanottimet ja heijastimet on kiinnitetty suoraan näyttölaitteen näyttöön. Suunnittelun monimutkaisuudesta huolimatta nämä näytöt ovat melko kestäviä. Esimerkiksi amerikkalaisen Tyco Electronicsin ja taiwanilaisen GeneralTouchin mukaan ne kestävät jopa 50 miljoonaa kosketusta yhdessä pisteessä, mikä ylittää 5-johtimisen resistiivisen näytön resurssin. SAW-näyttöjä käytetään pääasiassa peliautomaateissa, turvallisissa referenssijärjestelmissä ja oppilaitoksissa. Pääsääntöisesti pinta-aktiivisten aineiden seulat jaetaan tavallisiin - 3 mm paksuisiin ja ilkivallankestäviin - 6 mm. Jälkimmäinen kestää keskimääräisen miehen lyönnin tai 0,5 kg :n metallipallon pudotuksen 1,3 metrin korkeudesta (Elo Touch Systemsin mukaan). Markkinat tarjoavat vaihtoehtoja liittämiseen tietokoneeseen sekä RS232-liitännän että USB-liitännän kautta. Tällä hetkellä SAW-ohjaimet kosketusnäyttöihin, jotka tukevat molempia liitäntätyyppejä - combo (tiedot Elo Touch Systemsiltä) ovat suositumpia.
SAW-näytön pääasiallinen haittapuoli ovat häiriöt tärinän läsnä ollessa tai akustiselle melulle altistuessa sekä näytön ollessa likainen. Kaikki näytölle asetettu vieras esine (esimerkiksi purukumi) estää kokonaan sen toiminnan. Lisäksi tämä tekniikka vaatii koskettamaan esinettä, joka välttämättä absorboi akustisia aaltoja - eli esimerkiksi muovinen pankkikortti ei ole tässä tapauksessa käyttökelpoinen.
Näiden näyttöjen tarkkuus on suurempi kuin matriisinäytöillä, mutta pienempi kuin perinteisillä kapasitiivisilla. Piirtämiseen ja tekstin syöttämiseen niitä ei yleensä käytetä.
Infrapunakosketuspaneelin toimintaperiaate on yksinkertainen - vaaka- ja pystysuorien infrapunasäteiden muodostama ristikko katkeaa, kun näyttöä koskettaa mikä tahansa esine. Ohjain määrittää, missä säde katkesi.
OminaisuudetInfrapunakosketusnäytöt pelkäävät kontaminaatiota ja siksi niitä käytetään siellä, missä kuvanlaadulla on merkitystä, esimerkiksi e-lukulaitteissa . Yksinkertaisuuden ja ylläpidettävyyden vuoksi järjestelmä on suosittu armeijan keskuudessa. Usein sisäpuhelinnäppäimistöt valmistetaan tällä periaatteella . Tämän tyyppistä näyttöä käytetään Neonode-matkapuhelimissa [12] .
Lasipaneelissa on infrapunavalaistus. "Lasi-ilma"-rajapinnassa saadaan aikaan täydellinen sisäinen heijastus , ja "lasi-vieras esine" -rajapinnassa valo hajaantuu. On vielä kaapattava sirontakuva, tätä varten on kaksi tekniikkaa:
Niiden avulla voit erottaa käsin painamisen ja painamisen millä tahansa esineellä, on monikosketus . Suuret kosketuspinnat ovat mahdollisia, tauluun asti .
Tällaisten näyttöjen käyttö on täysin samanlaista kuin projisoitujen kapasitiivisten kosketusnäyttöjen käyttö. Reagoi näytön vääristymiseen. Venymämittarin näyttöjen tarkkuus ei ole korkea, mutta ne kestävät täydellisesti ilkivaltaa, lämpötilan muutoksia ja suuren määrän kosteutta. Pääsovellus on pankkiautomaatit, lippuautomaatit ja muut kadulla sijaitsevat laitteet [17] .
DST ( Dispersive Signal Technology ) -kosketusnäyttö rekisteröi pietsosähköisen vaikutuksen lasissa. Voit painaa näyttöä kädelläsi tai millä tahansa esineellä.
Erottuva piirre on korkea reaktionopeus ja kyky työskennellä olosuhteissa, joissa näyttö on vakavasti saastunut. Sormen täytyy kuitenkin liikkua; järjestelmä ei huomaa kiinteää sormea.
Induktiokosketusnäyttö on graafinen tabletti , jossa on sisäänrakennettu näyttö. Tällaiset näytöt reagoivat vain erityiseen kynään.
Niitä käytetään, kun vaaditaan reaktiota juuri kynällä (eikä kädellä) painamiseen: huippuluokan taidetabletit , jotkin taulutietokoneiden mallit .
| matr | 4-johtoinen | 5-johtoinen | Yomk | Pr-kapasiteetti | pinta-aktiivinen aine | IR verkko | Tukkukauppa | Tenzo | DST | Induktio | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Toiminnallisuus | |||||||||||
| hansikas käsi | Joo | Joo | Joo | Ei | Ei | Joo | Joo | Joo | Joo | Joo | Ei |
| kiinteää johtavaa esinettä | Joo | Joo | Joo | Joo | Joo | Ei | Joo | Joo | Joo | Joo | Ei |
| kiinteä johtamaton esine | Joo | Joo | Joo | Ei | Ei | Ei | Joo | Joo | Joo | Joo | Ei |
| Erottaa kynän kädestä | Ei | Ei | Ei | Ei | Joo | Ei | Ei | Joo | Ei | Ei | Ei |
| Useita napautuksia | Kyllä [Z 1] | Ei | Kyllä [Z 1] | Kyllä [Z 1] | Joo | Kyllä [Z 1] | Kyllä [Z 1] | Joo | Ei | Ei | Ei |
| Voiman mittaus | Ei | Ei | Ei | Ei | Joo | Joo | Ei | Joo | Joo | Ei | Joo |
| Äärimmäinen läpinäkyvyys, % [Z 2] | 85 | 75 | 85 | 90 | 90 | 100 | 100 | 100 | 95 | 90 | |
| Tarkkuus [Z 3] | Pohja | Korkeus | Korkeus | Korkeus | Korkeus | keskiviikko | Pohja | keskiviikko | Pohja | Korkeus | Korkeus |
| Luotettavuus | |||||||||||
| Elinikä, miljoona klikkausta | 35 | kymmenen | 35 | 200 | ∞ [Z 4] [18] | viisikymmentä | ∞ [Z5] | ∞ [Z4] | ??? | ∞ [Z4] | ∞ [Z4] |
| Suojaus lialta ja nesteiltä | Joo | Joo | Joo | Kyllä| | Joo | Ei | Ei | Joo | Joo | Joo | Joo |
| Ilkivallan vastustus | Ei | Ei | Ei | Ei | Joo | Ei | Ei | Joo | Joo | Ei | Ei |
| Sovellus [Z 6] | rajoitettu | rajoitettu | rajoitettu | Toimitilat | Ulkopuolinen | Toimitilat | Toimitilat | Toimitilat | Ulkopuolinen | Toimitilat | rajoitettu |