20-07-2016 14-10-2016 door Waarom

De geschiedenis van de creatie van het touchscreen.

Tegenwoordig zal een touchscreen, of beter gezegd een scherm met de mogelijkheid om informatie via aanraking in te voeren, niemand verbazen. Bijna alle moderne smartphones, tablet-pc's, sommige e-readers en andere moderne gadgets zijn uitgerust met soortgelijke apparaten. Wat is de geschiedenis van dit prachtige informatie-invoerapparaat?

Er wordt aangenomen dat de vader van 's werelds eerste aanraakapparaat een Amerikaanse leraar aan de Universiteit van Kentucky, Samuel Hearst, is. In 1970 werd hij geconfronteerd met het probleem van het lezen van informatie van een groot aantal recorderbanden. Zijn idee om dit proces te automatiseren werd de aanzet voor de oprichting van 's werelds eerste touchscreenbedrijf, Elotouch. De eerste ontwikkeling van Hirst en zijn medewerkers heette Elograph. Het werd uitgebracht in 1971 en gebruikte een vierdraads resistieve methode voor het bepalen van de coördinaten van het aanraakpunt.

Het eerste computerapparaat met een aanraakscherm was het PLATO IV-systeem, dat in 1972 ontstond dankzij onderzoek dat werd uitgevoerd als onderdeel van computeronderwijs in de VS. Het had een aanraakpaneel bestaande uit 256 blokken (16x16) en werkte met een raster van infraroodstralen.

In 1974 maakte Samuel Hearst opnieuw zijn aanwezigheid voelbaar. Het bedrijf dat hij oprichtte, Elographics, bracht een transparant aanraakpaneel uit en drie jaar later, in 1977, ontwikkelden ze een vijfdraads resistief paneel. Een paar jaar later fuseerde het bedrijf met de grootste elektronicafabrikant Siemens en in 1982 brachten ze gezamenlijk de eerste tv ter wereld uit die was uitgerust met een touchscreen.

In 1983 bracht fabrikant van computerapparatuur Hewlett-Packard de HP-150-computer uit, uitgerust met een aanraakscherm dat werkt volgens het principe van een infraroodraster.

De eerste mobiele telefoon met een aanraakinvoerapparaat was de Alcatel One Touch COM, uitgebracht in 1998. Zij was het die het prototype werd van moderne smartphones, hoewel deze volgens de huidige normen zeer bescheiden mogelijkheden had: een klein monochroom scherm. Een andere poging tot een touchscreen-smartphone was de Ericsson R380. Het had ook een monochroom scherm en was zeer beperkt in zijn mogelijkheden.

Het touchscreen in zijn moderne vorm verscheen in 2002 in het Qtek 1010/02 XDA-model, uitgebracht door HTC. Het was een kleurenscherm met een redelijk goede resolutie en ondersteunde 4096 kleuren. Het maakte gebruik van resistieve aanraaktechnologie. Apple heeft touchscreens naar een hoger niveau gebracht. Het was dankzij haar iPhone dat apparaten met aanraakschermen ongelooflijk populair werden, en hun ontwikkeling van Multitouch (aanraakdetectie met twee vingers) vereenvoudigde de informatie-invoer aanzienlijk.

De komst van touchscreens was echter niet alleen een handige innovatie, maar bracht ook enkele ongemakken met zich mee. Elektronische apparaten voorzien van een sensor zijn gevoeliger voor onzorgvuldig gebruik en gaan daardoor vaker kapot. Zelfs iPhone-schermen gaan kapot. Gelukkig kan zelfs een ongekwalificeerde specialist ze vervangen.

Hoe werkt een touchscreen?

Zo'n nieuwsgierigheid als een aanraakscherm - een display met de mogelijkheid om informatie in te voeren door simpelweg op het oppervlak te drukken met een speciale stylus of gewoon een vinger - verrast gebruikers van moderne elektronische gadgets al lang niet meer. Laten we proberen erachter te komen hoe het werkt.

Er zijn zelfs een vrij groot aantal soorten aanraakschermen. Ze verschillen van elkaar in de principes die ten grondslag liggen aan hun werk. Tegenwoordig maakt de markt van moderne hightech elektronica vooral gebruik van resistieve en capacitieve sensoren. Er zijn echter ook matrix-, projectie-capacitieve, waarbij gebruik wordt gemaakt van akoestische oppervlaktegolven, infrarood en optisch. De eigenaardigheid van de eerste twee, de meest voorkomende, is dat de sensor zelf gescheiden is van het display, dus als hij kapot gaat, kan zelfs een beginnende elektricien deze gemakkelijk vervangen. Het enige wat u hoeft te doen is een touchscreen kopen voor uw mobiele telefoon of een ander elektronisch apparaat.

Resistief touchscreen bestaat uit een flexibel plastic membraan, dat we feitelijk met onze vinger aandrukken, en een glazen paneel. Op de binnenoppervlakken van de twee panelen is een weerstandsmateriaal, in wezen een geleider, aangebracht. Tussen het membraan en het glas bevindt zich een micro-isolator. Wanneer we op een van de gebieden van de sensor drukken, sluiten de geleidende lagen van het membraan en het glaspaneel zich op deze plek en ontstaat er elektrisch contact. Het elektronische sensorcontrollercircuit zet het signaal van het indrukken om in specifieke coördinaten op het weergavegebied en verzendt deze naar het besturingscircuit van het elektronische apparaat zelf. De bepaling van coördinaten, of beter gezegd het algoritme ervan, is zeer complex en is gebaseerd op de opeenvolgende berekening van eerst de verticale en vervolgens de horizontale coördinaten van het contact.

Resistieve aanraakschermen zijn redelijk betrouwbaar omdat ze normaal functioneren, zelfs als het actieve bovenpaneel vuil is. Bovendien zijn ze vanwege hun eenvoud goedkoper te produceren. Ze hebben echter ook nadelen. Een van de belangrijkste is de lage lichttransmissie van de sensor. Dat wil zeggen, omdat de sensor op het scherm is geplakt, is het beeld niet zo helder en contrastrijk.

Capacitief touchscreen. De werking ervan is gebaseerd op het feit dat elk object met een elektrische capaciteit, in dit geval de vinger van de gebruiker, elektrische wisselstroom geleidt. De sensor zelf is een glazen paneel bedekt met een transparante resistieve substantie die een geleidende laag vormt. Aan deze laag wordt wisselstroom geleverd met behulp van elektroden. Zodra een vinger of stylus een van de sensorgebieden aanraakt, lekt er stroom op die plek. De sterkte hangt af van hoe dicht bij de rand van de sensor het contact wordt gemaakt. Een speciale controller meet de lekstroom en berekent op basis van de waarde de coördinaten van het contact.

Een capacitieve sensor is, net als een resistieve sensor, niet bang voor vervuiling, en ook niet voor vloeistoffen. In vergelijking met de vorige heeft het echter een hogere transparantie, waardoor het beeld op het scherm helderder en helderder wordt. Het nadeel van een capacitieve sensor komt voort uit de ontwerpkenmerken. Feit is dat het actieve deel van de sensor zich feitelijk op het oppervlak zelf bevindt en daardoor onderhevig is aan slijtage en beschadiging.

Laten we het nu hebben over de werkingsprincipes van sensoren die tegenwoordig minder populair zijn.

Matrix-sensoren Ze werken volgens het resistieve principe, maar verschillen van de eerste in het meest vereenvoudigde ontwerp. Op het membraan worden verticale geleidende strepen aangebracht, op het glas worden horizontale geleidende strepen aangebracht. Of andersom. Wanneer er druk wordt uitgeoefend op een bepaald gebied, worden twee geleidende strips gesloten en kan de controller vrij eenvoudig de coördinaten van het contact berekenen.

Het nadeel van deze technologie is met het blote oog zichtbaar: een zeer lage nauwkeurigheid en daarom het onvermogen om een ​​hoge discretie van de sensor te bieden. Hierdoor vallen sommige elementen van de afbeelding mogelijk niet samen met de locatie van de geleiderstrepen, en daarom kan het klikken op dit gebied ervoor zorgen dat de gewenste functie onjuist wordt uitgevoerd of helemaal niet werkt. Het enige voordeel van dit soort sensoren zijn hun lage kosten, die strikt genomen voortkomen uit eenvoud. Bovendien zijn matrixsensoren niet kieskeurig in het gebruik.

Geprojecteerde capacitieve aanraakschermen Ze zijn een soort capacitief, maar ze werken een beetje anders. Aan de binnenkant van het scherm wordt een rooster van elektroden aangebracht. Wanneer een vinger de overeenkomstige elektrode en het menselijk lichaam aanraakt, ontstaat er een elektrisch systeem - het equivalent van een condensator. De sensorcontroller levert een microstroompuls en meet de capaciteit van de resulterende condensator. Doordat op het moment van aanraking meerdere elektroden tegelijkertijd worden geactiveerd, volstaat het dat de controller eenvoudigweg de exacte locatie van de aanraking berekent (met behulp van de grootste capaciteit).

De belangrijkste voordelen van geprojecteerde capacitieve sensoren zijn een grotere transparantie van het gehele scherm (tot 90%), een extreem breed bereik aan bedrijfstemperaturen en duurzaamheid. Bij gebruik van dit type sensor kan het draagglas een dikte bereiken van 18 mm, wat het mogelijk maakt om schokbestendige displays te maken. Bovendien is de sensor bestand tegen niet-geleidende vervuiling.

Oppervlakte-akoestische golfsensoren – golven die zich voortplanten op het oppervlak van een vast lichaam. De sensor is een glazen paneel met piëzo-elektrische transducers op de hoeken. De essentie van hoe zo’n sensor werkt is als volgt. Piëzo-elektrische sensoren genereren en ontvangen akoestische golven die zich tussen de sensoren over het oppervlak van het scherm voortplanten. Als er geen contact is, wordt het elektrische signaal omgezet in golven en vervolgens weer in een elektrisch signaal. Als er een aanraking plaatsvindt, wordt een deel van de energie van de akoestische golf geabsorbeerd door de vinger en bereikt daarom de sensor niet. De controller analyseert het ontvangen signaal en berekent met behulp van een algoritme de locatie van de aanraking.

De voordelen van dergelijke sensoren zijn dat het met behulp van een speciaal algoritme mogelijk is om niet alleen de coördinaten van de aanraking te bepalen, maar ook de drukkracht - een extra informatiecomponent. Bovendien heeft het uiteindelijke weergaveapparaat een zeer hoge transparantie omdat er geen doorschijnende geleidende elektroden in het lichtpad aanwezig zijn. Sensoren hebben echter ook een aantal nadelen. Ten eerste is dit een zeer complex ontwerp, en ten tweede interfereren trillingen in grote mate met de nauwkeurigheid van het bepalen van coördinaten.

Infrarood touchscreens. Het principe van hun werking is gebaseerd op het gebruik van een coördinatenraster van infraroodstralen (lichtzenders en ontvangers). Ongeveer hetzelfde als in bankkluizen uit speelfilms over spionnen en overvallers. Wanneer u de sensor op een bepaald punt aanraakt, worden sommige stralen onderbroken en gebruikt de controller gegevens van optische ontvangers om de coördinaten van het contact te bepalen.

Het grootste nadeel van dergelijke sensoren is hun zeer kritische houding ten aanzien van oppervlaktereinheid. Elke verontreiniging kan leiden tot de volledige onbruikbaarheid ervan. Hoewel dit type sensor vanwege de eenvoud van het ontwerp wordt gebruikt voor militaire doeleinden, en zelfs in sommige mobiele telefoons.

Optische touchscreens zijn een logisch vervolg op de voorgaande. Infraroodlicht wordt gebruikt als informatieverlichting. Als er geen objecten van derden op het oppervlak aanwezig zijn, wordt het licht gereflecteerd en komt het in de fotodetector terecht. Als er een contact plaatsvindt, wordt een deel van de stralen geabsorbeerd en bepaalt de controller de coördinaten van het contact.

Het nadeel van de technologie is de complexiteit van het ontwerp vanwege de noodzaak om een ​​extra lichtgevoelige laag van het scherm te gebruiken. De voordelen zijn onder meer de mogelijkheid om vrij nauwkeurig het materiaal te bepalen waarmee de aanraking is gemaakt.

DST-rekstrookjes en aanraakschermen werken volgens het principe van vervorming van de oppervlaktelaag. Hun nauwkeurigheid is vrij laag, maar ze zijn zeer goed bestand tegen mechanische belasting, daarom worden ze gebruikt in geldautomaten, kaartautomaten en andere openbare elektronische apparaten.

Inductieschermen zijn gebaseerd op het principe van het genereren van een elektromagnetisch veld onder de bovenkant van de sensor. Bij aanraking met een speciale pen verandert de veldkarakteristiek en berekent de controller op zijn beurt de exacte coördinaten van het contact. Ze worden gebruikt in kunsttablet-pc's van de hoogste klasse, omdat ze een grotere nauwkeurigheid bieden bij het bepalen van de coördinaten.

Dmitri Kuzovkov

Aanraaktechnologieën dringen actief de Russische computermarkt binnen. Het debuut van deze systemen vond ruim vier jaar geleden plaats, maar de snelle groei van de markt begon pas deze zomer, toen touchscreen-informatiekiosken verschenen op metrostations, grote hotels en treinstations in Moskou. Sommigen van hen werden geïnstalleerd als onderdeel van het Moskou City Information System-project, andere als projecten van individuele bedrijven.

Touch-technologie verscheen meer dan 25 jaar geleden voor het eerst, toen specialisten van het Amerikaanse bedrijf ELO TouchSystems resistieve elektrodetechnologie ontwikkelden, waarmee ze een zeldzame combinatie van hoge betrouwbaarheid en gegarandeerde nauwkeurigheid met verbazingwekkende aanpasbaarheid konden bereiken. Deze ontwikkeling gaf een impuls aan de ontwikkeling van sensortechnologieën. Aanraakschermen die gebruik maken van het principe van akoestische oppervlaktegolven (ELO TouchSystems), veranderingen in gedistribueerde capaciteit (MicroTouch), infraroodgolven en resistieve technologie met 4 elektroden (een aantal Taiwanese bedrijven) begonnen op de markt te verschijnen.

Laten we eens kijken naar de kenmerken van verschillende soorten implementaties van aanraakinterfaces.

Resistieve 5-elektrodetechnologie

Een touchscreen gemaakt volgens dit principe (AccuTouch) heeft een glazen basis die aan de buitenkant is bedekt met een laagje plastic. Op beide oppervlakken wordt van binnenuit een speciale geleidende laag aangebracht. De ruimte tussen glas en kunststof is opgevuld met een speciale, door ELO TouchSystems gepatenteerde samenstelling. Deze samenstelling isoleert op betrouwbare wijze geleidende oppervlakken. Wanneer je op het plastic drukt, scheidt de compositie zich en komen de geleiders met elkaar in contact. De verandering in weerstand wordt geregistreerd door de controller en de aanraakcoördinaat wordt naar de computer verzonden.

Principe van oppervlakte-akoestische golven (SAW)

Een scherm gebaseerd op dit principe (IntelliTouch) is gemaakt in de vorm van een glazen paneel met piëzo-elektrische transducers in de hoeken van het scherm. Een speciale controller stuurt een hoogfrequent elektrisch signaal naar hen toe, dat wordt omgezet in akoestische golven. De golven worden gereflecteerd door een reeks sensoren langs de randen van het paneel. Ontvangende sensoren verzamelen de gereflecteerde golven en sturen deze terug naar transducers, die de ontvangen gegevens omzetten in een elektrisch signaal dat door de controller wordt geanalyseerd. Het bijzondere van deze technologie is dat de aanraakcoördinaat niet alleen langs de X- en Y-as wordt berekend, maar ook langs de Z-as.

Het principe van het veranderen van gedistribueerde capaciteit

Het scherm is gemaakt in de vorm van een glazen paneel waarop een geleidende laag is aangebracht, d.w.z. het oppervlak van het scherm is een verdeelde capaciteit die verandert bij aanraking. Deze veranderingen worden geregistreerd en verwerkt door de controller, die vervolgens de coördinaat van de aanraking berekent.

Infraroodgolftechnologie

Het scherm is gemaakt in de vorm van een frame met rijen infraroodstralers die een rooster vormen. Het verschijnen van een vreemd object binnen het raster wordt door de controller geregistreerd, verwerkt en naar de computer verzonden.

Structureel worden aanraakschermen gemaakt in de vorm van een glazen basis die de kromming van het oppervlak van een kathodestraalbuis of vloeibare kristalmatrix van een monitor volgt. Er zijn bolvormige, FST-, cilindrische en platte schermen op de markt, waarmee u voor elke monitor de beste optie kunt kiezen.

Een uitzondering vormen schermen die gebruik maken van infraroodgolven en “vandaalbestendige” SecureTouch-schermen van ELO. De eerste zijn, zoals reeds vermeld, gemaakt in de vorm van een frame dat op de monitor wordt geplaatst. De tweede worden vóór de monitor geïnstalleerd. Dit komt door het feit dat SecureTouch een zeer duurzaam touchscreen is. SecureTouch is ontwikkeld met oppervlakteactieve technologie en is ontworpen om zware schokken te weerstaan. Het blijft werken ondanks krassen die elk ander touchscreen zouden aantasten, en is bestand tegen schokken van zware voorwerpen. SecureTouch is gebaseerd op gegloeid of gehard glas, 0,25 of 0,5 inch dik.

Touchscreens in deze klasse zijn getest volgens de UL-specificatie (UL-1950). Een stalen kogel van één kilogram wordt meerdere keren op het schermoppervlak laten vallen vanaf een hoogte van 51,5 inch (ongeveer 131 cm). SecureTouch doorstaat de test zonder schade of krassen op het oppervlak.

Begin dit jaar verscheen er een ander type touchscreen. Dit zijn Scribex-schermen van ELO. Scribex biedt de mogelijkheid om informatie met de hand in een computersysteem te schrijven. Dit lost de dringende problemen van bank- en handelstoepassingen op. De nieuwe oplossing helpt gebruikers problemen te vermijden die zich voordoen bij het autoriseren van toegang en het invullen van verschillende documenten met behulp van het toetsenbord. De schermen zijn gemaakt met behulp van resistieve technologie met 5 elektroden. Dankzij de hoge resolutie en hoge scansnelheid kunt u een handtekening invoeren met een kwaliteit die voldoende is voor identificatie door de meeste programma's.

Software-aanraakschermen emuleren volledig een standaardmuis. Met de driver kunt u de reactiemodi instellen op indrukken, indrukken of dubbel aanraken. Momenteel zijn er drivers beschikbaar voor DOS, Windows 3.x, Windows 95, Windows NT en een aantal UNIX-systemen, OS/2, Apple Macintosh.

Er zijn veel soorten touchscreencontrollers beschikbaar, die van elkaar verschillen in de manier waarop ze met de computer communiceren. PC-Bus-controllers worden in het uitbreidingsslot van het moederbord geplaatst, seriële controllers worden op de seriële poort aangesloten. Dit laatste kan zowel extern als intern zijn, rechtstreeks in de monitor ingebouwd. Er is een reeks PCMCIA-controllers beschikbaar voor gebruik in laptop-pc's.

Touch-invoertechnologie heeft een aantal eigenschappen die het in veel toepassingen onmisbaar maken. De eerste daarvan is de implementatie van de genetisch inherente houding van ‘het aanraken van een interessant object’. Het is normaal dat mensen een object aanraken om er meer informatie over te verkrijgen. Dit gebeurt intuïtief en leidt niet tot het interne conflict dat traditionele inputmiddelen soms veroorzaken. Deze eigenschap lost idealiter het probleem op van een gebruiksvriendelijke interface in referentie- en informatiesystemen die zijn ontworpen voor massatoegang.

Kenmerken van aanraaktechnologieën

De tweede eigenschap is maximale bescherming tegen bedieningsfouten. Veel mensen herinneren zich waarschijnlijk de afgeplakte toetsenborden op kassa's in winkels. Slechte plaatsing van toetsen en hoge belastingen leiden tot invoerfouten. Daarom vonden kassamedewerkers een eenvoudige oplossing en bedekten zelden gebruikte sleutels met luciferdoosjes. Bij gebruik van aanraakinvoer wordt het toetsenbord op het beeldscherm door software gegenereerd. Hierdoor kunt u overbelasting van de operator voorkomen en alleen de toetsen weergeven die momenteel in gebruik zijn. Bovendien kunt u de optimale grootte en kleur van de toetsen kiezen.

Het aantal verschillende elektronische apparaten uitgerust met touchscreens neemt elk jaar toe. Niet alle touchscreens zijn echter gelijk. Momenteel zijn er verschillende opties om dergelijke oplossingen te implementeren. In dit artikel zullen we kijken naar de kenmerken en reikwijdte van verschillende technologieën die worden gebruikt om aanraakschermen te maken.

Het is misschien moeilijk te geloven, maar de geschiedenis van touchscreen-displays begon bijna vier decennia geleden. In 1971 ontwierp Sam Hurst, medewerker van de Universiteit van Kentucky, een aanraakpaneel, dat werd gepatenteerd onder de naam 'elograph'. Om dit soort apparaten te ontwikkelen en te promoten, richtte Sam Hirst het bedrijf Elographics op. In 1974 slaagden de medewerkers erin een prototype te maken van een display uitgerust met een transparant aanraakpaneel. In 1977 ontving Elographics een patent voor een vijfdraads resistief aanraakpaneelontwerp, een oplossing die meer dan dertig jaar later nog steeds erg populair is. Het bedrijf is nog steeds actief, zij het onder een andere naam: in 1994 werd het omgedoopt tot Elo TouchSystems en werd het vervolgens onderdeel van de Tyco Electronics-holding.

Hiermee ronden we de korte historische excursie af en gaan we verder met het overwegen van verschillende oplossingen waarmee we de aanraakinvoerfunctie kunnen implementeren.

Resistieve technologie

Het overzicht wordt geopend met resistieve technologie. Over het algemeen was zij het die heeft bijgedragen aan de huidige populariteit van draagbare elektronische apparaten met aanraakschermen. Zelfs met de komst van meer geavanceerde ontwerpen neemt resistieve technologie nog steeds een leidende positie in op de markt voor aanraakschermen. Volgens analysebureau DisplaySearch bedroeg het aandeel aanraakpanelen op basis van resistieve technologie eind 2009 in kwantitatieve termen 50% van het totale mondiale aanbod.

Momenteel zijn er twee hoofdopties voor het implementeren van resistieve aanraakpanelen: vier- en vijfdraads.

Laten we eerst eens kijken naar het werkingsprincipe van een resistief paneel op basis van vierdraadstechnologie. Boven het glazen of plastic substraat bevindt zich een dun, flexibel membraan van transparant materiaal. De naar elkaar toegekeerde oppervlakken van het membraan en het substraat hebben een transparante coating die elektrische stroom geleidt. Het contact van het membraan met het substraat wordt voorkomen door miniatuurisolatoren die zich ertussen bevinden. Paren metalen elektroden die zich aan weerszijden bevinden, zijn bevestigd aan het substraat en het membraan (Fig. 1). In dit geval worden de membraanelektroden loodrecht op de substraatelektroden geplaatst.

Rijst. 1. Diagram van een vierdraads resistief paneel

Wanneer u op het oppervlak van het aanraakscherm drukt, komt het membraan op deze plaats in contact met het substraat, waardoor er elektrisch contact ontstaat tussen de geleidende lagen (Fig. 2). Het lezen van de coördinaten van het drukpunt wordt opeenvolgend uitgevoerd. Eerst wordt een van de substraatelektroden aangesloten op een gelijkstroombron en de andere is geaard. De membraanelektroden worden kortgesloten (Fig. 3) en de controller meet de spanning erover en bepaalt zo een van de coördinaten (in dit geval horizontaal). Vervolgens wordt er stroom op de membraanelektroden aangelegd en meet de controller de spanning over de aangesloten substraatelektroden, waarbij de tweede coördinaat wordt vastgelegd.

Rijst. 2. Wanneer erop wordt gedrukt, buigt het membraan en sluit het
met steun op het contactpunt

Rijst. 3. Horizontaal lezen (boven)
en verticale coördinaten van het drukpunt
van een vierdraads resistief paneel

In het geval van een vijfdraads paneel worden aan elke kant van het substraat elektroden geïnstalleerd en de vijfde is verbonden met het membraan (Fig. 4). Wanneer erop wordt gedrukt, komt het membraan in contact met het substraat; de controller levert afwisselend een constante spanning aan paren elektroden die overeenkomen met de horizontale en verticale as (Fig. 5). Op basis van de spanning op de op het membraan aangesloten elektrode bepaalt de controller de coördinaten van het perspunt.

Rijst. 4. Schema van een vijfdraads resistief paneel

Rijst. 5. Elektrisch circuit voor horizontale aflezing (boven)
en verticale coördinaten van het drukpunt van een vijfdraads resistief paneel

Er is ook een achtdraadstechnologie (in dit geval zijn elektroden bevestigd aan elk van de vier zijden van het substraat en het membraan), maar deze oplossing wordt vrij zelden gebruikt vanwege de hogere kosten.

Aanraakpanelen op basis van resistieve technologie hebben een eenvoudig ontwerp en lage kosten - dit zijn de factoren die de populariteit van dergelijke oplossingen bepalen. Bovendien reageren weerstandspanelen uitsluitend op de druk die door een object op het aanraakoppervlak wordt uitgeoefend. Dankzij dit kunt u de interface bedienen met zowel uw vingers (inclusief degenen die handschoenen dragen) als verschillende objecten - een stylus, een lucifer, enz. Dergelijke panelen hebben een lage responsvertraging (ongeveer 10 ms) en blijven operationeel, zelfs in de aanwezigheid van verschillende soorten vervuiling op het aanraakoppervlak. We merken ook op dat het mogelijk is om resistieve aanraakpanelen te produceren met zowel een glanzende als een matte afwerking. De eerste zorgen voor een hogere beeldhelderheid, maar hebben tegelijkertijd veel schittering, en als je met je vingers op het aanraakoppervlak drukt, verliezen ze ook snel hun nette uiterlijk. De matte afwerking neutraliseert effectief schitteringen en is minder gevoelig voor vingerafdrukken. Toegegeven, het beeld ziet er in dit geval minder helder en contrastrijk uit.

Als we het hebben over de verschillen tussen vier- en vijfdraadstechnologieën, dan wint de eerste qua kosten, terwijl de tweede een hogere hulpbron biedt (tot tientallen miljoenen klikken op een gegeven moment). Achtdraadstechnologie biedt een hogere nauwkeurigheid bij het bepalen van de coördinaten van het perspunt, maar zoals reeds vermeld is de productie van dergelijke panelen veel duurder in vergelijking met vier- en vijfdraadsontwerpen.

Natuurlijk hebben resistieve panelen ook bepaalde nadelen. Ze zijn gevoeliger voor mechanische schade dan andere constructies - om te kunnen werken moet je immers een bepaalde kracht uitoefenen en het is gemakkelijk om die te overdrijven. Het meest kwetsbare structuurelement is het flexibele membraan, dat regelmatig onderhevig is aan vervorming. Als de integriteit van het membraan wordt aangetast (er verschijnt een scheur of snee), faalt het paneel.

Resistieve panelen zijn inferieur aan een aantal apparaten wat betreft nauwkeurigheid bij het bepalen van de coördinaten van het drukpunt en vereisen bovendien periodieke herkalibratie. Zelfs de beste voorbeelden van resistieve panelen hebben een lichttransmissie van ongeveer 85%, waardoor de oorspronkelijke helderheid en het contrast van het beeld worden verminderd. Door de aanwezigheid van meerdere oppervlakken tussen het beeldscherm en de kijker (substraat, membraan en beschermlaag) leidt het gebruik van een resistief aanraakpaneel onvermijdelijk tot een verslechtering van de beeldhelderheid (dit nadeel is meer inherent aan ontwerpen met een matte afwerking ).

Tot voor kort waren de nadelen van schermen op basis van resistieve technologie onder meer het onvermogen om op meerdere punten tegelijk druk waar te nemen. Dankzij recente ontwikkelingen is deze beperking echter overwonnen. Resistieve aanraakpanelen van Fujitsu Components America, gedemonstreerd tijdens het SID 2010-forum, kunnen bijvoorbeeld tot 32 klikken op verschillende punten op het scherm tegelijkertijd accepteren.

Momenteel worden aanraakschermen op basis van resistieve technologie veel gebruikt in PDA's, mobiele telefoons, draagbare mediaspelers, POS-terminals, maar ook in industriële en medische apparatuur.

Capacitieve technologie

Wetenschappers zijn er al geruime tijd achter dat vanuit het oogpunt van elektrotechniek het menselijk lichaam een ​​condensator is, met een vrij grote capaciteit. Het is deze eigenschap van ons lichaam die wordt gebruikt in aanraakschermen op basis van capacitieve of, zoals het soms wordt genoemd, elektrostatische technologie.

Dit type aanraakpaneel wordt gemaakt op een transparant (glas of kunststof) substraat. Het buitenoppervlak van de plaat is bedekt met een geleidende laag en in elk van de vier hoeken is een elektrode aangesloten op de controller bevestigd (Fig. 6). Tijdens bedrijf levert de regelaar zwakke wisselstroompulsen aan de elektroden. Als u het oppervlak van het aanraakscherm met uw vinger aanraakt (sluit een condensator aan), zal er stroom lekken. De hoeveelheid lekstroom is omgekeerd evenredig met de afstand van het drukpunt tot de elektrode. Door de grootte van de lekstroom door elk van de vier elektroden te vergelijken, berekent de controller de coördinaten van het drukpunt.

Rijst. 6. Diagram van het capacitieve paneelapparaat

Door de afwezigheid van flexibele membranen hebben capacitieve panelen een hogere betrouwbaarheid vergeleken met resistieve panelen (de hulpbron is enkele honderden miljoenen klikken). Bovendien hebben capacitieve panelen, dankzij minder optische elementen, een hogere lichttransmissie (ongeveer 90%). Het belangrijkste nadeel van dit soort panelen is de noodzaak om elektrisch contact tussen het oppervlak en het menselijk lichaam te garanderen. Als u bijvoorbeeld op zo'n scherm drukt met een stylus van diëlektrisch materiaal of met een gehandschoende vinger, zal het niet werken. Bovendien kan de normale werking van het capacitieve paneel worden verstoord als het oppervlak vervuild is met stoffen die elektrische stroom geleiden.

Momenteel worden aanraakpanelen op basis van capacitieve technologie gebruikt in de displays van informatiekiosken en geldautomaten, maar ook in industriële apparatuur.

Geprojecteerde capacitieve technologie

Op dit moment staat deze oplossing op de tweede plaats in de populariteitsbeoordeling van aanraaktechnologieën, na resistieve panelen. Structureel bestaat een paneel gebaseerd op projectie-capacitieve technologie uit twee glasplaten, waartussen zich een rooster van dunne elektroden bevindt (Fig. 7). Tijdens bedrijf stuurt de controller korte pulsen naar elk van de elektroden. Wanneer een vinger zich in de buurt van het aanraakoppervlak bevindt, treedt een effect op dat lijkt op het aansluiten van een grote condensator (waarvan de rol in dit geval wordt gespeeld door het menselijk lichaam) op nabijgelegen elektroden. Door de grootte van de spanningsval (als gevolg van stroomlekkage door de condensator) te meten, bepaalt de controller de coördinaten van het aanraakpunt.

Rijst. 7. Diagram van het geprojecteerde capacitieve paneel

Aanraakpanelen op basis van geprojecteerde capaciteitstechnologie hebben een aantal voordelen die hebben bijgedragen aan een aanzienlijke toename van hun populariteit de afgelopen jaren. Ze zijn met name duurzaam, hebben een hoge lichtdoorlatendheid (ongeveer 90%), zijn bestand tegen vuil en mechanische schade aan het werkoppervlak en kunnen functioneren in een breed temperatuurbereik.

Projectie-capacitieve technologie kan een zeer hoge nauwkeurigheid bieden bij het bepalen van de coördinaten van het perspunt, maar er moet rekening mee worden gehouden dat deze parameter rechtstreeks afhangt van de dikte van de beschermlaag. Hoe dikker het is, hoe minder nauwkeurig het is, en omgekeerd.

Bovendien kunt u met dit soort aanraakpanelen klikken op meerdere punten op het scherm tegelijkertijd waarnemen. Afhankelijk van de controllerinstellingen kan het paneel niet alleen reageren op aanraking, maar ook op een vinger die naar het werkoppervlak wordt gebracht. Dienovereenkomstig is het mogelijk om het met een gehandschoende hand te bedienen.

Het grootste nadeel van projectie-capacitieve panelen is de complexiteit van de elektronische componenten voor het verwerken van informatie over klikken, en dus de vrij hoge productiekosten. Bovendien nemen de kosten van geprojecteerde capacitieve panelen aanzienlijk toe naarmate de grootte en resolutie van het scherm toenemen. De genoemde factoren voorkomen de verspreiding van dit soort aanraakpanelen op goedkope apparaten, maar ook op apparaten met grote schermen.

Geprojecteerde capacitieve panelen zijn goed in het detecteren van puntdruk, maar zijn niet het beste voor functies waarbij GUI-objecten moeten worden gesleept of op het scherm moet worden getekend. Net als bij resistieve panelen vereisen apparaten van dit type periodieke herkalibratie.

Momenteel worden aanraakpanelen op basis van geprojecteerde capaciteitstechnologie gebruikt in mobiele telefoons, digitale mediaspelers, informatiekiosken en touchpads op draagbare pc's. De populariteit van deze oplossing groeit snel. Zo bedroeg volgens het bureau DisplaySearch vorig jaar het aandeel touchpanels op basis van capacitieve projectietechnologie 31% van het totaal aantal geleverde producten.

Optische technologieën

Een aparte groep aanraakschermen bestaat uit apparaten op basis van optische technologieën. De populariteit van dergelijke oplossingen is nog steeds laag: volgens de resultaten van vorig jaar bedroeg het aandeel optische aanraakpanelen slechts 3% van het totale wereldwijde aanbod. Het potentieel van dergelijke apparaten is echter nog niet volledig onthuld.

IR-sensor met een reeks vaste optocouplers

Het werkingsprincipe van deze oplossing is vrij eenvoudig. In de module die het scherm omlijst, bevinden zich lijnen IR-LED's met focusserende lenzen aan beide zijden, en aan weerszijden bevinden zich lijnen fotodiodes of fototransistors (Fig. 8). Wanneer de LED's zijn ingeschakeld, wordt er een onzichtbaar raster gevormd door infraroodstralen boven het oppervlak van het scherm. Wanneer een object het oppervlak van het scherm nadert, blokkeert het de stralen die elkaar op dat punt kruisen. De afwezigheid van een straal wordt gedetecteerd door lichtgevoelige elementen van optocouplers, door de status te veranderen waarvan de controller de coördinaten van het aanraakpunt bepaalt.

Rijst. 8. Schema van een IR-sensor met een reeks vaste optocouplers

Dergelijke sensoren worden vooral toegepast in displaypanelen met grote schermformaten. Feit is dat de resolutie van dergelijke sensoren wordt beperkt door de fysieke afmetingen van de optokoppelelementen en de parameters van de focusseerlenzen. In de regel is de optische rasterafstand ongeveer 2-3 mm, en zelfs bij installatie op een 32-inch scherm zal de resolutie van een sensor met een dergelijk ontwerp niet groter zijn dan 320x240 pixels.

IR-sensoren met een reeks vaste optocouplers hebben echter ook onmiskenbare voordelen. Omdat er geen interferentie is tussen het beeldscherm en de waarnemer (glas, extra geleiders, enz.), heeft de installatie van een dergelijke sensor geen invloed op indicatoren zoals helderheid, contrast, helderheid en kleurnauwkeurigheid. Bovendien kan dit type sensor worden vervaardigd als een verwijderbare module die kan worden bevestigd aan elk weergavepaneel met een scherm van de juiste grootte (in tegenstelling tot capacitieve en resistieve panelen, die meestal worden gecombineerd tot een enkele module met een display).

Om voor de hand liggende redenen hoeft een IR-sensor met vaste elementen niet te worden gekalibreerd. Bovendien kunt u uw vingers en voorwerpen van geschikt formaat gebruiken om interface-elementen te besturen.

De nadelen zijn onder meer de vrij hoge kosten van dergelijke apparaten, evenals de noodzaak om de optische elementen regelmatig te reinigen van stof en vuil om de stabiliteit van hun werking te garanderen. Dit type aanraakscherm werkt mogelijk niet goed als het wordt blootgesteld aan direct zonlicht op de fotocellen.

Er is nog een nuance. Bij veel modellen IR-sensoren bevindt het vlak waarin de optocoupler-elementen zich bevinden zich op enige afstand van het schermoppervlak. Als gevolg hiervan treden er bij het gebruik van een object dat niet strikt loodrecht op het schermvlak staat fouten op bij het bepalen van de coördinaten.

Momenteel worden LCD- en plasmapanelen met IR-sensoren gebruikt in presentatieapparatuur, onderwijsinstellingen, situatiecentra, enz.

IR-sensor met straalbewegingsmechanisme

Een ontwikkeling van het idee van contactloze aanraakregistratie met behulp van IR-stralen is IR-technologie met een bewegende straal geworden. In plaats van een reeks optocouplers worden één IR-stralingsbron (LED of halfgeleiderlaser) en een scanmechanisme gebruikt, dat zorgt voor de beweging van de straal en het werkoppervlak met hoge snelheid scant. Als er geen obstakel is, wordt de straal verstrooid. Als er zich een obstakel in het pad van de straal bevindt, wordt de straal daardoor gereflecteerd en opgevangen door een fotodiode. Op basis van een verandering in de toestand van de fotodiode registreert de controller de aanraking op het overeenkomstige punt.

In tegenstelling tot IR-sensoren met vaste optocouplers kan het beschreven ontwerp worden geïmplementeerd in de vorm van een zeer compacte module, waardoor deze op zijn beurt gemakkelijk in draagbare apparaten kan worden gebruikt. Een uniek kenmerk van deze technologie is de mogelijkheid om deze te gebruiken met geprojecteerde beelden, en de grootte van het werkgebied kan behoorlijk variëren. Door de afwezigheid van interferentie heeft de werking van de optische sensor geen invloed op de beeldkarakteristieken. Bovendien zijn de kosten van dergelijke sensoren laag.

Tot de nadelen behoren de niet erg hoge resolutie, de beperkte mogelijkheden om meerdere aanrakingen tegelijkertijd te herkennen en een vrij grote fout bij het bepalen van de coördinaten van het aanraakpunt aan de randen van het scherm, waar de invalshoek van het scherm straal is minimaal.

De eerste commerciële apparaten die optische sensoren met een sweepmechanisme gebruikten, waren virtuele toetsenborden (Fig. 9). Met dit lichtere apparaat kunt u een hardwaretoetsenbord vervangen wanneer u met een laptop of pocket-pc werkt. Onlangs hebben ontwikkelaars van multimediaprojectoren, evenals draagbare apparaten met ingebouwde projectoren, een toenemende belangstelling getoond voor dergelijke sensoren (Fig. 10).

Rijst. 9. Draadloos virtueel toetsenbord voor PDA's
en mobiele telefoons

Rijst. 10. IR-sensor met scanmechanisme
Met beam kunt u de aanraakinvoerfunctie implementeren
voor geprojecteerde beelden

VolgendeWindow IR-sensor

Deze technologie is ontwikkeld door NextWindow en wordt gebruikt in haar aanraakpanelen. In tegenstelling tot de hierboven beschreven oplossingen, waarbij het aanraakoppervlak virtueel is, omvat de NextWindow-technologie het gebruik van een fysiek object in deze hoedanigheid: een glazen of plastic plaat. Aan drie zijden aan de uiteinden van de plaat bevinden zich IR-stralingsbronnen (lijnen van LED's) en in de twee bovenhoeken bevinden zich optische sensoren die in het IR-bereik werken (Fig. 11).

Rijst. 11. Schema van de NextWindow IR-sensor

Wanneer u het oppervlak aanraakt met een vinger of een ander voorwerp, verandert het patroon van de voortplanting van IR-straling. Deze veranderingen worden geregistreerd door optische sensoren, op basis van veranderingen in de meetwaarden waarvan de controller de coördinaten van het aanraakpunt berekent.

De voordelen van deze oplossing zijn de hoge lichttransmissie van het paneel (ruim 92%), de mogelijkheid om aanrakingen op twee punten tegelijk te registreren en een hoge resolutie. Dergelijke sensoren zijn zeer stabiel en vereisen geen periodieke kalibratie tijdens bedrijf.

Een van de nadelen is het nogal complexe ontwerp van de controller en dienovereenkomstig niet de laagste kosten van dergelijke apparaten.

Aanraakpanelen van dit ontwerp zijn het meest geschikt voor het uitrusten van beeldschermen met grote schermformaten (vanaf 20 inch diagonaal of meer). Op basis van de NextWindow-technologie worden zowel displaypanelen met geïntegreerd touchscreen als verwijderbare modules geproduceerd.

Optische sensoren gebaseerd op videocamera's

In apparaten waarbij het beeld op het scherm wordt gevormd met behulp van de achterwaartse projectiemethode, kan een optische sensor op basis van een digitale videocamera worden gebruikt. In het eenvoudigste geval wordt één videocamera gebruikt die in het IR-bereik werkt (Fig. 12). Het beeld op het scherm vormt in dit geval geen belemmering, aangezien het in het zichtbare bereik wordt geprojecteerd en de camera het eenvoudig waarneemt.

Rijst. 12. Diagram van een optische sensor met een videocamera in apparaten
het beeld op het scherm wordt gevormd door de methode van achterwaartse projectie

Het binnenoppervlak van het scherm wordt verlicht met infraroodstralen. Als er geen voorwerpen op het schermoppervlak aanwezig zijn, dringen IR-stralen ongehinderd door het glas. Als de stralen het oppervlak raken, worden ze gereflecteerd door het obstakel dat verschijnt en legt de videocamera een plek (of meerdere plekken) vast op een uniforme achtergrond. Het resulterende beeld wordt verwerkt door software die de coördinaten van de contactpunten berekent.

Zo'n sensor kan ook meerdere videocamera's bevatten - dit maakt het mogelijk om de betrouwbaarheid ervan te vergroten en extra mogelijkheden te implementeren. In het Microsoft Surface-apparaat (Fig. 13) zijn bijvoorbeeld vijf videocamera's geïnstalleerd om een ​​sensor van dit type te bedienen. Naast het registreren van aanrakingen en gebaren, bieden ze een objectherkenningssysteem. Om dit te doen, worden miniatuur zwart-witte markeringen aangebracht op de onderkant van de objecten die met dit apparaat worden gebruikt, die doen denken aan de cijfers op dominostenen. Met behulp van deze tags kan de software het type object bepalen en automatisch de bijbehorende actie uitvoeren: een document met een beschrijving openen, een applicatie starten, enz.

Rijst. 13. De Microsoft Surface-functie
aanraakinvoer wordt geïmplementeerd met behulp van videocamera's,
geïnstalleerd in de behuizing

De optische sensor bij de videocamera heeft geen invloed op de kwaliteit van het beeld op het scherm. Andere voordelen van deze oplossing zijn onder meer de mogelijkheid om meerdere aanrakingen tegelijkertijd te verwerken; met behulp van zowel vingers als verschillende objecten (en in elke combinatie) om met de grafische interface te werken. De resolutie van een dergelijke sensor kan sterk variëren, afhankelijk van de resolutie van de gebruikte videocamera en het gebruikte optische systeem. Bovendien kan dezelfde sensor met minimale aanpassingen worden gebruikt om met schermen van verschillende formaten te werken.

Vanwege hun hoge kosten en grote afmetingen zijn optische sensoren op basis van een videocamera niet geschikt voor gebruik in draagbare apparaten. Het systeem vereist een zorgvuldige kalibratie na installatie en regelmatige aanpassingen om een ​​aanvaardbare nauwkeurigheid te garanderen.

Zoals reeds vermeld zijn op camera's gebaseerde optische sensoren alleen geschikt voor gebruik in beeldschermen met doorzichtprojectie, en dit beperkt hun toepassingsgebied aanzienlijk. Momenteel is deze klasse apparaten erg klein: de vraag naar projectie-tv's neemt snel af en apparaten zoals de Microsoft Surface worden in microscopisch kleine hoeveelheden geproduceerd.

Technologieën gebaseerd op de eigenschappen van akoestische golven

Tot nu toe is geen van de technologieën die de eigenschappen van akoestische golven gebruiken om de aanraakinvoerfunctie te implementeren wijdverspreid geworden. Niettemin zijn dergelijke oplossingen niet alleen interessant vanwege hun oorspronkelijke werkingsprincipe, maar ook vanwege een aantal belangrijke voordelen.

Oppervlakte-akoestische golftechnologie

Zoals de naam al doet vermoeden, is de werking van deze oplossing gebaseerd op de eigenschappen van de voortplanting van oppervlakte-akoestische golven (SAW). Een op oppervlakteactieve stoffen gebaseerd aanraakpaneel is een glasplaat die met een kleine opening voor het beeldscherm wordt gemonteerd. Piëzo-elektrische transducers (PET's) en ontvangstsensoren zijn geïnstalleerd in de hoeken van de plaat en reflectoren zijn aan de randen geïnstalleerd (Fig. 14). Tijdens bedrijf levert de controller een hoogfrequent elektrisch signaal aan piëzo-elektrische transducers, die op hun beurt akoestische oppervlaktegolven in het ultrasone bereik (met een frequentie in de orde van enkele megahertz) in de glasplaat opwekken. Deze golven worden door reflectoren gelijkmatig over de dikte van de plaat verdeeld en vervolgens opgevangen door ontvangstsensoren, die ze omzetten in een elektrisch signaal dat door de controller wordt gelezen. Wanneer u het aanraakoppervlak aanraakt, wordt een deel van de energie van akoestische oppervlaktegolven geabsorbeerd (een vinger of ander voorwerp fungeert in dit geval als een demper, waardoor de vrije voortplanting van golven wordt voorkomen). Door de door de ontvangende sensoren gelezen signalen te veranderen, bepaalt de controller de coördinaten van het aanraakpunt.

Rijst. 14. Diagram van een aanraakpaneel op basis van oppervlakteactieve technologie

Aanraakpanelen op basis van oppervlakteactieve technologie onderscheiden zich door hun betrouwbaarheid (ze kunnen tientallen miljoenen klikken tegelijk weerstaan), hoge lichtdoorlatendheid (meer dan 90%) en reactievermogen op aanrakingen van zowel vingers als verschillende objecten. Bij sommige implementaties kunt u met deze technologie niet alleen de coördinaten, maar ook de drukkracht bepalen.

Onder de nadelen van aanraakpanelen van dit type is het noodzakelijk om de gevoeligheid voor vervuiling van het werkoppervlak op te merken (vuil beïnvloedt de voortplanting van akoestische golven) en de niet erg hoge nauwkeurigheid van het bepalen van de coördinaten van het drukpunt. Het is ook mogelijk dat het aanraakpaneel defect raakt onder omstandigheden van sterk geluid en trillingen, wat de mogelijkheid om dit soort apparaten buitenshuis te gebruiken aanzienlijk beperkt.

Er zijn verschillende opties voor het implementeren van op oppervlakteactieve stoffen gebaseerde aanraakpanelen: IntelliTouch, SecureTouch, iTouch, enz. Het belangrijkste toepassingsgebied van aanraakpanelen op basis van oppervlakteactieve technologie zijn momenteel informatiezuilen, terminals, enz. Vanwege de technische kenmerken van deze oplossing is het raadzaam deze te gebruiken in beeldschermen met grote schermformaten (19 inch of meer).

Technologie voor akoestische pulsherkenning

Acoustic Pulse Recognition (APR)-technologie, gecreëerd door Elo TouchSystems, is een verdere ontwikkeling van het idee dat wordt gebruikt in op oppervlakteactieve stoffen gebaseerde panelen. Het werkingsprincipe van aanraakpanelen op basis van APR-technologie verschilt echter aanzienlijk van apparaten op basis van oppervlakteactieve stoffen.

Het aanraakoppervlak is een glasplaat. Aan de zijkanten zijn vier piëzo-elektrische transducers geïnstalleerd, die geluidsgolven die zich door de dikte van het glas voortplanten, omzetten in een elektrisch signaal (Fig. 15).

Rijst. 15. Diagram van een aanraakpaneel op basis van APR-technologie

Het werkingsprincipe van het APR-paneel is gebaseerd op het feit dat het geluid dat wordt gegenereerd wanneer u elk punt op het aanraakoppervlak aanraakt, uniek is. Wanneer u het aanraakoppervlak aanraakt, wordt er een geluidspuls gegenereerd die zich langs het glaspaneel voortbeweegt. Nadat de puls de rand van het paneel heeft bereikt, beïnvloedt hij de sonde, die deze in een elektrisch signaal omzet en naar de controller verzendt. Deze laatste vergelijkt de signalen die van de sensoren worden ontvangen met referentiesignalen die in het geheugen zijn opgeslagen en die worden geregistreerd bij aanraking van verschillende punten op het paneel. Als het geluidsbeeld niet overeenkomt met de normen die in het geheugen zijn opgeslagen, registreert de controller de pers niet, waardoor een effectief systeem wordt geïmplementeerd voor het filteren van externe geluiden en trillingen.

Aanraakpanelen op basis van APR-technologie bieden een hogere nauwkeurigheid (vergeleken met op oppervlakteactieve stoffen gebaseerde apparaten) bij het bepalen van de coördinaten van het aanraakpunt en zijn veel minder gevoelig voor de invloed van externe geluiden en trillingen. Drukken kan met de vingers of met verschillende voorwerpen. Dergelijke panelen hebben een hoge lichttransmissiesnelheid (meer dan 90%) en blijven operationeel, zelfs als er krassen en vuil op het aanraakoppervlak aanwezig zijn. Aanraakpanelen op basis van APR-technologie zorgen voor een hoge stabiliteit en vereisen geen herkalibratie tijdens bedrijf. Deze oplossing is zeer schaalbaar: deze kan worden gebruikt in displaypanelen met zowel kleine als grote schermformaten.

Tegenwoordig zijn digitale kiosken en betaalterminals het belangrijkste toepassingsgebied van APR-technologie. De levering van commerciële oplossingen met aanraakschermen op basis van APR-technologie begon relatief recent: eind 2006.

Ultrasone technologie

Om dit type touchscreen te bedienen, wordt een speciale pen gebruikt, die een generator, een ultrasone golfzender en een miniatuurstroombron bevat. Twee sensoren die reageren op ultrasoon geluid zijn op het displayframe gemonteerd nabij de bovenhoeken van het scherm (Fig. 16). Wanneer de penpunt het oppervlak van het scherm raakt, wordt een schakelaar geactiveerd en begint de pen ultrasone golven uit te zenden. De controller registreert de responstijd van elke sensor en berekent op basis van het verschil tussen deze waarden de coördinaten van het aanraakpunt.

Rijst. 16. Schema van een weergaveapparaat met een ultrasone sensor

De belangrijkste voordelen van deze oplossing zijn implementatiegemak (er zijn geen wijzigingen aan het ontwerp van het weergavepaneel vereist), lage kosten en de afwezigheid van interferentie die de beeldkwaliteit beïnvloedt. Dit ontwerp is zeer schaalbaar: dit type sensor kan worden gebruikt met schermen van verschillende groottes (er zijn slechts kleine wijzigingen in het controllerprogramma vereist).

Het grootste nadeel is de noodzaak om een ​​speciale pen te gebruiken. Bovendien biedt deze oplossing geen erg hoge nauwkeurigheid bij het bepalen van de coördinaten van het drukpunt (±0,5 mm) en vereist het extra ruimte om sensoren op het frame rond het scherm te plaatsen. De ultrasone sensor is dus praktisch ongeschikt voor gebruik in draagbare apparaten.

Een voorbeeld van een serieel apparaat uitgerust met een ultrasoon aanraakinvoersysteem is de 17-inch Samsung SyncMaster 720TD LCD-monitor die begin 2006 werd uitgebracht (Fig. 17). De sensorsensoren in dit model zijn gemaakt in de vorm van cilindrische ringen die zich in de bovenhoeken van het monitorframe bevinden.

Rijst. 17. De SyncMaster 720TD LCD-monitor is uitgerust met een
aanraakinvoer op basis van ultrasone technologie

Elektromagnetische resonantietechnologie

Concluderend is het vermeldenswaard de elektromagnetische resonantietechnologie die door Wacom is ontwikkeld voor gebruik in grafische tablets (digitizers). In 1998 verscheen het eerste LCD-schermmodel met een ingebouwde grafische tablet, de Cintiq 18sx, in de productlijn van het bedrijf. Wacom produceert momenteel twee series touchscreendisplays: Cintiq en PL (Fig. 18).

Rijst. 18. Wacom Cintiq-serie LCD uitgerust met
ingebouwde grafische tablet

Aanraakpanelen op basis van elektromagnetische resonantietechnologie zorgen voor een zeer hoge positioneringsnauwkeurigheid en stellen u ook in staat aanvullende informatie te ontvangen van de ingebouwde sensoren van de pen - op deze manier kunt u de druk, hoek, punttype, enz. registreren.

Met dit ontwerp kunt u de locatie van de pen volgen, zelfs als de punt zich op een afstand van 1-2 cm van het werkoppervlak bevindt. Hierdoor kan het aanraakpaneel onder de LCD-displaymodule worden gemonteerd, zonder dat dit ten koste gaat van de optische prestaties van het display.

Helaas zijn er een aantal tekortkomingen. Touchpanels op basis van elektromagnetische resonantietechnologie werken alleen met een speciale stylus en vereisen tijdens bedrijf periodieke kalibratie. Bovendien zijn dergelijke producten, vanwege de complexiteit van het ontwerp, vrij duur om te vervaardigen, en de prijs stijgt aanzienlijk naarmate de schermgrootte groter wordt.

Aanraakpanelen op basis van deze technologie verbruiken veel elektriciteit en zijn een bron van elektromagnetische interferentie, die de normale werking van draadloze apparatuur in de buurt (mobiele telefoons, toegangspunten, enz.) kan verstoren.

Blijkbaar zal de elektromagnetische resonantietechnologie de komende jaren een oplossing blijven die vooral gericht is op een klein segment van de dure aanraakschermen die gebruikt worden om met professionele toepassingen te werken (grafische editors, 3D-modelleringssystemen, CAD, enz.).

wrijf usd euro uan

Analoge resistieve technologie

Het ontwerp van een resistief interactief whiteboard omvat een stijf substraat en een flexibel plastic membraan. De ruimte tussen het substraat en het membraan is gevuld met isolatoren, die gelijkmatig zijn verdeeld over het actieve oppervlak van de plaat en geleidende oppervlakken betrouwbaar isoleren. Wanneer u op uw interactieve whiteboard drukt, raken de twee lagen elkaar, wat een verandering veroorzaakt in het weerstandsniveau dat door het apparaat wordt gedetecteerd.

Het klikpunt wordt door het interactieve whiteboard herkend als een muisklik. Tegelijkertijd is het mogelijk om slechts één contactpunt met een vinger, stylus of een ander geschikt object te registreren. De uitzondering vormen resistieve double-touch-platen, die twee stijve substraten onder één plastic membraan hebben. Het werken met deze apparaten is intuïtief, maar er zijn enkele nuances: 1) de druk moet sterk genoeg zijn, anders wordt het signaal onderbroken; 2) bij langdurig gebruik kan het plastic membraan blijven plakken; 3) Om het interactieve whiteboard als stift te gebruiken, heb je speciale stiften nodig, omdat het is moeilijk schoon te maken. Voorbeelden van productiebedrijven: SMART Technologies, QOMO, IQBoard.

Capacitieve (elektrostatische) technologie

De buitenste laag van dit type touchscreen is een geleider van statische elektriciteit, de binnenkant wordt weergegeven door een rooster van elektroden. Tijdens bedrijf voorziet de controller ze van pulsen van zwakke wisselstroom.

Bij aanraking lekt er stroom. De hoeveelheid lekstroom is omgekeerd evenredig met de afstand van het drukpunt tot de elektrode. Door de grootte van de lekstroom door elk van de vier elektroden te vergelijken, berekent de controller de coördinaten van het drukpunt. Prominente vertegenwoordigers van dergelijke apparaten: iPad, Samsung-tablets, enz. Deze apparaten herkennen meerdere gelijktijdige aanrakingen en verschillende gebaren, maar vanwege de noodzaak om elektrisch contact tussen het oppervlak en het menselijk lichaam te garanderen, is het niet mogelijk om ermee te werken met andere objecten (inclusief handschoenen).

Infrarood technologie

Langs de omtrek van het interactieve whiteboard zijn IR-sensoren geïnstalleerd, die een netwerk van stralen vormen die onzichtbaar zijn voor het menselijk oog. Aanraking met een stylus of vinger breekt deze stralen, het drukpunt wordt geregistreerd door de controller en informatie over de coördinaten wordt naar de computer verzonden. Deze technologie kan worden gebruikt bij de productie van interactieve whiteboards, interactieve consoles of interactieve projectoren. Dergelijke apparaten kunnen zowel één aanraking als meerdere contactpunten met het oppervlak herkennen. Voorbeelden van productiebedrijven: Mimio, Epson, SMART Technologies.

DViT-technologie (Digital Vision Touch).

Digitale videocamera's zijn ingebouwd in de binnenhoeken van het buitenframe van het interactieve whiteboard. De beelden van de camera's worden door digitale signaalprocessors geanalyseerd om te bepalen of er een stylus of vinger in zicht is.

De locatie van het drukpunt wordt door de controller geregistreerd en naar de computer verzonden. Dit type interactief whiteboard is te bedienen met een vinger of een stylus; ze herkennen meer dan 2 aanraakpunten en gebaren. Het werken met dergelijke interactieve whiteboards is zeer comfortabel; er zijn modellen die ook verschillende objecten definiëren (objectbewustzijn in het Engels): een pen als schrijfinstrument, een vinger als manipulator, een tennisbal, een handpalm of vuist als gum. De enige nuance die moet worden onthouden, is dat aanraakherkenning zelfs plaatsvindt in het stadium van het naderen van het oppervlak, zodat kwastjes van een sjaal, kralen en te lange mouwen door het apparaat worden geregistreerd - na verloop van tijd zal de juiste gewoonte van interactie met de board is eenvoudig ontwikkeld. De patenthouder voor deze technologie is SMART Technologies.

Ultrasone technologie

Dit type touchscreen heeft ingebouwde speciale sensoren die ultrasone golven detecteren die afkomstig zijn van een speciale pen. Wanneer de penpunt contact maakt met het schermoppervlak, worden sensoren geactiveerd. De controller registreert de responstijd van elke sensor en berekent op basis van het verschil tussen deze waarden de coördinaten van het aanraakpunt. Werken met dergelijke apparaten is alleen mogelijk met een speciale pen.

Microdot-technologie

Een transparant coördinatenraster wordt op het scherm aangebracht; de locatie van het aanraakpunt wordt gelezen door een elektronische Bluetooth-stylus dankzij de ingebouwde microfotocamera. Op de computer is een speciale Bluetooth-ontvanger aangesloten, die signalen van de stylus oppikt, waardoor draadloze verbinding van apparaten mogelijk is. Herkenning van meerdere aanraakpunten is alleen mogelijk als je over extra stylussen beschikt (het maximale aantal is drie); Het bedrijf is een prominente vertegenwoordiger van fabrikanten van dit soort apparaten.

Elektromagnetische resonantie (EMR) technologie

Deze technologie is door Wacom ontwikkeld voor gebruik in grafische tablets. Dit type apparaat reageert alleen op aanraking met een speciale pen.

Het aanraakscherm op basis van EMR-technologie omvat sensoren die zich achter het harde oppervlak van het bord of het LCD-scherm bevinden. Tijdens bedrijf zenden de sensoren elektromagnetische straling uit als reactie op het aanraken van de inductorspoel door de pen, wat leidt tot een nauwkeurige bepaling van de coördinaten van het contactpunt tussen de penpunt en het scherm. Voorbeelden van productiebedrijven: Promethean, Sahara Interactive.

Gebruik van materiaal van de site "Over Interactive" - ​​prointeraktiv.ru

Een aanraakscherm is een apparaat voor de invoer en uitvoer van informatie via een aanraak- en bewegingsgevoelig display. Zoals u weet, geven de schermen van moderne apparaten niet alleen afbeeldingen weer, maar kunt u ook met het apparaat communiceren. Aanvankelijk werden voor dergelijke interactie bekende knoppen gebruikt, daarna verscheen de al even beroemde "muis"-manipulator, die de manipulatie van informatie op het computerscherm aanzienlijk vereenvoudigde. De ‘muis’ heeft echter een horizontaal oppervlak nodig om te kunnen werken en is niet erg geschikt voor mobiele apparaten. Dit is waar een toevoeging aan een gewoon scherm te hulp komt: Touch Screen, ook wel bekend als Touch Panel, touch panel, touch film. Dat wil zeggen dat het aanraakelement in feite geen scherm is - het is een extra apparaat dat van buitenaf bovenop het scherm wordt geïnstalleerd, het beschermt en dient om de coördinaten in te voeren van het aanraken van het scherm met een vinger of een ander voorwerp.

Gebruik

Tegenwoordig worden aanraakschermen veel gebruikt in mobiele elektronische apparaten. Aanvankelijk werd het touchscreen gebruikt bij het ontwerp van pocket personal computers (PDA's, PDA's), nu nemen communicators, mobiele telefoons, spelers en zelfs foto- en videocamera's de leiding. De technologie van vingerbediening via virtuele knoppen op het scherm is echter zo handig gebleken dat bijna alle betaalterminals, veel moderne geldautomaten, elektronische informatiekiosken en andere apparaten die op openbare plaatsen worden gebruikt ermee zijn uitgerust.

Laptop met touchscreen

Er moet ook worden opgemerkt dat laptops, waarvan sommige modellen zijn uitgerust met een roterend touchscreen, de mobiele computer niet alleen een bredere functionaliteit geeft, maar ook een grotere flexibiliteit bij het besturen ervan op straat en qua gewicht.

Helaas zijn er niet veel vergelijkbare laptopmodellen, in de volksmond ‘transformatoren’ genoemd, maar ze bestaan ​​wel.

Over het algemeen kan de touchscreen-technologie worden omschreven als het handigst wanneer u directe toegang nodig heeft om het apparaat te bedienen, zonder voorafgaande voorbereiding en met verbazingwekkende interactiviteit: de bedieningselementen kunnen van elkaar wisselen, afhankelijk van de geactiveerde functie. Iedereen die ooit met een touch-apparaat heeft gewerkt, begrijpt het bovenstaande perfect.

Soorten touchscreens

Er zijn tegenwoordig verschillende soorten aanraakpanelen bekend. Uiteraard heeft elk van hen zijn eigen voor- en nadelen. Laten we vier hoofdstructuren benadrukken:

• Resistief
• Capacitief
• Geprojecteerd capacitief

Naast de aangegeven schermen wordt gebruik gemaakt van matrix- en infraroodschermen, maar vanwege hun lage nauwkeurigheid is hun toepassingsbereik uiterst beperkt.

Resistief

Resistieve aanraakpanelen behoren tot de eenvoudigste apparaten. In de kern bestaat zo’n paneel uit een geleidend substraat en een kunststof membraan die een bepaalde weerstand hebben. Wanneer u op het membraan drukt, sluit het zich met het substraat en bepaalt de besturingselektronica de resulterende weerstand tussen de randen van het substraat en het membraan, waarbij de coördinaten van het drukpunt worden berekend.

Het voordeel van een resistief scherm zijn de lage kosten en de eenvoud van ontwerp. Ze hebben een uitstekende weerstand tegen vlekken. Het belangrijkste voordeel van resistieve technologie is de gevoeligheid voor elke aanraking: u kunt werken met uw hand (inclusief handschoenen), een stylus (pen) en elk ander hard, stomp voorwerp (bijvoorbeeld het bovenste uiteinde van een balpen of de hoek van een plastic kaart). Er zijn echter ook behoorlijk serieuze nadelen: resistieve schermen zijn gevoelig voor mechanische schade, zo'n scherm is gemakkelijk te krassen, daarom wordt er vaak een speciale beschermfolie aangekocht om het scherm te beschermen. Bovendien werken resistieve panelen niet zo goed bij lage temperaturen en hebben ze ook een lage transparantie: ze laten niet meer dan 85% van de lichtstroom van het scherm door.

Met behulp van een touchpen

Sollicitatie

• Communicatoren
• Mobiele telefoons
• POS-terminals
• Tablet-pc
• Industrie (controleapparatuur)
• Medische apparatuur

Communicator

Capacitief

Capacitieve touchscreen-technologie is gebaseerd op het principe dat een groot capacitief object (in dit geval een persoon) elektrische stroom kan geleiden. De essentie van capacitieve technologie is om een ​​elektrisch geleidende laag op het glas aan te brengen, terwijl aan elk van de vier hoeken van het scherm een ​​zwakke wisselstroom wordt toegevoerd. Als u het scherm aanraakt met een geaard voorwerp met een grote capaciteit (vinger), zal er stroom lekken. Hoe dichter het contactpunt (en dus de lekkage) bij de elektroden in de hoeken van het scherm ligt, hoe groter de sterkte van de lekstroom, die wordt geregistreerd door de besturingselektronica, die de coördinaten van het contactpunt berekent.

Capacitieve schermen zijn zeer betrouwbaar en duurzaam, hun levensduur bedraagt ​​honderden miljoenen klikken, ze zijn perfect bestand tegen vervuiling, maar alleen tegen schermen die geen elektrische stroom geleiden. Vergeleken met resistieve versies zijn ze transparanter. De nadelen zijn echter nog steeds de mogelijkheid van beschadiging van de elektrisch geleidende coating en de ongevoeligheid voor aanraking met niet-geleidende voorwerpen, zelfs met handschoenen.

Informatiekiosk

Sollicitatie

• In beveiligde lokalen
• Informatiekiosken
• Sommige geldautomaten

Geprojecteerd capacitief

Projectief-capacitieve schermen zijn gebaseerd op het meten van de capaciteit van een condensator gevormd tussen het menselijk lichaam en een transparante elektrode op het glasoppervlak, die in dit geval een diëlektricum is. Doordat de elektroden op het binnenoppervlak van het scherm zijn aangebracht, is een dergelijk scherm uiterst goed bestand tegen mechanische schade, en rekening houdend met de mogelijkheid om dik glas te gebruiken, kunnen projectieve capacitieve schermen worden gebruikt op openbare plaatsen en op de openbare weg. straat zonder speciale beperkingen. Bovendien herkent dit type scherm het drukken met een gehandschoende vinger.

Betaalterminal

Deze schermen zijn behoorlijk gevoelig en maken onderscheid tussen vinger- en geleidende pen-indrukken, en sommige modellen kunnen meerdere drukken herkennen (multi-touch). Kenmerken van een projectief capacitief scherm zijn hoge transparantie, duurzaamheid en immuniteit tegen de meeste verontreinigingen. Het nadeel van een dergelijk scherm is de niet erg hoge nauwkeurigheid, evenals de complexiteit van de elektronica die de coördinaten van de pers verwerkt.

Sollicitatie

• Elektronische kiosken op straat
• Betaalterminals
• Geldautomaten
• Touchpads voor laptops
• iPhone

Met bepaling van oppervlakte-akoestische golven

De essentie van de werking van het aanraakpaneel bij het bepalen van akoestische oppervlaktegolven is de aanwezigheid van ultrasone trillingen in de dikte van het scherm. Wanneer je het trillende glas aanraakt, worden de golven geabsorbeerd en wordt het contactpunt geregistreerd door de schermsensoren. De voordelen van de technologie zijn onder meer hoge betrouwbaarheid en aanraakherkenning (in tegenstelling tot capacitieve schermen). De nadelen zijn een slechte bescherming tegen omgevingsfactoren, waardoor schermen met akoestische oppervlaktegolven niet buitenshuis kunnen worden gebruikt, en bovendien zijn dergelijke schermen bang voor eventuele vervuiling die hun werking blokkeert. Zelden gebruikt.

Andere, zeldzame soorten touchscreens

• Optische schermen. Het glas wordt verlicht met infrarood licht; als gevolg van aanraking van dergelijk glas verstrooit het licht, wat wordt gedetecteerd door een sensor.
• Inductie schermen. In het scherm bevindt zich een spoel en een raster van gevoelige draden die reageren op aanraking door een actieve pen, aangedreven door elektromagnetische resonantie. Het is logisch dat dergelijke schermen alleen reageren op aanrakingen met een speciale pen. Gebruikt in dure grafische tablets.
• Rekstrookjes – reageren op schermvervorming. Dergelijke schermen hebben een lage nauwkeurigheid, maar zijn zeer duurzaam.
• Het infraroodstraalraster is een van de allereerste technologieën waarmee je aanrakingen op het scherm kunt herkennen. Het raster bestaat uit vele lichtzenders en -ontvangers die zich aan de zijkanten van het scherm bevinden. Het reageert op het blokkeren van de overeenkomstige stralen door objecten, op basis waarvan het de coördinaten van de pers bepaalt.

• Beweeg twee vingers naar elkaar toe – zoom uit op de afbeelding (tekst)
• Spreid twee vingers opzij – vergroten (Zoom)
• Beweging van meerdere vingers tegelijkertijd - scrollende tekst, pagina's in de browser
• Draaien met twee vingers op het scherm – roteer de afbeelding (scherm)

Over de voor- en nadelen van touchscreens

Aanraakschermen bestaan ​​al heel lang op draagbare apparaten. Hier zijn verschillende redenen voor:

• Mogelijkheid om een ​​minimum aantal controles uit te voeren
• Eenvoud van de grafische interface
• Gemak van controle
• Gemakkelijke toegang tot apparaatfuncties
• Uitbreiding van multimediamogelijkheden

Er zijn echter meer dan genoeg nadelen:

• Gebrek aan haptische feedback
• Vaak moet u een pen (stylus) gebruiken
• Mogelijkheid tot schermschade
• Het verschijnen van vingerafdrukken en ander vuil op het scherm
• Hoger energieverbruik

Als gevolg hiervan is het niet altijd mogelijk om het toetsenbord volledig te verwijderen, omdat het veel handiger is om tekst te typen met bekende toetsen. Maar het touchscreen is interactiever, dankzij snellere toegang tot menu-items en instellingen van moderne gadgets.

We hopen dat dit materiaal u zal helpen bij het kiezen van een touchscreen-apparaat.

Discussieer op het forum