Технологии сенсорных экранов. Оптические сенсорные системы на основе видеокамер. Резистивные сенсорные дисплеи

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http :// www . allbest . ru /

Размещено на http :// www . allbest . ru /

Введение

Резистивная сенсорная технология

Емкостная сенсорная технология

Проекционно-емкостная сенсорная технология

Матричная сенсорная технология

ПАВ сенсорная технология

Инфракрасная сенсорная технология

Прочие технологии

Индуктивная сенсорная технология

Будущее уже сейчас

Заключение

Список используемых источников

Введение

Стремительное развитие электронных технологий, а также расширение сферы их применения требуют упрощения взаимодействия человека и машины. В этом могут помочь сенсорные экраны. Традиционными средствами ввода информации в исполняющее устройство (компьютер) являются клавиатура (кнопки) и «мышь» (трекбол). Применение этих устройств привычно при работе с офисными приложениями, графикой, изображениями, а также для быстрого ввода текста. Однако в ряде случаев применение такого оборудования затруднено, зачастую не целесообразно, а иногда - невозможно.

Например, в полевых условиях необходимо защищать клавиатуру и мышь от пыли, брызг и перепадов температуры. В некоторый случаях, например, в банкоматах, требуются не 102, а чуть более десятка клавиш. Использование «вандалонеустойчивой» мыши вообще исключено. Кроме того, в темное время суток любые клавиши требуют подсветки, а в малогабаритных интеллектуальных устройствах применение каких-либо клавиш вообще нежелательно. Многие справочные системы, установленные, например, на вокзалах, предполагают работу с неквалифицированными пользователями. Использование традиционной клавиатуры в этом случае требует от них определенных умений. В противном случае работа замедляется, и пользование справочной системой становится неудобным. Часто компьютер является вспомогательным инструментом, например, в работе врача, звукорежиссера или оператора электростанции. В этом случае рабочее место, как правило, занято, и размещение клавиатуры становится проблемой. Кроме того, применение традиционной клавиатуры, например, оперирующим хирургом, порой невозможно. Еще труднее оператору электростанции, следящему за технологическими процессами зачастую на 5 и более мониторах. В этом случае применение большого числа клавиатур крайне неудобно, а использование одной клавиатуры и переключение между экранами значительно замедляет реализацию оперативных действий. Применение сенсорных экранов позволит решить большую часть этих проблем. Сенсорный экран (Touch Screen) - это, в общем случае, специальное устройство, которое крепится к экрану отображающего устройства и выполняет функции определения координат точки касания. Функционально в любом сенсорном экране можно выделить три части: сенсор (специальная панель или датчики), контроллер, который управляет датчиками и вычисляет или подготавливает данные для вычисления координат точки касания, и драйвер - программа, которая выполняет необходимые преобразования данных, поступающих от контроллера, проводит, при необходимости, дополнительные вычисления и корректирует работу контроллера.

Для передачи данных от контроллера к компьютеру используется обычно USB или последовательный (Com) интерфейс. Сенсорные экраны различных принципов действия могут работать с плоскопанельными отображающими устройствами (плазменными и жидкокристаллическими панелями), проекционными экранами (с фронтальной и обратной проекцией) и экранами на основе электронно-лучевой трубки (плоскими, цилиндрическими и сферическими). Принцип действия отображающего устройства, снабженного сенсорным экраном, в общем случае можно описать следующим образом. На экран отображающего устройства выводится некоторая графическая информация. Например, это может быть стандартный интерфейс операционной системы или графическая оболочка интеллектуального справочного киоска на вокзале. Пользователь видит изображение через плотно прилегающий прозрачный сенсорный экран и, при необходимости, касается изображения в определенных точках. Контроллер сенсорного экрана передает информацию с датчиков в компьютер, где окончательно вычисляются координаты точки прикосновения. Далее производится сопоставление координат, поступивших с контроллера, с координатами программных элементов интерфейса и определяется элемент интерфейса, который хотел указать пользователь. Таким образом, снабженный сенсорным экраном дисплей позволяет без помощи клавиатуры и мыши перемещать курсор, нажимать на кнопки, открывать папки, запускать программы, вводить текст с помощью экранной клавиатуры и рисовать. Благодаря способности не только выводить изображение, но и вводить данные, такие устройства называют интерактивными или, реже, - интеллектуальными (Smart Board). Необходимо отметить, что в нашей стране сенсорные экраны появились сравнительно недавно, а потому существует некоторая путаница в названиях устройств. Например, термином «сенсорный экран» называют совокупность сенсорных датчиков (в виде панели) и контроллера, также обозначают отображающее устройство, снабженное накладным или встроенным сенсорным экраном.

Как уже отмечалось выше, многие интерактивные дисплеи позволяют рисовать по их поверхности. Эта особенность делает такие устройства удобными при проведении презентаций, конференций или лекционных занятий (рис.2).

Докладчик получает возможность не только демонстрировать рисунки или фотографии, но и делать необходимые пометки и надписи в процессе изложения материала. Причем существует возможность сохранить все сдела н ные изменения и, при желании, распространить копии среди слушателей. Существует большое количество видов сенсорных экранов, отличающихся не только принципом действия, но и конструктивными ос о бенностями. Среди этого многообразия можно выделить следующие типы технологий: резисти в ные, емкостные, матричные, индуктивные, а также использующие повер х ностно-акустические волны ( ПАВ), инфракрасное ( ИК) излучение и виде о камеры. Рассмотрим эти технологии подробнее.

Резистивная сенсорная технология

Первые сенсорные экраны создавались с использованием прозрачной резистивной пленки. Эта технология широко распространена и сейчас. Существуют 4, 5 и 8-проводные резистивные сенсорные экраны. Основу конструкции 4-проводного экрана составляют две прозрачные пленки из полиэстера (polyester), майлара (mylar), пластизола (plastisol, PL) или полиэтилентерефталата (polyethylene terephtalate, PET), находящиеся друг напротив друга и разделенные микроскопическими шариками-изоляторами. Внутренние, обращенные друг к другу поверхности пленок покрыты прозрачным токопроводящим (резистивным) составом на основе двуокиси индия и олова (indium tin oxide - ITO). Для определенности назовем один из резистивных слоев задним, а другой, расположенный ближе к наблюдателю, передним (рис.3).

Контакт с этими слоями обеспечивается посредством двух пар металлизированных полосок-электродов. Первая пара расположена вертикально, по краям заднего слоя, а вторая пара - горизонтально, по краям переднего слоя. Все четыре электрода подключены к микроконтроллеру, который последовательно определяет координаты точки касания по горизонтали и вертикали. Работу контроллера в первом случае можно приблизительно описать следующим образом. На вертикальные электроды заднего резистивного слоя подается постоянное напряжение, например, 5 В, и от одного электрода к другому протекает некоторый ток I. При этом на каждом горизонтальном участке заднего резистивного слоя ток создает падение напряжения, пропорциональное длине участка.

При касании экрана передний резистивный слой деформируется и касается заднего слоя. В этом случае передний слой выполняет роль щупа, определяющего напряжение на заднем слое в точке касания. Горизонтальные электроды переднего слоя замыкаются микроконтроллером накоротко (для уменьшения влияния сопротивления переднего резистивного слоя) и суммарный сигнал 5 поступает через буферный каскад, (имеющий большое входное сопротивление), на аналого-цифровой преобразователь (АЦП). Напряжение на входе АЦП определяет положение точки касания по горизонтали. Для определения координаты по вертикали передний и задний резистивные слои «меняются местами»: на горизонтальные электроды переднего слоя микроконтроллер подает постоянное напряжение, а электроды заднего слоя замыкает, (этот слой используется как щуп). Определение координат точки касания производится микроконтроллером с высокой скоростью - более ста раз в секунду. Слабым звеном 4-проводного экрана является передняя пленка из полиэстера. Многократные деформации приводят к разрушению проводящего слоя, в результате чего уменьшается точность определения координат. Производители гарантируют стабильную работу устройства при количестве нажатий в одной точке до миллиона.

8-проводные экраны отличаются от 4-проводных незначительно - для повышения точности определения координат введены дополнительные 4 проводника, которые соединены с теми же самыми двумя парами металлизированных электродов, расположенных по краям проводящих покрытий. Однако надежности экрана в целом это не увеличивает.

А вот 5-проводный резистивный экран обладает улучшенными характеристиками. Переднее резистивное покрытие, подвергающееся деформации при касании, заменено проводящим и используется исключительно в качестве щупа. А заднее резистивное покрытие наносится не на пленку полиэстера, а на стекло. Поэтому к названию 5-проводных экранов часто добавляют аббревиатуру FG (Film on Glass). Четыре электрода, которые создают вертикальный и горизонтальный градиент напряжений, находятся на заднем резистивном слое. Пятый электрод является выводом переднего проводящего слоя-щупа. Повреждение этого слоя при деформации практически не влияет на точность определения координат, поэтому такие экраны более надежные. Считается, что они выдерживают до 35 миллионов нажатий в одной точке. Кроме того, 5-проводные экраны, в отличие от 4 и 8-проводных, допускают установку на сферические или цилиндрические экраны отображающих устройств на основе ЭЛТ.

Резистивная технология позволяет определять координаты точки касания с высокой точностью. Теоретически, применение 12-разрядных АЦП позволяет различать 4096х4096 точек по горизонтали и вертикали. На практике разрешающая способность вдвое ниже, однако этого вполне достаточно при использовании резистивного экрана, например для рисования или ведения записей в электронном блокноте.

К достоинствам резистивных экранов следует отнести: возможность активации (касания) любым предметом (пальцем, банковской карточкой или тупым концом стилуса), стойкость от пыли, влаги, конденсата, паров, загрязнения поверхности, что позволяет им надежно работать, когда другие типы экранов выходят из строя; низкую стоимость и простоту установки.

Основные недостатки - низкая прозрачность (примерно 75% для 4 и

8-проводных экранов и до 85% - для 5-проводных), недостаточная механическая прочность (экран можно повредить острым предметом),

необходимость периодической калибровки экрана, плохая работа при низких температурах, (что связано с уменьшением эластичности передней деформируемой пленки). Кроме того, резистивный экран способен распознавать только одну точку касания, то есть если при вводе текста ладонь руки давит на экран, то координаты вычисляются неверно. И лишь совсем недавно резистивные панели от фирмы Elo Touch “научились” распознавать

несколько одновременных нажатий, правда на програмном уровне. Резистивные экраны распространены очень широко. Они применяются там, где не требуется высокое качество цветопередачи и исключена возможность актов вандализма, например, в POS (point of sail)-системах (кассовые терминалы), карманных компьютерах, GPS-навигаторах, сотовых телефонах, промышленном и медицинском оборудовании, сложных измерительных приборах и других подобных устройствах.

Емкостная сенсорная технология

Определение координат точки касания в емкостных экранах осуществляется, в первую очередь, благодаря особенностям физического строения тела человека - способности проводить электрический ток и вытекающего отсюда наличия определенной электрической емкости. Рассмотрим устройство емкостного экрана. На прочное стекло, служащее основой конструкции, нанесен резистивный слой, соединенный с четырьмя электродами, расположенными по углам экрана (рис.5).

Для защиты от повреждений слой покрыт снаружи тонкой пленкой специального проводящего состава. Все четыре электрода подключены к микроконтроллеру, который определяет координаты точки касания, сравнивая либо броски напряжения на четырех токовых датчиках, либо частоты четырех идентичных генераторов, в которых задающие RC-цепочки шунтированы изменяющимися емкостями электродов экрана. Рассмотрим первый случай, как наиболее простой. На все четыре электрода через прецизионные резисторы равных номиналов, служащие токовыми датчиками, микропроцессор подает некоторое напряжение, например, 5v. В итоге все четыре электрода панели имеют одинаковый потенциал, поэтому ток не течет и не создает на токовых датчиках падения напряжения. Когда проводящего экрана касается человек, ситуация изменяется. Дело в том, что тело человека проводит ток, а потому обычно имеет потенциал земли - нулевой (сетевые и высокочастотные наводки имеют очень малую амплитуду). При касании пальцем или проводящим предметом сенсорного экрана на проводящем слое появляется точка, потенциал которой меньше, чем потенциалы четырех электродов, поэтому возникает электрический ток. Он течет от источника питания, через токовые датчики, участки резистивного покрытия и тело человека. Чем ближе точка касания к электроду, тем меньше участок резистивного покрытия и, следовательно, меньше сопротивление этого участка, а значит - больше амплитуда тока. Для преобразования тока в напряжение служат прецизионные резисторы, сигналы с которых подаются на четыре отдельных АЦП. Сравнение сигналов на выходах этих АЦП позволяет определить координаты точки касания. Точность емкостных экранов сравнима с точностью резистивных. Меньшее количество слоев делает их более прозрачными (до 90%). Отсутствие элементов, подвергающихся деформации, увеличивает надежность - такие экраны допускают более 200 миллионов нажатий в одну точку и позволяют работать при достаточно низких температурах (до -15°С). Однако переднее проводящее покрытие, участвующее в определении координат, боится механических повреждений, влаги (конденсата) и любых проводящих ток загрязнений экрана.

Недостатками таких экранов являются: необходимость касания только проводящим предметом (пальцем или специальной указкой - стилусом (stylus), проводящим ток), кроме того, пользователь должен иметь достаточно хороший контакт с «землей», иначе после нескольких касаний он приобретает потенциал экрана, и в работе микроконтроллера начинаются сбои. Эти экраны не допускают одновременного нажатия в двух точках, т.е не поддерживают MultiTouch. Сфера применения практически такая же, как и у резистивных экранов, однако наличие статического заряда и протекающего через тело человека тока ограничивает использование, например, в медицинском оборудовании. Емкостные экраны надежнее резистивных, и потому предпочтительнее при интенсивном использовании. Их применяют там, где мала вероятность намеренного повреждения - например, в аптеках, библиотеках, театрах, вокзалах, информационных киосках, банкоматах, терминалах оплаты и.т.д.

Проекционно-емкостн ая сенсорная технология

От большинства перечисленных выше недостатков свободен другой вид емкостных экранов, обычно называемых проекционно-емкостными или поверхностно-емкостными (фирменные названия соответственно - «projected capacitive technology», PCT, «surface capacitive»). В конструкции используется две системы из вертикальных и горизонтальных хорошо проводящих ток электродов, изолированных друг от друга слоем стекла и образующих решетку (рис.6).

Каждый электрод, будучи проводником, имеет некоторую электрическую емкость. Можно сказать, что в данном случае мы имеем дело со своеобразным конденсатором, одной обкладкой которого является сам электрод, а другой - любой проводящий ток предмет, например, человек. Все горизонтальные электроды (и все вертикальные) имеют одинаковые размеры, форму и проводимость, поэтому, при отсутствии вблизи экрана проводящих предметов, их емкости приблизительно равны. Микроконтроллер последовательно подает на каждый из электродов импульс напряжения и измеряет амплитуду возникающего импульса тока, который заряжает «конденсатор». При поднесении к экрану проводящего предмета, например, пальца, емкость электродов меняется (рис.7).

Чем ближе электрод находится к проводящему предмету, тем больше его емкость, потому что, как известно из физики, емкость обратно пропорциональна расстоянию между обкладками. А чем больше емкость электрода, тем больше импульс «заряжающего» тока. Микроконтроллер сравнивает эти импульсы и находит электрод, имеющий максимальную емкость - это и есть координата точки касания. Принцип действия этой технологии можно рассмотреть с другой точки зрения. При

последовательном сканировании всех электродов вблизи поверхности экрана создается электрическое поле, напряженность которого во всех точках примерно одинакова. Проводящий предмет, поднесенный к экрану, модулирует (изменяет) картину распределения напряженности поля. Микропроцессор фиксирует изменения и вычисляет координаты положения проводящего предмета. Отсюда вытекает второе название технологии - Near Field Imaging (NFI).

PCT-экраны, так же как и емкостные, имеют высокую прозрачность (до 90%) и большой ресурс нажатий - 200 миллионов одну точку, способны работать в очень широком диапазоне температур (от - 40 °С до 60°С). Загрязнения поверхности экрана, проводящие электрический ток, а также влажность вносят определенный вклад в изменение напряженности поля на поверхности экрана. Однако это изменение является постоянным, оно фиксируется электроникой и вычитается при анализе, то есть, другими словами, игнорируется. Высокая чувствительность позволяет использовать для защиты экрана очень толстое (до 18 мм) и очень прочное стекло. Кроме того, для активации экрана не обязателен электрический контакт, (то есть можно касаться экрана рукой в перчатке), и не накладывается особых требований к проводимости человека и пола (земли). Другой важной особенностью является возможность регистрации одновременно нескольких точек касания -- MultiTouch, причем экран способен различать, например, касание стилусом и рукой. Обычно используется проводящий ток стилус, который вдобавок соединяется с системным блоком компьютера, приобретая нулевой потенциал, что позволяет ему вызывать значительно большие изменения емкости электродов, нежели пальцу руки. Одновременное использование стилуса и пальца руки позволяет более полно эмулировать работу мыши и ее клавиш. Кроме того, экран позволяет игнорировать ладонь руки, касающейся экрана при рисовании или письме.

К недостаткам PCT-устройств следует отнести меньшую, чем у лучших моделей традиционных емкостных экранов, разрешающую способность, которой, тем не менее, достаточно для рисования или ввода надписей. Кроме того, при наличии очень толстого защитного стекла возрастает погрешность определения координат по краям экрана. Дело здесь в том, что пользователь касается не объекта на дисплее, а его проекции на переднюю поверхность стекла сенсорного экрана. А при большом угле наблюдения (относительно нормали к экрану) и значительной толщине стекла, эта проекция находится не строго над объектом, а смещается в сторону (параллакс). Другими словами, палец упирается в стекло не совем там, где находится желаемая точка. PCT-экраны незаменимы в тех случаях, когда требуется прочное, надежное и «вандалоустройчивое» устройство. Банкоматы, пункты продажи билетов, справочные киоски, уличные платежные терминалы, например, на вокзалах, стадионах или в транспорте, обычно оснащаются именно такими сенсорными экранами.

Еще эта технология используется в экранах планшетных компьютеров (TabletPC) и сенсорных панелях TouchPad компьютеров и ноутбуков, нетбуков, а также в iPhone.

Перечисленные выше виды сенсорных экранов (резистивные и емкостные) получили в настоящее время очень широкое распространение. Однако в ряде случаев удобнее примененять другие типы. Рассмотрим такие устройства подробнее.

Матричная сенсорная технология

Конструкция матричных сенсорных экранов, называемых иногда цифровыми, очень схожа с конструкцией резистивных экранов, только вместо сплошных резистивных слоев используются горизонтальные и вертикальные прозрачные проводящие полосы. При касании экрана передняя пленка деформируется и вертикальная полоса касается горизонтальной. Наличие замыкания фиксирует микропроцессор. Расположение всех электродов на плоскости известно, а потому пересечение замкнутых электродов однозначно определяет точку касания экрана.

Основной недостаток данного устройства - очень низкое разрешение, порядка 10 линий на дюйм. Поэтому такие устройства совершенно не подходят для рисования и ввода надписей. Главное достоинство - самая низкая среди всех сенсорных экранов стоимость. Надежность матричных экранов выше, чем резистивных, так как даже при нарушении проводящего слоя (изменении сопротивления) микроконтроллер определит наличие замыкания между электродами и вычислит координату точки касания точно. Матричные экраны применяются в тех случаях, когда требуется дешевый экран, а программа-приложение допускает низкую точность указания.

ПАВ сенсорная технология

Сенсорные экраны, использующие поверхностные акустические волны (surface acoustic wave, SAW), имеют довольно сложную конструкцию (рис.8).

По углам прочного стеклянного основания, служащего основой конструкции, находятся пьезопреобразователи, на которые подается электрический сигнал частотой 5 МГц. Этот сигнал преобразуется в ультразвуковую акустическую волну, направляемую вдоль поверхности экрана, а сам экран представляется для программы управления сенсорными датчиками в виде цифровой матрицы, каждое значение которой соответствует определенной точке экранной поверхности. В ограничивающую экран рамку вмонтированы так называемые отражатели, распространяющие ультразвуковую волну таким образом, что она охватывает все рабочее пространство сенсорного экрана. Специальные рефлекторы фокусируют ультразвук и направляют его на приемный датчик, который снова преобразует полученное им акустическое колебание в электрический сигнал. При касании экрана пальцем, часть энергии акустических волн поглощается, благодаря чему картина распространения ультразвука меняется. Управляющая программа сравнивает принятый от датчиков изменившийся сигнал с хранящейся в памяти компьютера цифровой матрицей - картой экрана, и вычисляет исходя из имеющихся данных координату касания, Точность этих экранов выше, чем у матричных, но ниже, чем у традиционных емкостных. Для рисования и ввода текста они, как правило, не используются.

Главным достоинством экрана на ПАВ является возможность отслеживать не только координаты точки, но и силу нажатия. Это возможно, так как степень поглощения акустических волн зависит от величины давления в точке касания.

Это полезно, к примеру, при проектировании систем управления промышленным оборудованием, например, для плавного изменения скорости вращения двигателей или для изменения освещенности помещения.

Так же с ними возможно работать даже на сильно поцарапанных экранах,

ПАВ экраны имеют широкий диапазон рабочих температур: от -20 до +50,

поддерживают высокие разрешения экрана (до 4096 на 4096 точек). В них отсутствуют механические элементы и какие-либо покрытия, ухудшающие качество картинки. В некоторых случаях, для борьбы с бликами, стекло вообще не используется, а излучатели, приемники и отражатели крепятся непосредственно к экрану отображающего устройства.

Главным недостатком являются сбои в работе при наличии вибрации или воздействии акустическими шумами, а также при загрязнении экрана. Любой посторонний предмет, размещенный на экране, (например, жевательная резинка), полностью блокирует его работу. Кроме того, ПАВ сенсорные экраны стоят на порядок дороже емкостных и резистивных. Данная технология требует касания предметом, который обязательно поглощает акустические волны, то есть, например, пластиковая банковская карточка в данном случае неприменима. Несмотря на сложность конструкции, эти экраны довольно долговечны. По заявлению, например, тайваньской фирмы GeneralTouch, они выдерживают до 50 миллионов касаний в одной точке, Это превышает ресурс 5 проводного резистивного экрана. Экраны на ПАВ применяются, в основном, в игровых автоматах, охраняемых справочных системах и образовательных учреждениях.

Инфракрасная сенсорная технологи я

В ряде случаев к качеству изображения, воспроизводимого отображающим устройством, предъявляются строгие требования. Это касается дисплеев, предназначенных, в основном, для просмотра телевизионных передач, видеофильмов или отображения иллюстративного материала

(слайдов и фотографий), например, в художественном кружке или фотостудии. При необходимости оснащения такого устройства сенсорным экраном лучшим решением будет применение инфракрасной технологии. Для определения точки касания используются две линейки светодиодов, расположенные по вертикали и горизонтали, и две линейки фотодиодов, расположенные на противоположных сторонах экрана (рис.9).

Каждому светодиоду соответствует свой фотодиод. Работает такая оптическая пара следующим образом. При подаче напряжения на светодиод он излучает невидимый для человека инфракрасный свет в пределах очень небольшого телесного угла, чтобы попасть на «свой» фотодиод «не задеть» соседние. Любое препятствие, например, касающийся экрана палец руки, частично или полностью перекрывающее световой луч, приводит к уменьшению или прекращению электрического тока через соответствующий фотодиод. Это изменение фиксируется микроконтроллером, позволяя вычислить координату касания с высокой точностью. Обычно светодиод (и, соответственно, фотодиод) в линейке имеет размеры порядка 2,5 мм, то есть на каждый квадратный сантиметр панели приходится четыре горизонтальных и четыре вертикальных сканирующих луча. Однако механизмы интерполяции, используемые микроконтроллером, позволяют вычислять положение препятствия с большей точностью. Инфракрасный сенсорный экран выполняется в виде рамки, которая не имеет никаких стекол или прозрачных пленок. Поэтому изменение яркости, контраста и цветопередачи изображения, а также появление дополнительных бликов исключены, что является несомненным достоинством экрана. Плюсами так же является то, что можно использовать любой предмет для касания (стилус к примеру или обратная сторона ручки), хорошо переносят перепады температур, имеют высокую чувствительность и выдерживают бесконечное колличество нажатий в одну точку.

Инфракрасная технология не лишена ряда недостатков. Применение в качестве отображающего устройства жидкокристаллических панелей нежелательно, так как касание их поверхности может привести к повреждению TFT-транзисторов и появлению «мертвых» точек, (которые всегда либо включены, либо выключены). Рамка сенсорного экрана зачастую не прилегает к экрану дисплея вплотную, а находится на некотором расстоянии, при этом вследствие параллакса становятся заметными ошибки определения координат по углам. Устройство имеет невысокую надежность, что связанно, во-первых, с небольшим сроком службы ИК-светодиодов, а во-вторых, с особенностями конструкции - оптопары боятся пыли, загрязнений и конденсата. Попадание прямого солнечного света вызывает сбои в работе. Кроме того, такие экраны имеют самую высокую стоимость. Применяются ИК-экраны обычно в образовательных учреждениях - в качестве интерактивных панелей большого размера, и в игровых автоматах.

Прочие технологии

Для работы с большими отображающими устройствами также используется технология DViT (Digital Vision Touch) фирмы «Smart Technologies». Сенсорный экран представляет собой лист 12 полиэстера, заключенный в прямоугольную рамку. По углам рамки находятся миниатюрные видеокамеры, которые формируют изображение поверхности экрана (Рис.10).

Для вычисления координаты точки касания математически достаточно двух камер, расположенных в соседних углах. Однако для повышения точности часто используется четыре камеры. Для защиты экрана отображающего устройства, например, ЖК-панели, служит лист полиэстера. Он не содержит резистивных или проводящих слоев, поэтому не искажает цветопередачу дисплея и имеет высокую прозрачность - до 95%. Точности вычисления координат достаточно для рисования и ввода надписей. Эта технология предназначена для применения в образовательных учреждениях, при проведении конференций и презентаций. Сенсорная насадка может использоваться с матричными дисплеями и проекционными (прямой и обратной проекции) отображающими устройствами, формирующими изображение большого размера. В комплекте с экраном может поставляться лоток с «цветными» электронными перьями для рисования и ластиком. Цвет используемого пера или наличие на экране ластика определяется либо с помощью датчиков лотка, фиксирующих отсутствие инструмента, либо с помощью видеокамер. Это весьма удобно, так как для выбора цвета надписей и переход в режим стирания осуществляются автоматически.

Индуктивная сенсорн ая технология

В отличие от всех вышеперечисленных видов, индуктивные сенсорные экраны не продаются отдельно от устройства отображения. Их принцип действия схож с PCT-технологией. Под жидкокристаллическим экраном размещается панель, содержащая выполненные печатным способом катушки индуктивности. При подаче переменного напряжения катушки формируют на поверхности экрана электромагнитное поле. В качестве указателя используются стилус, в котором находится настроенный в резонанс контур. При поднесении стилуса к экрану этот контур модулирует электромагнитное поле, изменяя индуктивности расположенных под экраном печатных катушек. Причем чем ближе катушка к контуру стилуса, тем значительнее изменение ее индуктивности. Микроконтроллер фиксирует параметры катушек и вычисляет положение стилуса. Для повышения функциональности стилус обычно снабжается встроенной в наконечник микрокнопкой, которая подключает дополнительные витки к контуру и тем самым позволяет микроконтроллеру различать два разных состояния указателя, т.е

с помощью стилуса можно эмулировать нажатие правой кнопки мыши. Индуктивный экран не влияет на качество изображения, не реагирует на касание ладонью при письме или рисовании и широко применяется в мобильных устройствах, например, планшетных компьютерах.

Будущее уже сейчас

Большинство новейших разработок применяются пока весьма ограниченно. Однако некоторым «счастливчикам» удается вырваться из «застенков» лабораторий.

В настоящее время, например, внедряется технология использования дисперсионных волн (Dispersive Signal Technology, DST). Суть ее такова. Палец или стилус, касающийся подложки экрана, инициирует объемные изгибные акустические колебания. В углах подложки находятся пьезоэлектрические преобразователи, трансформирующие энергию вибрации в электрические сигналы. По разности фаз приходящих из углов колебаний микроконтроллер определяет положение точки касания. Экран имеет высокую прозрачность, долговечен и позволяет игнорировать касание ладони. Активируется любым предметом. Возможно использование с экранами как маленького, так большого размера.

Другой инновационной технологией является применение LCD-панелей со встроенным оптическим сенсорным экраном. Работает устройство следующим образом. Для упрощения и удешевления всей конструкции применяется ЖК-экран, каждый пиксель которого состоит из четырех субпикселей (красного, зеленого, синего и белого). Последовательно с TFT-транзистором белого субпикселя включается фототранзистор (рис.11).

Белые субпиксели покрываются изнутри светонепроницаемым составом, однако снаружи фототранзисторы подвержены воздействию внешних источников света, например, солнца или настольной лампы. Механизм обновления изображения панели в изменениях не нуждается. При поступлении сигнала логической единицы на горизонтальный электрод («Select»), открываются TFT-транзиторы субпикселей всей строки. Сразу после этого по вертикальным электродам («Data») на конденсаторы красного, зеленого и синего субпикселей подается напряжение, соответствующее их яркости в данном кадре. А вот электроды белых субпикселей используются для измерения сопротивления цепочек с фототранзисторами. В случае попадания света от внешних источников фототранзисторы открыты и сопротивление низкое. Если же доступ света перекрыт пальцем или стилусом, то фототранзистор закрывается и не пропускает ток - сопротивление высокое. Микропроцессор сравнивает сопротивления в процессе развертки и таким образом вычисляет координаты точки касания. Устройство способно работать в очень широком диапазоне освещенности экрана - от 50 до 50 000 Люкс.

Заключение

Применение сенсорных экранов дает ряд преимуществ их обладателям. В торговле, находясь в торговых залах или офисах продаж, сенсорные экраны используются для поиска товара или услуги и необходимой информации по нужной продукции (потребительские характеристики, цена, наличие на складе, скидки и др.). Используя интерактивные киоски, предприниматель получает возможность увеличить ассортимент товара без увеличения торговых площадей, ведь для заказа, покупателю необходимо всего лишь выбрать нужный ему товар на сенсорном экране информационного терминала и заказать его. В промышленности сенсорные системы управления широко применяются для автоматизации различных процессов производства. Установленные в цехах, сенсорные терминалы позволяют контролировать качество производства, управлять технологическими процессами, использоваться в качестве систем проведения инструктажа и контроля знаний и прочего. Их применение на производстве дает возможность лучше организовать производственный процесс и свести к минимуму человеческий фактор. Сенсорные информационные киоски, установленные в больницах и других медицинских учреждениях, предоставляют посетителям информацию о медицинских услугах, справочную информацию и полезные сервисы. Сенсорные терминалы и позволяют существенно разгрузить персонал медицинских учреждений и улучшить качество обслуживания посетителей. Сенсорные терминалы, установленные в аптеках, могут содержать информацию: о медицинских товарах, о наличии или отсутствии того или иного товара в сети аптек, научные статьи о препаратах и пр. Так же сенсорные информационные терминалы можно использовать в музеях, библиотеках и других культурных местах. Сенсорные терминалы, расположенные в музеяхмогут содержать как организационную информацию (время проведения экскурсий и маршруты, расположение залов, экспонатов и пр.), так и быть виртуальными музеями, содержащими изображения и описание произведений искусства.На вокзалах сенсорные информационные терминалы способны оперативно предоставить людям информацию, касающуюся расписания движения транспортных средств, наличии свободных мест, стоимости билета и прочее. Информационные терминалы, установленные в банках, содержат: информацию по всем видам вкладов, включая срок вклада, необходимые документы, процентные ставки, текущую информацию по вкладу; возможностям и видам кредитования населения в зависимости от целей кредита, расчет ежемесячной суммы погашения кредита, необходимые документы; аренде сейфов; курсах валют; видам пластиковых карт, информацию о получении и системе обслуживания; образцам заполнения документов. Использование информационного киоска в банке позволяет снизить нагрузку на специалистов банка, повысить скорость работы и улучшить качество обслуживания. В кафе и ресторанах сенсорные и гаджеты давно используются официантами для сообщения повару информации о заказанных блюдах, для их приготовления. Расположенный в кафе информационный киоск также способен предоставить его посетителям ассортимент блюд на выбор.

Использование сенсорных информационных терминалов практически в любом месте позволяет значительно ускорить процессы обслуживания и производства. Кроме того наличие информационного сенсорного киоска в компании является не только показателем ее солидности, но и заботы о клиентах. сенсорный планшет терминал

Использование сенсорных панелей и планшетов вместо меловых досок в сфере образования также сулит определенные выгоды. Применение отображающих устройств позволяет эффективно использовать заранее подготовленный иллюстративный материал, что экономит массу времени. Наличие у дисплея сенсорных свойств, позволяет делать любые пометки, надписи и рисунки в процессе объяснения. Вся изложенная на лекции информация, включая рисунки преподавателя, легко копируется в неизменном виде в любом количестве и может использоваться учащимися.

В электронике так же сенсорные экраны удобны тем, что:

Возможно делать минимальное количество органов управления

Простото графического интерфейса

Легко управляемы

Оперативны доступом к функциям устройства

Расширены мультимедийные возможности

Список используемых источников

Электронный ресурс

1. Сенсорные датчики [Электронный ресурс] http://kiosksoft.ru/news/2006/07/15/1394.html

2. Типы сенсорных экранов [Электронный ресурс] http://www.ferra.ru/online/integral/92464/

3. Статьи и обзоры [Электронный ресурс]

http://www.plast-game.ru/articles/list.htm

4. Сенсорный экран: история создания сенсорного экрана [Электронный ресурс] http://reeed.ru/technology_touch_screen.php

5. Мануальное воздействие: технологии сенсорных экранов [Электронный ресурс] http://www.computerra.ru/input/37214/

6. Сенсорные технологии: типы сенсорных экранов [Электронный ресурс] http://www.itouch.ru/alldata.asp?p=44

7. Управлять касанием. Сенсорные дисплеи, виды и различия [Электронный ресурс] http://media.mabila.ua/ru/articles/touch_display

8. Сенсорные экраны - решение проблем. часть 1, часть 2, часть 3 [Электронный ресурс] http://broadcasting.ru/articles2/Oborandteh/sens_screen

9. Можно трогать [Электронный ресурс] http://it-master.biz/mogno-trogat

10. Управление в одно касание - вся правда о сенсорных экранах [Электронный ресурс] http://www.smsochka.ru/articles/detail.php?ID=71587

11. Тачскрин вдоль и поперек: сенсорные технологии в мобильных устройствах [Электронный ресурс] http://www.mobimag.ru/Articles/4282/Tachskrin_vdol_i_poperek.htm

12. Что такое сенсорная панель (touch panel)? [Электронный ресурс] http://www.beetouch.ru/technologies.php

13. Интересное о сенсорных экранах [Электронный ресурс] http://torg.mail.ru/article/7183/?print=1

14. Сенсорные технологии [Электронный ресурс] http://www.elotouch.ru/article.aspx?RubrID=121

15. Сенсорный экран [Электронный ресурс] http://ru.wikipedia.org/wiki/Touch_screen

16. Сенсорные экраны [Электронный ресурс] http://www.kiosksoft.ru/news/2006/07/15/1392.html

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

История создания сенсорных экранов и понятие их технологии в наши дни. Суть технологий IntelliTouch и Acoustic Pulse Recognition (APR). Взаимодействие экрана и оператора ввода, принцип действия устройства. Преимущества и недостатки сенсорных экранов.

реферат , добавлен 10.05.2013


Обзор и анализ существующих технологий сенсорных сетей. Сетевая модель взаимосвязи открытых систем. Общая информация о модулях XBee Series 2. Запуск простейшей ZigBee-сети. Спящий датчик температуры. Проблемы и перспективы развития сенсорных сетей.

дипломная работа , добавлен 01.06.2015


Совмещение преимущества гибридных технологий с дешевизной традиционного поверхностного монтажа. Применение в современном приборостроении сверхбыстродействующих многоканальных бескорпусных микросхем. Технологический процесс изготовления микросборок.

контрольная работа , добавлен 21.08.2010


Типы и конструкция сенсоров на поверхностном плазмонном резонансе. Классификация, устройство и принцип действия сенсоров. Сенсоры с параллельным и расходящимся световым пучком. Применение поверхностного плазмонного резонанса для биохимических анализов.

курсовая работа , добавлен 18.07.2014


Изучение понятия информационных технологий и радиоэлектроники. Особенности признака деления – преимущества, которое приносит компьютерная технология. Основные этапы развития радиоэлектроники, направления ее взаимодействия с информационными технологиями.

реферат , добавлен 31.10.2012


Методы интеллектуального анализа данных на основе применения концепций информационных хранилищ. Обеспечение оперативности коммуникации участников бизнес-процессов. Внедрение информационных технологий на предприятии - выбор системы автоматизации.

контрольная работа , добавлен 13.04.2009


реферат , добавлен 19.09.2010


Общие сведения и особенности автоматизации техпроцесса. Роботизированные комплексы и ГПС механообработки. Выбор компоновки и комплектующих деталей. Терминология сенсорных систем. Классификация датчиков и систем управления по различным признакам.

курсовая работа , добавлен 23.04.2014


Применение мембран для точного воспроизведения переходных процессов. Особенности направленного действия и расширения частотного спектра. Получение ультразвуковых колебаний в жидкостях. Сущность, основные виды и общая характеристика приемников звука.

реферат , добавлен 28.09.2009


Переход от двумерного к трехмерному пространству. Длительность жизненного цикла сети. Оценка периода стабильности и пропускной способности сети на основе отношения между радиусом покрытия и радиусом дальности связи. Зона покрытия сенсорного узла.

Экраны современных устройств могут не только выводить изображение, но и позволяют взаимодействовать с устройством посредством сенсоров.

Изначально сенсорные экраны применялись в некоторых карманных компьютерах, а на сегодняшний день сенсорные экраны находят широкое применение в мобильных устройствах, плеерах, фото и видеокамерах, информационных киосках и так далее. При этом в каждом из перечисленных устройств может применяться тот или иной тип сенсорного экрана. В настоящее время разработано несколько типов сенсорных панелей, и, соответственно, каждая из них обладает своими достоинствами и недостатками. В данной статье мы как раз и рассмотрим, какие же бывают типы сенсорных экранов, их достоинства и недостатки, какой тип сенсорного экрана лучше.

Существует четыре основных типа сенсорных экранов: резистивные, емкостные, с определением поверхностно-акустических волн и инфракрасные . В мобильных же устройствах наибольшее распространение получили только два: резистивные и емкостные . Основным их отличием является тот факт, что резистивные экраны распознают нажатие, а емкостные – касание.

Резистивные сенсорные экраны

Данная технология получила наибольшее распространение среди мобильных устройств, что объясняется простотой технологии и низкой себестоимостью производства. Резистивный экран представляет собой LCD дисплей, на который наложены две прозрачные пластины, разделенные слоем диэлектрика. Верхняя пластина гибкая, так как на нее нажимает пользователь, нижняя же жестко закреплена на экране. На обращенные друг другу поверхности нанесены проводники.

Резистивный сенсорный экран

Микроконтроллер подает напряжение последовательно на электроды верхней и нижней пластины. При нажатии на экран гибкий верхний слой прогибается, и его внутренняя проводящая поверхность касается нижнего проводящего слоя, изменяя тем самым сопротивление всей системы. Изменение сопротивления фиксируется микроконтроллером и таким образом определяются координаты точки касания.

Из плюсов резистивных экранов можно отметить простоту и малую стоимость, неплохую чувствительность, а также возможность нажимать на экран как пальцем, так и любым предметом. Из минусов необходимо отметить плохое светопропускание (в результате приходится использовать более яркую подсветку), плохая поддержка множественных нажатий (multi-touch), не могут определять силу нажатия, а также довольно быстрый механический износ, хотя в сравнении со временем жизни телефона, этот недостаток не так уж и важен, так как обычно быстрее телефон выходит из строя, чем сенсорный экран.

Применение : сотовые телефоны, КПК, смартфоны, коммуникаторы, POS-терминалы, TabletPC, медицинское оборудование.

Емкостные сенсорные экраны

Емкостные сенсорные экраны делятся на два типа: поверхностно-емкостные и проекционно-емкостные . Поверхностно-емкостные сенсорные экраны представляют собой стекло, на поверхность которого нанесено тонкое прозрачное проводящее покрытие, поверх которого нанесено защитное покрытие. По краям стекла расположены печатные электроды, которые подают на проводящее покрытие низковольтное переменное напряжение.

Поверхностно-емкостной сенсорный экран

При касании экрана образуется импульс тока в точке контакта, величина которого пропорциональна расстоянию из каждого угла экрана до точки касания, таким образом, вычислить координаты места касания контроллеру достаточно просто, сравнить эти токи. Из достоинств поверхностно-емкостных экранов можно отметить: хорошее светопропускание, малое время отклика и большой ресурс касаний. Из недостатков: размещенные по бокам электроды плохо подходят для мобильных устройств, требовательны к внешней температуре, не поддерживают multi-touch, касаться можно пальцами или специальным стилусом, не могут определять силу нажатия.

Применение : информационные киоски в охраняемых помещениях, в некоторых банкоматах.

Проекционно-емкостные сенсорные экраны представляют собой стекло с нанесенными на него горизонтальными ведущими линиями проводящего материала и вертикальными определяющими линиями проводящего материала, разделенные слоем диэлектрика.

Проекционно-емкостной сенсорный экран

Работает такой экран следующим образом: на каждый из электродов в проводящем материале микроконтроллером последовательно подается напряжение и измеряется амплитуда возникающего в результате импульса тока. По мере приближения пальца к экрану емкость электродов, находящихся под пальцем, изменяется, и таким образом контроллер определяет место касания, то есть координаты касания – это пересекающиеся электроды с возросшей емкостью.

Достоинством проекционно-емкостных сенсорных экранов является быстрая скорость отклика на касание, поддержка multi-touch, более точное определение координат по сравнению с резистивными экранами и определение силы нажатия. Поэтому эти экраны в большей степени используются в таких устройствах, как iPhone и iPad. Также стоит отметить большую надежность этих экранов и, как следствие, больший срок работы. Из недостатков можно отметить, что на таких экранах касаться можно только пальцами (рисовать или писать от руки пальцами очень неудобно) или специальным стилусом.

Применение : платежные терминалы, банкоматы, электронные киоски на улицах, touchpads ноутбуков, iPhone, iPad, коммуникаторы и так далее.

Сенсорные экраны ПАВ (поверхностно-акустические волны)

Состав и принцип работы данного типа экранов следующий: по углам экрана размещены пьезоэлементы, которые преобразуют подаваемый на них электрический сигнал в ультразвуковые волны и направляют эти волны вдоль поверхности экрана. Вдоль краев одной стороны экрана распределены отражатели, которые распределяют ультразвуковые волны по всему экрану. На противоположных от отражателей краях экрана расположены сенсоры, которые фокусируют ультразвуковые волны и передают их далее на преобразователь, который в свою очередь преобразует ультразвуковую волну обратно в электрический сигнал. Таким образом, для контроллера экран представляется в виде цифровой матрицы, каждое значение которой соответствует определенной точке поверхности экрана. При касании пальцем экрана в любой точке происходит поглощение волн, и в результате общая картина распространения ультразвуковых волн изменяется и в результате преобразователь выдает более слабый электрический сигнал, который сравнивается с хранящейся в памяти цифровой матрицей экрана, и таким образом вычисляются координаты касания экрана.

Сенсорный экран ПАВ

Из достоинств можно отметить высокую прозрачность, так как экран не содержит проводящих поверхностей, долговечность (до 50 млн. касаний), а также сенсорные экраны ПАВ позволяют определять не только координаты нажатия, но и силу нажатия.

Из недостатков можно отметить более низкую точность определения координат, чем у емкостных, то есть рисовать на таких экранах не получится. Большим недостатком являются сбои в работе при воздействии акустических шумов, вибраций или при загрязнении экрана, т.е. любая грязь на экране блокирует его работу. Также данные экраны корректно работают только с предметами, поглощающими акустические волны.

Применение : сенсорные экраны ПАВ в основном в охраняемых информационных киосках, в образовательных учреждениях, в игровых автоматах и так далее.

Инфракрасные сенсорные экраны

Устройство и принцип работы инфракрасных сенсорных экранов довольно простой. Вдоль двух прилегающих друг к другу сторон сенсорного экрана расположены светодиоды, излучающие инфракрасные лучи. А на противоположной стороне экрана расположены фототранзисторы, которые принимают инфракрасные лучи. Таким образом, весь экран покрыт невидимой сеткой пересекающихся инфракрасных лучей, и если коснуться экрана пальцем, то лучи перекрываются и не попадают на фототранзисторы, что немедленно регистрируется контроллером, и таким образом определяются координаты касания.

Инфракрасный сенсорный экран

Применение : инфракрасные сенсорные экраны используются в основном в информационных киосках, торговых автоматах, в медицинском оборудовании и т.д.

Из достоинств можно отметить высокую прозрачность экрана, долговечность, простоту и ремонтопригодность схемы. Из недостатков: боятся грязи (поэтому используются только в помещении), не могут определять силу нажатия, средняя точность определения координат.

P.S. Итак, мы рассмотрели основные типы наиболее распространенных сенсорных технологий (хотя есть еще и менее распространенные, такие, как оптические, тензометрические, индукционные и так далее). Из всех этих технологий наибольшее распространение в мобильных устройствах получили резистивные и емкостные, так как обладают высокой точностью определения точки касания. Из них наилучшими характеристиками обладают проекционно-емкостные сенсорные экраны.

Текст подготовлен по материалам из открытых источников методистами по Технологии Карабиным А.С., Л.В. Гаврик, С.В. Усачёвым

Когда Стив Джобс вышел на сцену в 2004 году и показал новый iPhone, лишь немногие подозревали, как сильно изменится мир в следующие десять лет. Сегодня сложно представить нашу жизнь без сенсорных технологий: ими оснащаются уже даже телевизоры, а вскоре и автомобили. Смартфоны и планшеты, ноутбуки с сенсорными дисплеями, операционные платформы, созданные специально для этого класса устройств - все это занимает огромную часть рынка потребительской электроники. Да, сенсорные технологии существовали и до iPhone, но уровень их развития и распространения оставлял желать лучшего, да и стоили они баснословных денег. Есть мнение, что в скором будущем сенсорные технологии сменит более удобная форма пользовательского интерфейса - основанная на голосе, дополненной реальности и тактильных ощущениях, но пока рабочих прототипов представлено не было.

Самым распространенным способом погружения в виртуальную реальность на данный момент считается использование специальных очков и шлемов. Однако, есть и другие способы погружения - например, проецирование изображения прямо на сетчатку глаза или использование создающих объемное изображение дисплеев. Последний метод используется крайне редко, так как на такие экраны нужно смотреть строго под определенным углом, но исследователи из Канады устранили этот недостаток - они создали шарообразный дисплей с 360-градусным охватом.

Конструкция резистивной интерактивной доски включает в себя жёсткую подложку и гибкую пластиковую мембрану. Пространство между подложкой и мембраной заполнено изоляторами, которые равномерно распределены по активной области доски и надёжно изолируют проводящие поверхности. При нажатии на интерактивную доску эти два слоя соприкасаются, что вызывает изменение уровня сопротивления, который регистрируется устройством.

Точка нажатия будет распознаваться интерактивной доской как клик мыши. В один и тот же момент времени возможна регистрация только одной точки касания пальцем, стилусом или любым другим подходящим предметом. Исключение представляют резистивные доски двойного касания, под единой пластиковой мембраной которой находятся две жёсткие подложки. Работа с данными устройствами интуитивно понятна, однако есть свои нюансы: 1) нажатие должно быть достаточно сильным, иначе сигнал будет прерываться; 2) при длительном использовании может происходить залипание пластиковой мембраны; 3) для того, чтобы использовать интерактивную доску как маркерную, нужно использовать специальные маркеры, т.к. она с трудом поддаётся очистке. Примеры компаний-производителей: , QOMO, IQBoard.

Ёмкостная (электростатическая) технология

Внешний слой сенсорного экрана такого типа является проводником статического электричества, внутренняя сторона представлена сеткой электродов. В процессе работы контроллер подает на них импульсы слабого переменного тока.

При касании происходит утечка тока. Величина тока утечки обратно пропорциональна расстоянию от точки нажатия до электрода. Сравнивая величины тока утечки через каждый из четырех электродов, контроллер рассчитывает координаты точки нажатия. Яркие представители подобных устройств: планшеты iPad, Samsung и т.д. Эти устройства распознают несколько одновременных касаний и различные жесты, однако вследствие необходимости обеспечения электрического контакта между поверхностью и телом человека работа с ними с помощью других предметов (в т.ч. в перчатках) не представляется возможной.

Инфракрасная технология

По периметру интерактивной доски установлены ИК-сенсоры, которые формируют невидимую для человеческого глаза сеть лучей. Касание стилусом или пальцем преломляет эти лучи, точка нажатия регистрируется контроллером, а информация о её координатах передаётся на компьютер. Такая технология может использоваться как при производстве интерактивных досок, так и интерактивных приставок или интерактивных проекторов. Подобные устройства могут распознавать как одно касание, так и несколько точек контакта с поверхностью. Примеры компаний-производителей: , Epson, .

Технология DViT (Digital Vision Touch)

Во внутренние углы внешней рамы интерактивной доски встроены цифровые видеокамеры. Изображение с камер анализируется цифровыми сигнальными процессорами на предмет наличия стилуса или пальца в зоне видимости.

Местоположение точки нажатия регистрируется контроллером и передаётся на компьютер. С интерактивными досками такого типа можно работать пальцем или стилусом, они распознают более 2х точек касания и жесты. Работа с подобными интерактивными досками очень комфортна, есть модели, которые также определяют различные предметы (по англ. object-awareness): перо как инструмент письма, палец как манипулятор, теннисный мяч, ладонь или кулак как ластик. Единственный нюанс, о котором нужно помнить, — распознавание касания происходит ещё на стадии приближения к поверхности, поэтому кисти шали, бусы, слишком длинные рукава будут регистрироваться устройством, — со временем просто вырабатывается правильная привычка взаимодействия с доской. Держателем патента на данную технологию является компания . Подробную информацию можно получить по .

Развитие сенсорных технологий

Сенсорные технологии активно вторгаются на российский компьютерный рынок. Дебют этих систем состоялся более четырех лет назад, но бурный рост рынка начался только этим летом, когда на станциях Московского метрополитена, в крупных гостиницах и на вокзалах появились сенсорные информационные киоски. Часть из них была установлена в рамках проекта "Городская информационная система Москвы", другая - как проекты отдельных фирм.

У всех этих киосков удобный и действительно дружественный интерфейс, который позволяет даже неискушенному пользователю с легкостью управлять сложной информационной системой.

Достичь такой простоты и удобства позволяют сенсорные экраны. Впервые сенсорная технология появилась более 25 лет назад, когда специалисты американской фирмы ELO TouchSystems разработали электродную резистивную технологию, позволяющую добиться редкого сочетания высокой надежности и гарантированной точности с потрясающей адаптивностью. Эта разработка дала толчок к развитию сенсорных технологий. На рынке стали появляться сенсорные экраны, использующие принцип поверхностных акустических волн (ELO TouchSystems), изменения распределенной емкости (MicroTouch), инфракрасных волн и 4-электродную резистивную технологию (ряд тайваньских фирм).

Рассмотрим особенности различных типов реализации сенсорного интерфейса.

Резистивная 5-электродная технология

Пространство между стеклом и пластиком отделено микроизоляторами ("dots"), запатентованными фирмой ELO TouchSystems, которые равномерно распределены по активной области экрана. Они надежно изолируют проводящие поверхности. При нажатии эти поверхности соприкасаются между собой. Изменение сопротивления регистрируется контроллером и передается в компьютер. Преимуществом AccuTouch является высокая надежность. Экран совершенно не чувствителен к загрязнению и агрессивным средам. Сенсорный экран AccuTouch соединяется с контроллером, который обрабатывает сигналы, поступающие с поверхности экрана, и преобразует их в координаты прикосновения (X и Y), которые передаются на системную шину компьютера и обрабатываются как стандартные сигналы "мыши".

Принцип поверхностных акустических волн (ПАВ)

Экран, основанный на этом принципе (IntelliTouch), выполнен в виде стеклянной панели с пьезоэлектрическими преобразователями, расположенными в углах экрана. Специальный контроллер посылает на них высокочастотный электрический сигнал, который преобразуется в акустические волны. Волны отражаются массивом датчиков, расположенным по краям панели. Приемные датчики собирают отраженные волны и направляют их обратно на преобразователи, которые преобразуют полученные данные в электрический сигнал, анализируемый контроллером. Особенность этой технологии в том, что координата прикосновения вычисляется не только по осям X и Y, но и по оси Z.

Принцип изменения распределенной емкости

Экран выполнен в виде стеклянной панели с нанесенным на нее проводящим слоем, т. е. поверхность экрана представляет собой распределенную емкость, изменяющуюся при прикосновении. Эти изменения регистрируются и обрабатываются контроллером, который затем вычисляет координату прикосновения.

Технология использования инфракрасных волн

Экран выполнен в виде рамки с рядами инфракрасных излучателей, которые создают решетку. Появление постороннего предмета в пределах решетки регистрируется контроллером, обрабатывается и передается в компьютер.

Конструктивно сенсорные экраны выполняются в виде стеклянного основания, повторяющего кривизну поверхности электронно-лучевой трубки или жидкокристаллической матрицы монитора. На рынке присутствуют сферические, FST, цилиндрические и плоские экраны, что позволяет выбрать оптимальный вариант для любого монитора.

Исключение составляют экраны, использующие инфракрасные волны, и "вандалостойкие" экраны SecureTouch фирмы ELO. Первые, как уже говорилось, выполнены в виде рамки, которая надевается на монитор. Вторые устанавливаются перед монитором. Обусловлено это тем, что SecureTouch представляет собой сенсорный экран повышенной прочности. Разработанный на базе технологии ПАВ, SecureTouch способен противостоять грубому воздействию. Он будет продолжать работать, несмотря на царапины, которые испортили бы любой другой сенсорный экран, и способен выдерживать удары тяжелых предметов. Основой SecureTouch является отожженное или отпущенное стекло, толщиной 0,25 или 0,5 дюйма.

Сенсорные экраны этого класса проходят испытания согласно требованиям спецификации UL (UL-1950). На поверхность экрана с высоты 51,5 дюйма (примерно 131 см) несколько раз бросают стальной шар весом один килограмм. SecureTouch выдерживает испытание без повреждений и царапин на поверхности.

В начале этого года появилась еще одна разновидность сенсорного экрана. Это экраны Scribex фирмы ELO. Scribex дает возможность рукописного ввода информации в компьютерную систему. Таким образом решаются насущные проблемы банковских и торговых приложений. Новое решение помогает пользователям избежать трудностей, возникающих при авторизации доступа и заполнении различных документов с клавиатуры. Экраны выполнены по 5-электродной резистивной технологии. Высокое разрешение и большая скорость сканирования позволяют ввести подпись с качеством, достаточным для идентификации ее большинством программ.

Они полностью эмулируют стандартную мышь. Драйвер позволяет установить режимы реакции на нажатие, отжатие, двойное прикосновение и даже правую кнопку мыши. В настоящее время доступны драйверы под DOS, Windows 3.x, Windows 95, Windows NT и ряд UNIX-систем, OS/2, Apple Macintosh.

Выпускается много разновидностей контроллеров сенсорных экранов, отличающихся друг от друга способом связи с компьютером. Контроллеры PC-Bus вставляются в слот расширения системной платы, последовательные - подключаются к последовательному порту. Последние могут быть как внешними, так и внутренними, встраиваемыми непосредственно в монитор. Для работы в портативных ПК выпускается серия PCMCIA-контроллеров.

Технология сенсорного ввода имеет ряд свойств, делающих ее незаменимой во многих приложениях. Первое из них - реализация генетически заложенной установки "прикосновения к интересующему объекту". Для человека естественно прикасаться к предмету для получения дополнительной информации о нем. Это происходит интуитивно и не приводит к внутреннему конфликту, который подчас вызывают традиционные средства ввода. Это свойство идеально решает проблему дружественного интерфейса в справочно-информационных системах, рассчитанных на массовый доступ.

Второе свойство - максимальная защита от ошибок оператора. Многие, наверное, помнят заклеенную клавиатуру на кассовых машинах в магазинах. Нерациональное размещение клавиш и высокие нагрузки приводят к ошибкам ввода. Поэтому кассиры нашли простой выход и закрывали редко используемые клавиши спичечными коробками.

При использовании сенсорного ввода клавиатура на экране монитора формируется программно. Это позволяет не перегружать оператора и выводить только те клавиши, которые используются в данный момент. Кроме того, можно подобрать оптимальные размер и цвет клавиш.

Сенсорный ввод также снижает вероятность взлома и проведения несанкционированных действий в компьютерной системе.

Эти и другие особенности делают сенсорную технологию оптимальной для использования в качестве POS-терминалов, в медицине, в промышленности (терминал контроля процесса), в приложениях массового доступа, в охранном бизнесе (система идентификации и наведения устройств слежения), в финансовых приложениях.

Уже сейчас решения на основе сенсорного ввода успешно используются в различных организациях Москвы, Санкт-Петербурга и многих других городов.

Компания КВАРТА Сенсорные Системы, http://www.quarta.msk.ru/ucc/ -