Daudzi cilvēki, īpaši pusmūža un jaunieši, aktīvi izmanto viedtālruņus, planšetdatorus un citus viedos displeja sīkrīkus. Tomēr daži no viņiem domāja par skārienekrāna darbības principu un to šķirnēm. Mēģināsim to izprast sīkāk.
Izgudrojumu stāsts
Pirmo reizi pasaulē skārienierīces prototipu izmantoja skolotājs no ASV Sems Hērsts. Viņš 1970. gadā izstrādāja ideju par datu nolasīšanu no liela skaita lentes diagrammu ierakstītāju. Šī procesa automatizācija ir kļuvusi par sava veida tramplīnu skārienjutīgo monitoru radīšanai, kas pazīstami kā Elotouch. 1971. gadā tika publicēta Hērsta kolēģu grupas izstrāde, kas ietvēra pretestības četru vadu tehnoloģiju pieskāriena punktu noteikšanai.
PLATO IV sistēma tiek uzskatīta par pirmo datora sensoru. Tas tika izdots arī ASV īpašu pētījumu rezultātā, kas saistīti ar izglītības datorizāciju. Tas sastāvēja no bloku paneļa (256 gab.), kas darbojās saskaņā arinfrasarkano staru straumju režģa izmantošanas princips.
Apraksts
Skārienekrāns ir elektronisks elements, kas vizualizē digitālo informāciju, pieskaroties monitora virsmai. Dažādi šo konstrukciju veidi reaģē uz vairākiem momentiem vai vienu konkrētu faktoru (kapacitātes un pretestības izmaiņas, termiskā atšķirība, īpašs rādītājs).
Atbilstoši darbības principam skārienekrāni tiek sadalīti šādi:
- Rezistīvās versijas.
- Matrix modeļi.
- Kapacitatīvās iespējas.
- Virsmas akustiskās modifikācijas.
- Optiskie sensori un to veidi.
Apskatīsim izplatītākos šīs kategorijas displeja modeļus, darbības jomu, funkcijas un priekšrocības.
Kā darbojas rezistīvi skārienekrāni
Šis ir vienkāršākais monitora veids. Reaģē uz pretestības spēka pārveidi pieskaršanās noteiktam objektam un displeja virsmai. Visizplatītākā un elementārākā tehnoloģija ietver divus galvenos elementus savā dizainā:
- Poliestera vai līdzīga polimēra panelis-substrāts, kura biezums nepārsniedz dažus desmitus molekulu. Caurspīdīgā daļa kalpo strāvas daļiņu vadīšanai.
- Gaismu caurlaidīga plāna plastmasas membrāna.
Abi slāņi ir pārklāti ar īpašu pretestības pārklājumu. Starp tiem ir mikroskopiski lodveida izolatori.
Darbības laikā membrāna saliecas, saskaroties arsubstrāts, kā rezultātā ķēde tiek slēgta. Kontrolieris ar analogo-digitālo pārveidotāju reaģē uz darbību, aprēķinot sākotnējās un strāvas pretestības vērtību, kā arī kontaktpunkta koordinātas. Šādas ierīces ātri parādīja savas negatīvās puses, kā rezultātā inženieri uzlaboja dizainu, pievienojot piekto vadu.
Izmantot
Rezistīvās konfigurācijas skārienekrāna vienkāršā darbības principa dēļ to izmanto visur. Dizaina funkcijas:
- zemas izmaksas;
- izturība pret apkārtējās vides ietekmi, izņemot negatīvu temperatūru;
- laba reakcija uz saskari ar jebkuru neasu piemērotu priekšmetu.
Šādi displeji ir uzstādīti uz papildināšanas un naudas pārveduma termināļiem, bankomātiem un citām ierīcēm, kas ir izolētas no apkārtējās vides. Monitora vājo aizsardzību pret bojājumiem kompensē aizsargplēves pārklājuma klātbūtne.
Kā darbojas kapacitatīvie skārienekrāni
Šis displeja veids darbojas, ņemot vērā paaugstinātas jaudas objektu spēju pārveidoties par maiņstrāvas vadītājiem. Ierīce ir stikla panelis ar pretestības pārklājumu. Elektrodi, kas novietoti stūros, pieliek vāju spriegumu vadošajam slānim. Kontakta laikā tiek novērota strāvas noplūde, ja objektam ir lielāka elektriskā kapacitāte nekā ekrānam. Strāva ir fiksēta stūra daļās, un informācija noindikatori nonāk apstrādei uz kontrolleri, kas aprēķina pieskāriena laukumu.
Pirmajos modeļos tika izmantota līdzstrāva. Tas vienkāršoja dizainu, taču tas neizdevās, ja lietotājam nebija kontakta ar zemi. Uzticamības ziņā šīs ierīces aptuveni 60 reizes pārsniedz pretestības līdziniekus (paredzēts 200 miljoniem klikšķu). Caurspīdības līmenis - 0, 9, minimālā darba temperatūra - līdz -15 °C.
Mīnusi:
- reakcijas trūkums uz cimdu roku un lielāko daļu svešķermeņu;
- pārklājums ar vadītāju atrodas virsējā slānī, kas rada uzņēmību pret mehānisko spriegumu;
- tie ir piemēroti iekštelpu termināļiem.
Kapacitatīvās projekcijas versijas
Dažu konfigurāciju viedtālruņu skārienekrāna darbības princips ir balstīts uz šo tipu. Uz ierīces iekšējās virsmas ir uzlikts elektrodu režģis, kas, saskaroties ar cilvēka ķermeni, veido kondensatora kapacitāti. Pēc pieskaršanās displejam ar pirkstu sensori un mikrokontrolleris apstrādā informāciju, aprēķini tiek nosūtīti uz galveno procesoru.
Funkcijas:
- šiem dizainparaugiem ir visas kapacitatīvo sensoru iespējas;
- tos var aprīkot ar līdz 18 milimetriem biezu plēves pārklājumu, kas nodrošina papildus aizsardzību pret mehānisku ietekmi;
- piesārņotāji no grūti sasniedzamām vadošajām daļām tiek noņemti, izmantojot programmatūras metodi.
Norādītās konfigurācijas ir uzstādītas uz daudzām personālajām ierīcēm un termināļiem, kas darbojas ārpus telpām zem pārsega. Ir vērts atzīmēt, ka Apple arī dod priekšroku projicētiem kapacitatīviem monitoriem.
Matricas modifikācijas
Šīs ir pretestības tehnoloģijas vienkāršotas versijas. Membrāna ir aprīkota ar vairākiem vertikāliem vadītājiem, substrāts - ar horizontāliem analogiem. Skārienekrāna darbības princips: pieskaroties, tiek aprēķināts punkts, kurā notika vadītāju kontakts, saņemtā informācija tiek nosūtīta procesoram. Tas, savukārt, nosaka vadības signālu, pēc kura ierīce reaģē noteiktā veidā, piemēram, veic darbību, kas piešķirta konkrētai pogai.
Funkcijas:
- ierobežotā vadītāju skaita dēļ ir zems precizitātes rādītājs;
- cena ir viszemākā starp visiem sensoriem;
- vairāku pieskārienu funkcija tiek īstenota, aptaujājot displeju punktu pa punktam.
Norādītais modelis tiek izmantots tikai un vienīgi novecojušās ierīcēs, mūsdienās to praktiski neizmanto inovatīvu risinājumu rašanās dēļ.
Virsmas akustiskie signāli
Kā sākotnējo tālruņu skārienekrāns tika aprīkots ar līdzīgu tehnoloģiju. Displejs ir stikla panelis, kurā ir iegulti uztvērēji (divas daļas), bet pjezoelektriskie transformatori ir novietoti pretējos stūros.
No ģeneratora frekvences elektriskais signāls tiek piegādāts pārveidotājiem, no kurienes virkneimpulsi tiek izplatīti ar atstarotāju palīdzību. Viļņus uztver sensori, atgriež PET, kur tos pārvērš atpakaļ elektriskā strāvā. Tālāk informācija tiek nosūtīta uz kontrolieri, kurā tā tiek analizēta.
Pieskaroties ekrānam, viļņa raksturlielumi mainās, absorbējot daļu enerģijas noteiktā vietā. Pamatojoties uz šo informāciju, tiek aprēķināts kontakta punkts un spēks. Šīs kategorijas displeji ir pieejami ar plēves biezumu 3 vai 6 milimetri, kas ļauj bez sekām izturēt nelielu sitienu no rokas.
Trūkumi:
- darba pārkāpums vibrācijas un kratīšanas apstākļos;
- nestabilitāte pret jebkādu piesārņojumu;
- traucējumi noteiktas konfigurācijas akustisko signālu dēļ;
- zemā precizitāte padara tos nelietojamus zīmēšanai.
Citas sugas
Visbiežāk izmantoto skārienekrānu ierīce un darbības princips ir apskatīts iepriekš. Tālāk ir sniegts nepopulāru konfigurāciju displeju saraksts:
- Optiskie monitori - atbalsta vairāku pieskārienu darbību, tostarp lielus nospiedumus.
- Infrasarkanie modeļi - pārklāti ar fotodiožu gaismas diožu pāriem, reaģē uz pieskārienu, izmantojot mikrokontrolleri.
- Indukcijas iespējas - aprīkots ar īpašu spoli un jutīgu vadītāju tīklu, izmanto dārgās planšetdatoros.
Kā redzat, skārienekrāniem ir vairākas iespējas. Izvēle vienmēr ir patērētāja ziņā.
