Как работает сенсорный экран? Есть ответ

В свое время умнейшие люди придумали сенсорный экран, без которого сложно было бы представить себе большинство современных устройств. К слову, именно сенсорный экран послужил толчком к созданию самых популярных гаджетов – планшетов.

Для тех, кто до сих пор в танке: сенсорный экран это координатное устройство ввода информации, которое реагирует на прикосновения, заменяющие собой обычные механические кнопки, что позволяет сэкономить немало места, т.к. непосредственно сам экран и устройство ввода совмещены. Кроме того, такой симбиоз повышает надежность работы, поскольку тут отсутствуют механические части, которые, как известно, чаще подвержены поломкам.

Технологий сенсорных экранов около десятка, но большинство из них являются либо устаревшими, либо настолько узкоспециализированными, что говорить о них на страницах сайта WapStat.info совершенно не имеет смысла. Самые популярные – емкостные и резистивные (четырех-, пяти- или восьмипроводные). Далее по убыванию популярности — проекционно-ёмкостные, матричные, экраны на основе поверхностно-акустических волн, оптические, тензометрические и экраны на основе инфракрасных лучей. Но сначала:

История создания сенсорного экрана

В конце 60-х годов 20 века американский ученый Сэмюэль Херст столкнулся с проблемой: необходимо было считывать километры ленты самописцев. Природная лень и наличие мозгов сподвигли Сэмюэля на создание специального прибора для считывания лент. Этот прибор обладал сенсорным экраном. Специально для этих целей была даже создана компания Elotouch, занимавшаяся выпуском элографов (именно так Херст назвал свое творение). Чуть позже его компания объединилась с Siemens и стала называться Elographics. Плодами такого сотрудничества стала разработка сенсорной панели для существующих кинескопов. В 1982 году компания представила первый в мире телевизор с сенсорным экраном. С прошлым вроде немного разобрались, а теперь перейдем к более современным сенсорным экранам.

Резистивный экран

Самым простым в изготовлении типом резистивного экрана является четырехпроводной. Он состоит из стеклянной панели и гибкой пластиковой мембраны, на которые нанесено тонкое проводящее покрытие. Пространство между стеклом и мембраной заполнено микроизоляторами, надёжно изолирующими токопроводящие поверхности. По краям каждого слоя установлены тонкие металлические пластинки — электроды. В заднем слое с резистивным материалом они расположены вертикально, а в переднем — горизонтально, что необходимо для вычислений координат. Когда на экран нажимают, панель и мембрана замыкаются, специальный датчик регистрирует изменение сопротивления в точке нажатия и преобразует его в сигнал. Усовершенствованной вариацией являются восьмипроводные сенсорные экраны. Их точность выше, однако надежность и долговечность хромают.

Следующее поколение резистивных экранов – пятипроводные – обладают бОльшей надежностью за счет того, что вместо резистивного покрытия используется проводящее; это позволяет работать даже с поврежденной мембраной. На заднее стекло нанесено покрытие с четырьмя электродами по углам, которые постоянно находятся под напряжением. А вот пятый электрод является выводом переднего проводящего слоя. Во момент прикосновения к экрану нижний и верхний слои соприкоснутся, а контроллер сначала определит изменение напряжения на переднем слое, то есть сам факт касания. Далее сначала на заднем слое заземляются два электрода по горизонтали, а затем два других, но по вертикали. Как упрощенный вариант резистивных экранов в свое время использовались матричные экраны.

Матричный сенсорный экран

Тут все предельно просто и понятно даже ученику пятого класса: на стекле и на мембране расположены проводники крест-накрест (т.е. на стекле – вертикально, а на мембране – горизонтально). При касании экрана проводники соприкасаются, замыкаются, а уж определить координаты касания – дело техники. Такие экраны давно уже не применяются ввиду их малой надежности и точности.

Переходим к емкостной технологии изготовления экранов.

Емкостный экран

По сравнению с резистивным экраном он намного сложнее в реализации. Тут используется тот факт, что тело человека и экран образуют конденсатор, который проводит переменный ток.

Емкостный экран представляет собой стеклянную панель, которая покрыта прозрачным резистивным материалом, чтобы обеспечить электрический контакт с телом. Электроды, расположенные по углам экрана, подают на проводящий слой небольшое переменное напряжение. При касании экрана пальцем или другим проводящим предметом происходит утечка переменного тока через упомянутый конденсатор. Чем ближе палец к электроду, тем меньше сопротивление экрана, а значит, сила тока больше. Все это регистрирую датчики, передающие информацию для дальнейшей обработки процессору.

Емкостные сенсорные экраны долговечны и выдерживают до 200 миллионов нажатий. Их точность немного лучше чем у резистивных, а прозрачность превышает 90%. Однако такие дисплеи боятся жидкостей, непроводящих загрязнений.

Как и резистивный экран, емкостный не поддерживает несколько нажатия, определяя лишь то, которое было произведено первым. Пользователей и любителей мультитач-игр такой факт категорически не устраивал, и производителям пришлось вновь напрягать свои извилины. Так появились проекционно-емкостные сенсорные экраны

Проекционно-емкостный экран

Такие экраны поддерживают сразу несколько нажатий, открывая перед пользователями много новых возможностей использования смартфонов и планшетов.

Внутренняя сторона проекционно-емкостного экрана обладает сеткой электродов, на которой при нажатии образуется конденсатор. В месте образования конденсатора изменяется его электрическая емкость, а контроллер определяет точку пересечения электродов. Дальше все как обычно – контроллер, вычисления, координаты.

Если касаться экрана в разных местах, то и конденсаторов образуется несколько, что дает возможность реализовать мультитач-технологию.

На этом наш обзор технологий изготовления сенсорных экранов завершен. Пишите комментарии, спрашивайте, если что-то непонятно