Содержание
Резистивный сенсорный экран
Инфракрасный сенсорный экран
Емкостный сенсорный экран
Чувствительные к давлению сенсорные экраны — 3D Touch
Волновые сенсорные экраны
Вместо заключения
До тачскринов самым распространенным интерфейсом для ввода команд в электронные устройства были различные клавиатуры. Хотя, кажется, что у них с тачскринами нет ничего общего, на самом деле то, насколько сенсорный экран по принципам работы схож с клавиатурой, может удивить. Давайте рассмотрим их устройство в деталях.
Клавиатура представляет собой печатную плату, на которой устанавливается несколько рядов переключателей-кнопок. Вне зависимости от их конструкции, мембранной или механической, при нажатии каждой из клавиш происходит одно и то же. На компьютерной плате под кнопкой замыкается электрическая цепь, компьютер регистрирует прохождение тока в этом месте схемы, «понимает», какая клавиша нажата и выполняет соответствующую ей команду. В случае с сенсорным экраном происходит почти тоже самое.
Существует порядка десятка различных видов сенсорных экранов, однако большинство из этих моделей или давно устарело и не используется, или относится к экспериментальным и вряд ли когда-нибудь появится в серийных устройствах. Прежде всего, я расскажу об устройстве актуальных технологий, тех из них, с которыми постоянно взаимодействуете или хотя бы можете столкнуться в повседневной жизни.
Резистивный сенсорный экран
Резистивные сенсорные экраны изобретены еще в 1970 году и с тех пор изменились мало.
В дисплеях с такими сенсорами над матрицей располагается пара дополнительных слоев. Впрочем, оговорюсь, матрица здесь вовсе не обязательна. Первые резистивные сенсорные устройства не были экранами вовсе.
Нижний сенсорный слой состоит из стеклянной основы и называется резистивным слоем. На него наносится прозрачное металлическое покрытие, хорошо передающее ток, например, из такого полупроводника, как оксид индия-олова. Верхний слой тачскрина, с которым взаимодействует пользователь нажимая на экран, сделан из гибкой и упругой мембраны. Он называется проводящим слоем. В пространстве между слоями оставляют воздушную прослойку, либо равномерно усеивают его микроскопическими изолирующими частицами. По краям к сенсорному слою подводится четыре, пять или восемь электродов, связывающих его с датчиками и микроконтроллером. Чем больше электродов, тем выше чувствительность резистивного такчскрина, поскольку изменение напряжения на них постоянно отслеживается.
Вот экран с резистивным тачскрином включен. Пока ничего не происходит. Электрический ток свободно течет по проводящему слою, но когда пользователь дотрагивается до экрана, мембрана сверху прогибается, изолирующие частицы расступаются, и она касается нижнего слоя тачскрина, вступает в контакт. За этим следует изменение напряжения разом на всех электродах экрана.
Контроллер тачскрина обнаруживает изменения напряжения и считывает показания с электродов. Четыре, пять, восемь значений и все разные. По разнице в показаниях между правым и левым электродами микроконтроллер вычислит X-координату нажатия, а по различиям в напряжении на верхнем и нижнем электродах, определит Y-координату и, таким образом, сообщит компьютеру точку, в которой слои сенсорного слоя экрана соприкоснулись.
Резистивные сенсорные экраны могут похвастать длинным перечнем недостатков. Так, они в принципе не способны распознать двух одновременных нажатий, не говоря уже о большем числе. Они плохо ведут себя на холоде. Из-за необходимости в прослойке между слоями сенсора, матрицы таких экранов заметно теряют в яркости и контрастности, склонны бликовать на солнце, и в целом выглядят заметно хуже. Тем не менее, там, где качество изображения играет второстепенную роль, их продолжают применять в силу устойчивости к загрязнениям, возможности использования в перчатках и, что самое главное, низкой стоимости.
Такие средства ввода повсеместно монтируются в недорогих массовых устройствах, вроде информационных терминалов в общественных местах и все еще встречаются в устаревающих гаджетах, типа дешевых MP3-плееров.
Как работает сенсор?
Сегодня сенсоры цифровые. Раньше роль сенсора выполняла пленка. И то, и другое – носители, на которые записываются изображения. Объектив плюс некий тип сенсора – это базовое условие для создания изображения. В камере есть еще множество частей, но два этих элемента – ключевые для создания картинки.
Как я упоминал ранее, существует несколько разных технологий работы сенсоров камер. Два самых популярных вида – «CCD» (сокр. от англ. charge-coupled device — прибор с зарядовой связью, ПЗС-матрица) и «CMOS» (сокр. от англ. complementary metal oxide semiconductor — комплементарная логика на транзисторах металл-оксид-полупроводник, КМОП-матрица).
CCD-матрицы работают путем передачи электрического заряда и конвертирования его в цифровой сигнал. CMOS-матрицы используют красный, зеленый и синий фильтры и пропускают данные через металлическую проводку на фотодиоды. Большинство современных сенсоров – CMOS. CCD-матрицы, похоже, достигли своих технологических пределов, и в новых камерах встречаются реже.
В довесок к распространенным CCD и CMOS сенсорам, Sigma разработала собственный тип матрицы, названный «Foveon», что вызвало определенный ажиотаж. Используя запатентованную технологию, Sigma утверждает, что их новая камера SD1 будет способна создавать 46-мегапиксельные изображения на сенсоре размерности APS-C. Это достигается при помощи трехслойной матрицы, в которой каждый слой отвечает за 15.3 мегапикселя.
Некоторые оспаривают справедливость такого амбициозного утверждения, и пока камера не выпущена, судьи ждут. Но сенсор «Foveon» существует уже несколько лет, и другие камеры (с меньшим разрешением) его используют. Вы можете провести исследование и посмотреть, насколько вам понравятся результаты с этого сенсора.
Сенсор «Foveon» от компании Sigma претендует на ультра-высокие показатели разрешения за счет своей уникальной «слоистой» технологии.
Инфракрасный сенсорный экран
Следующим, куда менее распространенным, но, тем не менее, актуальным вариантом сенсорного экрана является инфракрасный тачскрин. Он не имеет ничего общего с резистивным сенсором, хотя и выполняет схожие функции.
Инфракрасный тачскрин сконструирован из массивов светодиодов и светочувствительных фотоэлементов, расположенных на противоположных сторонах экрана. Светодиоды подсвечивают поверхность экрана невидимым инфракрасным светом, образуя на ней нечто вроде паутины или координатной сетки. Это напоминает охранную сигнализацию, какой ее показывают в шпионских боевиках или компьютерных играх.
Когда к экрану что-то прикасается, не важно палец это, рука в перчатке, стилус, или карандаш, два или более луча прерываются. Фотоэлементы фиксируют это событие, контроллер тачскрина выясняет, какие из них недополучают инфракрасный свет и по их положению вычисляет зону экрана, в которой возникло препятствие. Остальное — сопоставить прикосновение с тем, какой элемент интерфейса находится на экране в этом месте — задача программного обеспечения.
Сегодня с инфракрасными сенсорными экранами можно столкнуться в тех гаджетах, чьи экраны обладают нестандартной конструкцией, там, где добавлять дополнительные сенсорные слои технически сложно или нецелесообразно — в электронных книгах на базе дисплеев E-link, например, Amazon Kindle Touch и Sony Ebook. Кроме того, устройства с подобными сенсорами из-за простоты и ремонтопригодности приглянулись военным.
Что такое тачпад (touchpad) на ноутбуке, зачем он нужен достоинства и недостатки
Тачпад, он же трекпад, он же сенсорная панель – всё это названия устройства для управления курсором на компьютерных и мобильных устройствах. Чаще всего это устройство можно встретить в составе ноутбуков, реже – на подключаемых к ПК продвинутых клавиатурах. Ещё реже – в числе способов управления отдельными моделями мобильных телефонов.
Ввод управляющих команд с помощью тачпада осуществляется путём касания одним или несколькими пальцами его поверхности. Работает устройство по принципу сбора информации от сенсоров — расположенных под поверхностью ёмкостных датчиков. Их разные показания сравниваются, и таким образом определяется точное расположение пальцев на поверхности, сила нажатия, а также прочие манипуляции.
Слово «TouchPad» на английском языке изначально не отражало суть общепринятого понятия, оно и сейчас является торговой маркой одного из крупнейших производителей этих устройств — компании Synaptics. Но есть и другие производители.
Потенциал управления
Потенциал управляющих команд с помощью тачпада невелик, даже для тех устройств, которые поддерживают мультикасание. Обычно это перемещение курсора, клики правой и левой клавиш мыши, пролистывание (аналог вращения колеса мыши). С помощью драйвера производителя могут быть реализованы и прочие команды, применимые к конкретной модели тачпада.
Достоинства и преимущества
Устройства тачпада
Тачпад – удобный манипулятор, если использовать ноутбук в рамках проведения досуга, общаясь в соцсетях или просматривая медиаконтент. С его помощью несложные действия можно осуществлять даже лёжа в постели.
Но вот для серьёзной работы такое устройство ввода не годится. Оно проигрывает компьютерной мыши и в удобстве, и в манёвренности, и в оперативности. А иногда ещё и чинит препятствия. При активном наборе текста на ноутбуке многие задевают тачпад, поскольку тот обычно располагается на уровне клавиши пробела. Смещённый курсор и не кинутый вовремя взгляд на экран в таких случаях превращают набранный в текстовом редакторе шедевр человеческой мысли в абракадабру из хаотичных вставок текста.
Как узнать характеристики своего компьютера или ноутбука
При активной работе с ноутбуком лучше использовать USB или беспроводную мышь. А чтобы ничто не мешало набору текста, в настройках драйвера тачпада можно активировать опцию отключения при условии подсоединения к ноутбуку мыши.
composs.ru
Емкостный сенсорный экран
Если в резестивных сенсорных экранах компьютер регистрирует изменение проводимости, последовавшее за нажатием на экран, непосредственно между слоями сенсора, то емкостные сенсоры фиксируют прикосновение непосредственно.
Человеческое тело, кожа — хорошие проводники электричества и обладают электрическим зарядом. Обычно это замечаешь пройдясь по шерстяному ковру или сняв любимый свитер, а затем прикоснувшись к чему-либо металлическому. Все мы знакомы со статическим электричеством, испытывали его действие на себе и видели крошечные искры, срывающиеся с наших пальцев в темноте. Более слабый, незаметный обмен электронами между человеческим телом и различными проводящими поверхностями происходит постоянно и именно его фиксируют емкостные экраны.
Первые такие тачскрины назывались поверхностно-емкостными и были логичным развитием резистивных сенсоров. В них всего один проводящий слой, похожий на тот, что использовался ранее, устанавливался прямо поверх экрана. К нему также присоединялись чувствительные электроды, на этот раз по углам сенсорной панели. Следящие за напряжением на электродах датчики и их программное обеспечение были сделаны заметно чувствительнее и теперь могли улавливать малейшие изменения в течении электрического тока по экрану. Когда палец (другой проводящий ток предмет, например, стилус) касается поверхности с поверхностно-емкостным тачскрином, проводящий слой немедленно начинает обмениваться с ним электронами, а микроконтроллер это замечает.
Появление поверхностно-емкостных тачскринов стало прорывом, однако из-за того, что нанесенный прямо поверх стекла токопроводящий слой было легко повредить, они не были пригодны для устройств нового поколения.
Для создания первого iPhone потребовались проекционно-емкостные сенсоры. Этот тип тачскринов быстро стал наиболее распространенным в современной потребительской электронике: смартфонах, планшетах, ноутбуках, моноблоках и прочих бытовых устройствах.
Верхний слой экрана с тачскрином этого типа выполняет защитную функцию и может быть сделан из закаленного стекла, например, знаменитого Gorilla Glass. Ниже располагаются тончайшие электроды, образующие сетку. Поначалу их накладывали друг на друга в два слоя, затем для уменьшения толщины экрана стали располагать на одном уровне.
Выполненные из полупроводниковых материалов, в том числе уже упоминавшегося оксида индия-олова, эти токопроводящие волоски создают электростатическое поле в местах своего пересечения.
Когда палец касается стекла, за счет электропроводных свойств кожи он искажает локальное электрическое поле в местах ближайших пересечений электродов. Это искажение может быть измерено, как изменение емкости в отдельно взятой точке сетки.
Поскольку массив электродов делается достаточно мелким и плотным, такая система способна отслеживать касание очень точно и без проблем улавливает сразу несколько прикосновений. Кроме того, отсутствие дополнительных слоев и прослоек в бутерброде из матрицы, сенсора и защитного стекла положительно сказывается на качестве изображения. Правда, по той же причине, разбитые экраны, как правило, заменяются полностью. Однажды собранный воедино, экран с проекционно-емкостным сенсором чрезвычайно сложно поддается ремонту.
Сейчас преимущества проекционно-емкостных тачскринов не звучат, как что-то удивительное, но на момент презентации iPhone они обеспечили технологии колоссальный успех, несмотря на объективные минусы — чувствительность к загрязнениям и влажности.
Чувствительные к давлению сенсорные экраны — 3D Touch
Идейным предшественником сенсорных экранов, чувствительных к давлению, стала фирменная технология Apple, под названием Force Touch, применявшаяся в умных часах компании, MacBook, MackBook Pro и Magic Trackpad 2.
Опробовав на этих устройствах интерфейсные решения и различные сценарии использования распознавания силы нажатия, Apple начала внедрение похожего решения в свои смартфоны. В iPhone 6s и 6s Plus распознавание и измерение давления стало одной из функций тачскрина и получило коммерческое наименование 3D Touch.
Хотя в Apple и не скрывали, что новая технология лишь модифицирует привычные нам емкостные сенсоры и даже показали схему, в общих чертах объяснявшую принцип ее действия, подробности об устройстве сенсорных экранов с 3D Touch появились только после того, как первые iPhone нового поколения были разобраны энтузиастами.
Для того, чтобы научить емкостной сенсорный экран распознавать нажатия и различать несколько степеней давления, инженерам из Купертино потребовалось пересобрать бутерброд сенсорного экрана. Они внесли изменения в отдельные его части и добавили к емкостному еще один, новый слой. И, что интересно, делая это, они явно вдохновлялись устаревшими резистивными экранами.
Сетка емкостных сенсоров осталась без изменений, однако она была перенесена назад, ближе к матрице. Между набором электрических контактов, следящих за местом прикосновения к дисплею, и защитным стеклом был интегрирован дополнительный массив из 96 отдельных датчиков.
Его задача заключалась не в том, чтобы определить местоположение пальца на экране iPhone. С этим по-прежнему отлично справлялся емкостный тачскрин. Эти пластины необходимы для обнаружения и измерения степени изгиба защитного стекла. Компания Apple специально для iPhone заказала у Gorilla Glass разработку и производство такого защитного покрытия, которое бы сохраняло прежнюю прочность и, в то же время, было достаточно гибким, чтобы экран мог реагировать на давление.
На этой разработке можно было закончить материал, повествующий о сенсорных экранах, если бы не еще одна технология, которой несколько лет назад прочили большое будущее.
Волновые сенсорные экраны
Неожиданно, но они не используют электричество и даже не имеют ничего общего со светом. Технология Surface Acoustic Wave system для определения точки прикосновения применяет поверхностные акустические волны, распространяющиеся вдоль поверхности экрана. Ультразвук, создаваемый пьезоэлектрическими элементами по углам, слишком высок для того, чтобы его мог уловить человеческий слух. Он распространяется взад и вперед, многократно отражаясь от краев экрана. Звук анализируется на предмет аномалий, создаваемых прикасающимися к экрану предметами.
Недостатков у волновых сенсорных экранов не много. Они начинают ошибаться после сильного загрязнения стекла и в условиях сильного шума, но, при этом, в экранах с таким сенсором нет дополнительных слоев, увеличивающих толщину и влияющих на качество изображения. Все компоненты сенсора прячутся под рамкой дисплея. Кроме того, волновые сенсоры позволяют точно подсчитывать площадь соприкосновения экрана с пальцем или другим предметом и по этой площади косвенно рассчитать силу нажатия на экран.
Мы уже вряд ли столкнемся с этой технологией в смартфонах из-за нынешней моды на безрамочные дисплеи, но несколько лет назад компания Samsung экспериментировала с Surface Acoustic Wave system в моноблоках, а в качестве комплектующих для игровых автоматов и рекламных терминалов панели с акустическими тачскринами продаются и сейчас
Тачпад. Что это такое?
Мышь, тачпад, трекбол – все эти вещи, хорошо знакомы владельцам ноутбуков, которые приобрели своего первого электронного помощника около десятка лет назад. Однако популярность мобильных компьютеров растет, счастливых обладателей становится все больше, а поток информации такой, что иногда просто нет времени знакомиться с историей развития технологий.
В результате, то и дело звучит вопрос «тачпад — что это?». Сегодня мы поясним, что именно подразумевается под этим термином, а также напомним основные вехи развития подобных устройств.
Мобильность на первом месте
Второе название ноутбука – портативный мобильный компьютер. Главное его отличие от полноценного системного блока – это возможность взять его с собой и какое-то время работать без внешнего источника питания. Очевидно, что оптимальным решением является моноблок, когда все ключевые устройства объединены в едином корпусе. Никаких отдельных клавиатур, мышек и мониторов, как в стационарных системах. Так как уже во времена первых ноутбуков популярностью пользовались операционные системы с графическим интерфейсом, то разработчикам необходимо было придумать устройство, выполняющие функции мышки, но при этом являющееся частью моноблока. Задача была блестяще решена.
Мышка вверх лапками
В портативных компьютерах чуть ниже блока клавиатуры начали размещать небольшое устройство, представляющее собой шар и две кнопки. Проведя ладонью по шару и приведя его в движение, можно было управлять курсором в программах.
Принцип работы был, как в обычных мышках того времени. Такое решение получило название «трекбол».
Появляется клавиатура с тачпадом
Однако у трекбола был ряд недостатков, поэтому работы по поиску альтернативных решений не прекращались. И наконец, с появлением сенсорных панелей, в области оснащения ноутбуков произошел настоящий технический прорыв. То, что было предложено, с успехом используется до сих пор. На месте трекбола начали размещать небольшую прямоугольную пластину, функционально заменяющую собой мышку. Итак, тачпад — что это? Данное устройство представляет собой сенсорную панель, конструктивно являющуюся частью корпуса ноутбука и расположенную ниже клавиатуры.
Прикосновение пальца к панельке и его перемещение по поверхности воспринимаются контроллером, преобразуются в условные координаты и передаются работающей программе. Сенсор емкостного типа: в этом легко убедиться, попытавшись управлять курсором, прикоснувшись к панельке непроводящим предметом, например, карандашом – реакции не последует. Двойное нажатие кнопок мышки, соответственно, заменено двумя быстрыми последовательными прикосновениями к одной произвольной точке панельки. Для полноты замены мышки в тачпаде присутствуют две-три (зависит от модели) механические кнопки. Также реализована функция колесика: нужно провести пальцем вверх или вниз на соответствующем небольшом блоке (лесенка параллельных полосок). В некоторых ноутбуках для перемотки нужно одновременно перемещать по сенсору два рядом расположенных пальца. Как правило, это более новые модели, поддерживающие технологию мультитач (множественных прикосновений).
Тачпад: что это?
Как видим, за малопонятным названием скрывается устройство с достаточно простыми функциями. Так часто бывает в компьютерной технике, когда многие термины берутся из иностранного языка. Таким образом, если говорить совсем просто, на вопрос «тачпад — что это?» можно ответить, что данное устройство представляет собой сенсорную панель, предназначенную для функциональной замены компьютерной мышки.
