Сенсорный экран: технология, виды и применение¶

Сенсорный экран (тачскрин, touch screen) — это устройство ввода и отображения, объединяющее дисплей и сенсорный датчик, реагирующий на касание пальцем, стилусом или другим объектом. Сенсорный экран одновременно выводит изображение и принимает команды пользователя, заменяя собой клавиатуру и мышь. Технология广泛 применяется в смартфонах, планшетах, банкоматах, автомобильных мультимедийных системах, промышленных панелях управления и бытовой технике.

¶Принцип работы

Сенсорный экран регистрирует точку контакта (координаты X и Y) и передаёт их в операционную систему или контроллер приложения. В зависимости от технологии определение координат строится на разных физических принципах: изменении ёмкости, сопротивления, отражении инфракрасного света, распознавании звука или изображения. Современные устройства поддерживают мультитач — одновременное распознавание нескольких точек касания, что позволяет реализовать жесты «щипок» (масштабирование), «свайп» (прокрутка) и вращение пальцами.

¶Основные технологии

¶Ёмкостные сенсорные экраны

Ёмкостные (capacitive) экраны построены на регистрации изменения электрической ёмкости. На поверхность нанесена прозрачная проводящая сетка (обычно из оксида индия и олова, ITO), формирующая электростатическое поле. При касании пальцем, обладающим электропроводностью, поле искажается, и контроллер фиксирует точку контакта. Различают два подтипа:

• Поверхностно-ёмкостные — требуют заземления пользователя, чувствительны к помехам, применяются редко.
• Матричные ёмкостные (Projected Capacitive, PCAP) — содержат двумерную сетку электродов, поддерживают мультитач и работают без заземления. Именно эту технологию используют большинство современных смартфонов и планшетов.

Ёмкостные экраны отличаются высокой чувствительностью, прозрачностью и износостойкостью, однако не работают в толстых перчатках и реагируют на любую проводящую поверхность.

¶Резистивные сенсорные экраны

Резистивные (resistive) экраны состоят из двух прозрачных пластин с проводящим покрытием, разделённых микроскопическим зазором. При нажатии верхняя пластина деформируется и касается нижней, изменяется распределение сопротивления, и контроллер вычисляет координаты точки давления. Технология дешевле ёмкостной, работает с любым объектом — пальцем, ногтем, стилусом, в перчатках. Недостатки: меньшая прозрачность, ограниченный ресурс (порядка 10 млн нажатий), чувствительность к царапинам. Резистивные панели применяются в кассовых терминах, медицинском оборудовании, старых портативных устройствах.

¶Инфракрасные сенсорные экраны

Инфракрасные (IR) экраны используют сетку ИК-светодиодов и фотоприёмников по периметру дисплея. Касание перекрывает невидимые инфракрасные лучи, и по прерванным лучам определяется координата. Такие экраны не требуют проводящего покрытия на поверхности, обладают высокой точностью и нечувствительны к загрязнениям. Широко применяются в больших интерактивных панелях, информационных киосках и настенных дисплеях.

¶Другие технологии

• Акустически-ёмкостные (SAW) — регистрируют изменение ультразвуковых поверхностных волн в точке касания. Чувствительны к загрязнению и влаге, применяются редко.
• Оптические — комбинируют ИК-подсветку с камерой, распознающей палец по изображению. Используются в крупных интерактивных столах.
• Сенсорные экраны с распознаванием давления (Force Touch, 3D Touch) — дополнительный слой датчиков измеряет силу нажатия, открывая дополнительные сценарии взаимодействия.

¶Сравнительные характеристики

*Кроме специальных перчаток с проводящими вставками.

¶Применение

Основной рынок сенсорных экранов — мобильные устройства. По данным отраслевых аналитиков, доля смартфонов с сенсорным дисплеем приближается к 100 %. Вторая по объёму область — банкоматы, терминалы самообслуживания и кассовые системы. В автомобилестроении сенсорные панели вытесняют механические кнопки в мультимедийных и климатических системах. В промышленности применяются устойчивые к вибрации и перепадам температур сенсорные панели. Медицинское оборудование использует гигиеничные ёмкостные экраны, легко обрабатываемые дезинфицирующими средствами.

¶История

Первый сенсорный экран был разработан в 1965 году инженером Э. А. Джонсоном в Англии. В 1971 году инженер Джордж С. Хёрст создал резистивный сенсорный экран. В 1982 году канадская компания DigiVision выпустила первый сенсорный планшет, а в 1993 году Apple выпустила устройство Newton с сенсорным экраном. Широкое массовое распространение технологии началось после появления iPhone в 2007 году, полностью построенного на ёмкостном мультитач-интерфейсе.

¶Перспективы развития

Современные исследования направлены на гибкие и прозрачные сенсорные экраны на основе органических светодиодов и тонких плёнок. Развиваются технологии тактильной отдачи (haptic feedback), имитирующей физические кнопки. Интеграция сенсорных элементов в стеклопакеты зданий и поверхности автомобилей расширяет область применения за пределы традиционных дисплеев.

¶Источники

• Википедия: Сенсорный экран
• Holstein, C. A. Touchscreen Technology Overview
• Неменов М. Б. Основы сенсорных технологий