Assign modules on offcanvas module position to make them visible in the sidebar.

Technologie ekranów dotykowych

Ekran dotykowy jest to wizualny wyświetlacz elektroniczny, który użytkownik może kontrolować za pomocą prostych gestów, gestów multi-touch, dotykając ekranu za pomocą specjalnego rysika / pióra i-lub jednego lub większej liczby palców. Użytkownik może korzystać z ekranu dotykowego, oraz reagować na to, co i w jaki sposób jest wyświetlane (na przykład powiększanie rozmiaru tekstu).

Ekran dotykowy pozwala użytkownikowi na interakcję bezpośrednio z tym, co jest wyświetlane, bez użycia myszy, touchpada czy też innego urządzenia pośredniego (innego niż rysik, który jest opcjonalny dla większości nowoczesnych ekranów dotykowych).

Ekrany dotykowe są powszechnie stosowane w urządzeniach, takich jak konsole do gier, komputery osobiste, tablety i smartfony. Mogą być również dołączone do komputerów, lub jako terminale do sieci. Odgrywają one również ważną rolę w projektowaniu urządzeń cyfrowych, takich jak palmtopy (PDA), nawigacja satelitarna, telefony komórkowe i gier video, a także książek elektronicznych. Ekrany dotykowe znajdują również zastosowanie w medycynie oraz w przemyśle ciężkim, jak również w produkcji bankomatów, oraz wszędzie tam gdzie klawiatura i mysz nie pozwalają odpowiednio szybką, lub dokładną interakcję użytkownika z zawartością wyświetlacza. Panel dotykowy jest elementem wyposażenia pozwalającym użytkownikowi wchodzić w interakcję z komputerem przez bezpośrednie dotykanie ekranu. Wbudowane w monitor sensory wykrywające dotyk umożliwiają wydawanie komputerowi różnych instrukcji w zależności od miejsca dotknięcia ekranu palcem lub stylusem. W gruncie rzeczy, jest to połączenie dwóch funkcji w jednym urządzeniu – ekranu i urządzenia wejściowego. Głównym czynnikiem napędzającym ekspansję ekranów dotykowych są bezsprzecznie korzyści, wynikające z intuicyjnego sposobu ich obsługi. Dzięki temu, że są one używane do wydawania komend przez bezpośrednie dotykanie wyświetlonych ikon i przycisków, to obsługa urządzeń, w które są wyposażone, jest łatwa do zrozumienia nawet przez osoby nieprzywykłe do obsługi komputerów. Ekrany dotykowe przyczyniają się do miniaturyzacji i uproszczenia urządzeń, dzięki połączeniu ekranu i urządzenia wejściowego – dotychczas osobnych – w jeden element wyposażenia. A ponieważ przyciski na ekranie dotykowym są generowane przez oprogramowanie, to można łatwo zmieniać ich znaczenie i zmieniać cały interfejs obsługi użytkownika.

 

Istnieje wiele technologii posiadających różne metody wykrywania dotyku:

Ekrany dotykowe rezystancyjne

rezystancja

Ekrany takie określane są „panelami wrażliwymi na nacisk” lub „panelami z warstwą analogowo-rezystancyjną”. Poza monitorami LCD, technologia ta jest wykorzystywana w wielu małych i średniej wielkości urządzeniach, takich jak smartfony, tabletach, systemach nawigacji samochodowej czy Nintendo DS. W tej technologii miejsce dotyku ekranu przez palec, stylus lub inny obiekt, jest określane dzięki wykryciu zmian w nacisku. Taki monitor posiada prostą wewnętrzną budowę: szklany ekran i błona wierzchniej warstwy są rozdzielone cienką przerwą, na obu znajdują się przeźroczyste elektrody (warstwa elektrody). Naciśnięcie powierzchni ekranu zwiera elektrodę warstwy wierzchniej z elektrodą szklanego ekranu, umożliwiając przepływ prądu między nimi. Miejsce zwarcia jest identyfikowane przez pomiar zmiany napięcia. Zaletą tego systemu jest niski koszt produkcji, dzięki jego prostej strukturze. Zużywa on również mniej prądu niż inne technologie, a dzięki pokryciu dodatkową warstwą jest bardziej odporny na kurz i wodę. Ponieważ sygnał wejściowy powstaje dzięki wywarciu nacisku na wierzchnią warstwę, to można go wywołać nie tylko naciskając gołym palcem, ale również przez rękawiczkę czy dowolny stylus. Ten typ ekranu nadaje się również do wprowadzania tekstu pisanego ręcznie. Do niedogodności tego systemu należy zaliczyć mniejszą przepuszczalność światła (ograniczona jakość wyświetlania) spowodowaną przez dodatkowe warstwy – wierzchnią i dwóch warstw elektrod; względnie mniejszą trwałość i odporność na uderzenia; ograniczoną dokładność wykrywania dotyku w przypadku większych rozmiarów ekranu. (Większa dokładność może jednak być osiągnięta innymi sposobami – np. przez podzielenie ekranu na mniejsze, niezależne obszary w obrębie, których odbywa się detekcja).

 

Ekrany dotykowe SAW (Surface acoustic wave)

akustyczne

Ekrany dotykowe wykorzystujące efekt akustycznej fali powierzchniowej (SAW) zostały opracowane głównie po to, aby uniknąć ograniczeń w przepuszczalności światła w panelach rezystancyjnych, czyli żeby uzyskać wysoki poziom jasności i czytelności ekranu dotykowego. Są też często skrótowo nazywane ekranami dotykowymi z „falą powierzchniową” lub „falą akustyczną”. Pomijając normalne monitory LCD, są one często wykorzystywane w urządzeniach znajdujących się w przestrzeni publicznej, np. terminalach kasowych, bankomatach i kioskach informacyjnych. Ekrany SAW wykrywają miejsce dotyku palcem lub innym przedmiotem dzięki pomiarowi tłumienia fali ultradźwiękowej rozchodzącej się po ich powierzchni. Kluczową rolę w wewnętrznej budowie tych ekranów pełni klika przetworników piezoelektrycznych rozmieszczonych w rogach szklanego podłoża i emitujących ultradźwiękowe fale akustyczne, w postaci wibracji powierzchni ekranu. Fale te są rejestrowane i mierzone przez przetworniki umieszczone po przeciwnej stronie. W wyniku dotknięcia ekranu, ultradźwiękowe fale są absorbowane i tłumione przez palec lub inny dotykający obiekt. Miejsce dotknięcia jest ustalane na podstawie wyniki pomiaru tych zmian. Oczywiście użytkownik nie odczuwa tych wibracji podczas kontaktu z ekranem. Ekrany te są bardzo łatwe w użyciu.

Siłą tego typu ekranów dotykowych jest wysoka przepuszczalność świetlna oraz doskonała wyrazistość, ponieważ metoda ta nie wymaga stosowania dodatkowych warstw czy przeźroczystych elektrod nakładanych na ekran. Dodatkowo szklana powierzchnia ekranu zapewnia większą trwałość i wytrzymałość na zadrapania niż ekrany pojemnościowe. Ponadto, nawet jeśli powierzchnia ekranu zostanie zarysowana to dalej pozostanie on wrażliwy na dotyk (w przypadku ekranów pojemnościowych zadrapanie czasem może spowodować przerwanie prawidłowego przepływu sygnałów). Pod względem budowy ten typ ekranu zapewnia najwyższą stabilność i długą żywotność, wolną od wynikających z czasu użytkowania zmian w charakterystyce działania i odchyleń w wykrywaniu miejsca dotyku.

Słabymi punktami tej technologii jest ograniczenie wykrywania dotyku do tylko palcami lub innymi miękkimi obiektami (również rękawiczki), które są w stanie zaabsorbować fale ultradźwiękowe. Ekrany te wymagają specjalnie do nich dostosowanych stylusów i mogą reagować na różne przypadkowe substancje, jak np. krople wody lub małe insekty. Jakby nie patrzeć, ekrany tego typu posiadają względnie niewiele wad. Ostatnie ulepszenia, np. w technologii produkcji, pozwoliły również poprawić jej stosunek wydajności do ceny.

 

Optyczne ekrany dotykowe IR (Infrared optical imaging)

Infrared

Na kategorię optycznych ekranów dotykowych składa się kilka technologii wykrywania dotyku. W ostatnich latach wzrosła ilość produktów korzystających optyczne sensory podczerwieni do wykrywania dotyku. Ekrany z tej kategorii są wyposażone w podczerwone diody LED w ramce. Diody te dzielą się na emitery i sensory podczerwieni. W momencie kiedy wiązka światłą zostanie przerwana przez palec, stylus lub inny wskaźnik sensory które nie odebrały wiązki światła określają położenie palca na ekranie dotykowym.

Mocną stroną tej technologii jest reagowanie nie tylko na dotyk gołym palcem, ale również przez rękawiczkę lub zwykłe stylusy, jak również rozpoznawanie wielodotyku (multi-touch) oraz przepuszczalność świetlna porównywalna do tej, jaka jest osiągana w ekranach dotykowych SAW. Pozostałymi zaletami jest łatwość stosowania tej technologii w większych ekranach oraz wysoka trwałość, wynikająca z faktu, iż nie ma tu miejsca bezpośredni kontakt z sensorami.

 

 

Technologie monitorów dotykowych

Technologia dotykowa staje się coraz powszechniejsza na rynku. Wielu uważa ją za stosunkowo nowy wynalazek, jednak warto podkreślić, iż technologia sterowania komputerami dotykiem jest znana już od lat 60. ubiegłego wieku. Była wówczas testowana i doskonalona w ośrodkach badawczych w USA, a dekadę później została implementowana w pierwszej platformie edukacyjnej PLATO na Uniwersytecie w Illinois. Oznacza to więc, że producenci mieli wiele lat na jej doskonalenie, jak również poszukiwanie coraz to nowszych, efektywniejszych rozwiązań. 

 

Współczesne monitory dotykowe bazują najczęściej na jednej z czterech najpopularniejszych technologii opierających się na zastosowaniu przewodzenia prądu elektrycznego, ultradźwiękach i podczerwieni. Warto przy tym jednak zaznaczyć, iż na rynku funkcjonuje wiele różnych rozwiązań, które stale są udoskonalane. 


 

Monitory dotykowe w technologii rezystancyjnej

 

Technologia rezystancyjna jest obecnie jednym z najpowszechniej stosowanych rozwiązań służących do obsługi ekranów dotykiem. Najczęściej spotyka się ją w dwóch odsłonach – starszej technologii 4W (czteroprzewodowej) oraz nowszej 5W (pięcioprzewodowej).

 

ekran dotykowy1Rezystancyjny ekran dotykowy odczytuje zmianę oporu elektrycznego pomiędzy przezroczystymi diodami wtopionymi w ekran. Umożliwia to specjalna nakładka, składająca się z dwóch warstw materiału, oddzielonych od siebie warstwą powietrza – pierwsza z nich stworzona jest z cienkiej folii poliestrowej, natomiast druga warstwa to szkło. W wyniku naciśnięcia palcem pierwszej górnej warstwy powodujemy zetkniecie się jej z drugą warstwą, co w efekcie pozwala na przekazanie informacji do mikrokontrolera, który odpowiedzialny jest za odczyt miejsca dotknięcia. Po uniesieniu palca pierwsza warstwa powraca do pierwotnego początkowego położenia.

 

Monitory bazujące na technologii rezystancyjnej pięcioprzewodowej, w stosunku do starszej technologii czteroprzewodowej cechują się większa wytrzymałością oraz pełna przejrzystością, są jednak droższe i nieco trudniejsze w montażu. Bardzo dużą zaletą ekranów rezystancyjnych jest możliwość wykorzystania w sterowaniu dowolnego materiału, rysika, czy palca/ dłoni – nawet jeżeli jest w rękawiczce.

 

 

Monitory dotykowe w technologii pojemnościowej

 

technologia pojemnosciowaReakcja urządzenia korzystającego z technologii pojemnościowej polega na zmianie pola elektrostatycznego w punkcie, w którym urządzenie zostało dotknięte. W tym przypadku wystarczy delikatne dotknięcie ekranu, aby urządzenie je zlokalizowało. Budowa ekranów bazujących na technologii pojemnościowej opiera się na technice warstwowej. Podłoże paneli lub folii pokryte zostało warstwą materiału o wysokich właściwościach elektrycznych – najczęściej ITO, które następnie pokryto sztywną, nieprzewodzącą warstwą ochronną. Detekcja dotyku następuje za pomocą ułożonych w rogach elektrod, które wytwarzają zmienne pole elektryczne. Dotknięcie palcem bądź rysikiem powoduje, że sterownik mierzy wartość prądu w poszczególnych elektrodach, a następnie porównując je określa miejsce dotknięcia.

 

Technologia pojemnościowa pozwala na zaadaptowanie pod ekran praktycznie dowolnej powierzchni, na której może być coś wyświetlone. Ogromną zaletą tego typu rozwiązań jest więc możliwość szerokiej adaptacji – folie pojemnościowe można bowiem instalować nawet na szybach lub ścianach. Kolejnym plusem jest natomiast opcja MultiTouch, czyli sterowania kilkoma palcami jednocześnie. Pewną wadą jest z kolei brak możliwości pracy w rękawiczkach, gdyż pole elektrostatyczne będzie w tym przypadku zakłócane przez materiał.

 

 

Monitory dotykowe w technologii SAW

 

sawMonitory dotykowe oparte o technologię SAW bazują są na technologii fali akustycznej, czyli ultradźwięków rzędu 5MHz rozchodzących się po pokryciu, następnie odbijających się i ponownie trafiających do pizoelektrycznych czujników znajdujących się w rogach matrycy. Dotknięcie powoduje zaburzenie przepływu fali, a w efekcie określenie miejsca i siły nacisku.

 

W odróżnieniu od matryc rezystancyjnych i pojemnościowych monitory SAW nie posiadają dodatkowych warstw folii czy też warstw metalicznych, które to mogłyby w czasie użytkowania zostać zniszczone. Zamontowanie przetworników po rogach powoduje, że są one schowane pod obramowaniem monitora, co gwarantuje znacznie większa wytrzymałość ekranów korzystających z takiego rozwiązania. Pewnym minusem tej technologii jest natomiast konieczność sterowania palcami lub innymi miękkimi obiektami, a także możliwość reagowania przez ekran na niektóre substancje, jak np. krople wody. 

 

 

 

Monitory dotykowe w technologii IR

 

technologia irMonitory dotykowe coraz częściej bazują również na technologii optycznej IR. Zasada działania tego typu urządzeń jest zbliżona do technologii SAW, z tym, że zamiast ultradźwięków bazuje ona podczerwieni. Na brzegach ekranów IR umieszczane są emitery – diody emitujące światło podczerwieni, natomiast po ich przeciwnej stronie umieszczone zostały sensory, czyli czujniki odbierające sygnały optyczne. Dotknięcie ekranu powoduje przerwanie wiązki promieni podczerwonych, po czym przetwornik określa miejsce nacisku na osi X i Y. 

 

Zaletą tego rozwiązania jest precyzja oraz możliwość sterowania nawet w rękawiczkach, łatwa instalacja oraz skuteczność i precyzja nawet na dużych powierzchniach. Minusem jest natomiast wysoki koszt implementacji oraz niska skuteczność w silnie nasłonecznionych miejscach. 

 

 

 

 

 

Powyższe technologie potwierdzają, że sterowanie dotykiem staje się coraz powszechniejsze – głównie na prostotę obsługi, rozsądne koszty, a także możliwości dopasowania odpowiedniego rozwiązania do naszych potrzeb. Ten trzeci element jest najistotniejszy przy podejmowaniu decyzji o zakupie monitora dotykowego, czy też adaptacji dotychczasowych urządzeń. Przy wyborze odpowiedniego rozwiązania poza kosztami warto sugerować się również tym, gdzie będzie ono stosowane, jak mocno będzie eksploatowane oraz na jakie czynniki zewnętrzne będzie narażone. Precyzyjne określenie naszych potrzeb pomoże nam dobrać odpowiednią technologię i tym samym zaoszczędzić problemów, zarówno z instalacją, jak i późniejszą eksploatacją.