Technologie nakładek 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.
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:
Monitory dotykowe w technologii rezystancyjnej
Obecnie technologia rezystancyjna jest jednym z najczęściej stosowanych rozwiązań w ekranach dotykowych. Można ją spotkać w dwóch wersjach: starszej 4W (czteroprzewodowej) i nowszej 5W (pięcioprzewodowej).
Ekran dotykowy oparty na tej technologii rejestruje zmianę oporu elektrycznego między przezroczystymi diodami, które są wbudowane w ekran. Do jego obsługi służy specjalna nakładka składająca się z dwóch warstw materiału oddzielonych od siebie warstwą powietrza. Pierwsza warstwa wykonana jest z cienkiej folii poliestrowej, a druga z szkła. Gdy naciskamy palcem pierwszą warstwę, dochodzi do jej zetknięcia z drugą, co umożliwia przekazanie informacji do mikrokontrolera, który odczytuje miejsce dotknięcia. Po odjęciu palca pierwsza warstwa wraca do pierwotnego położenia.
W porównaniu do starszej technologii 4W, monitory oparte na pięcioprzewodowej technologii rezystancyjnej są bardziej wytrzymałe i zapewniają pełną przejrzystość ekranu, ale są droższe i trudniejsze w montażu. Jedną z największych zalet ekranów dotykowych z technologią rezystancyjną jest to, że można nimi sterować dowolnym narzędziem, rysikiem czy nawet palcem lub dłonią w rękawiczce.
Ekrany dotykowe rezystancyjne
Ekrany dotykowe rezystancyjne są nazywane również "panelami wrażliwymi na nacisk" lub "panelami z warstwą analogowo-rezystancyjną". Są one powszechnie stosowane w różnego rodzaju urządzeniach, takich jak smartfony, tablety, nawigacje samochodowe oraz konsolki Nintendo DS. Technologia ta opiera się na wykrywaniu zmian w nacisku, co umożliwia określenie miejsca dotyku ekranu przez palec, stylus lub inny obiekt.
Takie monitory posiadają prostą strukturę, składającą się z szklanego ekranu oraz błony wierzchniej warstwy rozdzielonej cienką przerwą. Na obu warstwach znajdują się przeźroczyste elektrody, które zwierają się podczas nacisku, co umożliwia przepływ prądu między nimi. Miejsce dotyku jest identyfikowane przez pomiar zmiany napięcia.
Jedną z głównych zalet ekranów rezystancyjnych jest ich niski koszt produkcji, co wynika z ich prostej struktury. Ponadto, zużywają one mniej prądu niż inne technologie oraz są bardziej odporne na kurz i wodę dzięki dodatkowej warstwie. Sygnał wejściowy może być generowany nie tylko przez nacisk palca, ale również przez rękawiczkę lub stylus, co zwiększa ich funkcjonalność. Ponadto, ekran ten nadaje się do wprowadzania tekstu pisanego ręcznie.
Niedogodnością tego typu ekranów jest mniejsza przepuszczalność światła, co ogranicza jakość wyświetlania obrazu. Oprócz tego, mniejsza trwałość i odporność na uderzenia oraz ograniczona dokładność wykrywania dotyku w przypadku większych rozmiarów ekranu są również uważane za wady tego systemu. Jednakże, dokładność ta może być zwiększona przez podzielenie ekranu na mniejsze, niezależne obszary detekcji.
Monitory dotykowe w technologii pojemnościowej
Technologia pojemnościowa wykorzystuje zmiany pola elektrostatycznego w reakcji na dotyk urządzenia. Dzięki temu, już delikatne dotknięcie ekranu pozwala na jego precyzyjne zlokalizowanie. W budowie ekranów pojemnościowych stosuje się technikę warstwową. Na podłożu panelu lub folii umieszcza się warstwę materiału o wysokich właściwościach elektrycznych, zwykle ITO, pokrytą sztywną, nieprzewodzącą warstwą ochronną. Detekcja dotyku odbywa się dzięki elektrodom umieszczonym w rogach ekranu, które generują zmienne pole elektryczne. Kiedy użytkownik dotyka ekranu palcem lub rysikiem, sterownik mierzy wartość prądu w poszczególnych elektrodach i na tej podstawie określa miejsce dotknięcia.
Technologia pojemnościowa oferuje szerokie możliwości adaptacji, ponieważ pozwala na zastosowanie jej na praktycznie każdej powierzchni, na której można wyświetlać obrazy. Z tego powodu folie pojemnościowe można z łatwością zainstalować nawet na szybach lub ścianach. Dodatkowo, ta technologia umożliwia korzystanie z funkcji MultiTouch, czyli sterowanie ekranem kilkoma palcami jednocześnie. Niestety, jedną z wad tej technologii jest brak możliwości korzystania z niej w rękawiczkach, ponieważ pole elektrostatyczne zostanie w tym przypadku zakłócone przez materiał.
Monitory dotykowe w technologii SAW
Monitory dotykowe oparte na technologii SAW (Surface Acoustic Wave) wykorzystują fale akustyczne, czyli ultradźwięki o częstotliwości 5MHz, które rozchodzą się po powierzchni monitora, odbijają się od rogów matrycy i powracają do pizoelektrycznych czujników. W momencie dotknięcia ekranu dochodzi do zaburzenia fali, co pozwala na dokładne określenie miejsca i siły nacisku. Ta technologia zapewnia również niezwykle precyzyjną obsługę urządzenia, a dodatkowo zapewnia niezmienność wyświetlanego obrazu w trakcie interakcji z ekranem.
Monitory dotykowe oparte na technologii SAW charakteryzują się brakiem dodatkowych warstw folii lub metalicznych, które mogą ulec uszkodzeniu podczas użytkowania. Przetworniki akustyczne umieszczone są w rogach ekranu, co zapewnia większą trwałość urządzenia. Wadą tego rozwiązania jest konieczność dotykania ekranu palcem lub miękkimi przedmiotami oraz możliwość reagowania na niektóre substancje, takie jak krople wody.
Ekrany dotykowe SAW (Surface acoustic wave)
Ekrany dotykowe wykorzystujące technologię SAW (Surface Acoustic Wave) zostały stworzone, aby zwiększyć czytelność i jasność ekranów dotykowych, unikając przy tym ograniczeń w przepuszczalności światła, jakie występują w panelach rezystancyjnych. Dzięki temu, są często stosowane w urządzeniach używanych w miejscach publicznych, takich jak bankomaty, kioski informacyjne czy terminale kasowe. Technologia SAW polega na wykorzystaniu fal ultradźwiękowych, które rozchodzą się po powierzchni ekranu i są rejestrowane przez przetworniki piezoelektryczne znajdujące się w rogach matrycy. Dotknięcie ekranu zaburza przepływ fal, co pozwala określić miejsce i siłę nacisku. W przeciwieństwie do innych typów ekranów dotykowych, ekrany SAW nie posiadają dodatkowych warstw folii czy metalowych elementów, co wpływa na ich wytrzymałość. Niemniej jednak, wymagają one sterowania miękkimi obiektami i mogą reagować na niektóre substancje, takie jak krople wody.
Ekran dotykowy oparty na efekcie akustycznej fali powierzchniowej (SAW) został stworzony w celu osiągnięcia lepszej przepuszczalności światła i wyrazistości w porównaniu z ekranami rezystancyjnymi i pojemnościowymi. W przeciwieństwie do tych ekranów, ekrany SAW nie wymagają dodatkowych warstw folii lub przeźroczystych elektrod, co zapewnia wyższą trwałość i odporność na zarysowania. Zastosowanie przetworników piezoelektrycznych pozwala na dokładne wykrycie miejsca dotyku, a szklana powierzchnia zapewnia długą żywotność bez wpływu na dokładność pomiaru.
Mimo swoich zalet, ekrany SAW mają pewne ograniczenia, ponieważ nie reagują na twarde obiekty, takie jak standardowe długopisy, co może utrudnić ich użytkowanie w niektórych sytuacjach. Ponadto, ekran może reagować na przypadkowe substancje, takie jak woda, co może wpłynąć na jego dokładność. Niemniej jednak, ekrany SAW są uważane za stosunkowo wolne od wad i nadal rozwijane są nowe technologie, które pozwalają na ich dalsze ulepszanie w przystępnej cenie.
Mimo swoich zalet, ekrany SAW mają pewne ograniczenia, ponieważ nie reagują na twarde obiekty, takie jak standardowe długopisy, co może utrudnić ich użytkowanie w niektórych sytuacjach. Ponadto, ekran może reagować na przypadkowe substancje, takie jak woda, co może wpłynąć na jego dokładność. Niemniej jednak, ekrany SAW są uważane za stosunkowo wolne od wad i nadal rozwijane są nowe technologie, które pozwalają na ich dalsze ulepszanie w przystępnej cenie.
Monitory dotykowe w technologii IR
W ostatnim czasie coraz częściej stosuje się monitory dotykowe oparte na technologii optycznej IR. Działanie tych urządzeń jest podobne do ekrany SAW, ale zamiast ultradźwięków wykorzystuje się podczerwień. Na bokach ekranu znajdują się diody emitujące podczerwień, a po przeciwnej stronie znajdują się sensory odbierające te sygnały. Gdy użytkownik dotknie ekranu, promienie podczerwone zostają przerwane, a przetwornik określa pozycję nacisku na osi X i Y.
Zalety tej technologii to precyzja, możliwość korzystania w rękawiczkach, łatwa instalacja i precyzyjne działanie nawet na dużych ekranach. Wady to wysokie koszty implementacji i niska skuteczność w mocno nasłonecznionych miejscach.
Monitory dotykowe w technologii IR
Ekran dotykowy optyczny wykorzystuje kilka różnych technologii do wykrywania dotyku. W ostatnim czasie coraz więcej produktów korzysta z technologii opartej na diodach podczerwieni, które są umieszczone w ramce ekranu. Emitery i sensory podczerwieni w ramce wysyłają i odbierają wiązki światła, które przechodzą przez ekran. W momencie, gdy wiązka światła zostanie przerwana przez palec, stylus lub inny wskaźnik, sensory wykrywają położenie dotyku na ekranie.
Jedną z największych zalet tej technologii jest możliwość reagowania na dotyk przez rękawiczki lub zwykłe stylusy, a także umożliwienie rozpoznawania wielodotyku. Ekran optyczny zapewnia także wysoką przepuszczalność światła, porównywalną z ekranami dotykowymi SAW, a jego stosowanie w większych ekranach jest stosunkowo łatwe. Dodatkowo, dzięki braku bezpośredniego kontaktu z sensorami, ekran jest trwały i ma dłuższą żywotność
Jedną z największych zalet tej technologii jest możliwość reagowania na dotyk przez rękawiczki lub zwykłe stylusy, a także umożliwienie rozpoznawania wielodotyku. Ekran optyczny zapewnia także wysoką przepuszczalność światła, porównywalną z ekranami dotykowymi SAW, a jego stosowanie w większych ekranach jest stosunkowo łatwe. Dodatkowo, dzięki braku bezpośredniego kontaktu z sensorami, ekran jest trwały i ma dłuższą żywotność
Technologie dotykowe stają się coraz bardziej popularne ze względu na ich prostotę obsługi, rozsądne koszty i dostępność rozwiązań dopasowanych do indywidualnych potrzeb użytkownika. Przy wyborze odpowiedniego urządzenia warto wziąć pod uwagę nie tylko koszty, ale także miejsce, w którym będzie stosowane, stopień eksploatacji oraz czynniki zewnętrzne, które mogą na nie wpływać. Dobra znajomość swoich potrzeb pomoże w wyborze odpowiedniej technologii, co przekłada się na łatwość instalacji i późniejszą eksploatację bez zbędnych problemów.
