20 000 профессионалов proAV > 1500 компаний > 570 городов > 6 стран ближнего зарубежья > 1 сообщество

Присоединяйтесь!

Подписка на дайджест
Рубрикатор статей

Когда прилично показывать пальцем? Когда сенсоры под рукой!

Автор: Михаил Крюков

Развитие компьютерных технологий с самого начала наталкивалось на принципиальную трудность: как организовать взаимодействие человека и электронной машины? Начали с самого простого – кнопок, которые объединили в уже привычные клавиатуры. Потом появились мыши, трекболлы, другие графические указатели, джойстики, педали, а в последнее время даже голосовые средства управления. Однако существуют области, где кнопки, мыши и трекболлы не подходят. Это, прежде всего, мобильные устройства – смартфоны и планшеты – и специфические, но весьма важные и распространённые девайсы вроде банкоматов, уличных билетных терминалов общественного транспорта и пр. Для них пришлось создавать новый тип устройств управления – сенсорный.

Первую сенсорную панель, по-видимому, сконструировал сотрудник Университета Кентукки Сэм Хёрст в 1971 г. и назвал её «илограф» (elograph). Для продвижения устройств подобного типа Хёрст основал компанию Elographics, которая, между прочим, дожила до наших дней.

Идея сенсорной панели состоит в том, что человек дотрагивается пальцем до некой области дисплея, а компьютер «понимает», до какой именно. Поставить в соответствие нажатию определённые действия, уже тривиальная задача для программиста. В этой статье мы рассмотрим технологии преобразования механического нажатия (касания) панели в электрический сигнал.


Первой была создана резистивная технология. На сегодняшний день сенсорные панели с резистивной технологией занимают примерно половину рынка.

Над стеклянной или пластиковой подложкой расположена тонкая, гибкая, прозрачная мембрана. Обращённые друг к другу поверхности мембраны и подложки проводят электрический ток. Соприкосновению мембраны с подложкой препятствуют миниатюрные изоляторы, находящиеся между ними. При нажатии на поверхность сенсорного экрана мембрана в этом месте соприкасается с подложкой, вследствие чего возникает электрический контакт между проводящими слоями (рис. 1). Контроллер определяет координаты точки нажатия.

kogda-prilichno-pokazyvat-paltsem-1.jpg
Рис. 1. Резистивная технология

Резистивные панели имеют простое устройство и низкую себестоимость. Управлять ими можно при помощи как пальцев (в том числе в перчатках), так и стилуса, карандаша, спички и пр. Такие панели не боятся загрязнений и низких температур, однако чёткость изображения на экране невысокая из-за недостаточной прозрачности плёнок, да и ресурс жизни панелей не слишком велик. Область их применения – уличные терминалы, промышленное и медицинское оборудование.

Следующая технология – ёмкостная или электростатическая. Известно, что человеческое тело является своеобразным конденсатором, причём заметной ёмкости.

Сенсорная панель изготавливается на прозрачной подложке. Внешняя поверхность пластины покрыта проводящим слоем, а в каждом из четырёх её углов закреплён электрод, подключённый к контроллеру (рис. 2). В процессе работы контроллер подаёт на электроды импульсы слабого переменного тока. Если прикоснуться пальцем к поверхности сенсорного экрана (подсоединить конденсатор), возникнет утечка тока. Величина тока утечки обратно пропорциональна расстоянию от точки нажатия до электрода. Сравнивая величины тока утечки через каждый из четырёх электродов, контроллер рассчитывает координаты точки нажатия.

kogda-prilichno-pokazyvat-paltsem-2.jpg
Рис 2. Ёмкостная или электростатическая панель

Ёмкостные панели обладают более высокой надёжностью по сравнению с резистивными (ресурс составляет несколько сотен миллионов нажатий) и обладают более высоким коэффициентом светопропускания. Основным их недостатком является необходимость электрического контакта между поверхностью экрана и телом человека. Например, если нажать на такой экран пальцем в перчатке, то он не сработает. Такие панели обычно используют в дисплеях информационных киосков и банкоматов, а также в промышленном оборудовании.

Проекционно-ёмкостная технология занимает второе место в рейтинге популярности сенсорных технологий, уступая лишь резистивным панелям. Конструктивно панель на базе проекционно-ёмкостной технологии представляет собой две стеклянные пластины, между которыми находится сетка тонких электродов (рис. 3).

kogda-prilichno-pokazyvat-paltsem-3.jpg
Рис. 3. Проекционно-ёмкостная технология

В процессе работы контроллер посылает короткие импульсы на каждый электрод. При касании пальцем сенсорной поверхности возникает эффект, аналогичный подключению конденсатора большой ёмкости к расположенным поблизости электродам. Измеряя величину падения напряжения, возникающего из-за утечки тока через конденсатор, контроллер определяет координаты точки касания. Эти панели обладают высокой точностью, долговечны, хорошо пропускают свет, устойчивы к загрязнениям и механическим повреждениям, не боятся жары и холода, ими можно управлять в перчатке. Очень важно, что они воспринимают нажатия в нескольких точках экрана одновременно, т.е. допускают применение технологии Multi-touch. Основной недостаток проекционно-емкостных панелей — сложность электроники и относительно высокая стоимость производства. В настоящее время сенсорные панели на базе проекционно-ёмкостной технологии используются в смартфонах, цифровых медиаплеерах, информационных киосках и планшетах. Популярность этого решения быстро растёт.

Оптические технологии сравнительно непопулярны, их доля составляет около 5% рынка.

ИК-сенсор с массивом неподвижных оптопар представляет собой модуль, обрамляющий экран. В нём расположены линейки ИК-светодиодов с фокусирующими линзами, а на противоположных сторонах – линейки фотодиодов (рис. 4). При включении светодиодов над поверхностью экрана формируется невидимая сетка, образованная ИК-лучами. Когда какой-либо предмет приближается к поверхности экрана, он перекрывает пересекающиеся в данной точке лучи, что фиксируется светочувствительными элементами оптопар. По изменению их состояния контроллер определяет координаты точки касания.

kogda-prilichno-pokazyvat-paltsem-4.jpg
Рис. 4. ИК-сенсор с массивом неподвижных оптопар

Подобные сенсоры применяются преимущественно в дисплейных панелях с большим размером экрана. Недостатками этого решения являются громоздкость и низкая точность, преимущества – высокая яркость, контрастность, чёткость и точность цветопередачи изображения. Сенсор подобного типа можно изготовить съёмным. Для управления элементами интерфейса можно использовать пальцы и любые подходящие по размеру предметы. В настоящее время ЖК панели с ИК-сенсорами используются в презентационном оборудовании, в образовательных учреждениях, ситуационных центрах и т.д.

Развитием данной идеи стала ИК-технология с подвижным лучом. Вместо массива оптопар используется один источник ИК-излучения (светодиод либо полупроводниковый лазер) и механизм развёртки, который обеспечивает движение луча, с высокой скоростью сканирующего рабочую поверхность. При отсутствии препятствия луч рассеивается. Если же на пути луча встречается препятствие, то луч отражается от него и улавливается фотодиодом. По изменению состояния фотодиода контроллер фиксирует касание в соответствующей точке.

Первыми коммерческими устройствами, в которых использовались оптические сенсоры с механизмом развёртки, стали виртуальные клавиатуры (рис. 5).

kogda-prilichno-pokazyvat-paltsem-5.jpg
Рис. 5. Беспроводная виртуальная клавиатура

Технология поверхностно-акустических волн. Сенсорная панель на базе ПАВ представляет собой стеклянную пластину, которая монтируется перед экраном дисплея с небольшим зазором. В углах пластины установлены пьезоэлектрические преобразователи и принимающие датчики, по краям – отражатели (рис. 6). В процессе работы контроллер подаёт высокочастотный электрический сигнал на пьезоэлектрические преобразователи, которые возбуждают в стеклянной пластине поверхностно-акустические волны частотой порядка нескольких мегагерц. Эти волны улавливаются принимающими датчиками, которые преобразуют их в электрический сигнал. При прикосновении к сенсорной поверхности часть энергии ПАВ поглощается пальцем. По изменению сигналов принимающих датчиков контроллер определяет координаты точки касания.

kogda-prilichno-pokazyvat-paltsem-6.jpg
Рис. 6. Сенсорная панель на базе технологии ПАВ

Сенсорные панели на базе технологии ПАВ отличаются надёжностью (они выдерживают десятки миллионов нажатий в одной точке), высоким показателем светопропускания (более 90%) и восприимчивостью к нажатиям, выполненным как пальцами, так и различными предметами. В некоторых вариантах панелей можно определять не только координаты, но и силу нажатия.

Однако панели чувствительны к загрязнению рабочей поверхности и обладают невысокой точностью определения координат точки нажатия. Панели чувствительны к сильному шуму и вибрациям, что затрудняет их применение вне помещений. Основной сферой применения сенсорных панелей на базе технологии ПАВ являются информационные киоски, терминалы и т.д.

Ультразвуковая технология. Для работы с сенсорным экраном этого типа используют специальное перо, в котором размещены генератор, излучатель ультразвуковых волн и миниатюрный источник питания. На рамке дисплея вблизи от верхних углов экрана смонтированы два датчика, реагирующих на ультразвук (рис. 7). При прикосновении наконечника пера к поверхности экрана срабатывает выключатель, и перо начинает излучать ультразвуковые волны. Контроллер фиксирует время срабатывания каждого из датчиков и по разнице этих значений вычисляет координаты точки касания.

kogda-prilichno-pokazyvat-paltsem-7.jpg
Рис. 7. Устройство дисплея с ультразвуковым сенсором

Основными достоинствами этого решения являются простота реализации, низкая себестоимость, и отсутствие помех, влияющих на качество изображения. Сенсор такого типа можно использовать с экранами различных размеров. Основной недостаток – необходимость специального пера. Ультразвуковой сенсор практически непригоден для использования в портативных устройствах.

Компания Wacom для использования в графических планшетах (дигитайзерах) разработала технологию электромагнитного резонанса. Сенсорные панели, созданные на базе этой технологии (рис. 8), обеспечивают очень высокую точность позиционирования и позволяют получать дополнительную информацию от встроенных датчиков пера о силе нажатия, угле наклона, типе наконечника и пр.

kogda-prilichno-pokazyvat-paltsem-8.jpg
Рис. 8. ЖК-дисплей Wacom серии Cintiq со встроенным графическим планшетом

Сенсорные панели на базе технологии электромагнитного резонанса работают только со специальным пером и требуют периодической калибровки в процессе эксплуатации. Кроме того, они довольно дороги в производстве, причём цена значительно возрастает по мере увеличения размера экрана.

Сенсорные панели на базе этой технологии потребляют много электроэнергии и создают электромагнитные помехи, которые могут нарушить работу мобильных телефонов, точек доступа и пр).

Судя по всему, в ближайшие годы лидерами сенсорных технологий будут проекционно-ёмкостная и резистивная технологии.

Технология «AV over IP»: все ли вы об этом знаете? Технология «AV over IP»: все ли вы об этом знаете?
В статье  ниже подробно рассматривается, как на практике обстоят дела с передачей аудио- и видеосигналов по IP-сетям.
Какой интерфейс лучше подходит для передачи 8K? Список тут Какой интерфейс лучше подходит для передачи 8K? Список тут
Потребность в дисплеях с высоким разрешением как никогда высока, и именно по этой причине внимание практически всей индустрии пере...
Ваша лучшая шпаргалка: 100 идей для контента Digital Signage Ваша лучшая шпаргалка: 100 идей для контента Digital Signage
Список из 100 идей для контента систем Digital Signage, который можно использовать как шпаргалки в решении разных задач.
Как они это сделали? История RGBlink, завоевавшей рынок Как они это сделали? История RGBlink, завоевавшей рынок
Иван Окунев из ГК DIGIS объясняет, почему коммутаторы RGBlink удостоились таких высоких оценок профессионального сообщества.
Выбираем беспроводную микрофонную систему: на что обратить внимание? Выбираем беспроводную микрофонную систему: на что обратить внимание?
Беспроводные микрофонные системы, впервые появившиеся еще в 60-х годах прошлого века, прошли долгий путь...
Передача AV по IP-сетям: возможности и преимущества Передача AV по IP-сетям: возможности и преимущества
Появление средств, позволяющих осуществлять централизованный контроль и мониторинг AV-систем через IP-сети, было лишь вопросом вре...
Все статьи
Видео
Вебинар "NewLine: новости, новинки, опыт"
Вебинар "BenQ LK970 - профессиональный 4K лазерник"
Все видео
Система ВКС для Высшей Школы Государственного аудита МГУ Система ВКС для Высшей Школы Государственного аудита МГУ
Хай Тек Медиа сдала проект по инсталляции и настройке системы ВКС в зале Ученого совета Высшей Школы Государственного аудита МГУ.<...
Комплексное оснащение Зала Диссертационных советов КФУ Комплексное оснащение Зала Диссертационных советов КФУ
Компания ИКТ-Казань завершила комплексное оснащение Зала Диссертационных советов Инженерного Института КФУ.
Направленный звук и проекции для Океанариума во Владивостоке Направленный звук и проекции для Океанариума во Владивостоке
Компания ВИАТЕК спроектировала и оснастила комплексом аудиовизуальных средств "Приморский океанариум" на острове Русский...
Удобный, функциональный конференц-зал для научного института Удобный, функциональный конференц-зал для научного института
«Хай-Тек Медиа» реализовала проект по оснащению малого конференц-зала ФГБНУ ВНИИСБ комплексом мультимедийного оборудования.
Комплексное аудио-видео оснащение холла 2-го корпуса КФУ Комплексное аудио-видео оснащение холла 2-го корпуса КФУ
Компания ИКТ-Казань завершила комплексное оснащение  холла 2-го корпуса КФУ современными аудиовизуальными системами.
Мощное оснащение конференц-зала на небольшой бюджет Мощное оснащение конференц-зала на небольшой бюджет
Разворачивание ведомственной системы ВКС, комплексное оснащение конференц-зала и переговорной комнаты ТФОМС СК.
Все кейсы
ELEMENT ONE: каталог выдвижных моторизованных мониторов
ELEMENT ONE: каталог выдвижных моторизованных мониторов
Модельный ряд мониторов с подробным описанием, 16 полос, А4, рус-eng.
BOSCH: Каталог конференц-систем 2016/ноябрь
BOSCH: Каталог конференц-систем 2016/ноябрь
Каталог конференц-систем и оборудования для синхронного перевода, формат А4, 50 полос.
Все файлы
Что важнее: параметр разрешения или плотность пикселей?
Марк Коксон
“Следует обращать больше внимания на показатель плотности пикселей и не принимать решения, основанная только на значениях разрешения.”
Марк Коксон
AV-блогер
Что бы вы ни выбрали… Организовывайте сеансы ВКС грамотно!
Тони Спрандо
“Несколько простых советов представителям компаний, которые часто общаются с партнерами в режиме видеоконференцсвязи.”
Тони Спрандо
Аудиовизуальный дизайнер
Аудиопроцессоры Crestron Avia DSP: «Все просто отлично!»
Жеребцов Роман
“Около года назад на рыке появилось семейство аудиопроцессоров Crestron Avia, вызвавшее огромный интерес у инженеров отрасли.”
Жеребцов Роман
инженер технической поддержки продаж Crestron
Все мнения