Сензорни дисплеи и мултитъч технологии – всичко за тях

Преди няколко години, дисплеите реагиращи на докосване се възприемаха като рядка демонстрация на технологичния напредък, а работата с тях приличаше повече на фокуси с монитор, от колкото на нормална функционалност. Малко по малко обаче тези технологии започнаха да навлизат все повече в продуктите, които използваме всекидневно…, а днес тъчскрийнът е съвсем обикновена функция, присъстваща в десетки модели Mp3 плеъри, телефони и дори лаптопи. Малко са хората обаче, които могат да си отговорят на въпроса как точно работят тези реагиращи на докосване дисплеи. За реализацията на този тип екрани се използват най-различни видове технологии – някои от тях са евтини, други са по-скъпи, някои са по-прецизни, други – не чак толкова. Тук ще разгледаме по-популярните и най-често срещани сензори от този тип и ще обясним накратко начинът на тяхната работа.

История

Идеята за компютри, реагиращи на докосване съвсем не е нова. Може би ще останете малко учудени, ако разберете, че такива разработки е имало още през 60-те години на миналия век. В продължение на дълги години обаче те не излизат наяве от лабораториите и свидетели на работата им остават само учените, които работят с тях.
Първият (комерсиален) компютър с тъчскрийн функционалност излиза на пазара едва през месец ноември, 1983 година. Това е Hewlett-Packard 150.
Машината е била снабдена с класическия Intel 8088 процесор, работещ на 8 Mhz, 256 KB RAM, 160 KB ROM и 6 KB SRAM. Освен първият тъчскрийн компютър, това е и първото PC на HP с Intel 8088, което работи с MS-DOS операционна система.
Машината се превръща в истинска звезда – още през първата си година на пазара компанията продава 40 000 бройки и то при не съвсем привлекателната цена от 2795 долара. HP 150 дори и участва в кино продукция – Real Genius (1985) – http://www.imdb.com/title/tt0089886/ .

Ето и как е работил той – тъчскрийн функционалността е представлявала мрежа от хоризонтални и вертикални инфрачервени лъчи, които са се намирали точно пред екрана. Точно както в холивудските филми, в които сте виждали лазерните аларми – когато някой прекъсне един от лъчите, алармата се активира. Тук обаче вместо да активирате аларма, когато пръстът ви пресече някой от лъчите, се активира функцията под него. Това разбира се не е много прецизно решение и както се досещате няма как да рисувате върху екрана. Напълно достатъчно е обаче за активиране на бутони и функции, както и за позициониране на курсора върху даден ред или дума.
Мотото на модела е било “Ние променяме начина по-който мислите за компютрите.” HP се оказаха напълно прави. Може би това е и една многото причини да просперират до такава степен.

Видове сензорни дисплеи

Резистивни дисплеи (Resistive)

Резистивните тъчскрйин панели са съставени от няколко слоя. Най-важните от тях са две тънки метални електрически проводими пластинки, които са разделени от много малък процеп. Когато някакъв обект (пръст, писалка или каквото и да е) докосне дисплея, той се огъва и горната пластинка докосва долната, при което се създава електрическа връзка. Главната особеност на този тип панели е нуждата от физическо натискане на дисплея. Положителните страни на резистивната технология включват по-ниска цена за изработка, както и устойчивост срещу зацапване и намокряне. Минус обаче е факта, че този тип дисплеи се драскат много, а допирът им с остри предмети оказва много негативно влияние. Неприятно е също и малко по-ниското предаване на светлина – резистивната система пропуска 75% от яркостта на дисплея.
Повечето ултра портативни устройства използват именно резистивната технология.
Много хора смятат, че резистивните дисплеи не могат да поддържат мултитъч, но това не е така.

Капацитивни дисплеи (Capacitive)

Капацитивните дисплеи са конструирани от изолатор като стъклото, покрит с тънък слой прозрачен проводник, най-често индиево-калаен оксид. За да се нанесе той се прилага термично изпарение във висок вакуум.
Тъй като човешкото тяло също е проводник, когато се докосне повърхнината на екрана се получава дисторция в електростатичното поле – част от заряда се пренася върху тялото и съответно заряда върху капацитивния слой намалява. Намаляването му се измерва чрез четири електрода, разположени във всеки ъгъл на дисплея. По този начин може да се определи, чрез координатна система, точното местоположение на поставения пръст – данните се предават към драйверите, където те се пресмятат, а след това активният софтуер ги получава и взима решение, какво събитие трябва да се случи. Едно от предимствата на тази технология пред резистивната е това, че тя пропуска до 90 процента от светлината на дисплея – по този начин картината става по-чиста, а благодарение на енергийната ефективност, батерията на устройствата се пести повече.
Както може би се досещате, при по-ниски температури с тъчскрийнът се работи по-трудно, а чрез ръкавици или през друг непроводящ материал въобще не може да бъде управляван.
Всъщност в крайна сметка всичко зависи от ръкавиците. Американска фирма на име Dots се зае със задачата да направи ръкавици, чрез които могат да бъдат управлявани капацитивни дисплеи. За тази цел те са снабдени с проводников материал на върха на пръстите.
Капацитивен принцип се използва и при тракпадовете на ноутбуците.

Проекционно-капацитивни екрани (Projected Capacitive Touch)

По-напредналата форма на капацитивните сензори са проекционно-капацитивните екрани, които разполагат с електродна решетка върху долната страна на покритието. Тя им позволява да притежават много по-висока резолюция от резистивните системи и може да се управлява чрез мултитъч. По-високата резолюция пък разрешава оперирането без директен контакт, тоест проводящият слой може да бъде поставен под защитни слоеве – така системата става защитена от удари, прах или вода. Едно от устройствата, използващи тази система е телефонът iPhone. Проекционно-капацитивни екрани притежават още екраните на някои банкомати.

Сензор с генериране на ултразвукови вълни (Surface acoustic wave)

Интересна е технологията за реакция при допир, генерираща ултразвукови вълни, които преминават непосредствено върху дисплея. Когато панелът бъде докоснат, част от вълните биват абсорбирани. По този начин се регистрира точното местонахождение на докосването и данните се изпращат към драйверите. Отрицателна черта на технологията е възможността за лесно нараняване на повърхността. Замърсяването също пречи много на прецизната работа. За сметка на тях обаче, голям плюс е отсъствието на каквито и да е метални слоеве на екрана, което означава 100-процентова прозрачност, водеща до пълна яснота на изображението. Това прави системата перфектна за изобразяване на детайлни графики.

Мултитъч

Какво е мултитъч?
Мултитъч е метод за работа с компютърен екран или устройство, използвайки два или повече пръста на ръката по едно и също време. Движенията им върху екрана се наричат “жестове”, които се използват за даване на команди на устройството с което работите. Терминът “мултитъч” е запазена марка на Apple.

Историята на мултитъч технологията започва от 1982 година, когато Нимиш Мета изобретява първия мултитъч дисплей в “Университетът на Торонто”. Някои инженери са работили над технологии свързани с мултитъч системите в следващите години, но никой не се е задълбочавал достатъчно, за да накара тази функционалност да навлезе сериозно на пазара.
Най-голямото преоткриване на технологията правят Apple на 9 януари 2007 година с анонсирането на iPhone.

Apple iPhone използва проекционно-капацитивен дисплей с мултитъч способности. Списание “Time” обявява iPhone за “Откритие на годината”.
На 29 май, същата година Microsoft отговарят с анонсирането на мултитъч маса. Тя се нарича Microsoft Surface и представлява компютър с огромен, 30-инчов реагиращ на докосване дисплей.

Интересна е технологията, която масата използва за да работи. Специален XGA DLP проектор, поставен в нея прожектира картина върху повърхността на масата, а 4 малки камери записват отраженията от инфрачервени светлини на обектите и пръстите на хората, които я използват. Машината поддържа жестове с до 52 докосвания в едно и също време. Цената и е 13 500 долара.

Бъдещето

Колкото и удобно да звучи, тъчскрийн функционалността не винаги е максимално удобното решение за работа с компютър…или поне във вида в който я познаваме в момента. Наистина, когато става въпрос за малки устройства от типа на ултра портативно PC или смартфон, идеята е превъзходна – тъчскрийна върши чудесно работата си. При използването му в лаптоп обаче има някои донякъде непредвидени негативи. Главното неудобство идва от разположението на тялото ви и монитора. Гениалната конструкция на мишката позволява едновременното отпочиване на ръката ви и възможност за действие с нея. Клавиатурата също е достатъчно удобна – можем спокойно да пишем върху нея, докато се облягаме на корпуса на лаптопа. Ако обаче трябва да щракаме директно върху дисплея, то поне едната ни ръка трябва постоянно да бъде във хоризонтално положение във въздуха, което е приемливо единствено в случай, че работата ни е не повече от минута.
Първоначалната идея, която вероятно ви е изникнала в главата е “Защо ни е клавиатура – ще използваме виртуална такава, а дисплея ще е в хоризонтално положение.” Да, това няма да изморява ръцете, но ще трябва главата ни винаги да гледа надолу, а дланите ни да скриват голяма част от видимата част на екрана.
Както изглежда това са проблеми, за чието решаване ще са необходими хиляди изследвания и стотици концепции, докато се стигне до адекватно решение в полза на потребителите. Дизайнерите от 10/GUI ни предлагат едно такова, което нищо чудно да се превърне и в основна идея на бъдещите устройства със сензорни дисплеи. Подробно описание изгледайте в следния видеоклип:

Без съмнение, докато четете това, много учени по света се занимават усилено с разработката на подобно устройство. Със сигурност част от тях са и инженерите на Apple, които вече е ясно, че от години търсят начин да преоткрият за пореден път силата на мултитъч функционалността и сензорните дисплеи. Самият Стив Джобс каза, че новите продукти на Apple се пускат на пазара едва когато всичко е изпипано до най-малкия детайл, независимо дали това ще отнеме месец, година или десет години.
Microsoft също няма да останат по-назад – те също подготвят такава машина, като при нея вече дори е известно и името и – Microsoft Courier.
Битката между двата конкурента определено ще е люта, а ние с нетърпение очакваме нейния старт.

Поздрави от мен Симеон Николов и целия екип на Laptop.bg!

Ако статията ви е била интересна, може да гласувате за нея, чрез бутона отдолу:

Още по темата:

1. Дисплеи за лаптопи – всичко за тях
   Един от основните компоненти на компютъра чието усъвършенстване дава възможност на персоналния компютър да стане лесно преносим и да заслужи името си „лаптоп“ („lap“ на...
2. Мултитъч, но без „тъч“-а… (с видео)
   Изглежда технологията, с която екраните разбират кога биват докосвани все още може да се развива, а научните постижения в тази насока стават все по-интересни. Студенти...
3. HP показа гъвкави дисплеи
   Учени от американската компания Hewlett-Packard и центърът за гъвкави дисплеи (Flexible Display Center) в Щатският Университет на Аризона (ASU) анонсираха първия прототип на гъвкави и...