Как работает сенсор на телефоне?

Как на самом деле работает сенсорный экран вашего смартфона?

Если вы интересовались тем, как работает сенсорный экран, то, скорее всего, натыкались на одну из этих статей «для радиолюбителей». Все они написаны, как под копирку и звучат примерно так: когда вы прикасаетесь пальцем к экрану, в определенной точке изменяется емкость условного конденсатора, которую и регистрируют специальные датчики.

Меня всегда удивляли такие объяснения. От того, что кто-то заменил слова «сенсорный экран» словами «емкость конденсатора», мне никогда не становилось легче. Неужели все эти «техноблогеры» в прошлом были электриками? Почему бы не объяснить такую интересную технологию простыми словами, чтобы все было понятно?

Затем я вижу новость, мол, Apple представила iPhone X с экраном 120 Гц, только это не частота обновления картинки (как на Galaxy S20), а частота какого-то опроса сенсора. Естественно, я иду в интернет за ответами и вижу однотипные объяснения: сенсор экрана iPhone X обрабатывает движение пальцев в 2 раза быстрее, то есть, считывание происходит не за 16, а за 8 миллисекунд!

Ага, вроде теперь все стало на свои места. Правда, не совсем понятно, какое еще считывание, что значит «обрабатывать движение пальцев в 2 раза быстрее» и почему процессор может обрабатывать миллиарды операций в секунду, но движение пальцев — только 60 или 120 раз в секунду?

В общем, эта статья будет другой. После ее прочтения у вас не останется неприятного «послевкусия» и вы действительно будете понимать, как все это работает и при чем здесь 120 Гц.

Принцип работы сенсорного экрана — настоящая драма на кончиках пальцев!

Итак, прежде всего, важно понять, что сам по себе экран смартфона совершенно бесчувственный. Чем бы и как бы мы ни прикасались к нему — никакой реакции не последует. Ведь это простой набор из нескольких миллионов крошечных цветных лампочек, которые смартфон использует для отображения картинки.

Чтобы получить какую-то реакцию на прикосновение, нужно где-то дополнительно разместить специальный «чувствительный слой». Но как он выглядит и как именно работает?

Давайте представим, что нам нужно сделать только одну небольшую точку на экране чувствительной к прикосновению. Для этого мы разместим над этой точкой две маленькие пластинки — оранжевую и синюю.

На одну пластинку мы будем подавать ток, то есть загонять туда большое количество электронов (отрицательно заряженных частичек):

Природа всегда стремится к равновесию, то есть, внутри пластинки или чего-угодно (например, наших пальцев) количество положительных и отрицательных зарядов должно быть примерно одинаковым.

Однако же на оранжевой пластинке произошел переизбыток электронов (отрицательно заряженных частичек), которые мы силой туда затолкнули, взяв их из батарейки смартфона. Они пытаются оттолкнуться друг от друга и присоединиться к положительно заряженным частичкам, но не могут.

Дело в том, что эти две пластинки мы предварительно изолировали друг от друга, чтобы свободные электроны не смогли просто перепрыгнуть на голубую пластинку, где их с нетерпением ожидают положительно заряженные частицы. Электрическое поле оранжевой пластинки продолжает отталкивать все «минусы» и притягивать «плюсы», которых уже достаточно много собралось на синей пластине.

Что же произойдет, если мы прикоснемся к этим пластинкам любым проводящим ток предметом, например, своим пальцем?

Электрическое поле оранжевой пластины моментально начнет действовать и на наш палец, частично «переключив внимание» с положительных зарядов синей области на положительные заряды внутри нашего пальца:

Ведь синяя пластинка уже под завязку набита положительно заряженными частицами и это «давление» слишком высоко, а на пальце никакого «давления» нет — там свободно себе «плавают» как положительные, так и отрицательные заряды. Естественно, все это приведет к тому, что положительно заряженных частиц на синей пластинке станет меньше, так как влияние оранжевой пластинки снизилось и переключилось на палец.

Вот, в принципе, и все! Нам лишь осталось измерить эти заряды на пластинке и мы сразу поймем, что возле них появился лишний предмет — кто-то прикоснулся к экрану.

Чтобы весь экран стал чувствительным, нужно полностью перекрыть его этими пластинками: вначале первый слой, на который мы будем подавать ток, затем второй изолирующий слой и после — третий, на котором будем замерять изменение заряда:

Несмотря на то, что все эти слои находятся прямо у вас перед глазами и перекрывают изображение, вы их не увидите, так как все они сделаны из полностью прозрачных материалов. Например, в качестве изоляции может использоваться стекло, а сеточки токопроводящих пластин делают из оксида индия-олова. В низкокачественных экранах эту сеточку увидеть, все же, вполне реально, если посмотреть на выключенный экран под углом на ярком солнце.

Что такое частота опроса сенсора. Или откуда в iPhone 120 Гц?

На картинке выше я схематически показал сеточки из токопроводящего материала, но, естественно, с размером я немножко промахнулся. Кроме того, я не рассказал об одной важной вещи. Все оранжевые пластинки соединены в линии (строки), а голубые — в столбики. То есть, в реальности все выглядит примерно так:

Зачем это делать? Понятное дело, что на экране сенсорный слой состоит не из 3 строк и 3 столбиков, а, например, из 80 строк и 40 столбиков, то есть, всего 3200 пересечений, на которых мы и анализируем электрическое поле. Представляете, какую нужно сделать схему, чтобы подключить каждый такой электрод к своему питанию, чтобы мы могли анализировать 3200 областей на экране?

Вместо этого мы просто подаем напряжение сразу на всю строку и на весь столбик. То есть, подключаем только строки и столбики, после чего наша схема выглядит примерно так:

Но теперь возникает просто колоссальная проблема! Мы включаем напряжение на первый слой, чтобы вокруг каждого пересечения создавалось электрическое поле и начинаем непрерывно отслеживать изменение электрического поля в каждом столбце. Еще раз напоминаю, все электроды (пластинки) соединены теперь в один столбик.

Когда мы касаемся какой-то определенной точки, система моментально фиксирует изменение напряжения не в конкретной точке, а в целом столбике (на картинке — это 7 столбец):

Получается, экран лишь понимает, что в длинной полоске произошло касание, но где именно — без понятия, ведь мы не анализируем каждое конкретное пересечение электродов, а подключаем все их столбцами и строками.

Можно ли как-то решить эту проблему? Да запросто! Давайте просто перестанем подавать напряжение на всю сетку (весь экран) и будем «заталкивать» свободные электроны только в первую строку из токопроводящих пластинок. В результате электрическое поле будет создано только вдоль одной единственной строки.

Теперь, когда «сработает» 7-й столбец, мы будем точно знать, что точка касания находится на пересечении первой строки и седьмого столбца. Почему так? Да потому, что во всех остальных строках вообще не было никакого электрического поля, мы же ток подавали только на первую строку.

Действительно, это решает проблему для первой строки. Но как быть с остальными? Точно так же! Подаем напряжение только на первую строку и замеряем все столбцы, отключаем ток на первой строке и подаем напряжение на вторую строку. Столбцы, при этом, замеряют изменение непрерывно. Таким образом, мы просто поочередно включаем каждую строку и проверяем столбцы. После того, как дойдем до последней строки, переходим снова к первой.

Конечно же, электроника строит «карту прикосновений», чтобы получить полную картинку, где были расположены пальцы на экране по всем строкам. Ведь, палец — это не тонкое перо, он всегда захватывает большую область, то есть, изменяет электрическое поле (и емкость) сразу в нескольких пересечениях. Поэтому, запоминаются значения напряжения для каждой строки.

Один такой цикл прохода от первой до последней строки — это 1 Гц. Если бы «частота опроса сенсора» равнялась одному герцу, управлять таким экраном было бы крайне тяжело, особенно это касается жестов (движения пальца по экрану) или мультитача (одновременного касания нескольких пальцев).

Для этого мы немножко ускоряемся и весь цикл от первой до последней строки проходит за 16 миллисекунд, то есть, за 1 секунду мы получим 60 проходов (поочередной подачи напряжения от первой до последней строки и считывании напряжения на столбцах).

Нужно ли пробегаться по всем строкам еще быстрее — вопрос интересный. К примеру, картинка на экране iPhone 11 меняется каждые 16 миллисекунд (то есть, частота обновления экрана составляет 60 Гц). При этом, сенсорный слой за это же время успевает пройтись построчно по всему экрану дважды. Зачем? Без понятия. Наверное, чтобы во время презентации (или в технических характеристиках) упомянуть о «120 герцах» и, тем самым, «невольно» ввести неподкованного пользователя в заблуждение.

Интересные моменты

Сенсорный слой (то есть, те самые сетки из токопроводящих пластин и изолятора между ними) раньше всегда находился с обратной стороны защитного стекла. То есть, пользователь прикасался к стеклу, на обратной стороне которого и создавалось электрическое поле. В бюджетных моделях примерно так все и осталось.

Затем производители стали думать, куда бы убрать сенсорный слой в своих флагманах, чтобы сократить толщину экрана и сделать его более прозрачным (а значит и ярким). Так появился Super AMOLED-экран от Samsung, который отличался от любого другого OLED-дисплея только расположением сенсорного слоя — внутри дисплейного модуля, а не на защитном стекле.

Дело в том, что любой экран представляет из себя «бутерброд» из нескольких слоев. В частности, для OLED-экрана это TFT-слой управляющих транзисторов, слой органических диодов, поляризационная пленка и пр. Так вот, «сенсорный слой» на Super AMOLED находится внутри «бутерброда», сразу под поляризационной пленкой.

Apple также размещает в некоторых iPhone этот слой внутри дисплея. Если мне не изменяет память — сразу над цветными фильтрами их IPS-экранов.

Как вы уже поняли, сенсорный экран реагирует на любой предмет, способный проводить электричество: от тонкого металлического провода до капельки воды. Если какой-то предмет не проводит ток, он не вступит во взаимодействие с электрическим полем сенсорного слоя.

Вода является одним из главных врагов сенсорных экранов, так как, будучи прекрасным проводником электричества, вносит очень много «шума» в сигнал. И смартфону становится тяжело точно отличить «прикосновения» воды от реальных касаний. Сравните, насколько похожи эти сигналы:

Когда мы прикасаемся пальцем к экрану, меняется напряжение сразу во многих точках, причем, в самом центре касания, где контакт максимален — сильнее, чуть дальше — слабее. Это можно изобразить схематически примерно так:

То есть, смартфон не просто «чувствует» касание, но и «видит» форму этого касания. Соответственно, он пытается реагировать только на тот предмет, который оставляет характерный «след» от пальца. Из-за этого сенсорные экраны и не реагируют на некоторые токопроводящие предметы, например, стилусы с очень тонким наконечником.

К слову, перо S Pen на смартфонах Galaxy Note вообще не имеет никакого отношения к сенсорному слою и электрическому полю, там используется радиосвязь, о чем я подробно рассказывал в этой статье.

Алексей, глав. редактор Deep-Review

P.S. Не забудьте подписаться в Telegram на первый научно-популярный сайт о мобильных технологиях — Deep-Review, чтобы не пропустить очень интересные материалы, которые мы сейчас готовим!

Как бы вы оценили эту статью?

Нажмите на звездочку для оценки

Внизу страницы есть комментарии.

Напишите свое мнение там, чтобы его увидели все читатели!

Если Вы хотите только поставить оценку, укажите, что именно не так?

Сенсорные экраны: как это работает

Поделитесь в соцсетях:

• Нажмите, чтобы поделиться на Twitter (Открывается в новом окне)
• Нажмите здесь, чтобы поделиться контентом на Facebook. (Открывается в новом окне)
• Нажмите, чтобы поделиться на LinkedIn (Открывается в новом окне)
• Нажмите, чтобы поделиться записями на Pocket (Открывается в новом окне)
• Нажмите, чтобы поделиться в Telegram (Открывается в новом окне)

Универсальный тип сенсорных экранов еще не разработали, а используемые сейчас технологии имеют как свои преимущества, так и недостатки. О плюсах и минусах основных типов сенсорных экранов читайте в этом материале.

Применение сенсорных экранов наиболее целесообразно в небольших портативных устройствах. Во-первых, это связано с неудобством использования мышки, клавиатуры и прочих устройств ввода в телефонах и другой небольшой электронике. Во-вторых, отказ от аппаратных кнопок позволяет серьезно увеличить площадь экрана. В-третьих, производство сенсорных панелей обходится недешево, и их использование в больших экранах пока как минимум экономически невыгодно.

Тем не менее, начав с таких небольших устройств как КПК, сенсорные экраны уже добрались до среднего формата (планшетов и некоторых ноутбуков), и их появление на большом экране лишь вопрос времени.

Существует всего несколько типов сенсорных экранов. Ниже речь пойдет о трех наиболее распространенных технологиях, а также нескольких ее разновидностях.

РЕЗИСТИВНЫЕ ПАНЕЛИ

Сенсорная часть таких экранов состоит из двух слоев, разделенных небольшим пространством, каждый из которых имеет массив резистивных или проводящих элементов (в зависимости от конкретной реализации).

При нажатии пальцем, стилусом (или любым другим предметом) на поверхность экрана эти слои соприкасаются, элементы замыкаются, и экран «понимает», в каком месте к нему дотронулись.

Учитывая, что контакт между двумя слоями возможен только при использовании гибкого материала, который будет прогибаться под давлением, резистивные экраны, как правило, покрывают специальной гибкой пленкой, а не стеклом. Это приводит к появлению царапин и более частым повреждениям экрана при чрезмерном надавливании стилусом.

Технология является одной из наиболее простых, поэтому она первой появилась в сенсорных устройствах. У нее до сих пор есть определенные преимущества, однако недостатков больше, чем в других типах сенсорных экранов.

Преимущества

Помимо низкой цены (стоимость таких дисплеев приблизительно в два раза ниже емкостных), точность резистивных экранов также мало зависит от состояния верхнего слоя, поэтому в случае его загрязнения или намокания отзывчивость сенсора практически не меняется.

Несмотря на возраст технологии, она до сих пор позволяет делать самые точные сенсорные панели. В правильно откалиброванном дисплее фактически можно попадать стилусом в конкретный пиксель благодаря густой решетке резистивных элементов.

Недостатки

Несмотря на то что из этого правила есть исключения, большинство резистивных экранов не распознают мультитач, то есть экран понимает лишь одно касание (самое первое, либо самое сильное), что существенно ограничивает возможности управления интерфейсом. Даже в устройствах, где мультитач реализован, все равно распознается меньше одновременных касаний, чем в самых обычных емкостных экранах.

Использование нескольких слоев снижает контрастность и яркость экрана. Коэффициент прохождения света составляет

15% ниже, чем в емкостных экранах. Таким образом, в устройствах с резистивным сенсором содержимое экрана сложнее рассматривать под прямыми солнечными лучами или при сильном искусственном освещении.

Использование двух слоев, разделенных небольшим зазором, является косвенной причиной снижения точности работы сенсора. Если держать стилус перпендикулярно экрану, то точность может быть одной, однако под углом, расхождение будет составлять несколько пикселей за счет того, что точка, на которую давит стилус, находится не непосредственно над нужным пикселем (эффект параллакса).

Защитой от случайного ввода в резистивных экранах является определенное давление, которое необходимо преодолеть для того чтобы устройство засчитало команду. Следовательно, резистивные экраны сложнее оборудовать дополнительным защитным покрытием, которое лишь увеличит порог срабатывания. В паре с пластиковым покрытием, которое необходимо для гибкости сенсорного слоя, резистивные экраны более других подвержены повреждениям, особенно царапинам, а при неправильном обращении (сильном нажатии острым предметом), могут и попросту треснуть.

Несмотря на то что количество нажатий в каждой конкретной точке оценивается в 30 млн., резистивные экраны все же раньше других типов выходят из строя и являются самыми ненадежными по этому показателю.

Вывод

Небольшая стоимость и устойчивость к загрязнениям (а точнее, сохранению точности ввода при загрязнении), в паре со всеми вышеперечисленными недостатками стали причиной того, что резистивные экраны медленно вытесняются из обихода, хотя и смогли закрепиться в некоторых нишах, например, в секторе терминалов для быстрой оплаты.

Стилусы

Характерной особенностью устройств с резистивным сенсором является распространенное использование стилуса, площадь контакта которого с поверхностью меньше, чем у пальца, а сила давления больше, что является причиной более точного ввода.

Наличие стилуса желательно, хоть и необязательно для экранов с небольшой диагональю (в основном это телефоны, а несколько лет назад и КПК), однако в планшетах достаточной точности можно добиться и с помощью пальцев.

После того как несколько лет назад КПК были полностью вытеснены смартфонами и другими устройствами, казалось, что вместе с ними навсегда сцену покинули и стилусы, однако сейчас все чаще можно встретить их реинкарнацию, особенно в устройствах промежуточных размеров между смартфонами и планшетами.

Поскольку резистивные экраны сейчас используются все реже, стилусы тоже немного изменились. Подстраиваясь под современные реалии, они стали выпускаться со специальными насадками на конце, которые распознаются емкостными экранами.

ЕМКОСТНЫЕ ПАНЕЛИ

Принцип работы емкостных экранов заключается в том, что на специальный слой электропроводника, находящегося на внешней поверхности экрана, подается небольшое напряжение, формирующее однородное электростатическое поле. Когда к экрану прикладывается палец, являющийся проводником электричества, свойства поля меняются вследствие появления утечки (пользователь работает как заземлитель и «крадет» ток у экрана). По изменению емкости можно определить наличие контакта и его координаты.

Для определения координат в углах экрана установлены электроды, измеряющие силу тока утечки, и чем она сильнее на каждом конкретном датчике, тем ближе произошло нажатие. Определив конкретные значения, можно очень точно вычислить координаты нажатия.

Подклассом емкостных экранов являются проекционно-емкостные экраны, принцип работы которых также заключается в измерении емкости, однако базовые элементы в них расположены не на внешней стороне экрана, а на внутренней, что повышает защищенность сенсора. Именно такие экраны сейчас и используются повсеместно в смартфонах.

В отличие от резистивных панелей, где используется гибкий материал, емкостные сенсоры покрывают стеклом. Это лучше защищает их от царапин, хотя с большей вероятностью станет причиной появления трещины при сильном ударе или падении.

Достоинства

Отсутствие нескольких слоев дополнительных материалов не только увеличивает яркость экрана (прозрачность для света составляет приблизительно 90%), но также снижает расстояние между поверхностью экрана и изображением, что позволяет точнее попадать в нужные пиксели. Пускай выигрыш и не большой, но он все же заметен, особенно когда устройство находится под некоторым углом относительно оси зрения, то есть в те моменты, когда разница между реальным положением нужного пикселя на экране и точкой, в которую нужно попасть, смещаются максимально друг относительно друга.

Дисплеи Super AMOLED компании Samsung позволяют еще больше снизить толщину экрана за счет отказа от дополнительного слоя емкостных элементов. В этом типе экранов они встраиваются непосредственно в матрицу.

Емкостные экраны гораздо долговечнее резистивных (практически на порядок) когда речь заходит о количестве нажатий до выхода сенсорных элементов из строя. Число таких повторений оценивается в 200+ млн раз.

Недостатки

Емкостные экраны обходятся дороже резистивных в производстве и требуют, чтобы материал, касающийся их поверхности, обязательно обладал свойствами проводника. Следовательно, использовать любой удобный предмет или работать в обычных перчатках с емкостными экранами не получится. В связи с этим широкое распространение приобретают специальные емкостные стилусы и перчатки для работы с сенсорными панелями в холодную погоду.

Точность емкостных экранов несколько ниже чем, у резистивных, хотя в практических задачах эта разница не сильно заметна, поскольку составляет буквально 1-3 пикселя, и учитывая, что в большинстве случаев интерфейс программ уже и так заточен под устранение этих погрешностей, недостатком это назвать сложно.

Вывод

Емкостные панели по своим характеристикам и цене лучше всего подошли для экранов мобильных устройств, поэтому и доминируют сейчас в этом секторе.

ИНФРАКРАСНЫЕ ПАНЕЛИ

Несмотря на то что инфракрасные сенсоры начали появляться в устройствах позже других типов панелей, их не стоит считать более совершенными. Несколько преимуществ у них есть, однако, скорее всего, как и резистивные экраны, они останутся нишевыми и не смогут потеснить емкостные панели.

Оптические

Главное отличие инфракрасных сенсоров от всех остальных заключается в том, что специальные датчики расположены не на поверхности экрана, а по краям от него и формируют серию горизонтальных и вертикальных инфракрасных лучей непосредственно над дисплеем. Когда предмет касается экрана, лучи разрываются и таким образом определяется место контакта.

Тепловые

Разновидностью инфракрасных экранов являются экраны с тепловыми сенсорами. Для того, чтобы они реагировали на касания, предмет должен быть теплым.

Как и в емкостных панелях, устройства с инфракрасными датчиками используют защитное покрытие из стекла, что является причиной тех же преимуществ и недостатков: лучшая устойчивость к появлению царапин, но большая вероятность возникновения трещины при сильном ударе.

Достоинства

Расположение сенсоров по бокам от матрицы позволяет отказаться от промежуточного слоя на LCD матрице, что улучшает яркость картинки (прозрачность покрытия составляет практически 100%), уменьшает зазор между реальным изображением и поверхностью экрана, делает дисплей более устойчивым к повреждениям, а также позволяет работать с загрязненным экраном, но при условии, что загрязнения не мешают свободному распространению инфракрасных лучей.

Инфракрасными (оптическими) экранами можно управлять в перчатках, либо используя любые другие удобные предметы.

Недостатки

Любые загрязнения по краям матрицы, заслоняющие инфракрасные источники сигналов, приводят к сбоям в работе сенсоров. Проблемы возникают и при небольших искривлениях устройства, когда лучи покидают плоскость, параллельную экрану.

Однако одной из наиболее распространенных проблем с инфракрасными датчиками является ложное срабатывание. Поскольку пользователям не обязательно физически касаться экрана, то иногда сенсоры активируются и при достаточном приближении пальца к экрану или во время его движения от одной точки к другой.

Несмотря на то что инфракрасные сенсоры часто используются в устройствах с относительно небольшой стоимостью (например, в электронных книгах), сами экраны с инфракрасным сенсором дороже как резистивных, так и емкостных экранов.

Вывод

Если резистивные и емкостные экраны можно было условно отнести к соответственно отмирающим и доминирующими типам экранов, то инфракрасные сенсоры — технология устройств-маргиналов, поскольку они используются в малоизвестных моделях портативной электроники. Исключение составляют электронные книги, например Nook Touch.

ВМЕСТО ЭПИЛОГА

Сенсорные и обычные дисплеи в ближайшее время ждет еще много инноваций (гибкая матрица, новые защитные покрытия), однако когда речь заходит о технологиях, отвечающих за распознавание ввода, то здесь на горизонте не видно никаких революционных альтернатив, поэтому и дальше доминировать будут емкостные сенсоры, как самые удобные и относительно недорогие по сравнению с другими типами сенсоров.

Что такое тачскрин на телефоне или смартфоне

При обсуждении мобильных телефонов, смартфонов или планшетов можно услышать такое слово как тачскрин. Из контекста можно понять, что тачскрин как-то связан с экраном устройства, но что это за деталь и какие функции она выполняет знают далеко не все. В данной статье мы расскажем, что такое тачскрин на телефоне или смартфоне, для чего он нужен и как работает.

Что такое тачскрин

Тачскрин или сенсорный экран – это устройство, которое позволяет вводить в компьютер информацию касаясь его экрана с помощью специального пера (стилуса) или просто с помощью пальцев. Данная технология позволяет отказаться от использования дополнительных аппаратных кнопок, что повышает удобство работы и может снизить стоимость всего устройства.

Данный способ ввода информации был изобретен в США в 70-х годах прошлого столетия. Первым компьютером с тачскрином стала появившаяся в 1972 году система PLATO IV. Тот тачскрин работал на основе сетки инфракрасных лучей. Примерно в то же время Сэмюэлем Херстом был разработан первый сенсорный экран, работающий на основе резистивной технологии. А в 1982-году появился первый телевизор с резистивным сенсорным экраном.

Технология изготовления сенсорных экранов развивалась и в начале нулевых годов она начала активно использоваться в производстве мобильных устройств. Сначала появились карманные компьютеры с тачскрином, а потом, телефоны, смартфоны и планшеты. Применение тачскрина позволило значительно расширить возможности мобильных устройств, что стало толчком к значительному росту этой отрасли.

Сейчас тачскрин используется повсеместно, его встраивают в телефоны, смартфоны, планшеты, ноутбуки, моноблоки, мониторы. Также сенсорные экраны активно применяются в автомобильной, медицинской, промышленной и бытовой технике. Фактически, любое устройство, требующее ввода информации, может быть оснащено таким экраном.

Как устроен тачскрин

Существует несколько технологий производства сенсорных экранов, которые основаны на совершенно разных принципах. Одним из наиболее старых и распространенных вариантов является резистивная технология.

Резистивный сенсорный экран состоит из мягкой пластиковой поверхности и стеклянной панели, на которые нанесено специальное резистивное покрытие. При нажатии на экран верхняя мягкая поверхности касается стеклянной панели и электрическая цепь замыкается. Этот контакт позволяет измерить сопротивление и определить точку, в которой две поверхности были соединены.

Принцип работы резистивного сенсорного экрана.

В прошлом резистивные экраны были основной технологией производства тачскринов. В частности, их применяли и в мобильных устройствах (КПК, телефоны и смартфоны). Но, из-за низкой надежности и плохого пропускания света сейчас они все больше вытесняются емкостными сенсорными экранами.

Емкостный сенсорный экран основан на том, что при касании экрана пальцем происходит утечка тока. Данную утечку можно измерить и определить точку, где эта утечка произошла. Конструкция емкостного тачскрина состоит из стеклянной панели, которая покрыта специальным резистивным слоем. По углам экрана прикреплены электроды, они подают на экран небольшое напряжение. В момент касания экрана появляется утечка тока, которая фиксируется во всех четырех углах стеклянной панели. Полученная информация передается в контроллер, который определяет координаты утечки.

Принцип работы емкостного сенсорного экрана.

За счет более простой конструкции ёмкостные тачскрины намного надежней. Они могут выдерживать до 200 млн нажатий (против 35 млн. у резистивных моделей), чего более чем достаточно для любого устройства. Также емкостный тачскрин позволяет обеспечить более качественное изображение, что особенно актуально для телефонов и смартфонов, которые часто используются для фотографирования и просмотра снимков.

Благодаря этим преимуществам емкостная технология сейчас преобладает. 100% всех мобильных устройств используют емкостную технологию тачскрина. В мониторах, ноутбуках и моноблоках также используется преимущественно емкостный тачскрин. На данный момент, резистивные экраны можно встретить только в медицинском и промышленном оборудовании, а также в терминалах самообслуживания.

Тачскрин и его поломки

Как уже было сказано, емкостный тачскрин, который применяется в телефонах и смартфонах, достаточно надежен. Поэтому при правильной эксплуатации он прослужит столько, сколько нужно. Но, из-за того, что он построен на основе стеклянной панели, он достаточно уязвим перед ударами. Даже небольшой удар может вызвать появление трещины, которая выведет сенсорный экран из строя.

Тачскрин от телефона Samsung.

В такой ситуации поможет только замена тачскрина. В старых моделях телефонов данную деталь можно было поменять оставив старый экран. Это позволяло сделать замену достаточно простой и не затратной. Но, сейчас тачскрин чаще всего является частью самого экрана и отдельно заменить его невозможно, что значительно удорожает ремонт.

Чтобы избежать подобных расходов можно заблаговременно защитить свой телефон. Для этого поверх тачскрина нужно наклеить защитное стекло. Такое стекло никак не ухудшает работу сенсорной панели, но может спасти ее в случае падения устройства.

Сенсорные экраны: принцип работы тачскринов

Сначала тачскрины (сенсорные экраны) встречались достаточно редко. Их возможно было найти, только лишь в некоторых КПК, PDA (карманных компьютерах). Как известно, устройства такого плана так и не обрели широкого распространения, так как им не хватило самого важного, то есть, функциональности. История смартфонов напрямую связана с тачскринами. Именно поэтому в нынешнее время человека с «умным телефоном» сенсорным экраном сейчас не удивишь. Тачскрин получил широкое применение не только в модных дорогостоящих девайсах, но, даже, в относительно недорогих моделях современных телефонов. В чём же заключаются принципы работы 3-х типов сенсорных экранов, которые возможно встретить в современных устройствах.

Типы тачскринов

Сенсорные экраны уже не являются слишком дорогими. Кроме этого, тачскрины (touchscreen) сегодня намного «отзывчивее» — касания пользователя распознают просто превосходно. Именно эта характеристика проложила им дорогу к большому числу пользователей во всем мире. В нынешнее время существуют три основные конструкции тачскринов:

1. Ёмкостные.
2. Волновые.
3. Резистивные или попросту «упругие».

Ёмкостный тачскрин: принцип работы

В тачскринах конструкции такого рода стеклянную основу покрывают слоем, который выполняет роль вместилища-накопителя заряда. Пользователь своим касанием высвобождает в определённой точке часть электрического заряда. Данное уменьшение определяется микросхемами, которые расположены в каждом углу экрана. Компьютером вычисляется разница электрических потенциалов, существующих между разными частями экрана, при этом, информация о касании в подробностях передаётся немедленно в программу-драйвер тачскрина.

Довольно важное преимущество ёмкостных тачскринов — это способность данного типа экранов сохранять практически 90 % от изначальной яркости дисплея. Из-за этого изображения на ёмкостном экране смотрятся более чёткими, чем на тачскринах, имеющих резистивную конструкцию.

Видео про ёмкостный сенсорный экран:

Будущее: волновые сенсорные дисплеи

На концах осей координатной сетки экрана из стекла располагается два преобразователя. Один из них является передающим, второй — принимающим. На стеклянной основе имеются и рефлекторы, «отражающие» электрический сигнал, который передаётся от одного к другому преобразователю.

Преобразователь-приёмник стопроцентно точно «знает» было ли нажатие, а также в какой конкретно точке оно произошло, так как пользователь своим касанием прерывает акустическую волну. При этом, стекло волнового дисплея не имеет металлического покрытия — это предоставляет возможность сохранить в полном объёме 100 % изначального света. В связи с этим, волновой экран представляет собой наилучший вариант для тех пользователей, которые работают в графике с мелкими деталями, потому, что резистивные и ёмкостные тачскрины не являются идеальными в вопросе чёткости изображений. Их покрытие задерживает свет, что в результате существенно искажает картинку.

Видео про принцип работы сенсорных экранов на ПАВ:

Прошлое: о резистивном тачскрине

Резистивная система — это обычное стекло, которое покрыто слоем проводника электричества, а также упругой металлической «плёнкой», также обладающей токопроводящими качествами. Между этими 2-мя слоями с помощью специальных распорок есть пустое пространство. Поверхность экрана покрыта специальным материалом, который обеспечивает ему защиту от механических повреждений, например, царапин.

Электрический заряд в процессе работы пользователя с тачскрином, проходит через два эти слоя. Каким же образом это происходит? Пользователь в определённой точке касается экрана и упругий верхний слой соприкасается с проводниковым слоем — только в этой точке. Потом компьютером определяются координаты той точки, которой пользователь коснулся.

Когда координаты становятся известны устройству, то специальный драйвер переводит прикосновения в команды, известные операционной системе. В данном случае можно провести аналоги с драйвером самой обычной компьютерной мышки, ведь он занимается точно тем же: объясняет операционной системе то, что конкретно хотел сказать ей пользователь посредством перемещения манипулятора или же нажатия кнопки. С экранами данного типа используют, как правило, специальные стилусы.

Резистивные экраны возможно обнаружить в относительно немолодых устройствах. Как раз таким сенсорным дисплеем оборудован IBM Simon — самый древний смартфон из тех, что были сознаны нашей цивилизацией.

Видео про принцип работы резистивного сенсорного экрана:

Особенности различных типов тачскринов

Наиболее дешёвыми сенсорными экранами, но, при этом, наименее чётко транслирующими изображение являются резистивные тачскрины. Кроме этого, они являются и самыми уязвимыми, ведь абсолютно любым острым предметом возможно серьёзно повредить достаточно нежную резистивную «плёночку».

Следующий тип, т.е. волновые тачскрины, представляют собой самые дорогостоящими среди себе подобных. При этом, резистивная конструкция, вероятнее всего, относится, всё-таки, к прошлому, ёмкостная — к настоящему, а волновая — к будущему. Понятное дело, что грядущее абсолютно никому стопроцентно не известно и, соответственно, в нынешнее время можно только лишь предполагать, какая именно технология имеет большие перспективы для использования её в будущем.

Для резистивной системы тачскринов не имеет никакого особого значения, коснулся резиновым наконечником стилуса или же просто пальцем пользователь экрана устройства. Достаточно того, что между двумя слоями произошло соприкосновение. При этом, ёмкостной экран распознает только лишь касания какими-то токопроводящими предметами. Зачастую пользователи современных устройств работают с ними с помощью собственных пальцев. Экраны волновой конструкции в этом отношении ближе к резистивным. Отдать команду возможно практически любым предметом — при этом нужно только избегать использования тяжёлых или же слишком маленьких объектов, например, стержень шариковой ручки для этого не подойдёт.

Что такое тачскрин, как он работает и как его откалибровать

Английское слово Touch Screen можно перевести как прикосновение к экрану. Разбираемся в том, что такое тачскрин. Принцип работы сенсорного устройства связан с реагированием на простое нажатие пальца. Калибровка экрана позволяет вернуть необходимые настройки и комфортно пользоваться гаджетом. Данная манипуляция выполняется с помощью двух методов: штатными средствами ОС или сторонними приложениями.

Какие бывают и для чего

Выделяют несколько типов тачскринов. Наиболее популярными являются именно емкостные и резистивные варианты. Первая модель дисплея изготовлена на основе способности предметов проводить переменный ток. Использован принцип разницы электрических потенциалов. Матрица выполнена в форме пластины из стекла. Технология применяется в стационарных ПК, планшетах и мобильных телефонах. Минус — чувствительность к механическому действию.

Резистивная модель Touch Screen включает пару пластиковых пластин с токопроводящей сеткой. Между деталями проходит диэлектрический слой для фиксации нажатия. Если человек использует смартфон, то пластины соприкасаются и устанавливается область касания пальца. Минус — нет поддержки опции мультитач, быстрое появление царапин.

Как работает тачскрин

Система touch screen включает матрицу из жидких кристаллов. Под ней находятся микродиоды для подсвечивания и обработки касания. Экран защищен стеклом, снижающим опасность повреждений. Антибликовое покрытие облегчает восприятие информации в солнечную погоду, нейтрализуя блики.

Как настроить

Если интерактивный монитор не слушается, необходимо выполнить настройку системы. Неполадки могут возникать вследствие контакта с влагой, механических повреждений. Каждый гаджет оснащен специальной технологией настройки. Если у пользователя не получается добиться необходимых параметров, необходимо обратиться в сервисную службу.

Как проверить резистивный тачскрин мультиметром

Мультиметр позволяет установить показатель сопротивления Touch Screen, который должен находиться в пределах от 50 Ом до 1500 Ом. Аномальные цифры свидетельствуют о неисправности техники. Мультиметр устанавливают в режим измерения сопротивления до 2000 Ом (2кОм). Требуется прикоснуться щупами к 1 и 3 контактам. После отслеживаем результаты. На приборе должны высветиться цифры от 200 Ом до 1500 Ом. По аналогии осуществляем контроль 2 и 4 контактов.

Важно проверить целостность контуров и наличие контакта между слоями без давления от касания. Для этого мультиметр переводим в режим сопротивления до 20 кОм. Проверяем сначала 1 и 2 контакты, затем 2 и 4. На измерительном приборе не должно ничего отражаться. При контакте пальцев с тачскрином устройство отследит некоторое сопротивление с учетом места давления.

Как перезагрузить

Процедура перезагрузки Touch Screen описывается в руководстве к прибору. Она отличаются по бренду и модели гаджета. Обычно команда перезагрузки обозначается как Reset.

Почему не работает тачскрин и что делать

Отсутствие реакции Touch Screen на касание пальца может свидетельствовать о различных поломках прибора. Среди иных признаков выхода тачскрина из строя:

• частичное реагирование на нажатие;
• искажение восприятия;
• нехарактерные элементы на экране.

При выявлении названных и иных неполадок требуется обратиться в сервисный центр для профессиональной диагностики и ремонта оборудования.

Как откалибровать тачскрин

Калибровка позволяет устранить неполадки в работе гаджета и вернуть его к необходимым настройкам. Вернуть сенсор в рабочее состояние можно двумя способами:

• встроенными средствами операционной системы. Пользователь заходит в настройки прибора и выбирает опцию «Калибровка»;
• сторонним софтом.

После калибровки цифровое устройство выполнит корректировку тачскрина.

Тачскрин работает зеркально как исправить

На устройстве под управлением операционной системы Windows 10 необходимо провести перенастройку дисплея сенсорного типа. В этом случае специалисты рекомендуют выполнить калибровку тачскрина девайса согласно инструкциям производителя.

Чем отличаются тачскрины

Тачскрин представляет собой прибор для ввода данных. Он включает многослойную пленку со слоем резистивного материала на поверхности. Узнаем, чем они отличаются от других элементов современных гаджетов.

Тачскрин от дисплея

Тачскрин и дисплей обладают неодинаковыми функциями. Дисплей необходим для демонстрации изображения и информации. Тачскрин — это сенсорное стекло, которое используют для ввода сведений. Обеспечивает реакцию аппарата на манипуляции пользователя.

Производители поддерживают тенденцию по совмещению этих опций. Создается единый монолитный узел, который будет решать все текущие задачи в минимальные сроки. Подобные технологии помогают повысить эксплуатационные характеристики. При этом увеличиваются расходы в случае ремонта гаджета.

Дисплей от тачскрина на смартфоне

Дисплеем называется часть устройства, необходимая для показа иконок и картинок. Такой компонент как тачскрин срабатывает на касание по поверхности, обеспечивая ввод сведений. Он служит в роли альтернативы клавиатуры на компьютерной технике.

Тачскрин и сенсор

Тачскрин и сенсор — это синонимы. Сенсорное стекло располагается в приборах над дисплеем. Оно устанавливается в гаджеты для ввода данных и управления системой.

Как разблокировать тачскрин

Для снятия блокировки потребуется ввести на панели задач диспетчер устройств. Выбираем стрелку у позиции Устройства HID. Останавливаемся на HID-совместимых сенсорных экранах. В верхней части окошка нажимаем на опцию Действие. Далее Включить устройство и Подтвердить операцию.

Как отключить тачскрин

Для отключения экрана с опцией тачскрин, необходимо пользоваться руководством по эксплуатации к устройству. Производитель дает детальные инструкции, как действовать для деактивации прибора. Они отличаются по марке и модификации гаджета.

В Windows 10

Если на устройстве установлена Windows 10, необходимо действовать по следующему алгоритму:

• выбираем на диспетчер устройств на панели задач;
• переходим на Устройства HID;
• нажимаем на HID-совместимый сенсорный экран;
• на вкладке Действие нажимаем Отключить.

На моноблоке

Для деактивации экрана выбираем Панель управления, Просмотр по категориям, Перо и сенсорный ввод. Останавливаемся на опции Касание. Убираем галку с позицией Использовать палец как устройства ввода.

На ноутбуке HP

Выключить тачскрин на ноутбуках HP можно, если два раза нажать на верхней части панели в левом секторе. Там обычно располагают область в форме впадины.

Альтернативный вариант предполагает открытие панели управления, опции Просмотр, выбор иконки Мышь. На вкладке Параметры устройства отключают сенсор.

На ноутбуке Asus

Чтобы выключить touch screen на ноутбуке Asus, нужно нажать на клавиатуре FN+F7 (иногда F9). Сочетание выбирают с учетом модели цифровой техники. За деактивацию отвечает клавиша, на которой изображена перечеркнутая сенсорная панель.

Цены на тачскрины

Компания Plasmaonline предлагает следующие цены на тачскрины в аренду:

• интерактивный сенсорный киоск 43″ (109 см) — от 20 000 рублей за 1 день;
• 22″ ViewSonic VX2258wm — от 4 500 рублей за 1 день;
• IIYAMA ProLite 27″ T2735MSC-B2- PCAP (емкостной) — от 6 500 рублей за 1 день;
• IIYAMA ProLite 42″ TH4264MIS-B2AG — от 12 000 рублей за 1 день;
• IIYAMA ProLite 43″ TF4338MSC-B1AG (емкостной) — от 14 000 рублей за 1 день;
• 4K IIYAMA ProLite TF5538UHSC-B1AG (емкостной) — от 25 000 рублей за 1 день.

Смартфон изнутри: Тачскрин — как он работает?

В прежних обзорах мы уже рассказывали вам о матрице и объективе камеры смартфона, о других ее технологиях, позволяющих делать фотографии лучше, а также начали «препарировать» дисплей, чтобы каждый любознательный читатель мог узнать, как они устроены.

Но понимание работы экрана смартфона будет неполным без разбора принципов функционирования его главного слоя, с которым мы, собственно говоря, и контактируем по несколько сотен раз в день – тачскрин.

Содержание:

1. Разновидности тачскрина
2. Емкостный тип сенсорного экрана
3. Устройство проекционно-емкостного сенсорного экрана
4. Особенности проекционно-емкостного сенсорного экрана
5. Сильные стороны проекционно-емкостного сенсорного экрана
6. Незаметная и незаменимая технология

Разновидности тачскрина

На заре появления сенсорного экрана в смартфонах, около десяти лет назад, эта технология еще только начинала свое активное развитие (как и сами смартфоны) и существенно отличалась от уже знакомой нам, сегодня. Сила нажатия на экран должна была быть больше, точность была ниже, а о мультитаче речи вообще не шло; но были и плюсы – нажимать на экран можно было чем угодно, хоть веткой, оторванной с дерева, вместо стилуса. Этот тип экрана назывался резистивным и мог распознать лишь одно нажатие на его поверхность.

В то время это был значительный прорыв и даже такого типа экраны очень впечатляли тогдашних владельцев смартфонов. Возможность прямо на экране ткнуть пальцем и выбрать какое-то действие приравнивалось к сюжету фантастического фильма, с ультрасовременной техникой «из будущего». Сегодня же с таким функционалом большинство пользователей, скорее всего, просто разобьют телефон об стену, потому как современные приложения уже даже не проектируются с учетом одного нажатия. И как только речь заходит об увеличении любой фотографии, особенно там, где двойной клик играет совсем другую роль, вы сталкиваетесь с проблемой – взять хотя бы Instangam.

Однако, тачскрин стремительно развивался и даже резистивный экран научился понимать несколько нажатий, появились разновидности сенсорных панелей, с которыми экспериментировали производители. Таким образом, каждый привнес что-то полезное в процесс улучшения сенсорной поверхности и сегодня мы можем видеть совершенно новый, чувствительный, надежный и поддерживающий множество касаний экран.

Емкостный тип сенсорного экрана

Изобретя емкостный экран, которым сейчас снабжается абсолютное большинство смартфонов, человечество получило непревзойденный инструмент управления. И, хотя, сегодня им никого не удивишь, а главное, многие даже не задумываются как он работает, его принцип функционирования достаточно интересен.

Можно выделить два типа емкостных сенсорных экранов – первый называется поверхностно-емкостным, а второй, наиболее качественный и точный – проекционно-емкостным типом. Именно таким, последним, экраном оборудованы все современные смартфоны, включая iPhone, флагманы Samsung, Huawei и многих других брендов. Именно об этом типе сенсорного экрана мы и хотели рассказать.

Устройство проекционно-емкостного сенсорного экрана

Как вы уже помните из нашего прошлого обзора, экран состоит из многослойной LCD матрицы с подсветкой или OLED-матрицы, которая работает сама по себе и ей не нужен никакой дополнительный сенсорный экран. Но, если мы хотим на него нажимать, а не просто смотреть, как на телевизор, нам необходим еще один слой, на котором будет размещаться множество токопроводящих электродов. Это и будет сенсорный экран, или тачскрин.

Принцип устройства проекционно-емкостного сенсорного экрана намного проще чем любой матрицы дисплея – в нем находится всего два слоя электродов, разделенных между собой изолирующим слоем. На нижний слой электродов подается отрицательный заряд, чем создается так называемый катод, а верхний слой, как вы догадались, является электродом, подсоединенным к положительному полюсу батареи и называется анодом.

Эти слои постоянно создают электрическое поле между собой и при поднесении к экрану токопроводящего материала или, например, пальца, некоторые частицы начинают попадать на этот предмет (или палец), образуя «емкость» (конденсатор) и специальная электроника фиксирует это «отклонение от нормы».

Всего, таких электродов на экране может быть до 80 вертикально и до 40 горизонтально. Они создают сеть из 3200 чувствительных к нажатию пересечений, которые регистрируют малейшее движение пальца или другого токопроводящего предмета.

Обновление состояния каждого электрода происходит построчно и очень быстро, в секунду регистрируются сотни обновлений каждой строки. И если в каком-то из их пересечений происходит утечка на «постороннюю емкость», то эти координаты сразу же передаются на обрабатывающих значения контроллер.

Обрабатывающая сигнал электроника регистрирует сигнал в множестве пересечений, потому как при нажатии пальцем маленькой кнопочки мы затрагиваем десятки таких электродов. Но, даже с учетом этого факта, получаемая с сенсорного экрана информация обрабатывается специальными алгоритмами и правильно понимает, что центр нажатия приходится именно на определенный параметр или «крестик» закрытия очередной назойливой рекламы.

Таким образом, многократно и беспрерывно построчно сканируя весь экран на предмет утечки электрического поля тачскрин может определять до десяти нажатий, с точным распознаванием точки, куда вы хотите попасть и траектории движения. Однако, существуют и другие особенности таких емкостных экранов, которые не всегда нравятся.

Особенности проекционно-емкостного сенсорного экрана

Как мы уже говорили, использование резистивных экранов, несмотря на их большое количество минусов, упрощалось возможностью нажатия любым предметом, чего нельзя сказать о современных емкостных тачскринах. Для того, чтобы экран зарегистрировал нажатие, предмет должен пропускать (забирать на себя) электрический заряд. Для этого подходят специальные стилусы или пальцы.

Пропускать ток через матерчатые, кожаные или вязанные перчатки, или варежки такой экран не будет, что является большим минусом в зимнее время. Также емкостный экран будет очень плохо реагировать на нажатия при высокой влажности и попадании капель на экран – капли тоже проводят ток и нажатия пальца не будут точно зарегистрированы. Тем более проблемой будет использование такого экрана под водой, несмотря на поддержку многими производителями защиты корпуса от влаги, выдерживающее недолгое погружение на малую глубину.

Еще одним минусом, проявляющимся во всех LCD-экранах, является поглощение до 10 % света сенсорным экраном, потому как его прозрачность составляет лишь 90%. Поэтому, создавая такие экраны всем производителям стоит учитывать этот фактор при расчете яркости подсветки или же постоянно усовершенствовать технологии, чтобы снижать светопоглощение каждого слоя.

Сильные стороны проекционно-емкостного сенсорного экрана

Однако, большинство этих недостатков возможно откорректировать при помощи программного кода. Можно «научить» экран правильно распознавать нажатия мокрыми руками, регистрировать прикосновения в перчатках со специальным токопроводящим напылением. Все это устраняет целый ряд проблем и основных минусов этого типа тачскрина, что оставляет нас наедине с его неоспоримыми плюсами.

Электрическое поле, создаваемое электродами в экране, выходит далеко за его пределы и может реагировать на прикосновение пальца даже если накрыть экран стеклом до 18 мм. Это отлично помогает защитить тонкий слой от повреждений, что применяется в банкоматах и различных уличных терминалах.

Кроме того, ресурс работы такого экрана, теоретически, бесконечен – в нем нет частей, которые изнашиваются и если его не переломать пополам, то он может работать очень-очень долго. В любом случае переживать за его поломку не стоит, потому как даже самый надежный компонент смартфона выйдет из строя раньше, чем сенсорный слой экрана. Это очень радует, потому как одной потенциальной поломкой будет меньше.

Что же касается светопропускания, то в матрицах OLED или AMOLED такой проблемы нет, так как производители придумали способ интегрировать слой электродов прямо на матрицу, между субпикселями.

Незаметная и незаменимая технология

В современном мире, который буквально завалил нас технологиями «будущего», мы очень часто не замечаем простых и важных для каждого мелочей. Такие эффектные открытия как Интернет, связывающий всех и каждого между собой, летающие мотоциклы, самоуправляемые автомобили и продолжающееся покорение космоса, безусловно, затмевают своей важностью почти все, что мы знаем об электронике. Но теперь, как минимум, каждый раз пользуясь смартфоном вы будете осознавать, что вы вмешиваетесь в стабильное электрическое поле тачскрина, дотрагиваясь до экрана, и тем самым заставляете десятки электродов трудиться на ваши нужды .

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .