Dotyková obrazovka - Touchscreen

Spuštění aplikace na smartphonu dotykem prstu na ikoně aplikace zobrazené na dotykové obrazovce (video)

Dotykový displej nebo dotyková obrazovka je montáž jak vstupní ( ‚dotykového panelu‘) a výstupem ( ‚zobrazení‘) zařízení. Dotykový panel je obvykle vrstvený na horní straně elektronického vizuálního displeje systému zpracování informací . Displej je často LCD AMOLED nebo OLED, zatímco systém je obvykle notebook, tablet nebo smartphone. Uživatel může zadávat nebo ovládat systém zpracování informací pomocí jednoduchých nebo vícedotykových gest dotykem obrazovky speciálním stylusem nebo jedním nebo více prsty. Některé dotykové obrazovky používají k práci běžné nebo speciálně potažené rukavice, zatímco jiné mohou fungovat pouze se speciálním stylusem nebo perem. Uživatel může pomocí dotykové obrazovky reagovat na to, co se zobrazuje, a pokud to software umožňuje, ovládat, jak se to zobrazuje; například zvětšením zvětšíte velikost textu.

Dotyková obrazovka umožňuje uživateli přímo komunikovat s tím, co je zobrazeno, a nikoli pomocí myši , touchpadu nebo jiných podobných zařízení (kromě stylusu, který je u většiny moderních dotykových obrazovek volitelný).

Dotykové obrazovky jsou běžné v zařízeních, jako jsou herní konzole , osobní počítače , elektronické hlasovací přístroje a systémy prodejních míst (POS). Mohou být také připojeny k počítačům nebo jako terminály k sítím. Hrají významnou roli při navrhování digitálních zařízení, jako jsou osobní digitální asistenti (PDA) a některé elektronické čtečky . Dotykové obrazovky jsou také důležité ve vzdělávacích zařízeních, jako jsou učebny nebo univerzitní kampusy.

Popularita chytrých telefonů, tabletů a mnoha typů informačních zařízení řídí poptávku a přijetí běžných dotykových obrazovek pro přenosnou a funkční elektroniku. Dotykové obrazovky se nacházejí v lékařské oblasti, těžkém průmyslu , bankomatech (ATM) a kioskech, jako jsou muzejní displeje nebo automatizace místností , kde systémy klávesnice a myši neumožňují vhodně intuitivní, rychlou nebo přesnou interakci uživatele s obsah displeje.

Historicky byl senzor dotykové obrazovky a doprovodný firmware na základě řadiče k dispozici široké řadě systémových integrátorů po uvedení na trh , nikoli výrobcům displejů, čipů nebo základních desek . Výrobci displejů a výrobci čipů uznali trend přijímání dotykových obrazovek jako součásti uživatelského rozhraní a začali integrovat dotykové obrazovky do základního designu svých produktů.

Inteligentní termostat Ecobee s dotykovým displejem

Dějiny

Prototyp xy vzájemné kapacitní dotykové obrazovky (vlevo) vyvinutý v CERN v roce 1977 Frankem Beckem , britským elektronickým inženýrem, pro velín akcelerátoru CERN SPS ( Super Proton Synchrotron ). Jednalo se o další vývoj samokapacitní obrazovky (vpravo), kterou také vyvinul Stumpe v CERN v roce 1972.

Eric Johnson z Royal Radar Establishment se sídlem v Malvernu v Anglii popsal svou práci na kapacitních dotykových obrazovkách v krátkém článku publikovaném v roce 1965 a poté podrobněji - s fotografiemi a diagramy - v článku publikovaném v roce 1967. Aplikace dotykové technologie pro řízení letového provozu byl popsán v článku publikovaném v roce 1968. Frank Beck a Bent Stumpe , inženýři z CERN (Evropská organizace pro jaderný výzkum), vyvinuli na začátku 70. let minulého století transparentní dotykovou obrazovku na základě Stumpeho práce v televizní továrně na počátku 60. léta 20. století. Poté jej vyrobila společnost CERN a krátce poté jej použili průmysloví partneři v roce 1973. V polovině šedesátých let vyvinul tým kolem Rainera Mallebreina  [ de ] v Telefunken Konstanz pro systém řízení letového provozu další předchůdce dotykových obrazovek, polohovací zařízení založené na ultrazvukové cloně před displejem terminálu . V roce 1970 se z toho vyvinulo zařízení s názvem „Touchinput- Einrichtung “ („dotykové vstupní zařízení“) pro terminál SIG 50 využívající vodivě potaženou skleněnou obrazovku před displejem. To bylo patentováno v roce 1971 a patent byl udělen o několik let později. Stejný tým už vynalezl a prodával Rollkugel myši RKS 100-86 pro SIG 100-86 o pár let dříve.

V roce 1977 začala americká společnost Elographics - ve spolupráci se společností Siemens - pracovat na vývoji transparentní implementace stávající neprůhledné technologie touchpadu, US patent č. 3  911 215, 7. října 1975, kterou vyvinul zakladatel společnosti Elographics George Samuel Hurst . Výsledná dotyková obrazovka s odporovou technologií byla poprvé představena v roce 1982. Tato společnost, nyní nazývaná Elo Touch Solutions, nadále funguje jako přední poskytovatel interaktivních zařízení pro podnikové aplikace.

V roce 1972 podala skupina na Illinoiské univerzitě patent na optický dotykový displej, který se stal standardní součástí studentského terminálu Magnavox Plato IV a byly za tímto účelem postaveny tisíce. Tyto dotykové obrazovky měly kříženou řadu 16 × 16 infračervených snímačů polohy, z nichž každý se skládal z LED na jednom okraji obrazovky a sladěného fototranzistoru na druhém okraji, všechny namontované před monochromatickým plazmovým zobrazovacím panelem. Toto uspořádání cítilo jakýkoli neprůhledný předmět velikosti prstu v těsné blízkosti obrazovky. Podobný dotykový displej byl použit na HP-150 od roku 1983. HP 150 byl jedním z prvních komerčních dotykových počítačů na světě. Společnost HP namontovala své infračervené vysílače a přijímače kolem rámečku 9palcové katodové trubice Sony (CRT).

V roce 1984 společnost Fujitsu vydala dotykovou podložku pro Micro 16, aby se přizpůsobila složitosti znaků kanji , které byly uloženy jako kachlová grafika. V roce 1985 vydala Sega Terebi Oekaki, také známou jako Sega Graphic Board, pro herní konzoli SG-1000 a domácí počítač SC-3000 . Skládalo se z plastového pera a plastové desky s průhledným oknem, kde jsou detekovány lisy pera. Používal se především s kreslící softwarovou aplikací. V roce 1986 byl pro počítač Sega AI vydán grafický dotykový tablet.

Dotykové ovládací a zobrazovací jednotky (CDU) byly hodnoceny pro letové paluby komerčních letadel na začátku 80. let. Počáteční výzkum ukázal, že dotykové rozhraní by snížilo pracovní zátěž pilota, protože posádka by pak mohla vybírat body na trase, funkce a akce, místo aby „psala hlava“, psala na klávesnici zeměpisné šířky, délky a kódy bodů. Účinná integrace této technologie byla zaměřena na pomoc letovým posádkám udržovat vysokou úroveň situačního povědomí o všech hlavních aspektech provozu vozidla, včetně dráhy letu, fungování různých systémů letadel a mezilidských interakcí mezi lidmi.

Na začátku 80. let společnost General Motors pověřila divizi Delco Electronics projektem zaměřeným na nahrazení nepodstatných funkcí automobilu (tj. Jiných než plyn , převodovka , brzdění a řízení ) z mechanických nebo elektromechanických systémů alternativami v pevné fázi, kdykoli to bylo možné. . Hotové zařízení bylo přezdíváno ECC pro „Electronic Control Center“, digitální počítačový a softwarový řídicí systém připojený k různým periferním senzorům , servům , solenoidům , anténě a monochromatické dotykové obrazovce CRT, která fungovala jak jako displej, tak jako jediný způsob vstupu. ECC nahradilo tradiční mechanické stereo , ventilátory, topení a ovládání klimatizace a displeje a bylo schopno poskytovat velmi podrobné a konkrétní informace o kumulativním a aktuálním provozním stavu vozidla v reálném čase . ECC bylo standardním vybavením Buick Riviera 1985–1989 a později Buick Reatta 1988–1989 , ale u spotřebitelů bylo neoblíbené - částečně kvůli technofobii některých tradičních zákazníků Buick , ale většinou kvůli nákladným technickým problémům s dotykovým displejem ECC což by znemožnilo ovládání klimatizace nebo stereo provoz.

Technologie vícedotykového ovládání začala v roce 1982, kdy skupina pro výzkum vstupu Univerzity v Torontu vyvinula první vícedotykový systém pro lidské zadávání pomocí panelu z matného skla s kamerou umístěnou za sklem. V roce 1985 skupina University of Toronto, včetně Billa Buxtona, vyvinula multidotykový tablet, který místo objemných kamerových systémů optického snímání využíval kapacitu (viz Historie vícedotykových ).

První komerčně dostupný grafický software v místě prodeje (POS) byl předveden na 16bitovém barevném počítači Atari 520ST . Představovalo barevné dotykové rozhraní ovládané widgety. Software ViewTouch POS poprvé ukázal jeho vývojář Gene Mosher na demonstrační ploše Atari Computer na výstavě Fall COMDEX v roce 1986.

V roce 1987 společnost Casio uvedla na trh kapesní počítač Casio PB-1000 s dotykovým displejem sestávajícím z matice 4 × 4, což mělo za následek 16 dotykových oblastí na jeho malé grafické obrazovce LCD.

Dotykové obrazovky měly až do roku 1988 špatnou pověst nepřesnosti. Většina knih uživatelského rozhraní uváděla, že výběr dotykové obrazovky byl omezen na cíle větší než průměrný prst. V té době byly výběry prováděny tak, že cíl byl vybrán, jakmile na něj prst přišel, a příslušná akce byla provedena okamžitě. Chyby byly běžné v důsledku paralaxy nebo problémů s kalibrací, což vedlo k frustraci uživatelů. „Lift-off strategy“ představili vědci z University of Maryland Human-Computer Interaction Lab (HCIL). Když se uživatelé dotýkají obrazovky, je poskytována zpětná vazba ohledně toho, co bude vybráno: uživatelé mohou upravit polohu prstu a akce se uskuteční pouze tehdy, když prst zvednete z obrazovky. To umožnilo výběr malých cílů až na jeden pixel na obrazovce VGA ( 640 × 480 Video Graphics Array ) (standard té doby).

Sears a kol. (1990) poskytl přehled tehdejšího akademického výzkumu jednodotykových a vícedotykových interakcí člověk-počítač , popisující gesta, jako jsou otočné knoflíky, nastavování posuvníků a přetahování obrazovky pro aktivaci přepínače (nebo gesto ve tvaru písmene U pro přepnout spínač). Tým HCIL vyvinul a studoval malé dotykové klávesnice (včetně studie, která ukázala, že uživatelé mohou na dotykové klávesnici psát rychlostí 25 wpm ), což jim pomohlo s představením na mobilních zařízeních. Navrhli a implementovali také vícedotyková gesta, jako je výběr rozsahu čáry, spojování objektů a gesto „klepnutí a kliknutí“ pro výběr při zachování polohy jiným prstem.

V roce 1990 HCIL předvedl posuvník dotykové obrazovky, který byl později citován jako dosavadní stav techniky v patentových sporech na uzamčené obrazovce mezi Apple a dalšími dodavateli dotykových displejů mobilních telefonů (ve vztahu k patentu USA 7 657 849 ).

V letech 1991–1992 prototyp PDA Sun Star7 implementoval dotykovou obrazovku se setrvačným posouváním . V roce 1993 vydala společnost IBM první dotykový telefon IBM Simon .

Počáteční pokus o ruční herní konzoli s ovládáním na dotykové obrazovce byl zamýšleným nástupcem Game Gear společnosti Sega , ačkoli zařízení bylo nakonec odloženo a nikdy nebylo vydáno kvůli nákladným nákladům na technologii dotykové obrazovky na počátku devadesátých let.

První mobilní telefon s kapacitní dotykovou obrazovkou byl LG Prada vydaný v květnu 2007 (což bylo před prvním iPhone ).

Dotykové obrazovky by nebyly populárně používány pro videohry až do vydání Nintendo DS v roce 2004. Až do nedávné doby většina dotykových obrazovek pro spotřebitele cítila najednou pouze jeden bod kontaktu a jen málokdo měl schopnost cítit, jak tvrdě se dotýká. To se změnilo s komercializací vícedotykové technologie a vydáním Apple Watch s displejem citlivým na sílu v dubnu 2015.

V roce 2007 bylo 93% dodaných dotykových obrazovek odporových a pouze 4% byla projektovaná kapacita. V roce 2013 byly 3% dodaných dotykových obrazovek odporové a 90% byla projektovaná kapacita.

Technologie

Existuje celá řada technologií dotykové obrazovky s různými způsoby snímání dotyku.

Odporový

Odporový dotykový panel se skládá z několika tenkých vrstev, z nichž nejvýznamnější jsou dvě průhledné elektricky odporové vrstvy proti sobě s úzkou mezeru mezi. Horní vrstva (dotyková) má na spodní straně povlak; těsně pod ním je na povrchu substrátu podobná odporová vrstva. Jedna vrstva má vodivé spojení po stranách, druhá podél horní a dolní části. Na jednu vrstvu je přiváděno napětí a druhou snímá. Když předmět, například špička prstu nebo hrot doteku, přitlačí na vnější povrch, obě vrstvy se dotknou, aby se v daném bodě spojily. Panel se pak chová jako dvojice děličů napětí , vždy jedna osa. Rychlým přepínáním mezi jednotlivými vrstvami lze zjistit polohu tlaku na obrazovce.

Odporový dotek se používá v restauracích, továrnách a nemocnicích díky vysoké toleranci vůči kapalinám a nečistotám. Hlavní výhodou odporové dotykové technologie jsou její nízké náklady. Navíc, protože je nutný pouze dostatečný tlak k tomu, aby byl dotek cítit, mohou být použity v rukavicích nebo pomocí něčeho tuhého jako náhražky prstu. Mezi nevýhody patří nutnost přitlačit dolů a riziko poškození ostrými předměty. Odporové dotykové obrazovky také trpí horším kontrastem, protože mají další odrazy (tj. Odlesky) od vrstev materiálu umístěných na obrazovce. Toto je typ dotykové obrazovky, kterou používalo Nintendo v rodině DS , 3DS a Wii U GamePad .

Povrchová akustická vlna

Technologie povrchových akustických vln (SAW) využívá ultrazvukové vlny, které procházejí panelem dotykové obrazovky. Když se dotknete panelu, část vlny je absorbována. Změnu v ultrazvukových vlnách zpracovává ovladač k určení polohy dotykové události. Panely dotykové obrazovky povrchových akustických vln mohou být poškozeny vnějšími prvky. Nečistoty na povrchu mohou také narušovat funkčnost dotykové obrazovky.

Zařízení SAW mají širokou škálu aplikací, včetně zpožďovacích linek , filtrů, korektorů a převodníků DC na DC .

Kapacitní

Kapacitní dotyková obrazovka mobilního telefonu
Hodinky Casio TC500 s kapacitním dotykovým senzorem z roku 1983 se šikmým světlem odhalujícím podložky dotykového senzoru a stopy vyryté na horním povrchu hodinek.

Kapacitní dotykový panel se skládá z izolátoru , jako je sklo , potaženého průhledným vodičem , jako je oxid indium -cínový (ITO). Protože lidské tělo je také elektrický vodič, dotýkání se povrchu obrazovky má za následek zkreslení elektrostatického pole obrazovky , měřitelné jako změna kapacity . K určení polohy dotyku mohou být použity různé technologie. Místo je poté odesláno ke zpracování správci. Existují dotykové obrazovky, které místo ITO používají stříbro, protože ITO způsobuje několik environmentálních problémů v důsledku použití india. Řadič je typicky komplementární čip s integrovaným obvodem (ASIC) specifický pro aplikační specifický kovový oxid-polovodič (CMOS) , který zase obvykle odesílá signály ke zpracování digitálnímu signálovému procesoru (DSP) CMOS pro zpracování.

Na rozdíl od odporové dotykové obrazovky nelze některé kapacitní dotykové obrazovky použít k detekci prstu přes elektricky izolační materiál, jako jsou rukavice. Tato nevýhoda ovlivňuje zejména použitelnost ve spotřební elektronice, jako jsou dotykové tablety a kapacitní smartphony v chladném počasí, kdy mohou mít lidé rukavice. Lze to překonat speciálním kapacitním stylusem nebo speciální aplikační rukavicí s vyšívanou záplatou z vodivého vlákna, která umožňuje elektrický kontakt s prstem uživatele.

Nízkokvalitní spínaný napájecí zdroj s příslušně nestabilním a rušivým napětím může dočasně narušit přesnost, přesnost a citlivost kapacitních dotykových obrazovek.

Někteří výrobci kapacitních displejů nadále vyvíjejí tenčí a přesnější dotykové obrazovky. Ty pro mobilní zařízení se nyní vyrábějí s technologií „in-cell“, například na obrazovkách Samsung Super AMOLED , která eliminuje vrstvu zabudováním kondenzátorů uvnitř samotného displeje. Tento typ dotykové obrazovky zmenšuje viditelnou vzdálenost mezi prstem uživatele a tím, čeho se uživatel na obrazovce dotýká, čímž se zmenšuje tloušťka a hmotnost displeje, což je u chytrých telefonů žádoucí .

Jednoduchý kondenzátor s paralelní deskou má dva vodiče oddělené dielektrickou vrstvou. Většina energie v tomto systému je soustředěna přímo mezi deskami. Část energie se rozlije do oblasti mimo desky a linie elektrického pole související s tímto efektem se nazývají okrajová pole. Součástí výzvy výroby praktického kapacitního senzoru je navrhnout sadu stop tištěných obvodů, které nasměrují pole s okrajem do aktivní snímací oblasti přístupné uživateli. Kondenzátor s paralelní deskou není pro takový vzor snímače dobrou volbou. Umístěním prstu poblíž okrajových elektrických polí se kapacitní soustavě zvětší vodivá plocha. Další paměťová kapacita přidaná prstem je známá jako kapacitní kapacita prstu nebo CF. Kapacitní odpor snímače bez prstu je znám jako parazitní kapacita nebo CP.

Povrchová kapacita

V této základní technologii je pouze jedna strana izolátoru potažena vodivou vrstvou. Na vrstvu je aplikováno malé napětí, což má za následek rovnoměrné elektrostatické pole. Když se vodič, například lidský prst, dotkne nepotaženého povrchu, dynamicky se vytvoří kondenzátor. Ovladač senzoru může určit polohu dotyku nepřímo ze změny kapacity měřené ze čtyř rohů panelu. Jelikož neobsahuje žádné pohyblivé části, je středně odolný, ale má omezené rozlišení, je náchylný k falešným signálům z parazitní kapacitní spojky a během výroby potřebuje kalibraci . Proto se nejčastěji používá v jednoduchých aplikacích, jako jsou průmyslové ovládací prvky a kiosky .

Ačkoli jsou některé standardní metody detekce kapacity projektivní, v tom smyslu, že je lze použít k detekci prstu přes nevodivý povrch, jsou velmi citlivé na kolísání teploty, které rozpíná nebo smršťuje snímací desky, což způsobuje kolísání kapacity těchto desek. Tyto výkyvy mají za následek mnoho šumu na pozadí, takže pro přesnou detekci je nutný silný signál prstu. To omezuje aplikace na ty, kde se prst přímo dotýká snímacího prvku nebo je snímán relativně tenkým nevodivým povrchem.

Projektovaná kapacita

Zadní strana Multitouch Globe, založená na technologii projektovaného kapacitního dotyku (PCT)
Dotyková obrazovka s projektovanou kapacitou 8 x 8 vyrobená pomocí měděného drátu potaženého izolací 25 mikronů vloženého do čiré polyesterové fólie.
Tento diagram ukazuje, jak osm vstupů na mřížkovou dotykovou obrazovku nebo klávesnici vytváří 28 jedinečných průsečíků, na rozdíl od 16 průsečíků vytvořených pomocí standardní x/y multiplexované dotykové obrazovky.
Schéma projektované kapacitní dotykové obrazovky

Projektovaná kapacitní dotyková technologie (PCT; také PCAP) je variantou kapacitní dotykové technologie, ale kde se citlivost na dotek, přesnost, rozlišení a rychlost dotyku výrazně zlepšily použitím jednoduché formy „umělé inteligence“. Toto inteligentní zpracování umožňuje promítání snímání prstů, přesně a spolehlivě, pomocí velmi silného skla a dokonce dvojitého zasklení.

Některé moderní dotykové obrazovky PCT se skládají z tisíců diskrétních kláves, ale většina dotykových obrazovek PCT je vyrobena z x/y matice řad a sloupců vodivého materiálu, vrstvených na skleněných tabulkách. To lze provést buď vyleptáním jedné vodivé vrstvy za vzniku mřížkového vzoru elektrod , vyleptáním dvou oddělených kolmých vrstev vodivého materiálu rovnoběžnými čarami nebo stopami za vzniku mřížky, nebo vytvořením jemné mřížky x/y, izolace potažené dráty v jedné vrstvě. Počet prstů, které lze detekovat současně, je určen počtem překřížených bodů (x * y). Počet přechodových bodů lze však téměř zdvojnásobit použitím diagonálního mřížkového uspořádání, kde místo x prvků, které vždy překračují y prvky, každý vodivý prvek překračuje každý druhý prvek.

Vodivá vrstva je často průhledná a je vyrobena z oxidu india a cínu (ITO), což je transparentní elektrický vodič. V některých provedeních napětí aplikované na tuto síť vytváří rovnoměrné elektrostatické pole, které lze měřit. Když se vodivý předmět, například prst, dostane do kontaktu s panelem PCT, zkreslí v daném místě místní elektrostatické pole. To je měřitelné jako změna kapacity. Pokud prst přemosťuje mezeru mezi dvěma „stopami“, nabíjecí pole je dále přerušeno a detekováno ovladačem. Kapacitu lze měnit a měřit v každém jednotlivém bodě mřížky. Tento systém je schopen přesně sledovat doteky.

Vzhledem k tomu, že horní vrstva PCT je sklo, je odolnější než levnější odporová dotyková technologie. Na rozdíl od tradiční kapacitní dotykové technologie může systém PCT snímat pasivní stylus nebo prst v rukavici. Vlhkost na povrchu panelu, vysoká vlhkost nebo nahromaděný prach však mohou narušit výkon. Tyto faktory prostředí však nejsou problémem dotykových obrazovek na bázi „jemných drátů“, protože dotykové obrazovky na bázi drátu mají mnohem nižší „parazitní“ kapacitu a mezi sousedními vodiči je větší vzdálenost.

Existují dva typy PCT: vzájemná kapacita a vlastní kapacita.

Vzájemná kapacita

Jedná se o běžný přístup PCT, který využívá skutečnosti, že většina vodivých předmětů je schopna udržet náboj, pokud jsou velmi blízko sebe. U vzájemných kapacitních senzorů je kondenzátor inherentně tvořen trasováním řádků a sloupců v každém průsečíku mřížky. Pole 16 × 14 by například mělo 224 nezávislých kondenzátorů. Na řádky nebo sloupce je přivedeno napětí. Přiblížením prstu nebo vodivého hrotu k povrchu senzoru se změní místní elektrostatické pole, což zase sníží vzájemnou kapacitu. Změnu kapacity v každém jednotlivém bodě mřížky lze měřit, aby se přesně určilo místo dotyku měřením napětí v druhé ose. Vzájemná kapacita umožňuje vícedotykové ovládání, kde lze přesně sledovat více prstů, dlaní nebo doteků současně.

Vlastní kapacita

Samokapacitní snímače mohou mít stejnou mřížku XY jako vzájemné kapacitní snímače, ale sloupce a řady fungují nezávisle. Při vlastní kapacitě je kapacitní zatížení prstu měřeno na každém sloupcovém nebo řadovém elektrodě měřičem proudu nebo změnou frekvence RC oscilátoru.

Prst může být detekován kdekoli po celé délce řady. Pokud je tento prst také detekován sloupcem, lze předpokládat, že poloha prstu je v průsečíku této dvojice řádků/sloupců. To umožňuje rychlou a přesnou detekci jednoho prstu, ale způsobuje určité nejasnosti, pokud má být detekován více než jeden prst. Dva prsty mohou mít čtyři možné polohy detekce, z nichž pouze dvě jsou pravdivé. Selektivní de-senzibilizací jakýchkoli dotykových bodů ve sporu jsou konfliktní výsledky snadno odstraněny. To umožňuje použití „vlastní kapacity“ pro vícedotykové ovládání.

Alternativně je možné vyhnout se nejednoznačnosti použitím signálu „de-senzibilizujícího“ na všechny sloupce kromě jednoho. Zůstane tak jen krátká část libovolné řady citlivá na dotek. Výběrem sekvence těchto částí podél řady je možné určit přesnou polohu více prstů podél této řady. Tento proces pak můžete opakovat pro všechny ostatní řádky, dokud nebude naskenována celá obrazovka.

Samokapacitní vrstvy dotykové obrazovky se používají v mobilních telefonech, jako jsou Sony Xperia Sola , Samsung Galaxy S4 , Galaxy Note 3 , Galaxy S5 a Galaxy Alpha .

Vlastní kapacita je mnohem citlivější než vzájemná kapacita a používá se hlavně pro jednoduché dotyky, jednoduchá gesta a snímání blízkosti, kdy se prst nemusí dotýkat ani skleněného povrchu. Vzájemná kapacita se používá hlavně pro vícedotykové aplikace. Mnoho výrobců dotykových obrazovek používá ve stejném produktu jak vlastní, tak vzájemnou kapacitní technologii, čímž spojuje své individuální výhody.

Použití stylusu na kapacitních obrazovkách

Kapacitní dotykové obrazovky nemusí být nutně ovládány prstem, ale až donedávna bylo možné požadované speciální doteky pořídit docela draho. Náklady na tuto technologii v posledních letech výrazně klesly a kapacitní doteky jsou nyní široce dostupné za nominální poplatek a často se rozdávají zdarma s mobilním příslušenstvím. Ty se skládají z elektricky vodivého dříku s měkkou vodivou gumovou špičkou, čímž odporově spojují prsty se špičkou doteku.

Infračervená mřížka

Infračervené senzory namontované kolem displeje sledují vstup uživatele na dotykové obrazovce na tomto terminálu PLATO V v roce 1981. Je znázorněna charakteristická oranžová záře monochromatického plazmového displeje.

An infračervené touchscreen použití řada XY infračervené LED a fotodetektoru páry kolem okrajů obrazovky pro detekci narušení struktury LED nosníků. Tyto paprsky LED se navzájem kříží ve svislých a vodorovných vzorech. To pomáhá senzorům zachytit přesné umístění dotyku. Hlavní výhodou takového systému je, že dokáže detekovat v podstatě jakýkoli neprůhledný předmět včetně prstu, prstu v rukavici, stylusu nebo pera. Obvykle se používá ve venkovních aplikacích a POS systémech, které se nemohou spoléhat na vodič (například bosý prst) pro aktivaci dotykové obrazovky. Na rozdíl od kapacitních dotykových obrazovek , infračervené dotykové obrazovky nevyžadují na skle žádné vzory, což zvyšuje odolnost a optickou čistotu celého systému. Infračervené dotykové obrazovky jsou citlivé na nečistoty a prach, které mohou interferovat s infračervenými paprsky, a trpí paralaxou na zakřivených plochách a náhodným stisknutím, když uživatel při hledání položky, kterou má být vybrán, vznáší prst nad obrazovkou.

Infračervená akrylová projekce

Průhledná akrylová fólie se používá jako projekční plátno pro zobrazení informací. Okraje akrylové fólie jsou osvětleny infračervenými LED diodami a infračervené kamery jsou zaostřeny na zadní stranu desky. Objekty umístěné na listu jsou detekovatelné kamerami. Když se uživatel dotkne listu, deformace má za následek únik infračerveného světla, které vrcholí v bodech maximálního tlaku, což indikuje místo dotyku uživatele. Tablety Microsoft PixelSense používají tuto technologii.

Optické zobrazování

Optické dotykové obrazovky jsou relativně moderním vývojem v technologii dotykových obrazovek, ve kterých jsou kolem okrajů (většinou rohů) obrazovky umístěny dva nebo více obrazových snímačů (například snímače CMOS ). Infračervené podsvícení je umístěno v zorném poli senzoru na opačné straně obrazovky. Dotek blokuje některá světla ze senzorů a lze vypočítat polohu a velikost dotykového objektu (viz vizuální trup ). Tato technologie je stále oblíbenější díky své škálovatelnosti, univerzálnosti a dostupnosti pro větší dotykové obrazovky.

Disperzní signální technologie

Tento systém, představený v roce 2002 společností 3M , detekuje dotek pomocí senzorů k měření piezoelektřiny ve skle. Složité algoritmy interpretují tyto informace a poskytují skutečné umístění dotyku. Tato technologie není ovlivněna prachem a jinými vnějšími prvky, včetně škrábanců. Protože na obrazovce nejsou potřeba další prvky, tvrdí se také, že poskytuje vynikající optickou čistotu. Ke generování dotykových událostí lze použít jakýkoli objekt, včetně prstů v rukavicích. Temnější stránkou je, že po počátečním dotyku systém nedokáže detekovat nehybný prst. Odpočívající objekty však ze stejného důvodu neruší rozpoznávání dotyků.

Rozpoznání akustického pulsu

Klíčem k této technologii je, že dotek v jakékoli poloze na povrchu generuje zvukovou vlnu v substrátu, která pak produkuje jedinečný kombinovaný signál měřený třemi nebo více malými měniči připojenými k okrajům dotykové obrazovky. Digitalizovaný signál je porovnáván se seznamem odpovídajícím každé poloze na povrchu, určující místo dotyku. Pohyblivý dotek je sledován rychlým opakováním tohoto procesu. Cizí a okolní zvuky jsou ignorovány, protože neodpovídají žádnému uloženému zvukovému profilu. Tato technologie se liší od ostatních technologií založených na zvuku tím, že používá spíše jednoduchou vyhledávací metodu než drahý hardware pro zpracování signálu. Stejně jako u systému technologie disperzního signálu nelze po počátečním dotyku detekovat nehybný prst. Ze stejného důvodu však rozeznávání dotyku neruší žádné odpočívající objekty. Technologie byla vytvořena společností SoundTouch Ltd na začátku roku 2000, jak je popsáno v patentové řadě EP1852772, a byla uvedena na trh divizí Elo společnosti Tyco International v roce 2006 jako Acoustic Pulse Recognition. Dotyková obrazovka používaná společností Elo je vyrobena z obyčejného skla, které poskytuje dobrou odolnost a optickou čistotu. Tato technologie si obvykle zachovává přesnost díky škrábancům a prachu na obrazovce. Tato technologie je také vhodná pro displeje, které jsou fyzicky větší.

Konstrukce

Existuje několik hlavních způsobů, jak vytvořit dotykovou obrazovku. Klíčovými cíli je rozpoznat jeden nebo více prstů dotýkajících se displeje, interpretovat příkaz, který to představuje, a sdělit příkaz příslušné aplikaci.

V odporovém přístupu, který býval nejoblíbenější technikou, existují typicky čtyři vrstvy:

  1. Vrchní vrstva potažená polyesterem s průhledným kovově vodivým povlakem na dně.
  2. Lepicí podložka
  3. Skleněná vrstva potažená průhledným kovově vodivým povlakem nahoře
  4. Lepicí vrstva na zadní straně skla pro montáž.

Když se uživatel dotkne povrchu, systém zaznamená změnu elektrického proudu, který protéká displejem.

Technologie disperzního signálu měří piezoelektrický efekt- napětí generované při působení mechanické síly na materiál-k němuž dochází chemicky při dotyku zesíleného skleněného substrátu.

Existují dva infračervené přístupy. V jednom řada senzorů detekuje dotyk prstu nebo téměř dotek displeje, čímž přeruší paprsky infračerveného světla promítané přes obrazovku. V druhé infračervené kamery umístěné zespodu zaznamenávají teplo z dotyků obrazovky.

V každém případě systém určí zamýšlený příkaz na základě ovládacích prvků zobrazených na obrazovce v daném čase a na místě dotyku.

Rozvoj

Vývoj vícedotykových obrazovek usnadnil sledování více než jednoho prstu na obrazovce; jsou tedy možné operace, které vyžadují více než jeden prst. Tato zařízení také umožňují interakci více uživatelů s dotykovou obrazovkou současně.

S rostoucím používáním dotykových obrazovek jsou náklady na technologii dotykové obrazovky běžně absorbovány do produktů, které ji obsahují, a jsou téměř eliminovány. Technologie dotykové obrazovky prokázala spolehlivost a nachází se v letadlech, automobilech, herních konzolách, řídicích systémech strojů, spotřebičích a ručních zobrazovacích zařízeních včetně mobilních telefonů; se předpokládalo, že trh s dotykovými displeji pro mobilní zařízení do roku 2009 vyprodukuje 5 miliard USD.

Schopnost přesně ukazovat na samotnou obrazovku také postupuje s nově vznikajícími hybridními grafickými displeji tabletu . Polyvinylidenfluorid (PVFD) hraje hlavní roli v této inovaci díky vysokým piezoelektrickým vlastnostem, které tabletu umožňují cítit tlak, takže věci jako digitální malba se chovají spíše jako papír a tužka.

TapSense, oznámený v říjnu 2011, umožňuje dotykovým obrazovkám rozlišit, jaká část ruky byla použita pro zadávání, jako například prst, klouby a nehty. Toho lze využít různými způsoby, například ke kopírování a vkládání, k psaní velkých písmen, k aktivaci různých režimů kreslení atd.

Skutečná praktická integrace mezi televizním obrazem a funkcemi běžného moderního počítače by mohla být v blízké budoucnosti novinkou: například „živé informace“ na internetu o filmu nebo hercích na videu, seznam dalších hudbu během normálního videoklipu k písni nebo zprávám o osobě.

Ergonomie a použití

Přesnost dotykové obrazovky

Aby dotykové obrazovky byly účinnými vstupními zařízeními, uživatelé musí být schopni přesně vybrat cíle a zabránit náhodnému výběru sousedních cílů. Návrh rozhraní dotykové obrazovky by měl odrážet technické možnosti systému, ergonomii , kognitivní psychologii a fyziologii člověka .

Pokyny pro návrhy dotykových obrazovek byly poprvé vyvinuty v devadesátých letech minulého století na základě raného výzkumu a skutečného používání starších systémů, obvykle využívajících infračervené mřížky - které byly velmi závislé na velikosti prstů uživatele. Tyto pokyny jsou méně relevantní pro většinu moderních zařízení, která používají kapacitní nebo odporovou dotykovou technologii.

Od poloviny dvacátých let minulého století výrobci operačních systémů pro smartphony vyhlašují standardy, které se však u různých výrobců liší a umožňují značné rozdíly ve velikosti na základě technologických změn, takže jsou z hlediska lidských faktorů nevhodné .

Mnohem důležitější je přesnost, kterou lidé mají při výběru cílů prstem nebo perem. Přesnost výběru uživatele se liší podle polohy na obrazovce: uživatelé jsou nejpřesnější ve středu, méně na levém a pravém okraji a nejméně přesní na horním a zejména dolním okraji. R95 přesnost (požadováno poloměr 95% cílové přesnost) se pohybuje od 7 mm (0,28 palce) ve středu na 12 mm (0,47 in) v dolních rozích. Uživatelé si to podvědomě uvědomují a věnují více času výběru cílů, které jsou menší nebo na okrajích či rozích dotykové obrazovky.

Tato nepřesnost uživatele je výsledkem paralaxy , zrakové ostrosti a rychlosti zpětné vazby mezi očima a prsty. Přesnost samotného lidského prstu je mnohem, mnohem vyšší než tato, takže když jsou k dispozici pomocné technologie-například lupy na obrazovce-uživatelé mohou pohybovat prstem (jakmile jsou v kontaktu s obrazovkou) s přesností až 0,1 mm ( 0,004 palce).

Poloha ruky, použitá číslice a přepínání

Uživatelé kapesních a přenosných zařízení s dotykovým displejem je drží různými způsoby a rutinně mění svůj způsob držení a výběru tak, aby vyhovoval poloze a typu vstupu. Existují čtyři základní typy ruční interakce:

  • Držte alespoň částečně oběma rukama a poklepávejte jedním palcem
  • Držení oběma rukama a klepání oběma palci
  • Držení jednou rukou, poklepávání prstem (nebo zřídka palcem) druhé ruky
  • Držte zařízení jednou rukou a poklepávejte palcem ze stejné ruky

Sazby za použití se velmi liší. Zatímco u mnoha obecných interakcí se s poklepáním dvěma palci setkáváme jen zřídka (1–3%), používá se u 41% interakce při psaní.

Kromě toho jsou zařízení často umístěna na povrchy (stoly nebo stoly) a tablety jsou používány zejména ve stojanech. Uživatel může v těchto případech ukazovat, vybírat nebo gestikulovat prstem nebo palcem a měnit použití těchto metod.

V kombinaci s haptikou

Dotykové obrazovky se často používají se systémy haptické odezvy. Běžným příkladem této technologie je vibrační zpětná vazba poskytovaná při klepnutí na tlačítko na dotykové obrazovce. Haptika se používá ke zlepšení uživatelské zkušenosti s dotykovými obrazovkami poskytováním simulované hmatové zpětné vazby a může být navržena tak, aby reagovala okamžitě, částečně proti latenci odezvy na obrazovce. Výzkum z University of Glasgow (Brewster, Chohan a Brown, 2007; a nověji Hogan) ukazuje, že uživatelé dotykové obrazovky snižují chyby zadávání (o 20%), zvyšují vstupní rychlost (o 20%) a snižují jejich kognitivní zátěž (o 40%), když jsou dotykové obrazovky kombinovány s hmatovou nebo hmatovou zpětnou vazbou. Studie provedená v roce 2013 Boston College navíc zkoumala účinky haptické stimulace dotykových obrazovek na spouštění psychologického vlastnictví produktu. Jejich výzkum dospěl k závěru, že schopnost dotykových obrazovek začlenit velké množství haptického zapojení vedla k tomu, že zákazníci cítili větší nadání pro produkty, které navrhovali nebo kupovali. Studie také uvedla, že spotřebitelé používající dotykovou obrazovku byli ochotni akceptovat vyšší cenu za položky, které kupovali.

Služby zákazníkům

Technologie dotykové obrazovky se v 21. století integrovala do mnoha aspektů odvětví služeb zákazníkům. Restaurační průmysl je dobrým příkladem implementace dotykové obrazovky do této domény. Řetězové restaurace, jako jsou Taco Bell, Panera Bread a McDonald's, nabízejí dotykové obrazovky jako volitelnou možnost, když si zákazníci objednávají položky mimo nabídku. Přestože je přidání dotykových obrazovek vývojem pro toto odvětví, zákazníci se mohou rozhodnout obejít dotykovou obrazovku a objednat si ji u tradiční pokladny. Aby to bylo ještě o krok dále, restaurace v Bangalore se pokusila zcela automatizovat proces objednávání. Zákazníci si sednou ke stolu s dotykovými obrazovkami a objednají si rozsáhlou nabídku. Jakmile je objednávka zadána, je odeslána elektronicky do kuchyně. Tyto typy dotykových obrazovek se hodí pod systémy prodejních míst (POS) uvedené v hlavní části.

„Gorilí rameno“

Rozšířené používání gestických rozhraní bez možnosti uživatele opřít paži se označuje jako „gorilí rameno“. Při běžném používání v pracovním prostředí může mít za následek únavu a dokonce i opakující se stresové zranění. Některá raná rozhraní založená na peru vyžadovala, aby operátor pracoval v této poloze po většinu pracovního dne. Umožnit uživateli opřít si ruku nebo paži o vstupní zařízení nebo rámeček kolem něj je řešení v mnoha kontextech. Tento jev je často uváděn jako příklad pohybů, které mají být minimalizovány správným ergonomickým designem.

Nepodporované dotykové obrazovky jsou v aplikacích, jako jsou bankomaty a datové kiosky, stále poměrně běžné , ale nepředstavují problém, protože typický uživatel se zabývá pouze krátkými a široce rozloženými obdobími.

Otisky prstů

Otisky prstů a šmouhy na dotykové obrazovce iPadu ( tabletu )

Dotykové obrazovky mohou trpět problémem s otisky prstů na displeji. To lze zmírnit použitím materiálů s optickými povlaky určenými ke snížení viditelných účinků olejů otisků prstů. Většina moderních smartphonů má oleofobní povlaky, které snižují množství zbytků oleje. Další možností je instalace matné ochranné fólie proti oslnění , která vytvoří mírně zdrsněný povrch, který nezachytí snadno šmouhy.

Dotek rukavice

Dotykové obrazovky nefungují většinu času, když uživatel nosí rukavice. Na tom hraje významnou roli tloušťka rukavice a materiál, ze kterého jsou vyrobeny, a schopnost dotykové obrazovky zachytit dotek.

Viz také

Reference

Prameny

externí odkazy