Сенсорный монитор, сенсорный экран – устройство ввода информации, представляющее собой экран, который реагирует на прикосновения к нему.
Рисунок 1. Сенсорный монитор
История
Сенсорный экран был изобретен в США во время исследований по программированному обучению.
В $1972$ г. компьютерная система $PLATO$ $IV$ уже имела сенсорный экран на сетке инфракрасных лучей, который состоял из $16х16$ блоков. Несмотря на такую низкую точность, пользователь мог выбирать ответ нажатием в нужное место экрана.
В $1983$ г. был выпущен ПК $HP-150$ с сенсорным экраном на инфракрасной сетке. В основном сенсорные экраны в то время применялись в промышленной и медицинской аппаратуре.
В такие устройства, как телефоны, КПК с жидкокристаллическими экранами, сенсорные экраны вошли в качестве замены маленькой клавиатуре.
Применение
Сегодня сенсорные экраны кроме карманных ПК, мобильных телефонов, используются в оборудовании для автоматизации торговли, в платёжных терминалах, информационных системах, игровых консолях и т.д.
При использовании сенсорных экранов в карманных устройствах они обладают следующими преимуществами: сочетание небольших размеров и большого экрана, простота интерфейса, возможность быстрого набора, расширение возможностей устройства. В то же время есть некоторые недостатки: достаточно высокий расход энергии, возможность повреждения экрана при сильном механическом воздействии.
Среди преимуществ использования сенсорных экранов в информационных и торговых автоматах, операторских устройствах и т.п., в которых нет активного ввода можно выделить повышенную надежность, защищенность от пыли и влаги и устойчивость к внешним воздействиям. Также под вопросом стоит гигиена использования сенсорных экранов. В то же время сенсорный экран в устройстве может быть не единственным средством ввода.
Принцип работы сенсорных экранов
Существуют разные типы сенсорных экранов, работающие на разных физических принципах.
На внутреннюю сторону проекционно-ёмкостного сенсорного экрана нанесена сетка электродов. Электроды с телом человека образуют конденсатор, ёмкость которого измеряет электроника (подаёт импульс тока и измеряет напряжение).
Рисунок 2. Принцип действия проекционно-ёмкостного сенсорного экрана
Такие экраны долговечны, с высокой прозрачностью (до 90%), широким температурным диапазоном. Для обеспечения вандалоустойчивости допустимо применение стекла толщиной до 18 мм. На загрязнения практически не реагируют.
Недостатком является сложная электроника, которая обрабатывает нажатия.
Широко применяются в персональной технике и в автоматах (и уличных тоже). Многие разновидности поддерживают мультитач. Поверхностно-акустические сенсорные экраны представляют собой стеклянную панель с пьезоэлектрическими преобразователями (ПЭП), которые находятся по углам, и отражающими и принимающими датчиками, которые находятся по краям панели.
Рисунок 3. Принцип работы поверхностно-акустического сенсорного экрана
Специальный контроллер формирует высокочастотный электрический сигнал и посылает его на преобразователи, которые преобразуют его в поверхностно-акустические волны, а отражающие датчики его соответственно отражают. Эти отражённые волны принимаются соответствующими датчиками и посылаются на преобразователи, которые их принимают и преобразовывают в электрический сигнал, который затем анализируется с помощью контроллера. При касании экрана пальцем часть энергии акустических волн поглощается. Приёмники фиксируют это изменение, а микроконтроллер вычисляет положение точки касания. Реагирует на касание предметом, способным поглотить волну (палец, рука в перчатке, пористая резина).
Преимуществом экрана является способность отслеживать силу нажатия, имеет высокую прозрачность, долговечен.
Применяются в игровых автоматах, в охраняемых справочных системах и образовательных учреждениях.
Недостатки заключаются в сбоях работы при наличии вибрации или при воздействии акустическими шумами, а также при загрязнении экрана. Любой посторонний предмет, который находится на экране, полностью блокирует его работу.
Сетка инфракрасных сенсорных экранов сформирована горизонтальными и вертикальными инфракрасными лучами и при касании к нему любым предметом прерывается. Задача контроллера – определить место, в котором луч был прерван.
Рисунок 4. Принцип работы инфракрасного сенсорного экрана
Недостатком использования инфракрасных сенсорных экранов является недопустимость загрязнений, поэтому экраны применяются там, где важно качество изображения (например, в электронных книгах). Тем не менее инфракрасные экраны поддаются простому ремонту. Используются в клавиатурах домофонов, в мобильных телефонах компании Neonode.
Стеклянная панель оптических сенсорных экранов снабжена инфракрасной подсветкой. Между стеклом и воздухом получается полное внутреннее отражение, между стеклом и посторонним предметом свет рассеивается. Чтобы заснять картину рассеивания существует два способа:
- в проекционных экранах рядом с проектором ставится камера;
- делают светочувствительным дополнительный четвёртый субпиксель жидкокристаллического экрана.
Существуют большие сенсорные поверхности для оптических экранов (например, размера классной доски).
Тензометрические сенсорные экраны используются в банкоматах, билетных автоматах и других устройствах, расположенных на улице. Такие экраны реагируют на деформацию экрана. Несмотря на то, что точность тензометрических экранов невысока, они выдерживают вандализм, смену температуры и устойчивы к влажности.
Рисунок 5. Тензометрический сенсорный экран
Сенсорный экран $DST$ (Dispersive Signal Technology) регистрирует пьезоэлектрический эффект в стекле, на которое можно нажимать рукой или любым предметом. Характеризуется высокой скоростью реакции и возможностью работы при сильном загрязнении экрана. Однако экран реагирует только на движущийся палец.
Индукционный сенсорный экран – это графический планшет со встроенным экраном, который может реагировать только на специальное перо.
