Сенсорный экран: резистивный или емкостный – в чём разница?
Если вы не относитесь к числу подкованных в техническом плане пользователей и перед вами в скором будущем станет вопрос выбора мобильного телефона или смартфона с сенсорным экраном, наверняка, читая спецификации мобильных устройств вы встретите такие термины, как «емкостный экран» или «резистивный экран». И тут вам в голову придет вполне логичный вопрос – какой из них лучше: резистивный или емкостный? Давайте выясним, чем отличаются сенсорные дисплеи, какие их виды существуют и в чем заключаются их преимущества и недостатки.
РЕЗИСТИВНЫЕ ЭКРАНЫ
Если говорить доступным языком, избегая мудрых технических терминов и оборотов, то резистивный сенсорный экран представляет собой гибкую прозрачную мембрану, на которую нанесено токопроводящее (иначе говоря – резистивное) покрытие. Под мембраной находится стекло, также покрытое токопроводящим слоем. Принцип действия резистивного экрана состоит в том, что при нажатии на экран пальцем или стилусом происходит замыкание стекла с мембраной в конкретной точке. Микропроцессор фиксирует изменение напряжения мембраны и вычисляет координаты касания. Чем точнее нажатие, тем процессору проще вычислить точные координаты. Поэтому с резистивными экранами на много проще работать со стилусом.
Основные преимущества резистивных экранов заключаются в том, что они сравнительно дешевы в производстве, а также в том, что данный тип дисплея реагирует на нажатие любыми предметами.
Недостатки резистивных экранов таковы: невысокая прочность; небольшая долговечность (порядка 35 млн. нажатий на точку); невозможность реализации мультитача; большое число ошибок при обработке таких жестов, как скольжение, перелистывание.
Если говорить о линейке смартфонов LG Optimus, то резистивный экран использовался при производстве лишь одной модели – GT540, которая и была самым первым Оптимусом.
ЁМКОСТНЫЕ ЭКРАНЫ
Этот тип сенсорных экранов делится на два подтипа: обычные емкостные и проекционно-емкостные.
В первом случае стекло покрывается токопроводящим слоем. В углах дисплея расположены электроды, подающие на проводящий слой переменное напряжение. При касании к экрану токопроводящим предметом (палец) наблюдается утечка тока. Чем место касания ближе к тому или иному электроду, тем больше сила тока и меньше сопротивление. На основании этих данных процессор вычисляет точку соприкосновения пальца с поверхностью емкостного экрана. В случае с обычными емкостными экранами невозможна реализация полноценного мультитача.
Если говорить о более современных проекционно-емкостных экранах, то в этом случае на внутренней стороне дисплея имеется сетка электродов. Касание к электроду предметом высокой ёмкости (палец) образует конденсатор, ёмкость которого и измеряется для последующих вычислений. Проекционно-емкостные экраны позволяют реализовать полноценный мультитач.
В связи с вышеописанными особенностями конструкции емкостных экранов работать с ними при помощи обычного стилуса или любого твердого предмета невозможно – необходимо касание экрана пальцем или специальным токопроводящим стилусом.
Емкостные экраны имеют следующие достоинства: возможен мультитач (в проекционно-емкостных), высокое светопропукание, надежность, отсутствие необходимости давления на экран (достаточно минимального касания). Недостатки таковы: более дороги в производстве, нежели резистивные; отсутствие возможности работы со стилусом (для многих это вовсе не недостаток).
Емкостные экраны используются практически во всех устройствах линейки LG Optimus, кроме смартфона LG Optimus GT 540.
Так какой экран лучше: резистивный или емкостный?
Если вы внимательно прочитали данную статью, то без проблем сможете и сами сделать вывод. Я же лишь скажу о том, что спор это обречен на провал. Некоторым пользователям нравится работать со стилусом и они не приемлют емкостные дисплеи. Но все же большинству комфортнее управлять устройством, оборудованным емкостным экраном – это удобнее, да и возможность мультитача решает многое. Ведь не спроста все современные смартфоны и планшеты, работающие под управлением Android, имеют именно емкостные дисплеи.
Типы сенсорных экранов. Какой сенсорный экран лучше
Экраны современных устройств могут не только выводить изображение, но и позволяют взаимодействовать с устройством посредством сенсоров.
Современные технологии touchscreen
Изначально сенсорные экраны применялись в некоторых карманных компьютерах, а на сегодняшний день сенсорные экраны находят широкое применение в мобильных устройствах, плеерах, фото и видеокамерах, информационных киосках и так далее. При этом в каждом из перечисленных устройств может применяться тот или иной тип сенсорного экрана. В настоящее время разработано несколько типов сенсорных панелей, и, соответственно, каждая из них обладает своими достоинствами и недостатками. В данной статье мы как раз и рассмотрим, какие же бывают типы сенсорных экранов, их достоинства и недостатки, какой тип сенсорного экрана лучше.
Существует четыре основных типа сенсорных экранов: резистивные, емкостные, с определением поверхностно-акустических волн и инфракрасные. В мобильных же устройствах наибольшее распространение получили только два: резистивные и емкостные. Основным их отличием является тот факт, что резистивные экраны распознают нажатие, а емкостные – касание.
Резистивные сенсорные экраны
Данная технология получила наибольшее распространение среди мобильных устройств, что объясняется простотой технологии и низкой себестоимостью производства. Резистивный экран представляет собой LCD дисплей, на который наложены две прозрачные пластины, разделенные слоем диэлектрика. Верхняя пластина гибкая, так как на нее нажимает пользователь, нижняя же жестко закреплена на экране. На обращенные друг другу поверхности нанесены проводники.
Резистивный сенсорный экран
Микроконтроллер подает напряжение последовательно на электроды верхней и нижней пластины. При нажатии на экран гибкий верхний слой прогибается, и его внутренняя проводящая поверхность касается нижнего проводящего слоя, изменяя тем самым сопротивление всей системы. Изменение сопротивления фиксируется микроконтроллером и таким образом определяются координаты точки касания.
Из плюсов резистивных экранов можно отметить простоту и малую стоимость, неплохую чувствительность, а также возможность нажимать на экран как пальцем, так и любым предметом. Из минусов необходимо отметить плохое светопропускание (в результате приходится использовать более яркую подсветку), плохая поддержка множественных нажатий (multi-touch), не могут определять силу нажатия, а также довольно быстрый механический износ, хотя в сравнении со временем жизни телефона, этот недостаток не так уж и важен, так как обычно быстрее телефон выходит из строя, чем сенсорный экран.
Емкостные сенсорные экраны делятся на два типа: поверхностно-емкостные и проекционно-емкостные. Поверхностно-емкостные сенсорные экраны представляют собой стекло, на поверхность которого нанесено тонкое прозрачное проводящее покрытие, поверх которого нанесено защитное покрытие. По краям стекла расположены печатные электроды, которые подают на проводящее покрытие низковольтное переменное напряжение.
Поверхностно-емкостной сенсорный экран
При касании экрана образуется импульс тока в точке контакта, величина которого пропорциональна расстоянию из каждого угла экрана до точки касания, таким образом, вычислить координаты места касания контроллеру достаточно просто, сравнить эти токи. Из достоинств поверхностно-емкостных экранов можно отметить: хорошее светопропускание, малое время отклика и большой ресурс касаний. Из недостатков: размещенные по бокам электроды плохо подходят для мобильных устройств, требовательны к внешней температуре, не поддерживают multi-touch, касаться можно пальцами или специальным стилусом, не могут определять силу нажатия.
Применение: информационные киоски в охраняемых помещениях, в некоторых банкоматах.
Проекционно-емкостные сенсорные экраны представляют собой стекло с нанесенными на него горизонтальными ведущими линиями проводящего материала и вертикальными определяющими линиями проводящего материала, разделенные слоем диэлектрика.
Проекционно-емкостной сенсорный экран
Работает такой экран следующим образом: на каждый из электродов в проводящем материале микроконтроллером последовательно подается напряжение и измеряется амплитуда возникающего в результате импульса тока. По мере приближения пальца к экрану емкость электродов, находящихся под пальцем, изменяется, и таким образом контроллер определяет место касания, то есть координаты касания – это пересекающиеся электроды с возросшей емкостью.
Достоинством проекционно-емкостных сенсорных экранов является быстрая скорость отклика на касание, поддержка multi-touch, более точное определение координат по сравнению с резистивными экранами и определение силы нажатия. Поэтому эти экраны в большей степени используются в таких устройствах, как iPhone и iPad. Также стоит отметить большую надежность этих экранов и, как следствие, больший срок работы. Из недостатков можно отметить, что на таких экранах касаться можно только пальцами (рисовать или писать от руки пальцами очень неудобно) или специальным стилусом.
Применение: платежные терминалы, банкоматы, электронные киоски на улицах, touchpads ноутбуков, iPhone, iPad, коммуникаторы и так далее.
Состав и принцип работы данного типа экранов следующий: по углам экрана размещены пьезоэлементы, которые преобразуют подаваемый на них электрический сигнал в ультразвуковые волны и направляют эти волны вдоль поверхности экрана. Вдоль краев одной стороны экрана распределены отражатели, которые распределяют ультразвуковые волны по всему экрану. На противоположных от отражателей краях экрана расположены сенсоры, которые фокусируют ультразвуковые волны и передают их далее на преобразователь, который в свою очередь преобразует ультразвуковую волну обратно в электрический сигнал. Таким образом, для контроллера экран представляется в виде цифровой матрицы, каждое значение которой соответствует определенной точке поверхности экрана. При касании пальцем экрана в любой точке происходит поглощение волн, и в результате общая картина распространения ультразвуковых волн изменяется и в результате преобразователь выдает более слабый электрический сигнал, который сравнивается с хранящейся в памяти цифровой матрицей экрана, и таким образом вычисляются координаты касания экрана.
Сенсорный экран ПАВ
Из достоинств можно отметить высокую прозрачность, так как экран не содержит проводящих поверхностей, долговечность (до 50 млн. касаний), а также сенсорные экраны ПАВ позволяют определять не только координаты нажатия, но и силу нажатия.
Из недостатков можно отметить более низкую точность определения координат, чем у емкостных, то есть рисовать на таких экранах не получится. Большим недостатком являются сбои в работе при воздействии акустических шумов, вибраций или при загрязнении экрана, т.е. любая грязь на экране блокирует его работу. Также данные экраны корректно работают только с предметами, поглощающими акустические волны.
Применение: сенсорные экраны ПАВ в основном в охраняемых информационных киосках, в образовательных учреждениях, в игровых автоматах и так далее.
Инфракрасные сенсорные экраны
Устройство и принцип работы инфракрасных сенсорных экранов довольно простой. Вдоль двух прилегающих друг к другу сторон сенсорного экрана расположены светодиоды, излучающие инфракрасные лучи. А на противоположной стороне экрана расположены фототранзисторы, которые принимают инфракрасные лучи. Таким образом, весь экран покрыт невидимой сеткой пересекающихся инфракрасных лучей, и если коснуться экрана пальцем, то лучи перекрываются и не попадают на фототранзисторы, что немедленно регистрируется контроллером, и таким образом определяются координаты касания.
Инфракрасный сенсорный экран
Применение: инфракрасные сенсорные экраны используются в основном в информационных киосках, торговых автоматах, в медицинском оборудовании и т.д.
Из достоинств можно отметить высокую прозрачность экрана, долговечность, простоту и ремонтопригодность схемы. Из недостатков: боятся грязи (поэтому используются только в помещении), не могут определять силу нажатия, средняя точность определения координат.
P.S.Итак, мы рассмотрели основные типы наиболее распространенных сенсорных технологий (хотя есть еще и менее распространенные, такие, как оптические, тензометрические, индукционные и так далее). Из всех этих технологий наибольшее распространение в мобильных устройствах получили резистивные и емкостные, так как обладают высокой точностью определения точки касания. Из них наилучшими характеристиками обладают проекционно-емкостные сенсорные экраны.
Текст подготовлен по материалам из открытых источников методистами по Технологии Карабиным А.С., Л.В. Гаврик, С.В. Усачёвым
Чем отличаются ёмкостные экраны, используемые в iPhone и других современных мобильных устройствах, от других видов сенсорных дисплеев? И за ними ли будущее?
Неоднократно убеждался в том, что обычные пользователи решительно не подозревают о существовании разных типов сенсорных экранов и с неподдельным изумлением узнают, что отсутствие реакции дисплея свежекупленного коммуникатора на привычные тыканья карандашом вовсе не есть признак неисправности. Просто это другой экран, построенный на другой технологии. Даже некоторые продавцы путаются в показаниях, приписывая дисплеям одного типа свойства других. Так что сначала мы проведём краткий ликбез, после которого вы сможете отличать экраны разных типов буквально на ощупь. А потом поговорим о том, за которым из них будущее.
Принцип действия пятипроводного резистивного экрана
Ёмкостный сенсорный экран в общем случае представляет собой стеклянную панель, на которую нанесён слой прозрачного резистивного материала. По углам панели установлены электроды, подающие на проводящий слой низковольтное переменное напряжение. Поскольку тело человека способно проводить электрический ток и обладает некоторой ёмкостью, при касании экрана в системе появляется утечка. Место этой утечки, то есть точку касания, определяет простейший контроллер на основе данных с электродов по углам панели.
Принцип действия ёмкостного экрана
На экране нет никаких гибких мембран, что обеспечивает высокую надёжность и позволяет снизить яркость подсветки. К сожалению, в них нельзя тыкать стилусом или ногтем, поскольку команда просто не будет распознана. Только пальцем. Отрицательных температур такой экран тоже не любит: в лучшем случае падает точность определения координат, в худшем он просто перестаёт реагировать.
Принцип действия проекционно-ёмкостного экрана
Отказ от резистивных дисплеев стимулировал развитие действительно удобных пользовательских интерфейсов, оптимизированных для управления при помощи пальцев. В современных коммуникаторах уже не надо целиться щепкой в микроскопические элементы интерфейса, перешедшие по наследству от «больших» операционных систем. Обратите внимание, новейшая Windows Phone 7 абсолютно ничем не похожа на всё остальное семейство «мобильных окошек» предыдущих поколений, в которых без крохотного пера делать было нечего.
Скептики заметят, что на ёмкостном экране уже не порисуешь обычным пластмассовым стилусом или каким-то случайным предметом, не запишешь памятку от руки. Для этого придётся покупать специальный стилус, обладающий электрической ёмкостью. HTC даже запатентовала такой ёмкостный стилус (http://www.devicewire.co.uk/official-htc-hd2-capacitive-stylus) и просит за него порядка 30 долларов. Но часто ли мы рисуем на телефоне или пользуемся рукописным вводом? Как принято выражаться в определённых кругах, чуть реже, чем никогда. А в сенсорных планшетах для рисования используются совсем другие технологии, и они никуда не денутся.
Иллюстрации: все схемы публикуются на условиях лицензии Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported, автор Mercury13.
Ёмкостный сенсорный экран работает на основе способности человеческого тела проводить электрический ток. Чаще всего в основе емкостного экрана лежит стеклянная подложка, на поверхность которой нанесен резистивный материал, прикрытый токопроводящей пленкой. В момент касания к экрану пальца возникает электрический ток, а специальный контроллер вычисляет координаты касания.
По точности определения координат емкостные экраны ни в чем не уступают резистивным, но при этом лучше пропускают свет (90% и более вместо 80%). Долговечность таких экранов на порядок выше – они способны выдержать до 200 миллионов нажатий. Воздействие окружающей среды на емкостные экраны меньше – в идеале они способны работать без нареканий в знойную жару и в сильный холод. Но, как показывает практика, в лучшем случае падает точность определения координат, в худшем он просто перестаёт реагировать.
Главным недостатком такого типа экранов является возможность их работы только под воздействием токопроводящего предмета. То есть, если вы захотите воспользоваться обычным стилусом или любым другим твердым предметом, экран на ваше касание никак не отреагирует.
Особенно сильно эта проблема проявляется зимой, когда в морозный день при ответе на важный звонок нет возможности (или желания) снять перчатку и нажать соответствующую кнопку на экране. Правда, некоторые владельцы таких телефонов уже нашли довольно оригинальный выход из этой ситуации – вместо пальцев для нажатия этой кнопки они используют. свой нос! Надо сказать, что в некоторых случаях возможно и управление рукой в перчатке – это будет зависеть от качества экрана и его чувствительности, а также материала, из которой пошита перчатка.
Еще один недостаток емкостных сенсорных экранов состоит в их высокой восприимчивости к загрязнению поверхности. Чувствительность и точность нажатий при этом могут существенно уменьшаться.
Наиболее известные смартфоны с проекционно-емкостными экранами производит компания Apple, она же стала пионером в этой области. Также работающий Multitouch есть на таких моделях, как Nokia N8, Samsung GT-I9100 Galaxy S II, HTC Desire S.
На чем остановить свой выбор
Если перед вами стоит вопрос выбора мобильного устройства в зависимости от типа сенсорного экрана, можете предварительно определиться с тем, какую сумму вы готовы потратить на покупку телефона или смартфона, каковы будут условия эксплуатации аппарата, согласитесь ли вы пользоваться для управления только пальцами. Если вы согласны заплатить внушительную сумму за поддержку Multitouch и нуждаетесь в современном высокопроизводительном смартфоне, выбирайте модель с проекционно-емкостным экраном. Если же вы впервые совершаете покупку телефона с сенсорным экраном и хотите сэкономить – вам подойдет резистивный экран. Он же будет лучшим решением, если вас смущает необходимость управления им исключительно пальцами или же вы часто работаете в не слишком стерильных условиях, а на поверхность экрана регулярно попадают частички грязи и пыли.
Сначала сенсорные экраны (тачскрины) встречались крайне редко. Их можно было найти, в основном, лишь в некоторых карманных компьютерах (КПК, PDA). Как известно, эти устройства так и не получили широкого распространения, поскольку им не хватало самого важного: функциональности телефона. История смартфонов тесно связана с тачскринами. А поэтому современного человека с «умным телефоном» в кармане сенсорным экраном уже не удивишь. Тачскрин нашел широкое применение и в модных дорогих девайсах и даже в сравнительно дешевых телефонах. Но не будем в очередной раз обсуждать достоинства и недостатки тех или иных моделей телефонов. В этом вопросе каждый пользователь способен определиться сам.
Поговорим о принципах работы трех типов сенсорных экранов, которые вы можете встретить в современном устройстве.
Итак, сенсорные экраны перестали быть слишком дорогими. Кроме того, тачскрины стали намного «отзывчивее» и касания пользователя теперь распознают превосходно. Это проложило им широкую дорогу к широким массам пользователей. В настоящее время известны три основных конструкции тачскринов:
1.Резистивные или попросту «упругие» (Resistive)
3.Волновые (Surface acoustic wave)
О резистивном тачскрине. Недавнее прошлое
Резистивная система представляет собою обычное стекло, покрытое слоем проводника электричества и упругой металлической «пленкой», тоже обладающей токопроводящими свойствами. Между этими двумя слоями при помощи специальных распорок оставляют пустое пространство. А поверхность экрана покрыта материалом, защищающим его от царапин.
Во время работы пользователя с тачскрином, электрический заряд проходит через оба слоя. Каким образом все происходит? Пользователь касается экрана в определенной точке и упругий верхний слой приходит в соприкосновение с проводниковым слоем. Причем именно в этой точке. Затем компьютер определяет координаты точки, которой коснулся пользователь.
Когда координаты уже известны устройству, специальный драйвер переводит прикосновение в известные операционной системе команды. Здесь уместна аналогия с драйвером обычной компьютерной мышки. Он занимается тем же самым: объясняет операционной системе, что именно хотел ей сказать пользователь нажатием кнопки или перемещением манипулятора. С экранами этого типа чаще всего используют специальные стилусы.
Резистивные экраны можно обнаружить в сравнительно немолодых устройствах. Именно таким сенсорным дисплеем был оборудован IBM Simon, древнейший из сознанных нашей цивилизацией смартфонов.
Устройство емкостного экрана. Цифровое настоящее
В тачскринах этой конструкции стеклянная основа покрыта слоем, играющим роль вместилища-накопителя электрического заряда. Своим касанием пользователь высвобождает часть электрического заряда в определенной точке. Это уменьшение определяется микросхемами, расположенными в каждом из углов экрана. Компьютер вычисляет разницу электрических потенциалов между различными частями экрана, и информация о касании во всех подробностях немедленно передается в программу-драйвер тачскрина.
Важным преимуществом емкостных тачскринов является способность этого типа экранов сохранять почти 90 % изначальной яркости дисплея. В экранах резистивного типа сохраняется лишь порядка 75 % изначального света. По этой причине изображения на емкостном экране выглядят значительно более четким, чем на тачскринах резистивной конструкции.
Волновые сенсорные дисплеи. Яркое будущее
На концах осей X и Y координатной сетки стеклянного экрана располагается по преобразователю. Один из них передающий, а второй принимающий. На стеклянной основе располагаются и рефлекторы, «отражающие» электрический сигнал, передаваемый от одного преобразователя к другому.
Преобразователь-приемник точно «знает» состоялось ли нажатие и в какой именно точке оно произошло, поскольку своим касанием пользователь вносит прерывание в акустическую волну. Стекло волнового дисплея лишено металлического покрытия, что позволяет сохранить все 100 % изначального света. Благодаря своей столь приятной особенности, волновой экран является наилучшим выбором для пользователей, работающих в мелкими деталями графики. Ведь и резистивные и емкостные тачскрины не идеальны в плане четкости изображения. Покрытие задерживает свет и искажает картинку.
Некоторые особенности различных тачскринов
Самыми дешевыми и наименее четко передающими картинку сенсорными экранами являются резистивные. Кроме того, они же самые уязвимые. Любой острый предмет может повредить нежную резистивную «пленочку». Волновые тачскрины являются самыми дорогими среди себе подобных. Резистивная конструкция скорее относится к прошлому, волновая — к будущему, а емкостная — к настоящему. Хотя грядущее никому не известно и можно лишь предполагать, что та или иная технология имеет некоторые перспективы.
Для резистивной системы не имеет особого значения, коснулся пользователь экрана резиновым наконечником стилуса или пальцем. Достаточно и того, что два слоя пришли в соприкосновение. Емкостной экран распознает лишь касания токопроводящими предметами. Чаще всего пользователи работают с ними при помощи своих пальцев. В этом отношении экраны волновой конструкции ближе к резистивным. Отдать ей команду можно практически любым предметом, избегая при этом тяжелых и слишком маленьких объектов. То есть стержень шариковой ручки не подойдет.
А теперь, если читателям еще не наскучили технические подробности и инженерные тонкости, при наличии желания и свободного времени, они могут отправиться в гости к создателям Xbox One — игровой приставки, которой создатели Windows сумели удивить мир.
kolyaseg