Jak ekrany rozpoznają dotyk? Podstawowe zasady działania paneli dotykowych.

W 2010 r. (przypis tłum.: kiedy powstawał artykuł), wykorzystanie warstwy rezystancyjnej było najczęściej używaną metodą wykrywania dotyku na rynku ekranów dotykowych. Ekrany takie określane są „panelami wrażliwymi na nacisk” lub „panelami z warstwą analogowo-rezystancyjną”. Poza monitorami LCD, technologia ta jest wykorzystywana w wielu małych i średniej wielkości urządzeniach, takich jak smartfony, tabletach, systemach nawigacji samochodowej czy Nintendo DS.

W tej technologii miejsce dotyku ekranu przez palec, stylus lub inny obiekt, jest określane dzięki wykryciu zmian w nacisku. Taki monitor posiada prostą wewnętrzną budowę: szklany ekran i błona wierzchniej warstwy są rozdzielone cienką przerwą, na obu znajdują się przeźroczyste elektrody (warstwa elektrody). Naciśnięcie powierzchni ekranu zwiera elektrodę warstwy wierzchniej z elektrodą szklanego ekranu, umożliwiając przepływ prądu między nimi. Miejsce zwarcia jest identyfikowane przez pomiar zmiany napięcia.

Pojemnościowe ekrany dotykowe są drugimi w kolejności, po ekranach rezystancyjnych, najczęściej wykorzystywanymi metodami wykrywania dotyku. I podobnie jak w przypadku opisanych powyżej ekranów rezystancyjnych, są one nazywane „analogowo-pojemnościowymi ekranami dotykowymi”. I poza monitorami LCD, te również są najczęściej wykorzystywane w tych samych rodzajach urządzeń, co ekrany rezystancyjne, czyli np. smartfony i tablety.

W tym przypadku, miejsce dotyku jest określane przez sensory wykrywające niewielkie zmiany w natężeniu prądu elektrycznego generowanego przez kontakt z palcem lub zmiany ładunku elektrostatycznego. Ponieważ sensory reagują na elektrostatyczną pojemność ludzkiego ciała, kiedy palec dotyka ekranu, to mogą one działać w sposób podobny przesuwania wskaźnika przez dotykany obszar ekranu.

Z metody tej korzystają dwa podtypy ekranów dotykowych: powierzchniowo-pojemnościowe oraz projekcyjno-pojemnościowe. Różnią się one między sobą wewnętrzną budową.

Ekrany dotykowe powierzchniowo-pojemnościowe (surface capacitive)

Ekrany powierzchniowo- pojemnościowe są najczęściej wykorzystywane w relatywnie dużych panelach. W tego typu panelach przeźroczysta elektroda (warstwa elektrody) jest umieszczona ponad szklanym podłożem i dodatkowo przykryta warstwą ochronną. Do elektrod umieszczonych w czterech rogach szklanego podłoża jest przykładane napięcie, generujące na całym panelu jednolite niskonapięciowe pole elektryczne. Współrzędne miejsca dotknięcia ekranu palcem są obliczane na podstawie pomiaru zmian w pojemności elektrostatycznej w tych czterech narożnikach ekranu.

Ekrany dotykowe wykorzystujące efekt akustycznej fali powierzchniowej (SAW) zostały opracowane głównie po to, aby uniknąć ograniczeń w przepuszczalności światła w panelach rezystancyjnych, czyli żeby uzyskać wysoki poziom jasności i czytelności ekranu dotykowego. Są też często skrótowo nazywane ekranami dotykowymi z „falą powierzchniową” lub „falą akustyczną”. Pomijając normalne monitory LCD, są one często wykorzystywane w urządzeniach znajdujących się w przestrzeni publicznej, np. terminalach kasowych, bankomatach i kioskach informacyjnych.

Ekrany SAW wykrywają miejsce dotyku palcem lub innym przedmiotem dzięki pomiarowi tłumienia fali ultradźwiękowej rozchodzącej się po ich powierzchni. Kluczową rolę w wewnętrznej budowie tych ekranów pełni klika przetworników piezoelektrycznych rozmieszczonych w rogach szklanego podłoża i emitujących ultradźwiękowe fale akustyczne, w postaci wibracji powierzchni ekranu. Fale te są rejestrowane i mierzone przez przetworniki umieszczone po przeciwnej stronie. W wyniku dotknięcia ekranu, ultradźwiękowe fale są absorbowane i tłumione przez palec lub inny dotykający obiekt. Miejsce dotknięcia jest ustalane na podstawie wyniki pomiaru tych zmian. Oczywiście użytkownik nie odczuwa tych wibracji podczas kontaktu z ekranem. Ekrany te są bardzo łatwe w użyciu.

Na kategorię optycznych ekranów dotykowych składa się kilka technologii wykrywania dotyku. W ostatnich latach wzrosła ilość produktów korzystających optyczne sensory podczerwieni do wykrywania dotyku metodą triangulacji, głównie w większych panelach.

Ekrany z tej kategorii są wyposażone w podczerwone diody LED w lewym i prawym, górnym rogu panelu oraz sensor optyczny (kamera). Emitowane przez nie światło jest odbijane przez odblaskową taśmę umieszczoną wzdłuż dolnej krawędzi ekranu. Kiedy palec lub inny obiekt dotyka ekran, czujnik optyczny rejestruje cienie wynikające z blokowania światła podczerwonego. Na tej podstawie metodą triangulacji generowane są współrzędne miejsca dotyku.

Ta metoda różni się nieco od tych opisanych powyżej. Jest wykorzystywana w urządzeniach takich jak graficzne tablety LCD, komputerach tabletowych oraz samoobsługowych kabinach fotograficznych, tzw. purikura.

Ta metoda wykrywania dotyku, pierwotnie nie była związana z monitorami LCD i dopiero później rozpoczęto instalowanie tego typu sensorów na monitorach LCD. Pozwala ona osiągnąć bardzo wysoką dokładność. Kiedy użytkownik dotyka ekranu przy pomocy specjalnego stylusa generującego pole magnetyczne, sensory w panelu odbierają energię elektromagnetyczną i wykorzystują do określenia pozycji stylusa.

Ponieważ wymagany jest specjalny stylus, dotyk palcem lub zwykłym stylusem nie jest możliwy, to ta technologia ma ograniczony zakres zastosowań. Ma to złe i dobre strony, np. eliminuje błędy wprowadzania powodowane przez otoczenie lub niezamierzony dotknięcia ekranu. W związku z tym, że technologia ta powstała na potrzeby tabletów graficznych, to oferuje doskonałą czułość sensorów dzięki czemu możliwa jest np. stopniowa zmiana grubości rysowanej linii, wraz ze zmianą siły nacisku stylusa na ekran (wykorzystana pojemność elektrostatyczna). Takie podejście do tematu pozwala również na osiągnięcie wysokiej przejrzystości ekranu i trwałości.

Poniższa tabela podsumowuje charakterystyki omówionych przez nas ekranów dotykowych. Należy pamiętać, że nawet w przypadku urządzeń korzystających tej samej metody wykrywania dotyku, ich funkcjonalność i wydajność może się znacznie różnić pomiędzy nimi. Używajcie więc tych informacji tylko jako wprowadzenie do ogólnej charakterystyki konkretnego produktu. Co więcej, uwzględniając szybki rozwój technologii rozpoznawania dotyku oraz redukcji kosztów, informacje te są tylko migawką aktualnych trendów (wrzesień 2010).