Pekskärm - Touchscreen

Starta en app på en smartphone med ett fingertryck på appikonen som visas på pekskärmen (video)

En pekskärm eller pekskärm är sammansättningen av både en ingång ("pekskärm") och utgång ("display"). Pekskärmen är normalt skiktad ovanpå en elektronisk visuell display av ett informationsbehandlingssystem . Displayen är ofta en LCD AMOLED- eller OLED -skärm medan systemet vanligtvis är en bärbar dator, surfplatta eller smartphone. En användare kan ge inmatning eller styra informationsbehandlingssystemet genom enkla eller multi-touch- gester genom att peka på skärmen med en speciell penna eller ett eller flera fingrar. Vissa pekskärmar använder vanliga eller specialbelagda handskar för att arbeta medan andra kanske bara arbetar med en speciell penna eller penna. Användaren kan använda pekskärmen för att reagera på det som visas och, om programvaran tillåter det, för att styra hur den visas; till exempel zoomning för att öka textstorleken.

Pekskärmen gör det möjligt för användaren att interagera direkt med det som visas, snarare än att använda en mus , pekplatta eller andra sådana enheter (annat än en penna, vilket är valfritt för de flesta moderna pekskärmar).

Pekskärmar är vanliga i enheter som spelkonsoler , persondatorer , elektroniska röstmaskiner och kassasystem (POS). De kan också kopplas till datorer eller, som terminaler, till nätverk. De spelar en framträdande roll i utformningen av digitala apparater som personliga digitala assistenter (PDA: er) och några e-läsare . Pekskärmar är också viktiga i utbildningsmiljöer som klassrum eller på högskolor.

Populariteten hos smartphones, surfplattor och många typer av informationsapparater driver efterfrågan och acceptansen av vanliga pekskärmar för bärbar och funktionell elektronik. Pekskärmar finns inom det medicinska området, tungindustrin , automatiska kassamaskiner och kiosker som museidisplayer eller rumsautomatisering , där tangentbord och mussystem inte tillåter en lämpligt intuitiv, snabb eller exakt interaktion mellan användaren och displayens innehåll.

Historiskt sett har pekskärmsensorn och dess medföljande styrbaserade firmware gjorts tillgängliga av ett brett utbud av systemintegratorer efter marknaden , och inte av display-, chip- eller moderkortstillverkare . Displaytillverkare och chipstillverkare har erkänt trenden mot acceptans av pekskärmar som en användargränssnittskomponent och har börjat integrera pekskärmar i den grundläggande designen av deras produkter.

Ecobee smart termostat med pekskärm

Historia

Prototypen xy pekskärm för ömsesidig kapacitans (vänster) utvecklades på CERN 1977 av Frank Beck , en brittisk elektronikingenjör, för kontrollrummet i CERNs accelerator SPS ( Super Proton Synchrotron ). Detta var en vidareutveckling av självkapacitansskärmen (till höger), som också utvecklades av Stumpe vid CERN 1972.

Eric Johnson, Royal Radar Establishment , belägen i Malvern , England, beskrev sitt arbete med kapacitiva pekskärmar i en kort artikel som publicerades 1965 och sedan mer fullständigt - med fotografier och diagram - i en artikel som publicerades 1967. Tillämpningen av peksteknik för flygtrafikledning beskrivs i en artikel som publicerades 1968. Frank Beck och Bent Stumpe , ingenjörer från CERN (European Organization for Nuclear Research), utvecklade en transparent pekskärm i början av 1970 -talet, baserat på Stumpes arbete på en tv -fabrik i början av 1960 -talet. Sedan tillverkad av CERN, och kort därefter av branschpartner, togs den i bruk 1973. I mitten av 1960-talet hade en annan föregångare till pekskärmar, en ultraljudsbaserad pekdon framför en terminaldisplay, utvecklats av ett team kring Rainer Mallebrein  [ de ]Telefunken Konstanz för ett flygtrafiksystem. År 1970 utvecklades detta till en enhet med namnet "Touchinput- Einrichtung " ("touch input-anläggning") för SIG 50-terminalen med en konduktivt belagd glasskärm framför displayen. Detta patenterades 1971 och patentet beviljades ett par år senare. Samma team hade redan uppfunnit och marknadsfört Rollkugel- musen RKS 100-86 för SIG 100-86 ett par år tidigare.

År 1977 inledde ett amerikanskt företag, Elographics - i samarbete med Siemens - arbetet med att utveckla en transparent implementering av en befintlig ogenomskinlig pekplatta -teknik, US patent nr 3  911 215, 7 oktober 1975, som hade utvecklats av Elographics grundare George Samuel Hurst . Den resulterande pekskärmen med resistiv teknik visades första gången 1982. Det företag, som nu heter Elo Touch Solutions, fortsätter att fungera idag som en ledande leverantör av interaktiva enheter för affärsapplikationer.

År 1972 ansökte en grupp vid University of Illinois om patent på en optisk pekskärm som blev en vanlig del av Magnavox Plato IV Student Terminal och tusentals byggdes för detta ändamål. Dessa pekskärmar hade en korsad uppsättning av 16 × 16 infraröda positionssensorer, var och en bestående av en LED på skärmens ena kant och en matchad fototransistor på den andra kanten, alla monterade framför en monokrom plasmaskärmspanel . Detta arrangemang kan känna alla ogenomskinliga objekt i fingertoppsstorlek i närheten av skärmen. En liknande pekskärm användes på HP-150 från och med 1983. HP 150 var en av världens tidigaste kommersiella pekskärmsdatorer. HP monterade sina infraröda sändare och mottagare runt ramen på ett 9-tums Sony katodstrålerör (CRT).

År 1984 släppte Fujitsu en pekplatta för Micro 16 för att rymma komplexiteten hos kanji -tecken, som lagrades som kaklad grafik. År 1985 Sega släppte Terebi Oekaki, även känd som Sega grafikkort för SG-1000 spelkonsol och SC-3000 hemdator . Den bestod av en plastpenna och en plastskiva med ett genomskinligt fönster där pennpressar detekteras. Det användes främst med ett ritprogram. En grafisk pekplatta släpptes 1986 för Sega AI -datorn.

Beröringskänsliga styrdisplayenheter (CDU: er) utvärderades för kommersiella flygplansdäck i början av 1980-talet. Initial forskning visade att ett pekgränssnitt skulle minska pilotarbetsbelastningen eftersom besättningen sedan kunde välja waypoints, funktioner och handlingar, snarare än att "skriva ner" skrivbredder, longitud och waypointkoder på ett tangentbord. En effektiv integration av denna teknik syftade till att hjälpa flygbesättningar att upprätthålla en hög grad av lägesmedvetenhet om alla viktiga aspekter av fordonsoperationerna, inklusive flygbanan, olika flygplanssystems funktion och mänskliga interaktioner från tid till annan.

I början av 1980-talet gav General Motors uppdraget till Delco Electronics- divisionen med ett projekt som syftar till att ersätta en bils icke-väsentliga funktioner (dvs andra än gas , växellåda , bromsning och styrning ) från mekaniska eller elektromekaniska system med solid state- alternativ när det är möjligt . Den färdiga enheten kallades ECC för "Electronic Control Center", en digital dator och programvarukontrollsystem som är kopplad till olika perifera sensorer , servon , solenoider , antenn och en svartvit CRT -pekskärm som fungerade både som display och enda inmatningsmetod. ECC ersatte den traditionella mekaniska stereon , fläkten, värmaren och luftkonditioneringens kontroller och displayer och kunde ge mycket detaljerad och specifik information om fordonets kumulativa och aktuella driftsstatus i realtid . ECC var standardutrustning på Buick Riviera 1985–1989 och senare Buick Reatta 1988–1989 , men var opopulär bland konsumenter - delvis på grund av teknofobi hos vissa traditionella Buick -kunder, men mestadels på grund av dyra tekniska problem som ECC: s pekskärm drabbades av. vilket skulle omöjliggöra klimatkontroll eller stereodrift.

Multi-touch- tekniken började 1982, när University of Toronto 's Input Research Group utvecklade det första multi-touch-systemet för mänsklig input med hjälp av en frostad glaspanel med en kamera placerad bakom glaset. År 1985 utvecklade University of Toronto-gruppen, inklusive Bill Buxton, en multi-touch-surfplatta som använde kapacitans snarare än skrymmande kamerabaserade optiska avkänningssystem (se History of multi-touch ).

Det första kommersiellt tillgängliga grafiska försäljningsstället (POS) demonstrerades på 16-bitars Atari 520ST färgdator . Det innehöll ett widget-driven gränssnitt med färgpekskärm. ViewTouch POS -programvaran visades först av utvecklaren, Gene Mosher, vid demonstrationsområdet Atari Computer på höstens COMDEX -expo 1986.

1987 lanserade Casio Casio PB-1000 fickdator med en pekskärm bestående av en 4 × 4-matris, vilket resulterade i 16 beröringsområden i sin lilla LCD-grafiska skärm.

Pekskärmar hade ett dåligt rykte om att vara oprecisa fram till 1988. De flesta användargränssnittsböcker skulle säga att pekskärmsvalen var begränsade till mål som var större än genomsnittsfingret. På den tiden gjordes val på ett sådant sätt att ett mål valdes så snart fingret kom över det och motsvarande åtgärd utfördes omedelbart. Fel var vanliga på grund av parallax eller kalibreringsproblem, vilket ledde till frustration från användaren. "Lift-off-strategi" introducerades av forskare vid University of Maryland Human – Computer Interaction Lab (HCIL). När användare rör vid skärmen ges feedback om vad som kommer att väljas: användare kan justera fingrets position och åtgärden sker först när fingret lyfts av skärmen. Detta gjorde det möjligt att välja små mål, ner till en enda pixel på en 640 × 480 Video Graphics Array (VGA) skärm (en standard för den tiden).

Sears et al. (1990) gav en genomgång av akademisk forskning om tidens interaktion mellan människa och dator med flera beröringar , som beskriver gester som roterande rattar, justering av reglage och svepning av skärmen för att aktivera en omkopplare (eller en U-formad gest för en brytare). HCIL -teamet utvecklade och studerade små pekskärmstangentbord (inklusive en studie som visade att användare kunde skriva vid 25 wpm på ett pekskärmstangentbord), vilket underlättade deras introduktion på mobila enheter. De har också utformat och implementerat multi-touch-gester som att välja en rad av en linje, ansluta objekt och en "tryck-klicka" -gest för att välja samtidigt som du behåller platsen med ett annat finger.

I 1990, HCIL demonstrerade en pekskärm reglaget, som senare citerade som känd teknik i låsskärmen patenttvister mellan Apple och andra touchscreen mobila säljare telefon (i förhållande till US-patent 7.657.849 ).

1991–1992 implementerade Sun Star7 prototyp PDA en pekskärm med tröghetsrullning . 1993 släppte IBM IBM Simon, den första pekskärmstelefonen.

Ett tidigt försök till en handhållen spelkonsol med pekskärm kontroller var Sega är avsedd efterföljaren till Game Gear , men enheten var i slutändan hyllan och aldrig släpptes på grund av den dyra kostnaden för touchscreen-teknik i början av 1990-talet.

Den första mobiltelefonen med en kapacitiv pekskärm var LG Prada som släpptes i maj 2007 (vilket var före den första iPhone ).

Pekskärmar skulle inte användas populärt för videospel förrän Nintendo DS släpptes 2004. Fram till nyligen kunde de flesta konsumentpekskärmar bara känna en kontaktpunkt i taget, och få har haft förmågan att känna hur svårt man rör vid. Detta har förändrats med kommersialiseringen av multi-touch-teknik och Apple Watch släpptes med en kraftkänslig display i april 2015.

År 2007 var 93% av de pekskärmar som levererades resistiva och endast 4% beräknades kapacitans. Under 2013 var 3% av de pekskärmar som levererades resistiva och 90% beräknades kapacitans.

Teknik

Det finns en mängd olika pekskärmstekniker med olika metoder för att känna av beröring.

Motståndskraftig

En resistiv pekskärmspanel består av flera tunna lager, av vilka de viktigaste är två transparenta elektriskt resistiva lager som vetter mot varandra med ett tunt mellanrum. Det övre lagret (det som berörs) har en beläggning på undersidan; strax under det är ett liknande resistivt lager ovanpå dess substrat. Ett lager har ledande anslutningar längs sidorna, det andra längs topp och botten. En spänning appliceras på det ena skiktet och avkänns av det andra. När ett föremål, till exempel en fingertopp eller nålspets, trycker ner på ytterytan, rör de två lagren för att anslutas vid den punkten. Panelen beter sig sedan som ett par spänningsdelare , en axel i taget. Genom att snabbt växla mellan varje lager kan tryckets position på skärmen detekteras.

Resistiv beröring används på restauranger, fabriker och sjukhus på grund av dess höga tolerans för vätskor och föroreningar. En stor fördel med resistive-touch-teknik är dess låga kostnad. Eftersom endast tillräckligt tryck är nödvändigt för att beröringen ska kunna avkännas, kan de användas med handskar på, eller genom att använda något styvt som ett fingerbyte. Nackdelar inkluderar behovet av att trycka ner och risk för skador av vassa föremål. Resistiva pekskärmar lider också av sämre kontrast på grund av att ytterligare reflektioner (dvs. bländning) från materiallagren placeras över skärmen. Detta är den typ av pekskärm som användes av Nintendo i DS -familjen , 3DS -familjen och Wii U GamePad .

Yta akustisk våg

Surface acoustic wave (SAW) -teknologi använder ultraljudsvågor som passerar över pekskärmspanelen. När panelen rörs absorberas en del av vågen. Ändringen i ultraljudsvågor bearbetas av styrenheten för att bestämma positionen för beröringshändelsen. Yt akustiska vågpekskärmspaneler kan skadas av yttre element. Föroreningar på ytan kan också störa pekskärmens funktionalitet.

SAW -enheter har ett brett spektrum av applikationer, inklusive fördröjningslinjer , filter, korrelatorer och DC till DC -omvandlare .

Kapacitiv

Kapacitiv pekskärm på en mobiltelefon
Casio TC500 Capacitive touch sensor -klocka från 1983, med vinklat ljus som exponerar touch -sensor -kuddarna och spår etsade på den övre klockglasytan.

En kapacitiv pekskärmspanel består av en isolator , såsom glas , belagd med en transparent ledare , såsom indiumtennoxid (ITO). Eftersom människokroppen också är en elektrisk ledare, berör skärmens yta en förvrängning av skärmens elektrostatiska fält, mätbart som en förändring i kapacitans . Olika tekniker kan användas för att bestämma platsen för beröringen. Platsen skickas sedan till kontrollenheten för behandling. Pekskärmar som använder silver istället för ITO finns, eftersom ITO orsakar flera miljöproblem på grund av användning av indium. Regulatorn är typiskt ett komplementärt metalloxid-halvledare (CMOS) applikationsspecifikt integrerat krets (ASIC) chip, som i sin tur vanligtvis skickar signalerna till en CMOS digital signalprocessor (DSP) för bearbetning.

Till skillnad från en resistiv pekskärm kan vissa kapacitiva pekskärmar inte användas för att upptäcka ett finger genom elektriskt isolerande material, som handskar. Denna nackdel påverkar särskilt användbarheten inom konsumentelektronik, till exempel surfplattor och kapacitiva smartphones i kallt väder när människor kan ha handskar på sig. Det kan övervinnas med en speciell kapacitiv penna eller en speciell applikationshandske med en broderad patch av ledande tråd som möjliggör elektrisk kontakt med användarens fingertopp.

En strömförsörjningsenhet av låg kvalitet med en därmed instabil, bullrig spänning kan tillfälligt störa precisionen, noggrannheten och känsligheten hos kapacitiva pekskärmar.

Vissa kapacitiva displaytillverkare fortsätter att utveckla tunnare och mer exakta pekskärmar. De för mobila enheter produceras nu med "in-cell" -teknik, till exempel i Samsungs Super AMOLED- skärmar, som eliminerar ett lager genom att bygga kondensatorerna inuti själva skärmen. Denna typ av pekskärm minskar det synliga avståndet mellan användarens finger och vad användaren vidrör på skärmen, vilket minskar tjockleken och vikten på skärmen, vilket är önskvärt i smartphones .

En enkel parallellplåtskondensator har två ledare åtskilda av ett dielektriskt skikt. Merparten av energin i detta system är koncentrerad direkt mellan plattorna. En del av energin rinner över till området utanför plattorna, och de elektriska fältlinjerna som är associerade med denna effekt kallas fringfält. En del av utmaningen med att göra en praktisk kapacitiv sensor är att designa en uppsättning tryckta kretsspår som leder fringfält till ett aktivt avkänningsområde som är tillgängligt för en användare. En parallellplåtskondensator är inte ett bra val för ett sådant sensormönster. Att placera ett finger nära fransande elektriska fält lägger till ledande ytarea till det kapacitiva systemet. Den extra laddningskapacitet som fingret lägger till kallas fingerkapacitans, eller CF. Sensorns kapacitans utan ett finger är känd som parasitisk kapacitans, eller CP.

Ytkapacitans

I denna grundteknik är endast en sida av isolatorn belagd med ett ledande lager. En liten spänning appliceras på skiktet, vilket resulterar i ett enhetligt elektrostatiskt fält. När en ledare, såsom ett mänskligt finger, vidrör den obelagda ytan bildas en kondensator dynamiskt. Sensorns styrenhet kan indirekt bestämma beröringsplatsen från förändringen i kapacitansen mätt från panelens fyra hörn. Eftersom den inte har några rörliga delar är den måttligt hållbar men har begränsad upplösning, är benägen för falska signaler från parasitisk kapacitiv koppling och behöver kalibrering under tillverkningen. Det används därför oftast i enkla applikationer som industriella kontroller och kiosker .

Även om vissa vanliga kapacitansdetekteringsmetoder är projektiva, i den meningen att de kan användas för att detektera ett finger genom en icke-ledande yta, är de mycket känsliga för temperaturfluktuationer, som expanderar eller drar ihop avkänningsplattorna, vilket orsakar fluktuationer i kapacitansen av dessa tallrikar. Dessa fluktuationer resulterar i mycket bakgrundsbrus, så en stark fingersignal krävs för korrekt detektion. Detta begränsar tillämpningar till de där fingret direkt berör avkänningselementet eller avkänns genom en relativt tunn icke-ledande yta.

Beräknad kapacitans

Baksidan av en Multitouch Globe, baserad på projicerad kapacitiv beröring (PCT) -teknologi
8 x 8 projicerad kapacitans pekskärm tillverkad med 25 mikron isolerad belagd koppartråd inbäddad i en klar polyesterfilm.
Detta diagram visar hur åtta ingångar till en gitterpekskärm eller knappsats skapar 28 unika korsningar, i motsats till 16 korsningar som skapats med en vanlig x/y -multiplexpekskärm.
Schema för projicerad kapacitiv pekskärm

Projicerad kapacitiv beröring (PCT; även PCAP) -teknologi är en variant av kapacitiv beröringsteknik men där känsligheten för beröring, noggrannhet, upplösning och beröringshastighet har förbättrats avsevärt genom användning av en enkel form av "artificiell intelligens". Denna intelligenta bearbetning gör att fingeravkänning kan projiceras, exakt och pålitligt, genom mycket tjockt glas och till och med dubbelglas.

Vissa moderna PCT -pekskärmar består av tusentals diskreta nycklar, men de flesta PCT -pekskärmar är gjorda av en x/y -matris av rader och kolumner av ledande material, lagrade på glasskivor. Detta kan göras antingen genom att etsa ett enda ledande lager för att bilda ett rutmönster av elektroder , genom att etsa två separata, vinkelräta lager av ledande material med parallella linjer eller spår för att bilda ett rutnät, eller genom att bilda ett x/y -nät av fina, isoleringsbelagda trådar i ett enda lager. Antalet fingrar som kan detekteras samtidigt bestäms av antalet överkorsningspunkter (x * y). Antalet överkorsningspunkter kan dock nästan fördubblas genom att använda en diagonal gitterlayout, där varje ledande element i stället för x-element bara korsar y-element varje annat element.

Det ledande skiktet är ofta transparent, tillverkat av indiumtennoxid (ITO), en transparent elektrisk ledare. I vissa utföranden skapar spänning på detta nät ett enhetligt elektrostatiskt fält som kan mätas. När ett ledande föremål, till exempel ett finger, kommer i kontakt med en PCT -panel, förvränger det det lokala elektrostatiska fältet vid den punkten. Detta är mätbart som en förändring i kapacitans. Om ett finger överbryggar gapet mellan två av "spåren" avbryts laddningsfältet ytterligare och detekteras av regulatorn. Kapacitansen kan ändras och mätas vid varje enskild punkt på nätet. Detta system kan spåra beröringar exakt.

På grund av att det övre lagret på en PCT är glas, är det robustare än billigare resistiv beröringsteknik. Till skillnad från traditionell kapacitiv beröringsteknik är det möjligt för ett PCT -system att känna av en passiv penna eller handskfinger. Fukt på panelens yta, hög luftfuktighet eller uppsamlat damm kan dock störa prestandan. Dessa miljöfaktorer är emellertid inte ett problem med "fina tråd" -baserade pekskärmar på grund av det faktum att trådbaserade pekskärmar har en mycket lägre "parasitisk" kapacitans, och det är större avstånd mellan närliggande ledare.

Det finns två typer av PCT: ömsesidig kapacitans och självkapacitans.

Ömsesidig kapacitans

Detta är ett vanligt PCT -tillvägagångssätt, som utnyttjar det faktum att de flesta ledande föremål kan hålla en laddning om de är mycket nära varandra. I ömsesidiga kapacitiva sensorer bildas en kondensator i sig av radspåren och kolumnspårningen vid varje skärningspunkt i nätet. En 16 × 14 -array, till exempel, skulle ha 224 oberoende kondensatorer. En spänning appliceras på raderna eller kolumnerna. Att föra ett finger eller en ledande penna nära sensorns yta förändrar det lokala elektrostatiska fältet, vilket i sin tur minskar den ömsesidiga kapacitansen. Kapacitansändringen vid varje enskild punkt på nätet kan mätas för att exakt bestämma beröringsplatsen genom att mäta spänningen i den andra axeln. Ömsesidig kapacitans möjliggör multi-touch-drift där flera fingrar, handflator eller styli kan spåras exakt samtidigt.

Självkapacitans

Självkapacitanssensorer kan ha samma XY-nät som gensidiga kapacitanssensorer, men kolumnerna och raderna fungerar oberoende. Med självkapacitans mäts kapacitiv belastning av ett finger på varje kolumn eller radelektrod med en strömmätare, eller förändringen i frekvens för en RC-oscillator.

Ett finger kan detekteras var som helst längs hela radens längd. Om det fingret också detekteras av en kolumn, kan det antas att fingerpositionen är i skärningspunkten mellan detta rad/kolumnpar. Detta möjliggör snabb och exakt detektion av ett enda finger, men det orsakar viss oklarhet om mer än ett finger ska detekteras. Två fingrar kan ha fyra möjliga detekteringslägen, varav bara två är sanna. Genom att selektivt sensibilisera eventuella beröringspunkter i påståenden elimineras emellertid lätt motstridiga resultat. Detta gör att "Self Capacitance" kan användas för multi-touch-drift.

Alternativt kan oklarhet undvikas genom att tillämpa en "av-sensibiliserande" signal på alla kolumner utom en. Detta lämnar bara en kort del av varje rad känslig för beröring. Genom att välja en sekvens av dessa sektioner längs raden är det möjligt att bestämma den exakta positionen för flera fingrar längs den raden. Denna process kan sedan upprepas för alla andra rader tills hela skärmen har skannats.

Självkapacitiva pekskärmslager används på mobiltelefoner som Sony Xperia Sola , Samsung Galaxy S4 , Galaxy Note 3 , Galaxy S5 och Galaxy Alpha .

Självkapacitans är mycket känsligare än ömsesidig kapacitans och används huvudsakligen för enkel beröring, enkel gestering och närhetsavkänning där fingret inte ens behöver vidröra glasytan. Ömsesidig kapacitans används främst för multitouch -applikationer. Många pekskärmstillverkare använder både själv- och ömsesidig kapacitans -teknik i samma produkt och kombinerar därigenom sina individuella fördelar.

Användning av pennan på kapacitiva skärmar

Kapacitiva pekskärmar behöver inte nödvändigtvis styras med ett finger, men tills nyligen kan den speciella styli som krävs vara ganska dyr att köpa. Kostnaden för denna teknik har sjunkit kraftigt under de senaste åren och kapacitiva styli är nu allmänt tillgängliga för en nominell avgift, och ofta ges bort gratis med mobiltillbehör. Dessa består av en elektriskt ledande axel med en mjuk ledande gummispets, och förbinder därigenom fingrarna mot nålens spets.

Infrarött nät

Infraröda sensorer monterade runt displayen för en användares pekskärmsingång på denna PLATO V -terminal 1981. Den monokromatiska plasmaskärmens karakteristiska orange glöd illustreras.

En infraröd pekskärm använder en rad XY -infraröda LED- och fotodetektorpar runt skärmens kanter för att upptäcka ett avbrott i LED -strålarnas mönster. Dessa LED -strålar korsar varandra i vertikala och horisontella mönster. Detta hjälper sensorerna att hitta den exakta platsen för beröringen. En stor fördel med ett sådant system är att det kan detektera i princip alla ogenomskinliga föremål inklusive ett finger, handskfinger, penna eller penna. Det används vanligtvis i utomhusapplikationer och POS -system som inte kan förlita sig på en ledare (till exempel bara fingret) för att aktivera pekskärmen. Till skillnad från kapacitiva pekskärmar kräver infraröda pekskärmar inga mönster på glaset vilket ökar hållbarheten och optisk klarhet i det övergripande systemet. Infraröda pekskärmar är känsliga för smuts och damm som kan störa de infraröda strålarna och drabbas av parallax i böjda ytor och oavsiktlig tryckning när användaren för ett finger över skärmen medan han söker efter det objekt som ska väljas.

Infrarött akrylprojektion

Ett genomskinligt akrylark används som en bakre projektionsskärm för att visa information. Akrylarkets kanter belyses av infraröda lysdioder, och infraröda kameror är fokuserade på baksidan av arket. Objekt placerade på arket kan detekteras av kamerorna. När arket berörs av användaren resulterar deformationen i läckage av infrarött ljus som toppar vid punkterna för maximalt tryck, vilket indikerar användarens beröringsplats. Microsofts PixelSense -surfplattor använder denna teknik.

Optisk bildbehandling

Optiska pekskärmar är en relativt modern utveckling inom pekskärmsteknik, där två eller flera bildsensorer (t.ex. CMOS -sensorer ) är placerade runt skärmarnas kanter (mestadels hörnen). Infraröda bakgrundsbelysningar placeras i sensorns synfält på motsatt sida av skärmen. En beröring blockerar några ljus från sensorerna, och platsen och storleken på det rörande föremålet kan beräknas (se visuellt skrov ). Denna teknik växer i popularitet på grund av dess skalbarhet, mångsidighet och prisvärdhet för större pekskärmar.

Dispersiv signalteknik

Systemet introducerades 2002 av 3M och detekterar en beröring med hjälp av sensorer för att mäta piezoelektriciteten i glaset. Komplexa algoritmer tolkar denna information och ger den faktiska platsen för beröringen. Tekniken påverkas inte av damm och andra yttre element, inklusive repor. Eftersom det inte behövs några ytterligare element på skärmen, hävdar det också att det ger utmärkt optisk klarhet. Vilket objekt som helst kan användas för att generera beröringshändelser, inklusive handskade fingrar. En nackdel är att efter den första beröringen kan systemet inte upptäcka ett orörligt finger. Av samma anledning stör emellertid vilande objekt inte beröringsigenkänning.

Akustisk pulsigenkänning

Nyckeln till denna teknik är att en beröring vid vilken position som helst på ytan genererar en ljudvåg i substratet som sedan producerar en unik kombinerad signal mätt av tre eller fler små givare fästa vid pekskärmens kanter. Den digitaliserade signalen jämförs med en lista som motsvarar varje position på ytan, vilket bestämmer beröringsplatsen. En rörlig touch spåras av snabb upprepning av denna process. Externa och omgivande ljud ignoreras eftersom de inte matchar någon lagrad ljudprofil. Tekniken skiljer sig från andra ljudbaserade tekniker genom att använda en enkel sökmetod snarare än dyr signalbehandlingshårdvara. Som med det dispersiva signalteknologisystemet kan ett orörligt finger inte detekteras efter den första beröringen. Av samma anledning störs dock inte beröringsigenkänningen av vilande föremål. Tekniken skapades av SoundTouch Ltd i början av 2000 -talet, enligt beskrivningen av patentfamiljen EP1852772, och introducerades på marknaden av Tyco Internationals Elo -division 2006 som Acoustic Pulse Recognition. Pekskärmen som Elo använder är gjord av vanligt glas, vilket ger bra hållbarhet och optisk klarhet. Tekniken behåller vanligtvis noggrannhet med repor och damm på skärmen. Tekniken är också väl lämpad för skärmar som är fysiskt större.

Konstruktion

Det finns flera huvudsakliga sätt att bygga en pekskärm. De viktigaste målen är att känna igen ett eller flera fingrar som vidrör en display, att tolka kommandot som detta representerar och att kommunicera kommandot till lämplig applikation.

I det resistiva tillvägagångssättet, som tidigare var den mest populära tekniken, finns det vanligtvis fyra lager:

  1. Översta polyesterbelagda lager med en transparent metallledande beläggning på botten.
  2. Adhesiv distans
  3. Glasskikt belagt med en transparent metallledande beläggning på ovansidan
  4. Limskikt på glasets baksida för montering.

När en användare rör vid ytan registrerar systemet förändringen i den elektriska strömmen som flyter genom displayen.

Dispersiv-signal-teknik mäter den piezoelektriska effekten- spänningen som genereras när mekanisk kraft appliceras på ett material-som uppstår kemiskt när ett förstärkt glasunderlag berörs.

Det finns två infraröda metoder. I den ena upptäcker en rad sensorer ett finger som vidrör eller nästan vidrör skärmen och avbryter därmed infraröda ljusstrålar som projiceras över skärmen. I den andra, nedmonterade infraröda kameror registrerar värme från skärmberöringar.

I varje fall bestämmer systemet det avsedda kommandot baserat på kontrollerna som visas på skärmen vid den tidpunkten och platsen för beröringen.

Utveckling

Utvecklingen av multi-touch-skärmar underlättade spårningen av mer än ett finger på skärmen; sålunda är operationer som kräver mer än ett finger möjliga. Dessa enheter låter också flera användare interagera med pekskärmen samtidigt.

Med den växande användningen av pekskärmar absorberas kostnaden för pekskärmsteknik rutinmässigt i de produkter som innehåller den och elimineras nästan. Pekskärmstekniken har visat tillförlitlighet och finns i flygplan, bilar, spelkonsoler, maskinkontrollsystem, apparater och handhållna displayenheter inklusive mobiltelefoner; pekskärmsmarknaden för mobila enheter beräknades producera 5 miljarder dollar år 2009.

Möjligheten att exakt peka på själva skärmen går också framåt med de framväxande grafiska surfplattans hybrider. Polyvinylidenfluorid (PVFD) spelar en stor roll i denna innovation på grund av dess höga piezoelektriska egenskaper, som gör att surfplattan kan känna tryck, vilket gör att saker som digital målning beter sig mer som papper och penna.

TapSense, som tillkännagavs i oktober 2011, gör det möjligt för pekskärmar att skilja vilken del av handen som användes för inmatning, till exempel fingertopp, knog och nagel. Detta kan användas på olika sätt, till exempel för att kopiera och klistra in, för att versera, för att aktivera olika ritlägen, etc.

En verklig praktisk integration mellan tv-bilder och funktionerna hos en normal modern dator kan vara en innovation inom en snar framtid: till exempel "all-live-information" på internet om en film eller skådespelarna på video, en lista med andra musik under ett vanligt videoklipp av en låt eller nyheter om en person.

Ergonomi och användning

Pekskärmens noggrannhet

För att pekskärmar ska vara effektiva inmatningsenheter måste användarna kunna välja mål exakt och undvika oavsiktligt val av intilliggande mål. Utformningen av pekskärmsgränssnitt ska återspegla systemets tekniska kapacitet, ergonomi , kognitiv psykologi och mänsklig fysiologi .

Riktlinjer för pekskärmsdesigner utvecklades först på 1990 -talet, baserat på tidig forskning och faktisk användning av äldre system, vanligtvis med hjälp av infraröda nät - som var mycket beroende av storleken på användarens fingrar. Dessa riktlinjer är mindre relevanta för huvuddelen av moderna enheter som använder kapacitiv eller resistiv beröringsteknik.

Från mitten av 2000-talet har tillverkare av operativsystem för smartphones utfärdat standarder, men dessa varierar mellan tillverkare och möjliggör betydande variation i storlek baserat på teknikförändringar, så de är olämpliga ur ett mänskligt faktorperspektiv .

Mycket viktigare är noggrannheten människor har när de väljer mål med fingret eller en penna. Noggrannheten i användarvalet varierar beroende på position på skärmen: användarna är mest exakta i mitten, mindre vid vänster och höger kant, och minst exakt i överkanten och särskilt i nedre kanten. Den R95 noggrannhet (krävs radie för 95% mål-noggrannhet) varierar från 7 mm (0,28 tum) i centrum till 12 mm (0,47 in) i de nedre hörnen. Användare är medvetet medvetna om detta och tar mer tid att välja mål som är mindre eller vid kanterna eller hörnen på pekskärmen.

Denna användares felaktighet är ett resultat av parallax , synskärpa och hastigheten på återkopplingsslingan mellan ögonen och fingrarna. Precis hos det mänskliga fingret är mycket, mycket högre än så, så när hjälpteknik tillhandahålls-till exempel förstoringsglas på skärmen-kan användarna flytta fingret (när de är i kontakt med skärmen) med en precision så liten som 0,1 mm ( 0,004 tum).

Handposition, siffra används och växling

Användare av handhållna och bärbara pekskärmsenheter håller dem på en mängd olika sätt och ändrar rutinmässigt sitt sätt att hålla och välja för att passa position och typ av ingång. Det finns fyra grundläggande typer av handhållen interaktion:

  • Håller åtminstone delvis med båda händerna, knackar med en enda tumme
  • Håller med två händer och knackar med båda tummarna
  • Håller med en hand, knackar med fingret (eller sällan tummen) på en annan hand
  • Håll enheten i ena handen och knacka med tummen från samma hand

Användningshastigheten varierar mycket. Medan två tummar knackar på sällan (1-3%) för många allmänna interaktioner, används den för 41% av typinteraktionen.

Dessutom placeras enheter ofta på ytor (skrivbord eller bord) och surfplattor används särskilt i stativ. Användaren kan peka, välja eller gesta i dessa fall med fingret eller tummen och variera användningen av dessa metoder.

Kombinerat med haptik

Pekskärmar används ofta med haptiska svarssystem. Ett vanligt exempel på denna teknik är vibrationsåterkopplingen som ges när du trycker på en knapp på pekskärmen. Haptics används för att förbättra användarens upplevelse av pekskärmar genom att ge simulerad taktil feedback och kan utformas för att reagera omedelbart, delvis motverka svarstiden på skärmen. Forskning från University of Glasgow (Brewster, Chohan och Brown, 2007; och nyligen Hogan) visar att pekskärmsanvändare minskar inmatningsfel (med 20%), ökar ingångshastigheten (med 20%) och sänker sin kognitiva belastning (med 40%) när pekskärmar kombineras med haptik eller taktil feedback. Utöver detta undersökte en studie som genomfördes 2013 av Boston College de effekter som pekskärmar haptisk stimulering hade på att utlösa psykologiskt ägande av en produkt. Deras forskning drog slutsatsen att en pekskärms förmåga att införliva stora mängder haptiskt engagemang resulterade i att kunderna kände mer begåvning till de produkter som de designade eller köpte. Studien rapporterade också att konsumenter som använder en pekskärm var villiga att acceptera en högre prispunkt för de varor de köpte.

Kundservice

Pekskärmstekniken har blivit integrerad i många aspekter av kundservicebranschen under 2000 -talet. Restaurangindustrin är ett bra exempel på pekskärmsimplementering på denna domän. Kedjerestauranger som Taco Bell, Panera Bread och McDonald's erbjuder pekskärmar som ett alternativ när kunder beställer varor från menyn. Medan tillägget av pekskärmar är en utveckling för denna bransch, kan kunderna välja att kringgå pekskärmen och beställa från en traditionell kassör. För att ta detta ett steg längre har en restaurang i Bangalore försökt att automatisera beställningsprocessen helt. Kunder sätter sig vid ett bord inbäddat med pekskärmar och beställer en omfattande meny. När beställningen är gjord skickas den elektroniskt till köket. Dessa typer av pekskärmar passar under Point of Sale (POS) -systemen som nämns i avsnittet Lead.

"Gorilla -arm"

Utökad användning av gestikulära gränssnitt utan användarens förmåga att vila armen kallas "gorillaarm". Det kan resultera i trötthet och till och med repetitiv stressskada när det rutinmässigt används i en arbetsmiljö. Vissa tidiga pennbaserade gränssnitt krävde att operatören arbetade i denna position under stora delar av arbetsdagen. Att låta användaren vila handen eller armen på inmatningsenheten eller en ram runt den är en lösning för detta i många sammanhang. Detta fenomen nämns ofta som ett exempel på rörelser som ska minimeras genom korrekt ergonomisk design.

Pekskärmar som inte stöds är fortfarande ganska vanliga i applikationer som bankomater och datakiosker, men är inte ett problem eftersom den vanliga användaren bara engagerar sig i korta och vidsträckta perioder.

Fingeravtryck

Fingeravtryck och fläckar på en iPad ( surfplatta ) pekskärm

Pekskärmar kan drabbas av problemet med fingeravtryck på skärmen. Detta kan mildras genom användning av material med optiska beläggningar som är utformade för att minska de synliga effekterna av fingeravtrycksoljor. De flesta moderna smartphones har oleofoba beläggningar, vilket minskar mängden oljerester. Ett annat alternativ är att installera en matt finish anti-glare skärmskydd , vilket skapar en något ruggad yta som inte lätt behålla fläckar.

Handskens beröring

Pekskärmar fungerar inte för det mesta när användaren bär handskar. Handskens tjocklek och materialet de är tillverkade av spelar en viktig roll för det och en pekskärms förmåga att fånga en touch.

Se även

Referenser

Källor

externa länkar