Dokunmatik ekran - Touchscreen

Bir Başlangıç uygulaması bir üzerinde akıllı uygulama simgesinde bir parmak dokunuşu ile dokunmatik ekranda görüntülenen (video)

Bir dokunmatik ekran ya da dokunmatik ekran , hem bir giriş ( 'dokunmatik panel') ve çıkış (display), cihazın düzeneğidir. Dokunmatik panel normalde bir bilgi işleme sisteminin elektronik görsel ekranının üstüne yerleştirilir . Sistem genellikle bir dizüstü bilgisayar, tablet veya akıllı telefon iken ekran genellikle bir LCD AMOLED veya OLED ekrandır . Bir kullanıcı , ekrana özel bir kalemle veya bir veya daha fazla parmakla dokunarak basit veya çoklu dokunma hareketleriyle bilgi işleme sistemine girdi verebilir veya kontrol edebilir . Bazı dokunmatik ekranlar çalışmak için sıradan veya özel kaplamalı eldivenler kullanırken diğerleri yalnızca özel bir kalem veya kalem kullanarak çalışabilir. Kullanıcı, görüntülenenlere tepki vermek ve yazılım izin veriyorsa, nasıl görüntüleneceğini kontrol etmek için dokunmatik ekranı kullanabilir; örneğin, metin boyutunu büyütmek için yakınlaştırma .

Dokunmatik ekran, kullanıcının fare , dokunmatik yüzey veya bu tür diğer aygıtları (çoğu modern dokunmatik ekran için isteğe bağlı olan ekran kalemi dışında) kullanmak yerine görüntülenenle doğrudan etkileşim kurmasını sağlar .

Dokunmatik ekranlar , oyun konsolları , kişisel bilgisayarlar , elektronik oylama makineleri ve satış noktası (POS) sistemleri gibi cihazlarda yaygındır . Ayrıca bilgisayarlara veya terminaller olarak ağlara da bağlanabilirler. Kişisel dijital yardımcılar (PDA) ve bazı e-okuyucular gibi dijital cihazların tasarımında önemli bir rol oynarlar . Dokunmatik ekranlar, sınıflar veya üniversite kampüsleri gibi eğitim ortamlarında da önemlidir.

Akıllı telefonların, tabletlerin ve birçok bilgi cihazı türünün popülaritesi, taşınabilir ve işlevsel elektronik cihazlar için ortak dokunmatik ekranların talebini ve kabulünü artırıyor. Dokunmatik ekranlar tıp alanında, ağır sanayide , otomatik vezne makinelerinde (ATM'ler) ve müze ekranları veya oda otomasyonu gibi kiosklarda , klavye ve fare sistemlerinin kullanıcı tarafından kullanıcı ile uygun şekilde sezgisel, hızlı veya doğru bir etkileşime izin vermediği yerlerde bulunur . ekran içeriği.

Tarihsel olarak, dokunmatik ekran sensörü ve beraberindeki denetleyici tabanlı ürün yazılımı , ekran, yonga veya anakart üreticileri tarafından değil, çok çeşitli pazar sonrası sistem entegratörleri tarafından sağlandı . Ekran üreticileri ve çip üreticileri, dokunmatik ekranların bir kullanıcı arayüzü bileşeni olarak kabul edilmesine yönelik eğilimi kabul ettiler ve dokunmatik ekranları ürünlerinin temel tasarımına entegre etmeye başladılar.

Ecobee dokunmatik ekranlı akıllı termostat

Tarih

CERN'in hızlandırıcı SPS'sinin ( Süper Proton Synchrotron ) kontrol odası için İngiliz elektronik mühendisi Frank Beck tarafından 1977'de CERN'de geliştirilen prototip xy karşılıklı kapasitans dokunmatik ekranı (solda ). Bu , yine 1972'de CERN'de Stumpe tarafından geliştirilen öz kapasitans ekranının (sağda) daha da geliştirilmesiydi .

İngiltere, Malvern'de bulunan Royal Radar Kuruluşundan Eric Johnson, kapasitif dokunmatik ekranlar konusundaki çalışmalarını 1965'te yayınlanan kısa bir makalede ve daha sonra 1967'de yayınlanan bir makalede daha ayrıntılı olarak - fotoğraflar ve diyagramlarla - anlattı. hava trafik kontrol 1968. yayınlanan bir makalede açıklanan edilmiş Frank Beck ve Bent Stumpe , mühendisler CERN (Avrupa Nükleer Araştırma Örgütü), erken bir televizyon fabrikasında Stumpe çalışmasına dayalı, 1970'lerin başında şeffaf dokunmatik ekran geliştirdi 1960'lar. Daha sonra CERN tarafından üretildi ve kısa bir süre sonra endüstri ortakları tarafından 1973'te kullanıma sunuldu. 1960'ların ortasında, dokunmatik ekran başka ön-madde, bir terminal ekranın önünde bir ultrasonik perde tabanlı işaret aygıtı, çevresinde bir ekip tarafından geliştirilmiş olan Rainer Mallebrein  [ de ] de Telefunken Konstanz bir hava trafik kontrol sistemi. 1970 yılında bu, ekranın önünde iletken olarak kaplanmış bir cam ekran kullanan SIG 50 terminali için "Touchinput- Einrichtung " ("dokunmatik giriş tesisi") adlı bir cihaza dönüştü . Bu, 1971'de patentlendi ve patent birkaç yıl sonra verildi. Aynı ekip, birkaç yıl önce SIG 100-86 için Rollkugel fare RKS 100-86'yı zaten icat etmiş ve pazarlamıştı .

1977'de bir Amerikan şirketi olan Elographics, Siemens ile ortaklaşa  olarak, Elographics'in kurucusu George Samuel Hurst tarafından geliştirilen 7 Ekim 1975 tarihli ABD patenti No. 3,911,215, mevcut opak dokunmatik yüzey teknolojisinin şeffaf bir uygulamasını geliştirmek için çalışmaya başladı. . Ortaya çıkan dirençli teknoloji dokunmatik ekran ilk olarak 1982'de gösterildi. Şimdi Elo Touch Solutions olarak adlandırılan bu şirket, bugün iş uygulamaları için etkileşimli cihazların lider sağlayıcısı olarak faaliyet göstermeye devam ediyor.

1972'de Illinois Üniversitesi'nden bir grup , Magnavox Plato IV Öğrenci Terminali'nin standart bir parçası haline gelen optik bir dokunmatik ekran için patent başvurusunda bulundu ve bu amaçla binlerce kişi inşa edildi. Bu dokunmatik ekranlar , her biri tek renkli bir plazma ekran panelinin önüne monte edilmiş, her biri ekranın bir kenarında bir LED ve diğer kenarda eşleşen bir fototransistörden oluşan çapraz bir dizi 16×16 kızılötesi konum sensörüne sahipti . Bu düzenleme, ekrana yakın herhangi bir parmak ucu büyüklüğünde opak nesneyi algılayabilir. Benzer bir dokunmatik ekran, 1983'ten başlayarak HP-150'de kullanıldı. HP 150, dünyanın en eski ticari dokunmatik ekranlı bilgisayarlarından biriydi. HP, kızılötesi vericilerini ve alıcılarını 9 inçlik bir Sony katot ışın tüpünün (CRT) çerçevesinin etrafına monte etti .

1984'te Fujitsu , Micro 16 için döşemeli grafikler olarak saklanan kanji karakterlerinin karmaşıklığını barındırmak için bir dokunmatik yüzey çıkardı . 1985 yılında Sega , SG-1000 video oyun konsolu ve SC-3000 ev bilgisayarı için Sega Grafik Kartı olarak da bilinen Terebi Oekaki'yi piyasaya sürdü . Plastik bir kalem ve kalem baskılarının algılandığı şeffaf bir pencereye sahip plastik bir tahtadan oluşuyordu. Öncelikle bir çizim yazılımı uygulamasıyla kullanıldı. 1986'da Sega AI bilgisayarı için bir grafik dokunmatik tablet piyasaya sürüldü.

Dokunmaya duyarlı kontrol-gösterge üniteleri (CDU'lar), 1980'lerin başında ticari uçak uçuş güverteleri için değerlendirildi. İlk araştırmalar, mürettebatın klavyede enlemleri, boylamları ve ara nokta kodlarını "baş aşağı" yazmak yerine ara noktaları, işlevleri ve eylemleri seçebileceği için dokunmatik arayüzün pilot iş yükünü azaltacağını gösterdi. Bu teknolojinin etkin bir entegrasyonu, uçuş ekiplerinin uçuş yolu, çeşitli uçak sistemlerinin işleyişi ve an be an insan etkileşimleri dahil olmak üzere araç operasyonlarının tüm ana yönleri hakkında yüksek düzeyde durumsal farkındalık sürdürmelerine yardımcı olmayı amaçladı.

1980'lerin başında General Motors , Delco Electronics bölümünü bir otomobilin temel olmayan işlevlerini (yani gaz kelebeği , şanzıman , frenleme ve direksiyon dışındaki ) mekanik veya elektro-mekanik sistemlerden mümkün olan her yerde katı hal alternatifleriyle değiştirmeyi amaçlayan bir projeyle görevlendirdi. . Bitmiş cihaz, çeşitli çevresel sensörlere , servolara , solenoidlere , antene ve hem görüntü hem de tek giriş yöntemi olarak işlev gören tek renkli bir CRT dokunmatik ekrana bağlı bir dijital bilgisayar ve yazılım kontrol sistemi olan "Elektronik Kontrol Merkezi" için ECC olarak adlandırıldı . ECC, geleneksel mekanik stereo , fan, ısıtıcı ve klima kontrolleri ve ekranlarının yerini aldı ve aracın kümülatif ve mevcut çalışma durumu hakkında gerçek zamanlı olarak çok ayrıntılı ve özel bilgiler sağlama yeteneğine sahipti . ECC, 1985–1989 Buick Riviera ve daha sonra 1988–1989 Buick Reatta'da standart ekipmandı , ancak kısmen bazı geleneksel Buick müşterilerinin teknofobisi nedeniyle , ancak çoğunlukla ECC'nin dokunmatik ekranının maruz kaldığı maliyetli teknik sorunlar nedeniyle tüketiciler arasında popüler değildi. bu da klima kontrolünü veya stereo işletimini imkansız hale getirir.

Çoklu dokunmatik teknolojisi 1982 yılında , Toronto Üniversitesi Girdi Araştırma Grubu'nun camın arkasına yerleştirilmiş bir kamera ile buzlu cam panel kullanarak ilk insan girişli çoklu dokunmatik sistemi geliştirmesiyle başladı. 1985 yılında, Bill Buxton dahil University of Toronto grup, kullanılan kapasite yerine hantal kamera tabanlı optik algılama sistemleri (bunun bir multi-touch tablet geliştirilen çoklu dokunma Geçmiş ).

Ticari olarak temin edilebilen ilk grafik satış noktası (POS) yazılımı, 16-bit Atari 520ST renkli bilgisayarda gösterildi. Renkli dokunmatik ekran widget'lı bir arayüze sahipti. ViewTouch POS yazılımı ilk olarak geliştiricisi Gene Mosher tarafından 1986'da Fall COMDEX fuarının Atari Computer gösteri alanında gösterildi .

1987'de Casio, 4×4 matristen oluşan dokunmatik ekrana sahip Casio PB-1000 cep bilgisayarını piyasaya sürdü ve küçük LCD grafik ekranında 16 dokunmatik alan sağladı.

Dokunmatik ekranlar 1988'e kadar kesin olmamakla kötü bir üne sahipti. Çoğu kullanıcı arayüzü kitabı, dokunmatik ekran seçimlerinin ortalama parmaktan daha büyük hedeflerle sınırlı olduğunu belirtirdi. O zaman seçimler, parmak üzerine gelir gelmez bir hedef seçilecek şekilde yapıldı ve ilgili işlem hemen yapıldı. Paralaks veya kalibrasyon sorunları nedeniyle hatalar yaygındı ve kullanıcının hayal kırıklığına uğramasına neden oldu. "Kaldırma stratejisi" Maryland Üniversitesi İnsan-Bilgisayar Etkileşim Laboratuvarı'ndaki (HCIL) araştırmacılar tarafından tanıtıldı . Kullanıcılar ekrana dokunduklarında, neyin seçileceğine ilişkin geri bildirim sağlanır: kullanıcılar parmağın konumunu ayarlayabilir ve işlem yalnızca parmak ekrandan kaldırıldığında gerçekleşir. Bu, 640×480 Video Grafik Dizisi (VGA) ekranında (o zamanın bir standardı) tek bir piksele kadar küçük hedeflerin seçilmesine izin verdi .

Sears ve ark. (1990) , zamanın tek ve çok dokunuşlu insan-bilgisayar etkileşimi üzerine, düğmeleri döndürme, kaydırıcıları ayarlama ve bir anahtarı etkinleştirmek için ekranı kaydırma gibi hareketleri açıklayan bir akademik araştırma incelemesi yaptı. geçiş anahtarı). HCIL ekibi (gösterdi kullanıcılar 25 de yazabilirsiniz bir çalışmada da dahil küçük dokunmatik klavye geliştirilmiş ve çalışılan wpm mobil cihazlardaki giriş yardım, dokunmatik klavyede). Ayrıca, bir çizgi aralığı seçme, nesneleri bağlama ve konumu başka bir parmakla korurken seçmek için "dokunma-tıklama" hareketi gibi çoklu dokunma hareketleri tasarladılar ve uyguladılar.

1990'da HCIL, daha sonra Apple ve diğer dokunmatik ekranlı cep telefonu satıcıları arasındaki kilit ekranı patent davasında ( ABD Patenti 7,657,849 ) ile ilgili olarak önceki teknik olarak belirtilen bir dokunmatik ekran kaydırıcısını gösterdi .

1991-1992'de, Sun Star7 prototip PDA , atalet kaydırmalı bir dokunmatik ekran uyguladı . 1993 yılında IBM , ilk dokunmatik ekranlı telefonu IBM Simon'ı piyasaya sürdü .

Bir erken bir girişim el oyun konsolu dokunmatik ekran ile kontrollere oldu Sega için 'ın amaçlanan halefi Oyun Gear cihazı nedeniyle 1990'ların başında dokunmatik teknolojisi, yüksek maliyet nedeniyle sonuçta rafa ve asla serbest olmasına rağmen,.

Kapasitif dokunmatik ekrana sahip ilk cep telefonu , Mayıs 2007'de piyasaya sürülen LG Prada idi (ilk iPhone'dan önceydi ).

Dokunmatik ekranlar, 2004'te Nintendo DS piyasaya çıkana kadar video oyunları için yaygın olarak kullanılmayacaktı . Yakın zamana kadar, çoğu tüketici dokunmatik ekranı aynı anda yalnızca bir temas noktasını algılayabiliyordu ve çok azı birinin ne kadar sert dokunduğunu algılama yeteneğine sahipti. Bu, çoklu dokunma teknolojisinin ticarileşmesi ve Apple Watch'un Nisan 2015'te kuvvete duyarlı bir ekranla piyasaya sürülmesiyle değişti .

2007 yılında, sevk edilen dokunmatik ekranların %93'ü dirençliydi ve yalnızca %4'ü öngörülen kapasitanstı. 2013 yılında sevk edilen dokunmatik ekranların %3'ü dirençli ve %90'ı öngörülen kapasitanstı.

teknolojiler

Farklı dokunma algılama yöntemlerine sahip çeşitli dokunmatik ekran teknolojileri vardır.

dirençli

Bir dirençli dokunmatik paneli arasında ince bir boşluk ile birbirine bakan iki şeffaf elektriksel olarak dirençli tabakalar En önemli olan bir kaç ince tabakalar içermektedir. Üst tabaka (dokunulan) alt yüzeyde bir kaplamaya sahiptir; hemen altında, alt tabakasının üstünde benzer bir dirençli katman bulunur. Bir katmanın yanları boyunca iletken bağlantıları, diğeri ise üst ve alt boyunca iletken bağlantılara sahiptir. Bir katmana voltaj uygulanır ve diğeri tarafından algılanır. Parmak ucu veya ekran kalemi ucu gibi bir nesne dış yüzeye bastırdığında, bu noktada iki katman birbirine dokunarak birbirine bağlanır. Panel daha sonra her seferinde bir eksen olmak üzere bir çift voltaj bölücü gibi davranır . Her katman arasında hızla geçiş yaparak ekrandaki basıncın konumu tespit edilebilir.

Sıvılara ve kirleticilere karşı yüksek toleransı nedeniyle restoranlarda, fabrikalarda ve hastanelerde dirençli dokunmatik kullanılır. Dirençli dokunma teknolojisinin önemli bir avantajı düşük maliyetidir. Ek olarak, dokunmanın algılanması için yalnızca yeterli basınç gerekli olduğundan, eldivenler takılıyken veya parmak yerine sert herhangi bir şey kullanılarak kullanılabilirler. Dezavantajları arasında aşağı bastırma ihtiyacı ve keskin nesnelerin zarar görme riski yer alır. Dirençli dokunmatik ekranlar, ekran üzerine yerleştirilen malzeme katmanlarından ek yansımalara (yani parlama) sahip olmaları nedeniyle daha zayıf kontrasttan da zarar görürler. Bu, Nintendo tarafından DS ailesinde , 3DS ailesinde ve Wii U GamePad'de kullanılan dokunmatik ekran türüdür .

Yüzey akustik dalga

Yüzey akustik dalgası (SAW) teknolojisi , dokunmatik ekran panelinin üzerinden geçen ultrasonik dalgaları kullanır . Panele dokunulduğunda dalganın bir kısmı emilir. Ultrasonik dalgalardaki değişiklik , dokunma olayının konumunu belirlemek için kontrolör tarafından işlenir . Yüzey akustik dalga dokunmatik ekran panelleri dış etkenlerden zarar görebilir. Yüzeydeki kirleticiler de dokunmatik ekranın işlevselliğini etkileyebilir.

SAW cihazları, gecikme hatları , filtreler, korelatörler ve DC'den DC'ye dönüştürücüler dahil olmak üzere çok çeşitli uygulamalara sahiptir .

kapasitif

Bir cep telefonunun kapasitif dokunmatik ekranı
1983'ten kalma Casio TC500 Kapasitif dokunmatik sensörlü saat, dokunmatik sensör yüzeylerini açığa çıkaran açılı ışık ve üst saat camı yüzeyine kazınmış izler.

Kapasitif dokunmatik ekran paneli, indiyum kalay oksit (ITO) gibi şeffaf bir iletkenle kaplanmış cam gibi bir yalıtkandan oluşur . İnsan vücudu aynı zamanda bir elektrik iletkeni olduğundan, ekranın yüzeyine dokunmak, ekranın elektrostatik alanında, kapasitansta bir değişiklik olarak ölçülebilen bir bozulmaya neden olur . Dokunmanın yerini belirlemek için farklı teknolojiler kullanılabilir. Konum daha sonra işlenmek üzere kontrolöre gönderilir. ITO, indiyum kullanımı nedeniyle çeşitli çevre sorunlarına neden olduğundan, ITO yerine gümüş kullanan dokunmatik ekranlar mevcuttur. Denetleyici tipik olarak tamamlayıcı bir metal oksit-yarı iletken (CMOS) uygulamaya özel entegre devre (ASIC) yongasıdır ve bu da genellikle sinyalleri işleme için bir CMOS dijital sinyal işlemcisine (DSP) gönderir .

Dirençli bir dokunmatik ekranın aksine , bazı kapasitif dokunmatik ekranlar , eldiven gibi elektriksel olarak yalıtkan malzemelerden geçen bir parmağı algılamak için kullanılamaz. Bu dezavantaj, özellikle insanların eldiven giydiği soğuk havalarda dokunmatik tablet PC'ler ve kapasitif akıllı telefonlar gibi tüketici elektroniğinde kullanılabilirliği etkiler. Özel bir kapasitif kalemle veya kullanıcının parmak ucuyla elektrik temasına izin veren işlemeli bir iletken iplik parçasına sahip özel bir uygulama eldiveni ile üstesinden gelinebilir.

Buna göre dengesiz, gürültülü bir voltaja sahip düşük kaliteli anahtarlama modlu bir güç kaynağı birimi , kapasitif dokunmatik ekranların hassasiyetini, doğruluğunu ve hassasiyetini geçici olarak etkileyebilir.

Bazı kapasitif ekran üreticileri, daha ince ve daha hassas dokunmatik ekranlar geliştirmeye devam ediyor. Mobil cihazlar için olanlar artık, Samsung'un Super AMOLED ekranlarında olduğu gibi, kapasitörleri ekranın içine yerleştirerek bir katmanı ortadan kaldıran 'hücre içi' teknoloji ile üretiliyor . Bu tür dokunmatik ekran, kullanıcının parmağı ile ekranda dokunduğu şey arasındaki görünür mesafeyi azaltarak, akıllı telefonlarda arzu edilen ekranın kalınlığını ve ağırlığını azaltır .

Basit bir paralel plakalı kapasitör, bir dielektrik katmanla ayrılmış iki iletkene sahiptir. Bu sistemdeki enerjinin çoğu doğrudan plakalar arasında yoğunlaşmıştır. Enerjinin bir kısmı plakaların dışındaki alana yayılır ve bu etkiyle ilişkili elektrik alan çizgilerine saçak alanlar denir. Pratik bir kapasitif sensör yapmanın zorluğunun bir kısmı, saçak alanlarını bir kullanıcının erişebileceği aktif bir algılama alanına yönlendiren bir dizi baskılı devre izi tasarlamaktır. Paralel plakalı bir kapasitör, böyle bir sensör modeli için iyi bir seçim değildir. Saçak elektrik alanlarının yanına bir parmak yerleştirmek, kapasitif sisteme iletken yüzey alanı ekler. Parmak tarafından eklenen ek şarj depolama kapasitesi, parmak kapasitansı veya CF olarak bilinir. Sensörün parmak olmadan kapasitansı, parazit kapasitans veya CP olarak bilinir.

Yüzey kapasitansı

Bu temel teknolojide yalıtkanın sadece bir tarafı iletken bir tabaka ile kaplanır. Katmana küçük bir voltaj uygulanarak düzgün bir elektrostatik alan elde edilir. İnsan parmağı gibi bir iletken kaplanmamış yüzeye dokunduğunda, dinamik olarak bir kapasitör oluşur. Sensörün kontrolörü, panelin dört köşesinden ölçülen kapasitans değişikliğinden dolaylı olarak dokunmanın yerini belirleyebilir. Hareketli parçası olmadığı için orta derecede dayanıklıdır ancak çözünürlüğü sınırlıdır, parazitik kapasitif kuplajdan gelen yanlış sinyallere eğilimlidir ve üretim sırasında kalibrasyon gerektirir . Bu nedenle çoğunlukla endüstriyel kontroller ve kiosklar gibi basit uygulamalarda kullanılır .

Bazı standart kapasitans algılama yöntemleri, iletken olmayan bir yüzeyden bir parmağı algılamak için kullanılabilecekleri anlamında projektif olsa da, algılama plakalarını genişleten veya daraltan, kapasitansta dalgalanmalara neden olan sıcaklıktaki dalgalanmalara karşı çok hassastırlar. bu plakalardan. Bu dalgalanmalar çok fazla arka plan gürültüsüne neden olur, bu nedenle doğru algılama için güçlü bir parmak sinyali gerekir. Bu, uygulamaları, parmağın doğrudan algılama elemanına dokunduğu veya nispeten ince, iletken olmayan bir yüzey aracılığıyla algılandığı uygulamalarla sınırlar.

Öngörülen kapasitans

Öngörülen kapasitif dokunmatik (PCT) teknolojisine dayalı Multitouch Globe'un arka yüzü
Şeffaf bir polyester filme gömülü 25 mikron yalıtım kaplı bakır tel kullanılarak üretilen 8 x 8 projeksiyonlu kapasitans dokunmatik ekran.
Bu şema, standart bir x/y çoğullamalı dokunmatik ekran kullanılarak oluşturulan 16 kesişim yerine, bir kafes dokunmatik ekrana veya tuş takımına yapılan sekiz girişin nasıl 28 benzersiz kesişim oluşturduğunu gösterir.
Öngörülen kapasitif dokunmatik ekranın şeması

Öngörülen kapasitif dokunmatik (PCT; ayrıca PCAP) teknolojisi, kapasitif dokunmatik teknolojisinin bir çeşididir, ancak dokunma duyarlılığının, doğruluğun, çözünürlüğün ve dokunma hızının basit bir "Yapay Zeka" biçiminin kullanılmasıyla büyük ölçüde iyileştirildiği bir yerdir. Bu akıllı işlem, parmakla algılamanın çok kalın cam ve hatta çift cam aracılığıyla doğru ve güvenilir bir şekilde yansıtılmasını sağlar.

Bazı modern PCT dokunmatik ekranlar binlerce ayrık tuştan oluşur, ancak çoğu PCT dokunmatik ekranlar, cam tabakalar üzerine katmanlı iletken malzemeden oluşan bir x/y satır ve sütun matrisinden yapılır. Bu yoluyla yapılabilir gravür oluşan bir kafes modeli meydana getirmek üzere, tek bir iletken tabakayı elektrotlar , ya da ince bir X / Y ızgarasını oluşturan bir ızgara meydana paralel çizgiler ya da parça ile iletken bir malzemenin iki ayrı, dikey tabakalar kabartarak, yalıtım kaplı teller tek bir katmanda. Aynı anda algılanabilen parmak sayısı, geçiş noktalarının sayısı (x * y) ile belirlenir. Bununla birlikte, çaprazlama noktalarının sayısı, x elemanlarının sadece y elemanlarını geçmek yerine, her iletken elemanın diğer her elemanı geçtiği bir diyagonal kafes düzeni kullanılarak neredeyse iki katına çıkarılabilir.

İletken tabaka genellikle şeffaftır ve şeffaf bir elektrik iletkeni olan İndiyum kalay oksitten (ITO) yapılmıştır. Bazı tasarımlarda, bu ızgaraya uygulanan voltaj, ölçülebilen tek tip bir elektrostatik alan oluşturur. Parmak gibi iletken bir nesne bir PCT paneliyle temas ettiğinde, o noktada yerel elektrostatik alanı bozar. Bu, kapasitansta bir değişiklik olarak ölçülebilir. Bir parmak iki "iz" arasındaki boşluğu kapatırsa, şarj alanı daha da kesintiye uğrar ve kontrolör tarafından algılanır. Kapasitans, ızgaradaki her bir noktada değiştirilebilir ve ölçülebilir. Bu sistem dokunuşları doğru bir şekilde takip edebiliyor.

Bir PCT'nin üst tabakasının cam olması nedeniyle, daha ucuz dirençli dokunmatik teknolojiden daha sağlamdır. Geleneksel kapasitif dokunmatik teknolojisinin aksine, bir PCT sisteminin pasif bir kalemi veya eldivenli parmağı algılaması mümkündür. Ancak panelin yüzeyindeki nem, yüksek nem veya toplanan toz performansı etkileyebilir. Bununla birlikte, bu çevresel faktörler, tel tabanlı dokunmatik ekranların çok daha düşük bir "parazitik" kapasitansa sahip olması ve komşu iletkenler arasında daha büyük mesafe olması nedeniyle 'ince tel' tabanlı dokunmatik ekranlarda bir sorun değildir.

İki tür PCT vardır: karşılıklı kapasitans ve öz kapasitans.

karşılıklı kapasitans

Bu, çoğu iletken nesnenin birbirine çok yakın olduklarında bir yük tutabildiği gerçeğinden yararlanan yaygın bir PCT yaklaşımıdır. Karşılıklı kapasitif sensörlerde, ızgaranın her kesişme noktasında satır izi ve sütun izi tarafından doğal olarak bir kapasitör oluşturulur. Örneğin 16×14 bir dizi 224 bağımsız kapasitöre sahip olacaktır. Satırlara veya sütunlara bir voltaj uygulanır. Sensörün yüzeyine bir parmak veya iletken prob ucu getirmek, yerel elektrostatik alanı değiştirir ve bu da karşılıklı kapasitansı azaltır. Diğer eksendeki voltajı ölçerek dokunma yerini doğru bir şekilde belirlemek için ızgaradaki her bir noktadaki kapasitans değişimi ölçülebilir. Karşılıklı kapasitans, birden fazla parmak, avuç içi veya prob ucunun aynı anda doğru bir şekilde izlenebildiği çoklu dokunma işlemine izin verir.

Kendinden kapasite

Kendinden kapasitans sensörleri, karşılıklı kapasitans sensörleriyle aynı XY ızgarasına sahip olabilir, ancak sütunlar ve sıralar bağımsız olarak çalışır. Kendi kendine kapasitans ile, bir parmağın kapasitif yükü, bir akım ölçer veya bir RC osilatörünün frekansındaki değişiklik ile her sütun veya sıra elektrotunda ölçülür.

Bir sıranın tüm uzunluğu boyunca herhangi bir yerde bir parmak algılanabilir. Bu parmak da bir sütun tarafından algılanırsa, parmak konumunun bu satır/sütun çiftinin kesişme noktasında olduğu varsayılabilir. Bu, tek bir parmağın hızlı ve doğru bir şekilde algılanmasını sağlar, ancak birden fazla parmak algılanacaksa bazı belirsizliğe neden olur. İki parmağın, yalnızca ikisi doğru olan dört olası algılama konumu olabilir. Bununla birlikte, çekişme içindeki herhangi bir temas noktasını seçici olarak duyarsızlaştırarak, çelişen sonuçlar kolayca ortadan kaldırılır. Bu, çoklu dokunma işlemi için "Öz Kapasitans"ın kullanılmasını sağlar.

Alternatif olarak, sütunlardan biri hariç tümüne "duyarsızlaştırıcı" bir sinyal uygulanarak belirsizlik önlenebilir. Bu, dokunmaya duyarlı herhangi bir satırın yalnızca kısa bir bölümünü bırakır. Sıra boyunca bu bölümlerin bir dizisini seçerek, o sıra boyunca birden fazla parmağın doğru konumunu belirlemek mümkündür. Bu işlem daha sonra tüm ekran taranana kadar diğer tüm satırlar için tekrar edilebilir.

Sony Xperia Sola , Samsung Galaxy S4 , Galaxy Note 3 , Galaxy S5 ve Galaxy Alpha gibi cep telefonlarında kendinden kapasitif dokunmatik ekran katmanları kullanılıyor .

Öz kapasitans, karşılıklı kapasitanstan çok daha hassastır ve esas olarak tek dokunuş, basit hareketler ve parmağın cam yüzeye bile dokunmasına gerek olmadığı yakınlık algılaması için kullanılır. Karşılıklı kapasitans esas olarak çoklu dokunma uygulamaları için kullanılır. Birçok dokunmatik ekran üreticisi, aynı üründe hem kendi hem de karşılıklı kapasitans teknolojilerini kullanır ve böylece bireysel faydalarını birleştirir.

Kapasitif ekranlarda kalem kullanımı

Kapasitif dokunmatik ekranların mutlaka bir parmakla çalıştırılması gerekmez, ancak yakın zamana kadar gereken özel prob uçlarını satın almak oldukça pahalı olabilirdi. Bu teknolojinin maliyeti son yıllarda büyük ölçüde düştü ve kapasitif prob uçları artık nominal bir ücret karşılığında yaygın olarak mevcut ve genellikle mobil aksesuarlarla birlikte ücretsiz olarak veriliyor. Bunlar, yumuşak iletken kauçuk uca sahip elektriksel olarak iletken bir şafttan oluşur, böylece parmakları prob ucuna dirençli bir şekilde bağlar.

Kızılötesi ızgara

1981'de bu PLATO V terminalinde bir kullanıcının dokunmatik ekran girişi için ekranın etrafına monte edilen kızılötesi sensörler. Monokromatik plazma ekranın karakteristik turuncu parıltısı gösterilmektedir.

Bir kızılötesi XY dizisi kızılötesi dokunmatik ekran kullanır LED ve foto detektör ekranın kenarlarındaki çiftleri LED'in desende bir bozulma kiriş algılamak için. Bu LED ışınları dikey ve yatay desenlerde birbirini keser. Bu, sensörlerin dokunuşun tam yerini almasına yardımcı olur. Böyle bir sistemin en büyük yararı, parmak, eldivenli parmak, ekran kalemi veya kalem dahil olmak üzere esasen herhangi bir opak nesneyi algılayabilmesidir. Genellikle dış mekan uygulamalarında ve dokunmatik ekranı etkinleştirmek için bir iletkene (çıplak parmak gibi) güvenemeyen POS sistemlerinde kullanılır. Kapasitif dokunmatik ekranların aksine , kızılötesi dokunmatik ekranlar , tüm sistemin dayanıklılığını ve optik netliğini artıran cam üzerinde herhangi bir desen gerektirmez. Kızılötesi dokunmatik ekranlar, kızılötesi ışınları engelleyebilecek kire ve toza karşı hassastır ve kullanıcı seçilecek öğeyi ararken bir parmağını ekranın üzerine getirdiğinde kavisli yüzeylerde paralaks ve yanlışlıkla basılmasına maruz kalır.

Kızılötesi akrilik projeksiyon

Bilgileri görüntülemek için arkadan projeksiyon ekranı olarak yarı saydam bir akrilik levha kullanılır. Akrilik levhanın kenarları kızılötesi LED'lerle aydınlatılır ve kızılötesi kameralar levhanın arkasına odaklanır. Sayfa üzerine yerleştirilen nesneler kameralar tarafından algılanabilir. Levha kullanıcı tarafından dokunulduğunda, deformasyon maksimum basınç noktalarında doruğa ulaşan ve kullanıcının dokunma yerini gösteren kızılötesi ışığın sızmasına neden olur. Microsoft'un PixelSense tabletleri bu teknolojiyi kullanır.

optik görüntüleme

Optik dokunmatik ekranlar, iki veya daha fazla görüntü sensörünün ( CMOS sensörleri gibi ) ekranın kenarlarına (çoğunlukla köşelere) yerleştirildiği dokunmatik ekran teknolojisinde nispeten modern bir gelişmedir . Kızılötesi arka ışıklar, ekranın karşı tarafındaki sensörün görüş alanına yerleştirilir. Bir dokunma, sensörlerden gelen bazı ışıkları engeller ve dokunan nesnenin konumu ve boyutu hesaplanabilir ( görsel gövdeye bakın ). Bu teknoloji, daha büyük dokunmatik ekranlar için ölçeklenebilirliği, çok yönlülüğü ve satın alınabilirliği nedeniyle popülaritesini artırıyor.

Dağıtıcı sinyal teknolojisi

2002 yılında 3M tarafından tanıtılan bu sistem , camdaki piezoelektrikliği ölçmek için sensörler kullanarak bir dokunuşu algılar . Karmaşık algoritmalar bu bilgiyi yorumlar ve dokunmanın gerçek konumunu sağlar. Teknoloji, toz ve çizikler dahil diğer dış unsurlardan etkilenmez. Ekranda ek elemanlara ihtiyaç olmadığı için mükemmel optik netlik sağladığını da iddia ediyor. Eldivenli parmaklar da dahil olmak üzere herhangi bir nesne dokunma olayları oluşturmak için kullanılabilir. Bir dezavantajı, ilk dokunuştan sonra sistemin hareketsiz bir parmağı algılayamamasıdır. Ancak aynı nedenle, duran nesneler dokunma tanımayı bozmaz.

Akustik darbe tanıma

Bu teknolojinin anahtarı, yüzeydeki herhangi bir konumdaki bir dokunuşun alt tabakada bir ses dalgası oluşturması ve ardından dokunmatik ekranın kenarlarına bağlı üç veya daha fazla küçük dönüştürücü tarafından ölçüldüğü gibi benzersiz bir birleşik sinyal üretmesidir. Sayısallaştırılan sinyal, yüzeydeki her konuma karşılık gelen bir liste ile karşılaştırılır ve dokunma konumu belirlenir. Bu işlemin hızlı tekrarı ile hareketli bir dokunuş izlenir. Harici ve ortam sesleri, saklanan herhangi bir ses profiliyle eşleşmediğinden yok sayılır. Teknoloji, pahalı sinyal işleme donanımı yerine basit bir arama yöntemi kullanarak diğer ses tabanlı teknolojilerden farklıdır. Dağıtıcı sinyal teknolojisi sisteminde olduğu gibi, ilk dokunuştan sonra hareketsiz bir parmak algılanamaz. Bununla birlikte, aynı nedenden dolayı, dokunma tanıma, duran nesneler tarafından kesintiye uğramaz. Teknoloji, EP1852772 patent ailesi tarafından açıklandığı gibi 2000'li yılların başında SoundTouch Ltd tarafından yaratıldı ve 2006 yılında Tyco International'ın Elo bölümü tarafından Akustik Darbe Tanıma olarak piyasaya sunuldu . Elo tarafından kullanılan dokunmatik ekran, iyi dayanıklılık ve optik netlik sağlayan sıradan camdan yapılmıştır. Teknoloji genellikle ekrandaki çizikler ve tozlar ile doğruluğu korur. Teknoloji ayrıca fiziksel olarak daha büyük ekranlar için de uygundur.

Yapı

Dokunmatik ekran oluşturmanın birkaç temel yolu vardır. Temel hedefler, bir ekrana dokunan bir veya daha fazla parmağı tanımak, bunun temsil ettiği komutu yorumlamak ve komutu uygun uygulamaya iletmektir.

Eskiden en popüler teknik olan dirençli yaklaşımda tipik olarak dört katman vardır:

  1. Altta şeffaf metalik iletken kaplamalı üst polyester kaplı katman.
  2. yapışkan ara parçası
  3. Üstte şeffaf metalik iletken kaplama ile kaplanmış cam tabaka
  4. Montaj için camın arka tarafında yapışkan tabaka.

Bir kullanıcı yüzeye dokunduğunda, sistem ekrandan geçen elektrik akımındaki değişikliği kaydeder.

Dağıtıcı sinyal teknolojisi, güçlendirilmiş bir cam alt tabakaya dokunulduğunda kimyasal olarak meydana gelen piezoelektrik etkiyi (bir malzemeye mekanik kuvvet uygulandığında üretilen voltaj) ölçer .

Kızılötesi tabanlı iki yaklaşım vardır. Birinde, bir dizi sensör ekrana dokunan veya neredeyse dokunan bir parmağı algılar, böylece ekran üzerine yansıtılan kızılötesi ışık ışınlarını keser. Diğerinde, alta monte edilmiş kızılötesi kameralar , ekran dokunuşlarından gelen ısıyı kaydeder.

Her durumda, sistem, dokunma anında ve konumunda ekranda gösterilen kontrollere dayanarak amaçlanan komutu belirler.

Gelişim

Çoklu dokunmatik ekranların gelişmesi, ekranda birden fazla parmağın izlenmesini kolaylaştırdı; bu sayede birden fazla parmak gerektiren işlemler yapılabilmektedir. Bu cihazlar aynı zamanda birden fazla kullanıcının dokunmatik ekranla aynı anda etkileşime girmesine izin verir.

Dokunmatik ekranların artan kullanımıyla, dokunmatik ekran teknolojisinin maliyeti, onu içeren ürünlere rutin olarak emilir ve neredeyse ortadan kalkar. Dokunmatik ekran teknolojisi güvenilirliği göstermiştir ve uçaklarda, otomobillerde, oyun konsollarında, makine kontrol sistemlerinde, cihazlarda ve cep telefonları dahil olmak üzere el tipi görüntüleme cihazlarında bulunur; mobil cihazlar için dokunmatik ekran pazarının 2009 yılına kadar 5 milyar ABD doları üreteceği tahmin ediliyordu.

Ekranın kendisini doğru bir şekilde işaret etme yeteneği, ortaya çıkan grafik tablet-ekran hibritleriyle de ilerliyor . Poliviniliden florür (PVFD), tabletin basıncı algılamasını sağlayan ve dijital boyama gibi şeylerin daha çok kağıt ve kalem gibi davranmasını sağlayan yüksek piezoelektrik özellikleri nedeniyle bu yenilikte önemli bir rol oynar.

Ekim 2011'de duyurulan TapSense, dokunmatik ekranların parmak ucu, parmak eklemi ve tırnak gibi giriş için elin hangi bölümünün kullanıldığını ayırt etmesine olanak tanır. Bu, örneğin kopyalayıp yapıştırmak, harfleri büyük harf yapmak, farklı çizim modlarını etkinleştirmek vb. gibi çeşitli şekillerde kullanılabilir.

Televizyon görüntüleri ve normal bir modern bilgisayarın işlevleri arasında gerçek bir pratik entegrasyon, yakın gelecekte bir yenilik olabilir: örneğin internette bir film veya videodaki oyuncular hakkında "tüm canlı bilgiler", diğerlerinin bir listesi. bir şarkının veya bir kişiyle ilgili haberin normal bir video klibi sırasında müzik .

Ergonomi ve kullanım

Dokunmatik ekran doğruluğu

Dokunmatik ekranların etkili giriş cihazları olması için, kullanıcıların hedefleri doğru bir şekilde seçebilmeleri ve yanlışlıkla bitişik hedeflerin seçilmesini önleyebilmeleri gerekir. Dokunmatik ekran arayüzlerinin tasarımı sistemin teknik özelliklerini, ergonomiyi , bilişsel psikolojiyi ve insan fizyolojisini yansıtmalıdır .

Dokunmatik ekran tasarımları için yönergeler ilk olarak 1990'larda, erken araştırmalara ve daha eski sistemlerin gerçek kullanımına dayalı olarak, tipik olarak kızılötesi ızgaralar kullanılarak geliştirilmiştir - bunlar büyük ölçüde kullanıcının parmaklarının boyutuna bağlıydı. Bu yönergeler, kapasitif veya dirençli dokunmatik teknoloji kullanan modern cihazların çoğu için daha az alakalıdır.

2000'li yılların ortalarından itibaren, akıllı telefonlar için işletim sistemi üreticileri standartlar yayınladılar, ancak bunlar üreticiler arasında farklılık gösteriyor ve teknoloji değişikliklerine bağlı olarak önemli boyutta farklılıklara izin veriyor, bu nedenle insan faktörleri açısından uygun değil.

Çok daha önemli olan, insanların parmakları veya kalemi ile hedefleri seçmede sahip oldukları doğruluktur. Kullanıcı seçiminin doğruluğu ekrandaki konuma göre değişir: kullanıcılar en doğru merkezde, sol ve sağ kenarlarda daha az ve üst kenarda ve özellikle alt kenarda en az doğruluğa sahiptir. R95 doğruluğu (% 95 hedef doğruluk açısından gerekli çapında) alt köşelerinde yer alan 12 mm (0.47) için merkezde 7 mm (0.28) arasında değişir. Kullanıcılar bilinçaltında bunun farkındadır ve daha küçük veya dokunmatik ekranın kenarlarında veya köşelerinde bulunan hedefleri seçmek için daha fazla zaman harcarlar.

Bu kullanıcı hatası, paralaks , görme keskinliği ve gözler ile parmaklar arasındaki geri bildirim döngüsünün hızının bir sonucudur . Tek başına insan parmağının hassasiyeti bundan çok çok daha yüksektir, bu nedenle ekran büyüteçleri gibi yardımcı teknolojiler sağlandığında, kullanıcılar parmaklarını (ekranla temas halindeyken) 0,1 mm kadar küçük bir hassasiyetle hareket ettirebilir ( 0,004 inç).

El pozisyonu, kullanılan rakam ve anahtarlama

Elde taşınan ve taşınabilir dokunmatik ekranlı cihazların kullanıcıları, bunları çeşitli şekillerde tutar ve girişin konumuna ve türüne uyacak şekilde tutma ve seçme yöntemlerini rutin olarak değiştirir. Elde taşınan etkileşimin dört temel türü vardır:

  • En azından kısmen iki elinizle tutarak, tek başparmakla hafifçe vurarak
  • İki elinizle tutun ve iki başparmakla hafifçe vurun
  • Bir elin parmağıyla (veya nadiren başparmağıyla) dokunmak
  • Cihazı bir elinizde tutarken aynı elden başparmağınızla hafifçe vurarak

Kullanım oranları çok değişkendir. Birçok genel etkileşim için iki parmakla dokunma nadiren (%1–3) karşılaşılırken, yazma etkileşiminin %41'i için kullanılır.

Ayrıca cihazlar genellikle yüzeylere (sıra veya masa) yerleştirilmekte ve özellikle stantlarda tabletler kullanılmaktadır. Kullanıcı bu durumlarda parmağı veya baş parmağı ile işaret edebilir, seçebilir veya hareket edebilir ve bu yöntemlerin kullanımını değiştirebilir.

haptik ile kombine

Dokunmatik ekranlar genellikle dokunsal yanıt sistemleriyle birlikte kullanılır . Bu teknolojinin yaygın bir örneği, dokunmatik ekrandaki bir düğmeye dokunulduğunda sağlanan titreşimli geri bildirimdir. Haptikler, simüle edilmiş dokunsal geri bildirim sağlayarak kullanıcının dokunmatik ekranlarla olan deneyimini geliştirmek için kullanılır ve kısmen ekrandaki yanıt gecikmesine karşı koyarak anında tepki verecek şekilde tasarlanabilir. Glasgow Üniversitesi'nden yapılan araştırmalar (Brewster, Chohan ve Brown, 2007; ve daha yakın zamanda Hogan), dokunmatik ekran kullanıcılarının giriş hatalarını azalttığını (%20), giriş hızını artırdığını (%20) ve bilişsel yüklerini azalttığını (%20 oranında) göstermektedir. %40) dokunmatik ekranlar dokunsal veya dokunsal geri bildirim ile birleştirildiğinde. Buna ek olarak, 2013 yılında Boston College tarafından yürütülen bir araştırma, dokunmatik ekranların dokunsal uyarımının bir ürünün psikolojik sahipliğini tetikleme üzerindeki etkilerini araştırdı. Araştırmaları, dokunmatik ekranların yüksek miktarda dokunsal katılımı bir araya getirme yeteneğinin, müşterilerin tasarladıkları veya satın aldıkları ürünlere daha fazla bağlılık hissetmelerine neden olduğu sonucuna vardı. Çalışma ayrıca dokunmatik ekran kullanan tüketicilerin satın aldıkları ürünler için daha yüksek bir fiyat noktasını kabul etmeye istekli olduklarını da bildirdi.

Müşteri servisi

Dokunmatik ekran teknolojisi, 21. yüzyılda müşteri hizmetleri endüstrisinin birçok yönüne entegre olmuştur. Restoran endüstrisi, bu alana dokunmatik ekran uygulamasına iyi bir örnektir. Taco Bell, Panera Bread ve McDonald's gibi zincir restoranlar, müşteriler menüden ürün sipariş ederken bir seçenek olarak dokunmatik ekranlar sunuyor. Dokunmatik ekranların eklenmesi bu sektör için bir gelişme olsa da, müşteriler dokunmatik ekranı atlamayı ve geleneksel bir kasiyerden sipariş vermeyi seçebilirler. Bunu bir adım daha ileri götürmek için Bangalore'deki bir restoran sipariş sürecini tamamen otomatikleştirmeye çalıştı. Müşteriler dokunmatik ekranlarla donatılmış bir masaya oturur ve kapsamlı bir menüden sipariş verirler. Sipariş verildikten sonra elektronik olarak mutfağa gönderilir. Bu tür dokunmatik ekranlar, müşteri adayı bölümünde belirtilen Satış Noktası (POS) sistemlerine uygundur.

"Goril kolu"

Kullanıcının kolunu dinlendirme yeteneği olmadan jestsel arayüzlerin uzun süreli kullanımına "goril kolu" denir. Bir iş ortamında rutin olarak kullanıldığında yorgunluğa ve hatta tekrarlayan stres yaralanmasına neden olabilir. Bazı erken kalem tabanlı arayüzler, operatörün iş gününün çoğunda bu pozisyonda çalışmasını gerektiriyordu. Kullanıcının elini veya kolunu giriş aygıtına veya etrafındaki bir çerçeveye koymasına izin vermek, birçok bağlamda bunun için bir çözümdür. Bu fenomen, genellikle uygun ergonomik tasarımla en aza indirilecek hareketlere bir örnek olarak gösterilir.

Desteklenmeyen dokunmatik ekranlar, ATM'ler ve veri kioskları gibi uygulamalarda hala oldukça yaygındır , ancak tipik kullanıcı yalnızca kısa ve geniş aralıklı süreler için etkileşimde bulunduğundan bir sorun değildir.

parmak izleri

iPad ( tablet bilgisayar ) dokunmatik ekranında parmak izleri ve lekeler

Dokunmatik ekranlar, ekranda parmak izi sorunu yaşayabilir. Bu, parmak izi yağlarının görünür etkilerini azaltmak için tasarlanmış optik kaplamalı malzemelerin kullanılmasıyla hafifletilebilir . Çoğu modern akıllı telefon , yağ kalıntısı miktarını azaltan oleofobik kaplamalara sahiptir. Diğer bir seçenek de, lekeleri kolayca tutmayan hafif pürüzlü bir yüzey oluşturan mat yüzeyli parlama önleyici ekran koruyucu takmaktır.

Eldiven dokunuşu

Kullanıcı eldiven giydiğinde dokunmatik ekranlar çoğu zaman çalışmaz. Eldivenin kalınlığı ve yapıldıkları malzeme, bunda ve dokunmatik ekranın bir dokunuşu alma yeteneğinde önemli bir rol oynar.

Ayrıca bakınız

Referanslar

Kaynaklar

Dış bağlantılar