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Introduzione al principio tecnico del touch screen
May 12, 2017

Ci sono una varietà di tecnologie touchscreen con diversi metodi di sensazione tocco.

resistivo

Un pannello a sfioramento resistivo comprende diversi strati, i più importanti dei quali sono due sottili strati resistenti elettricamente trasparenti separati da uno spazio sottile. Questi strati si affacciano a vicenda con un sottile gap tra. Lo schermo superiore (lo schermo toccato) ha un rivestimento sulla superficie inferiore dello schermo. Subito sotto c'è un simile strato resistivo sulla parte superiore del suo substrato. Uno strato ha collegamenti conduttivi lungo i suoi lati, l'altro lungo e in basso. Una tensione viene applicata a uno strato, e viene rilevata dall'altro. Quando un oggetto, ad esempio una punta del dito o una punta dello stilo, si preme sulla superficie esterna, i due strati si toccano per essere connessi in quel punto: il pannello si comporta come una coppia di divisori di tensione, un asse alla volta. Commutando rapidamente tra ciascun strato si può leggere la posizione di una pressione sullo schermo.


Il tocco resistivo viene utilizzato nei ristoranti, nelle fabbriche e negli ospedali a causa della sua elevata resistenza ai liquidi e ai contaminanti. Un vantaggio importante della tecnologia di tocco resistivo è il suo basso costo. Inoltre, poiché è necessaria una pressione sufficiente per il tocco da rilevare, possono essere utilizzati con i guanti o utilizzando qualsiasi cosa rigida come sostituto dito / stilo. Gli svantaggi includono la necessità di premere e il rischio di danni da oggetti affilati. I touchscreens resistenti inoltre soffrono di un contrasto più povero, dovuto ad avere ulteriori riflessioni dagli strati extra di materiale (separati da un traferro d'aria) posizionati sullo schermo. Questo è il tipo di touchscreen utilizzato da Nintendo nella famiglia DS, nella famiglia 3DS e nel Wii U GamePad.


Onda acustica di superficie

La tecnologia dell'onda acustica superficiale (SAW) utilizza onde ad ultrasuoni che superano il pannello touchscreen. Quando viene toccato il pannello, viene assorbita una parte dell'onda. Questa modifica delle onde ultrasoniche registra la posizione dell'evento touch e invia queste informazioni al controllore per l'elaborazione. I pannelli touchscreen a onde acustiche di superficie possono essere danneggiati da elementi esterni. I contaminanti sulla superficie possono anche interferire con la funzionalità del touchscreen.


capacitivo

Un pannello touchscreen capacitivo è costituito da un isolante come vetro, rivestito con un conduttore trasparente come l'ossido di stagno indio (ITO). Poiché il corpo umano è anche un conduttore elettrico, toccare la superficie dello schermo comporta una distorsione del campo elettrostatico dello schermo, misurabile come un cambiamento di capacità. Possono essere utilizzate diverse tecnologie per determinare la posizione del tocco. La posizione viene quindi inviata al controllore per l'elaborazione.


A differenza di un touchscreen resistivo, non è possibile utilizzare un touchscreen capacitivo attraverso la maggior parte dei tipi di materiale elettricamente isolante, come guanti. Questo svantaggio riguarda in particolare l'usabilità nell'elettronica di consumo, come i tablet PC a tocco e smartphone capacitivi a freddo. Può essere superato con uno stilo capacitivo speciale o un guanto di applicazione speciale con una patch ricamata di filo conduttivo che passa attraverso di essa e contattando la dita dell'utente.


I più grandi produttori di display capacitivi continuano a sviluppare touchscreen più sottili e precisi, con touchscreen per dispositivi mobili ora prodotte con tecnologia "in-cell" che elimina uno strato, come gli schermi Super AMOLED di Samsung, costruendo i condensatori all'interno del display stesso. Questo tipo di touchscreen riduce la distanza visibile (in millimetri) tra il dito dell'utente e quello che tocca l'utente sullo schermo, creando un contatto più diretto con il contenuto visualizzato e consentendo che i tocchi ei gesti siano più sensibili.


Un semplice condensatore a piastra parallela ha due conduttori separati da uno strato dielettrico. La maggior parte dell'energia in questo sistema è concentrata direttamente tra le piastre. Alcune delle fuoriuscite di energia nella zona al di fuori delle piastre e le linee di campo elettrico associate a questo effetto sono chiamate campi di frange. Parte della sfida di realizzare un sensore capacitivo pratico è progettare un insieme di tracce del circuito stampato che dirigono i campi di frange in un'area di rilevamento attiva accessibile a un utente. Un condensatore a piastre parallelo non è una buona scelta per un tale modello di sensori. Posizionare un dito nei pressi dei campi elettrici di fringing aggiunge un'area di superficie conduttiva al sistema capacitivo. La capacità aggiuntiva di accumulo di carica aggiunta dal dito è conosciuta come capacità di dito, CF. La capacità del sensore senza dito presente è indicata come CP in questo articolo, che rappresenta la capacità parassita.


Capacità di superficie

In questa tecnologia di base, solo un lato dell'isolatore è rivestito con uno strato conduttivo. Viene applicata una piccola tensione sullo strato, provocando un campo elettrostatico uniforme. Quando un conduttore, come un dito umano, tocca la superficie non verniciata, un condensatore è formato dinamicamente. Il regolatore del sensore può determinare indirettamente la posizione del tocco dalla variazione della capacità misurata dai quattro angoli del pannello. Poiché non ha parti in movimento, è moderatamente resistente, ma ha una risoluzione limitata, è soggetto a falsi segnali provenienti dall'accoppiamento capacitivo parassita e richiede una taratura durante la produzione. È quindi più spesso utilizzato in applicazioni semplici come i comandi industriali ei chioschi.


Capacità proiettata


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Schema del touchscreen proiettore-capacitivo


La tecnologia capacitiva di proiezione proiettata (PCT, anche PCAP) è una variante della tecnologia touch-capacitive. Tutti gli schermi touch PCT sono costituiti da una matrice di righe e colonne di materiale conduttivo, stratificato su lastre di vetro. Ciò può essere fatto incidendo un singolo strato conduttivo per formare un reticolo di elettrodi di griglia o incidendo due strati distinti separati di materiale conduttivo con linee parallele o tracce per formare una griglia. La tensione applicata a questa griglia crea un campo elettrostatico uniforme, che può essere misurato. Quando un oggetto conduttore, come un dito, entra in contatto con un pannello PCT, distorce il campo elettrostatico locale a quel punto. Questo è misurabile come un cambiamento di capacità. Se un dito colpisce il divario tra due "tracce", il campo di carica viene ulteriormente interrotto e rilevato dal controllore. La capacità può essere modificata e misurata in ogni singolo punto della griglia (intersezione). Pertanto, questo sistema è in grado di tracciare con precisione i tocchi. A causa dello strato superiore di un PCT come vetro, è una soluzione più robusta della tecnologia di tocco resistivo meno costoso. Inoltre, a differenza della tradizionale tecnologia touch-touch capacitiva, è possibile che un sistema PCT rileva uno stilo passivo o una dita guantata. Tuttavia, l'umidità sulla superficie del pannello, l'umidità elevata o la polvere raccolta possono interferire con le prestazioni di un sistema PCT. Ci sono due tipi di PCT: capacità reciproca e auto-capacità.


Capacità reciproca

Questo è un approccio comune PCT, che utilizza il fatto che la maggior parte degli oggetti conduttivi sono in grado di mantenere una carica se sono molto vicini. Nei sensori capacitivi reciproci, un condensatore è inerentemente formato dalla traccia di riga e dalla traccia di colonna ad ogni intersezione della griglia. Un array da 16 a 14, ad esempio, avrebbe 224 condensatori indipendenti. Una tensione viene applicata alle righe o alle colonne. Portare un dito o uno stilo conduttivo vicino alla superficie del sensore cambia il campo elettrostatico locale che riduce la capacità reciproca. La variazione di capacità in ogni singolo punto della griglia può essere misurata per determinare con precisione la posizione del tocco misurando la tensione nell'altro asse. La capacità reciproca consente un'operazione multi-touch in cui più dita, palme o stili possono essere tracciati con precisione allo stesso tempo.


Self-capacità

I sensori di autocondensazione possono avere la stessa griglia XY come sensori di capacità reciproca, ma le colonne e le righe funzionano in modo indipendente. Con auto-capacitance, il carico capacitivo di un dito viene misurato su ogni colonna o elettrodo a riga da un contatore di corrente. Questo metodo produce un segnale più forte rispetto alla capacità reciproca, ma non è in grado di risolvere con precisione più di un dito, che provoca "ghosting" o un sensore di localizzazione errato.


Uso di stili su schermi capacitivi

I touchscreens capacitivi non necessariamente devono essere gestiti da un dito, ma fino a poco tempo gli stili speciali richiesti potrebbero essere abbastanza costosi per l'acquisto. Il costo di questa tecnologia è diminuito notevolmente negli ultimi anni e gli stili capacitivi sono ora ampiamente disponibili per una carica nominale e spesso vengono liberati con accessori mobili.


Griglia a infrarossi


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I sensori a raggi infrarossi montati attorno all'orologio di visualizzazione per l'ingresso di un touchscreen di un utente su questo terminale PLATO V nel 1981. È mostrato il caratteristico incandescenza arancione del display al plasma monocromatico.


Un touchscreen a infrarossi utilizza una serie di LED a raggi infrarossi XY e fotorecettori attorno ai bordi dello schermo per rilevare una disfunzione nel modello delle travi a LED. Queste travi a LED si incrociano tra loro in modelli verticali e orizzontali. Ciò aiuta i sensori a prendere l'esatta posizione del tocco. Un grande vantaggio di un tale sistema è che può rilevare essenzialmente qualsiasi input incluso un dito, un dito, una stoffa o una penna guantata. Viene generalmente utilizzato in applicazioni esterne e sistemi di vendita di punti che non possono contare su un conduttore (ad esempio un dito nudo) per attivare lo schermo tattile. A differenza dei touchscreen capacitivi, i touchscreen a infrarossi non richiedono alcun pattern sul vetro che aumenta la durata e la chiarezza ottica del sistema complessivo. I touchscreens a raggi infrarossi sono sensibili a sporcizia / polvere che possono interferire con i raggi infrarossi e soffrono di parallasse in superfici curve e premere in modo accidentale quando l'utente passa il dito sullo schermo durante la ricerca dell'elemento da selezionare.


Proiezione acrilica infrarossa

Un foglio acrilico traslucido viene utilizzato come schermo di proiezione posteriore per visualizzare le informazioni. I bordi del foglio acrilico sono illuminati da LED a infrarossi e le telecamere a infrarossi sono focalizzate sul retro del foglio. Gli oggetti posizionati sul foglio sono riconoscibili dalle telecamere. Quando il foglio viene toccato dall'utente, la deformazione provoca perdite di luce a infrarossi, che sfiorano i punti di massima pressione indicando la posizione di contatto dell'utente. Le tabelle PixelSense di Microsoft utilizzano questa tecnologia.


Imaging ottico

I touchscreens ottici sono uno sviluppo relativamente moderno della tecnologia touchscreen, in cui due o più sensori di immagine sono posizionati attorno ai bordi (per lo più gli angoli) dello schermo. Le luci posteriori a infrarossi vengono posizionate nel campo visivo della fotocamera dall'altra parte dello schermo. Un tocco si presenta come un'ombra e ogni coppia di telecamere può essere individuata per individuare il tocco o addirittura misurare le dimensioni dell'oggetto toccante (vedere lo scafo visivo). Questa tecnologia sta crescendo in popolarità, grazie alla sua scalabilità, versatilità e convenienza, soprattutto per le unità più grandi.


Tecnologia del segnale dispersivo

Introdotto nel 2002, per 3M, questo sistema utilizza sensori per rilevare la piezoelettricità nel vetro che si verifica a causa di un tocco. Gli algoritmi complessi interpretano quindi queste informazioni e forniscono la posizione effettiva del tocco. [35] La tecnologia afferma di essere inalterata dalla polvere e da altri elementi esterni, inclusi i graffi. Poiché non esiste alcuna necessità di elementi aggiuntivi sullo schermo, si afferma inoltre di fornire un'ottima chiarezza ottica. Inoltre, poiché vengono utilizzate vibrazioni meccaniche per rilevare un evento di tocco, qualsiasi oggetto può essere utilizzato per generare questi eventi, incluse le dita e lo stilo. Un aspetto negativo è che dopo il tocco iniziale il sistema non riesce a rilevare un dito immobile.


Riconoscimento acustico dell'impulso

La chiave di questa tecnologia è che un tocco in qualsiasi posizione sulla superficie genera un'onda sonora nel substrato che produce un suono combinato unico dopo essere stato prelevato da tre o più piccoli trasduttori collegati ai bordi del touchscreen. Il suono viene poi digitalizzato dal controllore e confrontato ad un elenco di suoni pre-registrati per ogni posizione sulla superficie. La posizione del cursore viene aggiornata immediatamente al punto di contatto. Un tocco mobile è tracciato dalla rapida ripetizione di questo processo. I suoni esterni e ambientali vengono ignorati in quanto non corrispondono a alcun profilo sonoro memorizzato. La tecnologia differisce da altri tentativi di riconoscere la posizione del tocco con i trasduttori oi microfoni utilizzando un metodo di ricerca semplice del tavolo piuttosto che richiedere un hardware di elaborazione del segnale potente e costoso per tentare di calcolare la posizione del tocco senza alcun riferimento. Come per il sistema di tecnologia dei segnali dispersivi, un dito immobile non può essere rilevato dopo il tocco iniziale. Tuttavia, per lo stesso motivo, il riconoscimento del tocco non viene interrotto da alcun oggetto di riposo. La tecnologia è stata creata da SoundTouch Ltd nei primi anni 2000, come descritto dalla famiglia di brevetti EP1852772 e introdotto sul mercato dalla divisione Elo di Tyco International nel 2006 come Acoustic Pulse Recognition. Il touchscreen utilizzato da Elo è fatto di vetro ordinario, dando una buona durata e chiarezza ottica. APR è in genere in grado di funzionare con graffi e polvere sullo schermo con buona precisione. La tecnologia è anche adatta a display che sono fisicamente più grandi.


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