Gjennom digitalisering har touchskjermer blitt en vesentlig del av samfunnet. Enten du er produktiv på jobb, eller slapper av hjemme, så er det stor sjanse for at du samhandler med en berøringsskjerm på en eller annen måte. Det er likevel ikke usannsynlig at du ikke vet spesifikt hvordan disse skjermene fungerer. Så, hvordan fungerer touchskjermer, og hvilke typer finnes?
Det er flere typer touchskjermer, hvor kapasitive touchskjermer oftest er brukt i kommersielle, industrielle og forbruker formål. Andre berøringsskjermteknologier inkluderer resistiv, akustisk overflatebølge, infrarød, optisk bildebehandling, og “NFI near field imaging” som alle har fordeler og ulemper avhengig av formål.
I denne artikkelen vil vi nøye forklare forskjellige typer touchskjermer, hvordan de fungerer innvendig, og potensielle fordeler i forskjellige bruksområder.
Kapasitiv
Kapasitive touchskjermer har typisk bare ett eller to hovedlag, og bruker elektrisk kapasitans til å måle berøring. Kapasitive touchskjermer som består av et lag bruker overflatekapasitiv berøringsteknologi, mens kapasitive touchskjermer med to lag refereres til som bruk av projisert kapasitiv teknologi.
Overflatekapasitiv berøringsteknologi
En overflatekapasitiv berøringsskjerm består av en glassdel som er belagt med en overflateleder. Indium tinnoksid (ITO), en ledende metallforbindelse, blir ofte brukt som leder. Disse lagene er deretter beskyttet med en forsegling. Elektroder er plassert rundt det ledende laget for å skape jevn spenning gjennom hele dette laget.
Når en finger (eller kapasitiv stylus-penn) berører skjermen resulterer dette i strømtrekk fordi menneskekroppen er en elektrisk leder. Dette strømtrekket blir målt fra hvert hjørne av det ledende laget, hvor berøringsskjermen deretter kan identifisere x- og y- koordinatene fra berøringen.
Overflatekapasitive touchskjermer har ofte en høyere grad av kontrast og slitestyrke sammenlignet med resistive touchskjermer, mens de ikke er så teknisk avanserte som projektive touchskjermer. I næring eller industrielle formål er de derfor ofte brukt i (grunnleggende) industri-kontrollere eller forskjellige industrielle områder fra kiosker til POS-systemer.
Prosjektert kapasitiv teknologi
Prosjektert kapasitiv berøringsskjerm fungerer lignende selv om konstruksjonen er noe annerledes. Disse berøringsskjermene består av en sensorglasoverflate på bunnen, som er dekket av et lag med ITO. På toppen av dette er isolering, som deretter har enda et lag med ITO og deretter et lag med overflateglass på toppen.
De to ITO-lagene ligger vinkelrett på hverandre, noe som resulterer i et rutemønster med flere elektrodekryss. Gjennom bruk av intelligent prosessering og det gjeldende strømtrekket forårsaket av en elektrisk leder (slik som en finger), kan systemet oppdage og nøyaktig forutsi fingerbevegelser.
Fordelene med prosjektert kapasitiv teknologi sammenlignet med kapasitiv teknologi, er at disse berøringsskjermene er i stand til å oppdage passive stylus-penner eller fingre i hansker. Fukt og støv er ikke et problem, noe som gjør disse berøringsskjermene egnet for kommersiell bruk i miljøer som restauranter, så vel som i industrielle lokasjoner.
Resistive
Resistive touchskjermer er ofte brukt for kommersielle og/eller industrielle bruksområder. Grunnen til dette er at disse skjermene reagerer på kun berøring, og funksjonaliteten blir ikke redusert når væsker eller støv er på skjermen. De kan også brukes med en penn eller når man har på hansker, som understreker den kommersielle nytteverdien.
De to viktigste lagene på en resistiv berøringsskjerm er et stabilt bunnlag laget av glass, og et fleksibelt topplag laget av polyetylen (PET) eller PEN (polyethylene naphthalene).
Deretter er disse to lagene som oftest dekket med ITO. Avstandspunkter er plassert på toppen av ITO-laget på glassiden for å hindre dem fra å berøre hverandre ved uhell og registrere en feilberøring.
Hvordan resistive touchskjermer måler berøring avhenger av om de bruker 4-ledninger eller 5-ledningers konstruksjon.
4-ledninger
4-ledningers touchskjermer er den enkleste versjonen. Den bruker to ledninger tilknyttet venstre side av glasslaget på bunnen, og to ledninger på høyresiden. Det er også to ledninger koblet til øvre siden av topplaget, og to ledninger på bunnsiden av dette laget.
En elektrisk strøm påføres ITO-laget som ble drysset på glasset. Når topplaget berøres vil de resistive overflatene til glasslaget og PET/PEN-laget berøre hverandre, noe som skaper en krets og fungerer som en spenningsdeler.
Ved hjelp av ledningene på toppen og bunnen måles deretter spenningen på topplaget for å bestemme x-aksens plassering, og det samme gjøres for y-aksen på det nederste laget ved hjelp av ledningene på venstre og høyre side. Avhengig av applikasjon kan denne rekkefølgen byttes om.
På grunn av kostnadseffektiviteten og relativt nøyaktige målinger, brukes 4-ledningers touchskjermer oftest på mindre touchskjermer som brukes til masseproduksjon for forbrukere.
5-ledninger
En av de vanlige fallgruvene med 4-ledningers touchskjermer er at det øverste ITO-laget slites bort på grunn av slitasje, noe som reduserer brukervennligheten betydelig. På grunn av dette ble 5-ledningers touchskjermer oppfunnet.
Disse berøringsskjermene måler både x-aksen og y-aksen på bunnlaget, som tar i bruk de første 4 ledningene. De kan gjøre dette fordi de bruker et spesielt ledende mønster rundt omkretsen av bunnlaget. Den femte ledningen er koblet til det øverste laget og brukes kun til å måle spenning i det nederste laget.
På grunn av denne konstruksjonen er 5-ledningers touchskjermer mer slitesterke enn 4-ledninger, og er oftere brukt i kommersielle eller tunge industrielle bruksområder.
Ultralyd overflatebølge
Ultralyd overflatebølge (Surface Acoustic Wave), (SAW) touchskjermer er en type berøringsfølsom teknologi som bruker ultralydbølger til å oppdage berøring på skjermoverflaten. De er kjent for sin høye bildeklarhet, holdbarhet og nøyaktighet når det gjelder å oppdage berøringsbevegelser.
SAW-touchskjermer fungerer ved å generere ultralydbølger på tvers av skjermoverflaten. Oftest er denne overflaten et glasslag alene. Disse bølgene lages ved overføring av elektriske signaler til piezoelektriske transdusere plassert langs kantene på skjermen. Når skjermen berøres av et mykt materiale som er i stand til å absorbere lydbølgene (som en finger), forstyrres de overflatebølgene, noe som forårsaker endringer i amplituden og frekvensen på bølgene.
Disse endringene blir oppdaget av mottakstransdusere plassert overfor transduserne som overfører. Ved å analysere timingen og intensiteten på de mottatte signalene kan berøringsskjermsystemet nøyaktig bedømme lokasjon og karakteristikk på berøringen.
En av de viktigste fordelene med SAW-touchskjermer er den eksepsjonelle bildeklarheten. I motsetning til resistive touchskjermer, som kan være utsatt for forringelse av bildekvaliteten på grunn av lagene som er involvert, opprettholder SAW-touchskjermer den opprinnelige klarheten ettersom de bare krever et glasspanel.
I tillegg har SAW-touchskjermer høy holdbarhet og motstand mot riper og forurensning, noe som gjør dem egnet i tøffe miljøer der det forventes hyppig bruk.
SAW-touchskjermer har også ulemper sammenlignet med andre berøringsskjermteknologier. For eksempel kan det hende de ikke støtter multi-touch-funksjonalitet like effektivt som kapasitive touchskjermer. Også flytende væsker kan forårsake forstyrrelse av lydbølgene. Begge disse faktorene begrenser egnetheten for visse kommersielle og industrielle bruksområder som krever komplekse bevegelser eller interaksjoner.
SAW-touchskjermer har en tendens til å være dyrere å produsere enn resistive eller kapasitive touchskjermer på grunn av spesialiserte komponenter og presis kalibrering.
Infrarød
Infrarøde touchskjermer er en type berøringsfølsom teknologi som bruker infrarøde lysstråler for å oppdage berøringer på overflaten av en skjerm. De kan brukes i forskjellige interaktive applikasjoner, inkludert offentlige informasjonskiosker, digital skilting, eller kontrollpaneler i visse industrielle omgivelser.
Infrarøde touchskjermer består vanligvis av en rekke infrarøde LEDs plassert langs kantene på skjermen som sender ut infrarødt lys over skjermens overflate. På motsatt side er fotodetektorer plassert for å oppdage eventuelle forstyrrelser i det infrarøde lyset forårsaket av berøring. Disse infrarøde strålene er spredt ut over skjermen i et matrisemønster i både x-og y-akser.
Når en bruker berører skjermen, blokkerer de noen av de utsendte infrarøde lysstrålene, noe som betyr at fotodetektorene slutter å motta lyset som resulterer i at de slås av. Berøringsskjermkontrolleren tolker disse avbruddene for å bestemme den nøyaktige plasseringen og egenskapene på berøringen.
En av hovedfordelene med infrarøde touchskjermer er holdbarhet og motstand mot slitasje, siden de ikke involverer noen fysiske lag som kan slites ned over tid. I tillegg tilbyr de utmerket bildeklarhet siden de vanligvis ikke har flere lag på toppen av skjermen. Infrarøde touchskjermer støtter også multi-touch-funksjonalitet, noe som gir mulighet for mer komplekse bevegelser og interaksjoner.
Infrarøde touchskjermer har også noen ulemper sammenlignet med andre berøringsskjermteknologier. For det første kan de påvirkes av omgivelseslys og infrarød forstyrrelse, noe som kan påvirke nøyaktigheten når det gjelder å oppdage berøring, spesielt i sterkt opplyste miljøer. Dette gjør dem mindre egnet for utendørsomgivelser eller miljøer der lysforholdene endres ofte, for eksempel i maritime miljøer.
De krever også hyppig kalibrering for å opprettholde nøyaktigheten, noe som til tider kan være tungvint. En annen begrensning er mottakeligheten for falske berøringer fra gjenstander som smuss, støv eller regndråper som kan forstyrre de infrarøde strålene.
Begge disse faktorene betyr at infrarøde touchsskjermer er mindre egnet for bruk i industrielle omgivelser, mens de kan brukes for mindre kritiske kommersielle funksjoner som touchskjermer myntet på forbrukere. Men i disse tilfellene er kapasitive touchskjermer oftest brukt siden de er mer kostnadseffektive.
Optisk bildebehandling
Disse berøringsskjermene består vanligvis av infrarøde LEDs plassert rundt kantene på skjermen, og sender ut infrarøde lysstråler over skjermens overflate i et rutenettmønster. På motsatt side av skjermen vil infrarøde CMOS-kameraer eller sensorer fanger refleksjonene fra det utsendte lyset.
Når en bruker berører skjermen, avbryter fingeren eller objektet noen av de infrarøde strålene, noe som endrer refleksjonene fanget av kameraene eller sensorene. Berøringsskjermkontrolleren tolker disse avbruddene for å bestemme den nøyaktige plasseringen og egenskapen til berøringen.
Forskjellen mellom den infrarøde teknologien som er diskutert tidligere, er at optisk bildebehandlingsteknologi bruker infrarøde kameraer eller sensorer, mens infrarøde touchskjermer bruker fotodetektorer.
Som et resultat støtter touchskjermer for optisk bildebehandling høyere bildeklarhet enn infrarøde touchskjermer, mens de også oftere støtter multi-touch-teknologi.
Til slutt er det viktig å merke seg at touchskjermer med optisk bildebehandling har lignende ulemper som infrarøde touchskjermer. Dette betyr at de er mindre egnet for tunge industrielle bruksområder hvor tøffe miljøforhold kan forventes.
Near Field Imaging
Near Field Imaging-touchskjermer fungerer ved å bruke en rekke sensorer plassert rundt skjermens kanter, som avgir elektriske felt over overflaten.
Når et ledende objekt, for eksempel en finger eller pekepenn, samhandler med disse elektriske feltene, forstyrrer det dem, slik at sensorene kan oppdage den nøyaktige plasseringen og intensiteten av forstyrrelsen. Disse dataene blir deretter behandlet for å bestemme berøringens koordinater og handlinger.
En av de betydelige fordelene med NFI-touchskjermer er evnen til å oppdage berøring med høy nøyaktighet og respons, selv under tøffe miljøforhold eller når du bruker hansker. De tilbyr også multi-touch-funksjoner og støtte for ulike inndatametoder.
Men NFI-touchskjermer kan ha høyere produksjonskostnader sammenlignet med kapasitive touchskjermer. De krever også mer strøm på grunn av konstant utslipp av elektrisk felt, noe som kan påvirke batterilevetiden på bærbare enheter, men er ikke et like stort problem i kommersielle eller industrielle bruksområder.
NFI-touchskjermer kan være utsatt for forstyrrelse fra eksterne elektromagnetiske felt. Av disse grunnene har ikke NFI-touchskjermer blitt mye utbredt de siste årene.
