تکنولوژی تاچ اسکرین Touch Screen

[Mohamad]

سلام دوستان


بسیاری از ما تا کنون یا با صفحه نمایشهای لمسی کار کردهایم، یا دست کم یکی از آنها را در دست دوستانمان دیدهایم. صفحه نمایشهای لمسی هیچ تفاوتی با صفحه نمایشهای معمولی ندارند. تفاوت یک صفحه نمایش لمسی با یک صفحه نمایش معمولی در واقع به صفحهی دیگری با نام Touch Screen Panel برمیگردد که سنسورهای مختلفی دارد و بر روی صفحه نمایش اصلی قرار میگیرد. برای تژشخیص محل لمس در یک صفحه نمایش لمسی، از تکنولوژیهای مختلفی استفاده میشود. در حالت کلی یا شما به وسیلهی انگشت دست صفحه را لمس میکنید، یا از یک وسیلهی مخصوص به نام Stylus برای اشاره بر روی صفحه استفاده میکنید. در این جا به بررسی انواع صفحه نمایشهای لمسی، تفاوتها و کاربردهای هر کدام میپردازیم.


صفحه نمایش نوع Resistive

یک صفحه نمایش لمسی نوع Resistive از چند لایهی مختلف تشکیل شده است. دو صفحه با فاصلهی اندکی به صورت موازی با هم و بر روی یکدیگر قرار گرفتهاند. بر روی هر دو صفحه تکههای بسیار کوچک فلزی قرار گرفته که در حالت عادی در تماس با یکدیگر نیستند. وقتی شما با دست یا هر وسیلهی دیگری کمی فشار بر روی صفحه وارد میکنید، دو قسمت فلزی در آن ناحیه با یکدیگر تماس پیدا میکنند و خبر این تماس به یک مدار خارجی فرستاده میشود تا بعد از تجزیه و تحلیل، عملیات مربوطه انجام شود.

ما این موضوع را به طور بسیار ساده بیان کردیم، در حالی که این عملیات به همین سادگی انجام نمیشود. در واقع برخورد این دو فلز با هم باعث تغییر جریان الکتریکی در مدار خارجی شده و پردازندهی خارجی از روی میزان تغییر این جریان به مکانی که شما آن را لمس کردهاید پی میبرد. خروجی این نوع صفحات قابل لمس بین چهار تا هشت سیم است. به طور مثال در نوع چهارتایی چهار فلز به صورت مربعی در کنار هم قرار گرفتهاند. این نوع صفحه نمایشها از لحاظ قیمت ارزانتر از انواع دیگر هستند، ولی سطح خارجی آن که شما در تماس با آن هستید نسبت به ضربه بسیار حساس است و در اثر تماس با اشیای تیز خش بر میدارد. مزیت این نوع صفحات در این است که نسبت به رطوبت و گرد و غبار مقاوم هستند. به دلیل وجود تکههای فلزی در زیر صفحه لمسی، شما در تماس مستقیم با حسگر نیستید. این نوع صفحه نمایشها در تماس با هر شیای از خود عکسالعمل نشان میدهند و تماس با دست در این نوع صفحات ضروری نیست.



عیب این نوع صفحات لمسی این است که وضوح صفحه نمایش را به مقدار قابل توجهی کاهش میدهند. صفحه نمایش Resistive در بسیاری از کامپیوترهای جیبی و Tablet Pcها استفاده میشود.


صفحه نمایش نوع Capacitive

صفحه نمایش لمسی نوع Capacitive از سنسورهای متعددی تشکیل شده است. این سنسورها از جنس اکسید ایندیوم و سرب میباشند و ترکیبی از دو مادهی شیمیایی با فرمولهای In2O3 و SnO2 هستند. نحوهی کار این سنسورها به این ترتیب است که در همهی سنسورها همواره جریان الکتریکی ثابتی در حال عبور است. در نتیجه، همیشه در داخل هر سنسور تعداد ثابتی الکترون در حال حرکتاند. سنسورها به یک کنترلکننده هم متصل هستند. همان طور که میدانید بدن انسان رسانا ست و دارای تعدادی الکترون است. در نتیجه، در اثر لمس این نوع صفحات لمسی با دست، و به دلیل وجود اختلاف پتانسیل بین دست و صفحهی لمسی، تعدادی الکترون از دست به آن منتقل میشود و این باعث تغییر جریان در سنسوری میشود که شما آن را لمس کردهاید. تغییر جریان این سنسور به کنترلکننده منتقل میشود و محل لمس تشخیص داده خواهد شد.




نکتهی قابل توجه در این نوع صفحات لمسی آن است که یا باید به وسیلهی انگشت آن را لمس نمایید یا به وسیلهی Stylus مخصوصی که از جنس فلز باشد و بتواند الکترون را از دست شما به صفحه لمسی انتقال دهد. پس، اگر دستکش به دست داشته باشید، نمیتوانید با این نوع صفحات کار کنید. قابل ذکر است که برخلاف نوع قبلی، این نوع صفحات کیفیت صفحهی زیرین خود را کاهش نمیدهند. آیفون، محصول شرکت اپل یکی از بارزترین نمونههای این نوع صفحات لمسی است.


صفحه نمایش نوع SAW

صفحات لمسی نوع SAW نسبت به دیگر صفحات کاربرد کمتری دارند. عنوان SAW عبارت اختصاری Surface Acoustic Wave است و «موج سطحی صوتی» معنی میدهد. سرعت انتشار این امواج نزدیک به سرعت انتشار صوت در هوا ست. کارکرد این نوع صفحات به این صورت است که همواره در سطح صفحه نمایش امواجی با سرعت صوت فرستاده میشود. تا وقتی که شما شیای را در این محدوده وارد نکنید، اتفاقی نخواهد افتاد. ولی به محض این که انگشت یا هر شی دیگری را در این محدوده وارد نمایید، مقداری از امواج فرستاده شده توسط فرستندهی موج، بازتابیده و توسط گیرنده دریافت میشود. یک پردازنده با در نظر گرفتن سرعت انتشار موج و اختلاف زمان بین تابش و بازتابش آن، مکان لمس را تشخیص میدهد. صفحات لمسی نوع SAW پیشرفتهترین صفحات لمسی هستند، ولی در مقابل عوامل خارجی مثل رطوبت، گرد و خاک و ضربه بسیار حساس میباشند


صفحه نمایش نوع حساس به فشار



صفحات لمسی حساس به فشار ساختار خاص خود را دارند. در چهار گوشهی این صفحات، چهار حسگر فشار قرار داده شده است. وقتی که قسمتی از صفحه لمس میشود یا به آن فشار وارد میشود، هر چهار حسگر مقدار فشار وارده روی صفحه را محاسبه میکنند. کنترلکنندهی صفحه لمسی نیز با ترکیب این اطلاعات، محل لمس شده را تشخیص میدهد. این نوع صفحات لمسی بیشتر کاربرد صنعتی دارند. زیرا در مقایسه با مدلهای قدیمیتر، مقاومت بیشتری نسبت به ضربه نشان میدهند. صفحات لمسی حساس به فشار بیشتر در مکانهای عمومی مثل فرودگاهها و ایستگاههای قطار و با کاربری کنترل ورود اطلاعات کاربر به کار میروند.


صفحه نمایش نوع مادون قرمز



در این نوع صفحات نمایش از دو روش استفاده میشود:

در روش اول تعداد بسیار زیادی حسگر حساس به گرما روی صفحه تعبیه میشود و هنگامی که کاربر با انگشت دست خود صفحه را لمس کند، درجه حرارت یک یا چند تا از حسگرها تغییر میکند و خبر آن به کنترلکننده صفحه داده میشود و محل لمس تشخیص داده خواهد شد. طولانی بودن زمان تشخیص و لازم بودن انگشت گرم جهت لمس، از معایب این نوع صفحات به شمار میرود.



در روش دوم امواج مادون قرمز به سمت بالای صفحه نمایش گسیل میشود و هنگامی که شما انگشت خود یا هر شی دیگری را به آن نزدیک میکنید، موج بازتاب شده تشخیص داده خواهد شد و محل لمس محاسبه میگردد. این نوع صفحات بسیار مقاوم هستند و در تجهیزات نظامی کاربرد زیادی دارند.


صفحه نمایش نوع پالس صوتی



در این نوع از صفحات یک یا چند حسگر فشار در مکانی دلخواه از صفحه قرار داده میشود. با لمس صفحه توسط کاربر، حسگر آن میزان فشار وارده را به یک سیگنال صوتی تبدیل میکند. سیگنال صوتی هر نقطه (که در کنترلکننده ذخیره شده است) با سیگنال تولیدی حسگر مقایسه و مکان لمس به راحتی محاسبه میشود. در این روش چون تعداد حسگرها کم است، صفحهی لمسی لایهای شیشه مانند است و افت کیفیت تصویر در این نوع صفحات وجود ندارد. مقاومت این نوع صفحات در برابر عوامل خارجی بسیار خوب است. این تکنولوژی بیشتر در صفحات نسبتا بزرگ به کار میرود.


صفحه نمایش نوع بازتابش نور های تابیده شده

در این تکنوژی از یک دیود نوری برای ساطع کردن نور در زیر صفحهی لمسی استفاده میشود. به طور عادی مقداری از نور در برخورد با سطح بازتابش میکند و طبق قانون تابش و بازتابش در آینهها، زاویهی تابش با زاویهی بازتابش برابر خواهد بود. وقتی که کاربر انگشت خود را روی صفحهی لمسی قرار میدهد، پرتو تابیده شده با زاویهای غیر از زاویهی تابش بازتاب میکند و در نهایت، این پرتو تابیده شده توسط یک حسگر در انتهای مسیر دریافت میشود. کنترلکنندهی این صفحهی لمسی با انجام محاسبات نسبتا پیچیدهای محل لمسشده توسط کاربر را تشخیص میدهد.


صفحه نمایش نوع تصویربرداری لیزری

این نوع از صفحات نمایش بسیار شبیه به مدل قبلی بوده، با این تفاوت که در آن به جای نور، از پرتو لیزر استفاده میشود. این نوع صفحات در مقابل گرد و غبار و رطوبت حساس هستند. از این تکنولوژی در بسیاری از صفحات لمسی multi-touch استفاده میشود، چرا که کنترلکننده با دو پرتو لیزر میتواند چند لمس را در یک لحظه دریافت کند.




قسمتهای مختلف یک صفحهی لمسی

یک صفحهی لمسی برای کار کردن به چند قسمت مختلف نیاز دارد که در زیر میخوانید:

- صفحهی لمسی و حسگرها: صفحهی لمسی از یک سطح شیشهای شفاف تشکیل شده که حسگرها در آن قرار دارند.

- کنترلکننده: مداری خارجی است که وظیفهی پردازش اطلاعات ارسالی از صفحهی لمسی را دارد.

- قسمت نرمافزاری: یک درایور برای کامپیوترها ست که بتوانند از صفحات لمسی به عنوان وسیلهی ورود اطلاعات استفاده کنند.

بسیاری از کامپیوترهای جیبی از یک صفحه نمایش لمسی نوع Resistive بهره میبرند. همان طور که اشاره شد، این نوع صفحات لمسی نسبت به ضربه بسیار حساس هستند و در بسیاری از موارد در اثر وارد آمدن هر گونه ضربهی شدیدی میشکنند. در این جا، میخواهیم تشخیص دهیم که صفحه نمایش شکسته است یا صفحهی لمسی؟ همان طور که در تصاویر مشاهده میکنید، اگر صفحه نمایش شکسته باشد، تصویری روی صفحه دیده نمیشود و فقط محل ضربه به رنگ قهوهای در میآید. در این حالت، صفحه نمایش عملا غیر قابل استفاده است و باید تعویض شود. اگر صفحه نمایش نشکسته باشد و فقط صفحهی لمسی آسیب دیده باشد، صفحه نمایش به طور عادی کار میکند، ولی نسبت به لمس عکسالعملی نشان نمیدهد و باید صفحه لمسی تعویض گردد.

[Mohamad]

تکنولوژی صفحات لمسی

معرفی

با گذشت زمان گوشی ها با صفحات لمسی جایگاه بیشتری در زندگی ما پیدا می کنند. این موضوع در واقع به این حقیقت اشاره دارد صفحات لمسی و کنترل بوسیله تماس (Touch) سریعتر و آسانتر است چنانکه شما می توانید تنها با یک بار لمس صفحه برنامه مد نظر را اجرا کرده و نیازی به فشردن چندین باره دکمه ها (مانند D-pad) نخواهید داشت.
تکنولوژی های متفاوتی در این زمینه وجود دارند که هر کدام مزایا و معایب خاص خود را دارند.
مقاله حاضر به تمامی تکنولوژی های بکار رفته در صنعت گوشی های موبایل می پردازد. خواهیم دید که آنها به چه چیزهایی حساس هستند و معایب و مزایاهر کدام چیست. در ابتدا به تاریخچه ای مختصر در مورد تکنولوژی های بکار رفته در صفحه های لمسی توجه کنید.


آغاز

پدر تکنولوژی صفحه های لمسی آقای دکتر Samuel Hurst است . زمانی که بعنوان استاد در موسسه تحقیقات دانشگاه کنتاکی ( Kentucky) مشغول فعالیت بود ، برای امتحانات پایانی مجبور به خواندن حجم زیادی از مطالب بود که در مجموع 2 ماه به طول می انجامید و دو نفر فارغ التحصیل می شدند.

نفر سمت چپ

برای صرفه جویی در وقت ، اولین سنسور لمسی با نام Еlograph را اختراع کرد که به او اجازه می داد مطالب را سریعتر وارد کند . در کنار این اختراع شرکت Elographics متولد شد ( امروزه با نام Elo TouchSystems شناخته می شود) ، این دستگاه شباهتی به سنسورهای امروزی نداشت اما این دستاورد قدم بزرگی به سمت صفحه های لمسی جدید بود. سه سال بعد ، در 1974 ، دکتر Samuel Hurstاولین صفحه لمسی شفاف را طراحی کرد و در سال 1977 Elographic را اختراع و روش فنی 5-wire مقاومتی را به نام خود ثبت کرد که در حال حاضر نیز پرکاربردترین روش می باشد.

سه تکنولوژی برای تولید صفحه های لمسی گوشی های موبایل استفاده می شود :
مقاومتی ( Resistive) ، الکترو استاتیک و اشعه مادون قرمز


صفحه های حساس به فشار ( Resistive)

مزایا :

» استفاده از اکثر اجسام برای لمس صفحه
» قیمت کم

معایب :

» خراشیده شدن در نتیجه تضعیف عملکرد
» ثبت یک تماس(Touch) در یک لحظه
» عبور دادن نور کمتر در مقایسه با سایر تکنولوژی ها

همانطور که اشاره شد ، این تکنولوژی پر کاربردترین تکنولوژی در صفحه های لمسی برای تولید گوشی های موبایل است و در گوشی های ویندوز موبایل مانند HTC TyTN II و HTC Touch Diamond متداول تراست. در مقابل آب و گرد و غبار مقاوم است اما براحتی خراشیده می شود و از اجسام نوک تیز نمی توان استفاده کرد. این تکنولوژی در سه نوع 4-wire،5-wire و 8-wire وجود دارد که نوع 5- wireآن متداول تر است . در مقابل انواع دیگر بدون تاثیر چندانی بر روی قیمت ،این نوع از سه لایه ساخته شده است متشکل از دو لایه با یک لایه اضافی برای دوام و عمر بیشتر ( 35 میلیون تماس بجای 1 میلیون ) .

عملکرد این تکنولوژی به این صورت است : نقطه های کوچک پلاستیکی ( نقطه های فاصله دهنده ) بین هر دو لایه وجود دارد که از برخورد آنها در صورت عدم وجود فشار جلوگیری می کند . در هر لایه الکتریسیته وجود دارد و در هنگام تماس ، یک رشته شکل می گیرد. سپس به منظور مشخص شدن نقطه تماس الکتریسیته علورب بین لایه ها اندازه گیری می شود. متاسفانه این تکنولوژی نمی تواند بیشتر از یک تماس را در یک لحظه ثبت کند و 85% از نور تولید شده توسط صفحه را عبور می دهد . این تکنولوژی ارزان ترین نوع در بین سه تکنولوژی مورد بحث می باشد و شما می توانید از هر جسمی مانند قلم و یا انگشت برای تماس استفاده کنید(البته بجز اجسام نوک تیز ! )



صفحه های الکترواستاتیک ( Capacitive)


مزایا :

» ثبت کردن بیش از یک تماس در یک لحظه
» عبور نور به اندازه ای عالی
» ضد خش بودن
» عمری بسیار طولانی

معایب:

» محدودیت استفاده از اجسام برای لمس آن
» قیمت بالا


این تکنولوژی اخیرا در حال بدست آوردن محبوبیت در صنعت گوشی های موبایل می باشد. مشهورترین گوشی ها در این زمینه آیفون اپل و پرادا شرکت ال جی می باشد. صفحه های اینچنینی با توجه به قیمت بالای آنها سهم کمی از بازار را در اختیار دارند. این تکنولوژی دو زیر شاخه دارد که یکی توانایی انتقال چند تماس ( MultiTouch) در یک لحظه و دیگری مانند تکنولوژی قبل تنها توانایی انتقال یک تماس را ، در یک لحظه دارند . حالت MultiTouch در iPhone و iPod شرکت اپل مورد استفاده قرار گرفته اند.

این سیستم تنها از یک لایه (یک شبکه) استفاده می کند که از مواد انتقال دهنده الکتریسیته ( اغلب اکسید قلع ایندیم) پوشانده شده است. در این شبکه جریان پیوسته با فرکانسی ثابت وجود دارد . وقتی که صفحه را با جسمی لمس می کنید یک جریان ثابت الکتریکی را منتشر می کنید برای مثال انگشت انسان (بدن انسان الکتریسیته تولید می کند) ، تغییری در جریان موجود اتفاق می افتد و به این ترتیب نقطه تماس معین می شود.

نکته مثبت این تکنولوژی ضد خراشیدگی ، رطوبت و گرد و غبار بودن آن است . همچنین 92% از نور تولید شده را عبور می دهد و عمری بسیار طولانی دارد ( در حدود 225 میلیون تماس) . نکته منفی این تکنولوژی این است که نمی توان بوسیله ی تماس اجسام بی روح از آن استفاده کرد.


صفحه های مادون قرمز


مزایا :

» عبور دادن تمامی نور تولید شده
» با دوام ترین تکنولوژی در مقایسه با سایرین
» قابل استفاده با تمامی اجسام بدون نیاز به فشار فیزیکی زیاد

معایب :

» بالاترین قیمت در مقایسه با سایرین
» تاثیر منفی نور محیطی زیاد بر عملکرد
» ثبت یک تماس در یک لحظه


با توجه به قیمت بالای آن ، این تکنولوژی محبوبیت چندانی در مقایسه با دو تکنولوژی ذکر شده ندارد.
بنابراین ، شرکت ها آنرا در صفحه های لمسی گوشی ها استفاده نمی کنند . این تکنولوژی دارای دو زیر مجموعه می باشد ، حساسیت به گرما و مادون قرمز(نوری) . هر چند این دو زیر مجموعه تفاوت زیادی در نحوه عملکرد خود با یکدیگر دارند.
حساسیت به گرما بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد اما در اجزا دیگری از گوشی های موبایل استفاده می شود. برای مثال می توان به گوشی های SGH-E900 و U600 شرکت سامسونگ اشاره کرد که تنها بوسیله ی تماس اجسام گرم ( مانند انگشتان) کار می کنند ، بنابراین هنگامی که در هوایی سرد انگشتان شما یخ زده است نمی توانید با این گوشی ها کار کنید !
تکنولوژی نوری آن از پرتوهای مادون قرمز بهره می برد که برای چشم انسان قابل رویت نیست و تنها گوشی Neonode N2 از آن بهره می برد.

این تکنولوژی از تعدادی سنسور که در بالا و اطراف صفحه قرار دارند و یه شبکه نامرئی از اشعه ها را شکل می دهند ، ساخته شده است.
اگر یک جسم ( مانند انگشت و یا قلم ) صفحه نمایش را لمس کند ، اشعه های موجود در ناحیه تماس را قطع کرده و بنابراین آن نقطه مشخص می شود. برای این سیستم نیازی به فشار فیزیکی زیادی نیست و تنها تماسی کوتاه و آرام کافیست .

صفحه اجازه عبور تمامی نور تولید شده را می دهد و عمر آن به عمر سنسور ها بستگی دارد که در حدود 7 سال در حالت استفاده مداوم عمر می کنند . علاوه بر آن در برابر خراشیدگی ، گرد و غبار و رطوبت مقاوم است و زمانی که صفحه نمایش تصویری را نشان می دهد سنسورهای بالای آن به استراحت می پردازند.
هر چند نکته منفی بزرگ در مورد این تکنولوژی تاثیر منفی نور زیاد محیط بر روی عملکرد و دقت آن است.



نتیجه گیری

در پایان ، مشخص کردن تکنولوژی برتر از بین این سه تکنولوژی ، امری بسیار سختی است چرا که هر کدام دارای مزایا و معایبی می باشند.
ما به شخصه طرفدار سیستم صفحه های لمسی مقاومتی هستیم زیرا محبوب ترین تکنولوژی است و با هر جسمی قابل استفاده است ( بجز اجسام نوک تیز) بدون توجه به اینکه آیا الکتریسیته تولید می کند و یا گرم و سرد است.
هر چند نباید توانایی تکنولوژی capacitive را با توجه به حالت MultiTouch نادیده گرفت.

معتقدیم تکنولوژی اشعه مادون قرمز روشن ترین آینده را دارد اما در حال حاضر قیمت بالای آن باعث شده است در پائین ترین رده قرار بگیرد.
این تکنولوژی (همانطور که اشاره شد) با دوام ترین تکنولوژی است ، دارای طولانی ترین عمر است و تمامی نور تولید شده را عبور می دهد . علاوه بر آن ، دوره عدم جوابگویی به MultiTouch سپری شده است . دستگاه هایی ساخته شده است که بیشتر از یک تماس را (بطور دقیق 52 تماس ) ثبت می کنند و از این تکنولوژی استفاده می کنند اما روش آنها Optical imaging نامیده می شود و یک نمونه از آن Microsoft Surface است . این دستگاه اندازه یک میز است و برای مقاصد تجاری و استفاده در هتل ها ، مغازه ها و ... تولید شده است.

[/QUOTE]