Érintőképernyő

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából
Játék érintőképernyővel.

Az érintőképernyő egy olyan vizuális megjelenítő és egyben adatbeviteli felület, amelyet megérintve meghatározza az érintés koordinátáit és ennek alapján vezérelhető az érintőképernyővel ellátott eszköz. Érintőképernyőről akkor beszélhetünk ha nem használunk közvetítő perifériát (pl.: egér vagy érintés érzékeny rajzpad) hanem közvetlenül érintjük meg a képernyőt, ujjal vagy egy passzív segédeszközzel.

A technológia alapjai a 60-as évekbe nyúlnak vissza, de igazi fellendülést a 90-es években a PDA eszközök megjelenése hozta, ami után a GPS-t használó érintőképernyős navigátorok (PNA), majd az okostelefonok, hordozható médialejátszók és táblagépek kifejlesztésének köszönhetően sikerük töretlen maradt. Mivel a két leggyakrabban használt megoldást, a rezisztív és a kapacitív technológiát korán levédték, így a szabadalmi oltalmuk már lejárt, tehát bárki által szabadon használhatóak.

Fejlesztésének története[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Az érintőképernyős HP-150. A képernyő szegélyénél körben jól látszanak az infravörös érzékelők furatai.

1965 és 1967 között E.A. Johnson kezdett érintőképernyőt fejleszteni az Egyesült Királyság légi radarirányítása számára. 1968-ban publikált részletes cikket az érintőképernyő technológiáról. Később Johnson megoldását az angliai légiirányítás hasznosította is és évtizedekig használták.

1971-ben a kentucky-i egyetemen tanító dr. Sam Hurst kifejlesztett egy érintőszenzort, ami habár nem volt átlátszó, de mérföldkő volt a technológia fejlesztésében. 1974-ben Hurst által alapított Elographics cég végül kifejlesztette a már átlátszó érintőképernyőt és 1977-ben elkészítette az első igazi rezisztív technológiát, ami évtizedekig a legnépszerűbb megoldás volt.

1972-től az Illionisi Egyetemen az infravörös érintőképernyős PLATO IV termináloknak köszönhetően az USA-ban már megjelentek mint oktatásban használatos eszközök.

Az első kereskedelmi fogalomban is kapható érintőképernyős személyi számítógép (PC) az 1983-ban megjelent HP-150 volt. Az érintés pontját egy a képernyő előtt elhelyezett 80 oszlopból és 27 sorból álló infravörös érzékelő rács határozta meg. Az ára pedig 2795 dollár volt.[1]

A 80-as évekig az eszközök egy időben csak egy érintést tudtak érzékelni és a rövid és hosszú érintés közötti különbséget is csak néhány érintőképernyő tudta kiértékelni. 1984-ben Bob Boie a Bell Labs-nál kifejlesztette az első több érintést kezelni tudó (multitouch, többérintéses) érintőképernyőt.

A 90-es években elindult az első érintőképernyős ún. „marokkészülékek” forgalmazása. 1993-ban az Apple piacra dobta Newton PDA nevű készülékét. Még ebben az évben az IBM is árusítani kezdte Simon personal fantázianevű telefonját, amelybe építettek egy érintőképernyő vezérelte egységet (naptár, jegyzetelési, stb funkciókkal). Így elsőként ötvözték a telefont és az érintőképernyőt. Az ára 899 dollár lett.[2] Ezután több PDA és GPS készülék is használta az érintőképernyőt.

2002-ben a Microsoft táblagépe még érintőceruzával működött, de az igazi nagy változást az iPhone 2007-es megjelenése hozta, amikor az Apple cég komoly fejlesztéseket végzett az érintőképernyővel.

Működési elv[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Az érintőképernyők általános működési elve, hogy egy hagyományos kijelző fölé átlátszó érzékelő réteg kerül. Habár e két eszközt összeépítik, de működés szempontjából lényegében különálló egységek. Ha a hagyományos kijelzőn látható egy ikon, amit „megnyom” a készülék használója, akkor így a kijelző felett lévő érzékelő réteghez ér hozzá. A behatás miatt az érzékelő felület egy pontján „zavar” keletkezik az alapállapothoz képest. Ezt a jelet aztán a készülék adatfeldolgozó egysége kiértékeli és meghatározza, hogy az érzékelőlapon a nyomás helye az pontosan melyik ikonnak felel meg az alatta lévő hagyományos kijelzőn és a készülék szoftvere végrehajtja a „nyomási” eseményhez rendelt feladatot. Így azt az érzetet kelti, mintha a felhasználó közvetlenül az ikont nyomta volna meg.

Kiértékelési folyamat[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A technológia fejlődésével és az új fejlesztésekkel az érintés kiértékelési folyamata is egyre összetettebb lett. Ma már elvárt kezelő funkciónak tekinthető a nyomás idejének mérése, az egy idejű több érintés feldolgozása és ún. húzás (megérintve a felületet húzunk egy vonalat vagy formát) feldolgozása. Ez nem csak tökéletesebb érintőképernyő technológiát igényel hanem a szoftveres adatfeldolgozás is jóval komplikáltabbá vált.

Például a manapság népszerű kapacitív technológia esetén az érintés után a nyers adat megérkezik az érintés mintáról a feldolgozó processzorba. Első lépésben megállapítja, hogy mi az egyértelmű érintés és mi véletlen zaj a kapott információból, ami keletkezhet elektronikai zavarból esetleg túlérzékenységből is (például az érintő kézfej közelsége is hatással van az elektromos térre). A feldolgozóegység tehát különválasztja a hasznos jelet. Ezután a hasznos adatot osztályozza méret, forma, érintés ideje vagy húzás esetén kezdő és végpont szerint. Megtörténnek a koordináta kalkulációk is, majd a kapott adatot az eszköz megpróbálja értelmezni. Egy húzásnak például adott esetben több funkciója lehet a képernyő területétől függően, így a szoftvernek meg kell találni a megfelelő választ. Az is előfordulhat, hogy az érintési utasítás nem volt egyértelmű, így a szoftvernek dönteni kell, hogy végrehajtja-e a mintához hasonló esemény valamelyikét vagy inkább tétlen marad. Például az iPhone telefon fejlesztésénél ügyelni kellett arra, hogy az érintési parancsokat kövesse az eszköz, de telefonálás közben a fülhöz tartott érintőképernyő által érzékelt jelek ne okozzanak problémát.

Technológiai megoldások[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A rezisztív érintőképernyő működési elve: 1. átlátszó műanyag rugalmas felület, 2. átlátszó elektromos vezető réteg, 3. szigetelő pontok, 4. levegő, 5. elválasztó üveg, 6. képernyő (LCD)

A különböző technológiáknak meg volt a maga csúcsidőszaka, de egy-egy technológia váltás nem jelenti a korábbi technológia végét. Már csak azért sem, mert a különféle alapelven működő eljárásokat időnkét újragondolják és habár az alapelv megmarad, de az új megoldások más, korszerűbb megközelítést alkalmaznak. Például a 70-80-as években gyakori volt az infravörös optikai megoldás, amit a kereskedelemben felváltott a rezisztív, majd kapacitív elven működő érintőképernyő, de új kísérletek folynak teljesen átdolgozott - az érintő lap alá helyezett merőleges - infravörös érzékelőkkel.

Rezisztív[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A rezisztív technológia lényege, hogy két eltérő töltésű átlátszó panelt egy szigetelő réteg választ el. Ez a szigetelő közeg levegő, és szigetelő pontokból álló háló tart távolságot a két réteg között. A panelek felett egy rugalmas átlátszó védőréteg van (többnyire műanyag). Az érintő nyomás hatására összeér a két panel és ezáltal azon a helyen megváltozik a panelek töltése az alapállapothoz képest. Ez alapján számolja ki az eszköz az érintés helyét. Mivel fizikai behatás eredményezi a két felület összenyomódását, így lényegében bármilyen segédeszközzel létrehozható a nyomás. Előnye hogy a technika olcsó ezért még ma is szívesen alkalmazzák, de ugyanakkor más technikákhoz képest ez adja a legkevésbé átlátszó felületet (a fény 70-75%-át engedi át). Kezdetben csak egy érintés helymeghatározását tudta elvégezni a technológia, de ma már képesek a többszörös érintés (multitouch) kiértékelésére is, habár nem olyan kedvező tulajdonságokkal, mint a kapacitív megoldás. A korai PDA készülékekben és GPS eszközökben ezt a megoldást alkalmazták.

Kapacitív[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Kapacitív érintőképernyő működési elve

A kapacitív technológia esetén már egy kemény átlátszó védőfelület van (üveg vagy műanyag), ami alatt egy elektromos tér érzékeny háló vagy felület helyezkedik el (anyaga legtöbbször indium-trioxid és óndioxid). Így az átlátszó felület felett egy elektromos mező jön létre. Ha ujjunkkal közelítünk a felülethez, akkor zavart okozunk ebben a mezőben, mert ujjunkkal töltést vezetünk el, így a képernyő sarkaiban elhelyezkedő mérők meghatározhatják a változás helyét. Mivel ez a megoldás nem nyomás érzékelésre épül hanem az érintésre, így nem reagál bármilyen behatásra. Ha nem az ujjunkat használjuk az érintésre, akkor speciális konduktív - töltés felhalmozására alkalmas - eszközre van szükség. A kapacitív technológia drágább mint a rezisztív, de alkalmasabb a többszörös érintés (multitouch) érzékelésére. Ezt a megoldást használják a legtöbb modern táblagépben és okostelefonban. A fényáteresztő képessége jó, a fény 90%-át átengedi. Természetesen az alapelv felhasználásra számtalan megoldás született így többféleképpen hasznosítják ma már a kapacitív technológiát (pl.: mutual-, self kapacitív).

Optikai (infravörös)[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Az első optikai érintőképernyő esetén nem volt szükség speciális fizikai érintőfelületre. Ez esetben a hagyományos képernyő előtt infravörös érzékelők hálózatából álló sugár rács található, ami egy jel kibocsátó és egy azzal szemben álló érzékelő párosokból épül fel. Ha valamilyen (nem átlátszó) tárgy megszakítja egy adott ponton az infravörös sugarak útját, akkor a vízszintes és függőleges érzékelők segítségével meghatározható az érzékelés koordinátája.

Ma már több optikai megoldás létezik. Például van olyan, ahol az infravörös sugár kibocsátó a felület alá van beépítve az érzékelőkkel együtt és a felület fölé helyezett (érintést végző) tárgy veri vissza a jelet, amit aztán az eszköz kiértékel.

Akusztikus hullám[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Az alapelv hasonló a modern optikai megoldáshoz, de itt az érzékelést hanghullámok végzik. Amikor az érintés pontján változások állnak be az érzékelő mezőn, akkor az alapján határozza meg az eszköz az érintés pontját. Előnye, hogy mivel az érzékelő mező nem fizikai akadály így a fényáteresztő képessége nagyon jó, ugyanakkor nehezen tönkretehető is. Előszeretettel alkalmazzák vandálbiztos kijelzők esetén.

Felület kialakítás és védelem[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Amíg egyes eljárások nem kívánnak különleges kijelző védelmet, addig a legtöbb érintőképernyőnél ez sarkalatos kérdés, már csak azért is, mert az eszközök hordozhatósága komolyabb igénybevételt jelent. A rezisztív technológia esetén a felső rétegnek nem csak ellenállónak kellett lennie, hanem rugalmasnak is, így műanyagokból készült. A kapacitív eljárás esetén lehetségesé vált a fényáteresztés szempontjából optimális és karcolásnak ellenállóbb üvegfelületek használata. Az üveg fő hátránya hogy törékeny, így speciális anyagokra volt szükség. Az egyik legjelentősebb gyártó a Corning speciális ún. „Gorilla” fantázia nevű üvegtípust fejlesztett ki még a 60-as években, amelynél ioncserén alapuló eljárással tették ellenállóvá az üveget, de évtizedekig nem volt rá piaci igény. Steve Jobs az iPhone tervezési szakaszában kereste fel a céget és bízta meg őket a tömeggyártással. Habár a cég először ódzkodott, de Jobs nyomására végül vállalták a korábban kihasználatlan költséges technológiára való viszonylag gyors átállást. E gyártási eljárás során ioncserés folyamat által kompressziós réteget hoznak létre az üveg felületén,[3] aminek köszönhetően 0,8-1 milliméter vastagságú lapok látták el a kijelző védelmet.[4] Habár ellenállóbb lett az üveg anyaga, de még továbbra is törékeny erős behatásra. Egy 2012-es felmérés szerint a javításra szoruló táblagépek 90%-a esés következtében hibásodik meg és 30%-ban az üvegfelület sérül.[5] A Corning 2012-ben bejelentett egy új hajlékony üveget, amely lehetővé teszi a rugalmas készülékek tervezését. Az anyag vastagsága mindössze 0,1 milliméter (nagyjából olyan vastag mint egy írólap).[6] Az eljárás lényege, hogy az üvegtáblákat 400 fokos káliumsó oldatba merítik. Az eljárás során a kisebb nátriumionok elhagyják az üveget, és a helyüket káliumionok veszik át és így rugalmas lesz.

Jegyzetek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Források[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]