Technologie wykrywania dotyku w rozwiązaniach audiowizualnych

Na rynku audiowizualnym dostępny jest szeroki wachlarz technologii dotykowych. Poniższy artykuł przybliży te najbardziej popularne rozwiązania stosowane w celu wprowadzenia interaktywności do projektowanych systemów.

Jako pierwsze przedstawimy nakładki rezystancyjne. Zbudowane są one dwóch arkuszy, pomiędzy którymi znajduje się izolująca membrana. Górna warstwa, wykonana z elastycznego materiału, ma na swojej dolnej powierzchni cienką warstwę przezroczystego materiału przewodzącego. Dolny arkusz wykonany jest ze szkła lub przezroczystego tworzywa, znajduje się tu druga podobna płytka. Dopóki użytkownik nie naciśnie ekranu, płytki te pozostają rozdzielone. Pod wpływem siły stykają się, powodując zwarcie, dzięki któremu sterownik poprzez zmierzenie powstałych oporów jest w stanie rozpoznać punkt dotknięcia. Jedną z zalet nakładek rezystancyjnych (oprócz niskiej ceny) jest to, że to technologia pasywna. W praktyce oznacza to, że można z nich korzystać za pomocą dowolnego obiektu – palca, rękawiczki czy rysika. Dodatkowo nakładki rezystancyjne mają wysoką odporność na zabrudzenia i zalania wodą, mają więc szerokie zastosowanie w kioskach POS, fabrykach czy szpitalach. Mają jednak szereg wad – miękka warstwa pierwszego ekranu jest bardziej podatna na mechaniczne uszkodzenia niż w technologiach, gdzie użytkownik dotyka bezpośrednio szyby. Dwie dodatkowe warstwy nakładki obniżają również kontrast i jasność ekranu. Responsywność ekranu zmniejsza także wymóg użycia siły w celu wykrycia dotyku. Współcześnie ekrany rezystancyjne oferują mniejszą liczbę punktów multitouch, co ogranicza ich zastosowania. Wszystkie te cechy sprawiają, że ekrany rezystancyjne są gorszym rozwiązaniem w miejscach, gdzie operatorem ekranu będzie przypadkowy użytkownik. Dlatego właśnie ekrany rezystancyjne ustępują miejsca ekranom pojemnościowym i spotykane są zazwyczaj w monitorach o małych rozmiarach o przeznaczeniu specjalistycznym.

Ekrany pojemnościowe
Ekran pojemnościowy zbudowany jest z izolatora (najczęściej szyby) pokrytej przewodzącą warstwą. Po podaniu napięcia na tę warstwę tworzy się stałe pole elektrostatyczne. Po dotknięciu powierzchni materiałem przewodzącym (palcem lub odpowiednim rysikiem) pole to zostaje zaburzone, a dzięki sensorom określone zostaje precyzyjnie miejsce dotyku. Ekrany pojemnościowe można wstępnie podzielić na powierzchniowo-pojemnościowe oraz projekcyjne (PCT). To te drugie znajdują częstsze zastosowanie ze względu na to, że uszkodzenia powierzchni nie wpływają na wykrywanie dotyku. Ekrany pojemnościowe, dzięki temu, że ich frontową warstwę stanowi szkło, są znacznie bardziej odporne na uszkodzenia niż ekrany rezystancyjne. Technologia ta pozwala również wykrywać wiele punktów dotyku jednocześnie. Jako jedna z niewielu technologii umożliwia zabudowę monitora i stosowanie nakładki za dodatkową szybą (wymagana jest jednak zewnętrzna nakładka dotykowa, aby móc poprawnie skalibrować czułość dotyku), tworząc jednolitą powierzchnię. Umożliwia to budowę totemów zabezpieczonych szybą (np. zewnętrznych) oraz lepsze i estetyczniejsze ukrycie monitorów dotykowych w scenografii. Ze względu na wielowarstwową budowę szyby technologia ta zmniejsza przezierność ekranu. W przypadku większych przekątnych ekranów widoczne są nawet warstwy materiału przewodzącego. Nie jest to jednak bardzo uciążliwa cecha. Kolejną wadą jest brak wykrywania dotyku przy użyciu materiałów, które same w sobie nie są przewodnikami. Przez to niemożliwym jest używanie tego typu ekranów przez rękawiczki czy przy użyciu długopisów. Ekrany pojemnościowe stają się jednymi z najbardziej popularnych typów ekranów. Znajdują zastosowanie w totemach i scenografii (gdzie można zlicować ekran z zabudową), a obsługa wielu punktów dotykowych i gestów daje wiele możliwości przy tworzeniu aplikacji.

SAW
Technologia Sound Accustic Wave wykorzystuje fale ultradźwiękowe, które przesyłane są po powierzchni ekranu dotykowego. Ekrany dotykowe SAW działają w podobny sposób jak ramki IR, z tą różnicą, że zamiast światła podczerwonego wykorzystywane są fale ultradźwiękowe. W momencie dotknięcia ekranu część fali zostaje pochłonięta, co zaburza przepływ fali rejestrowany przez odbiorniki, a następnie przetwarzany przez sterownik. Wynikiem tego procesu są koordynaty miejsca dotknięcia ekranu. Ekrany SAW cechuje wysoka przezierność ekranu (jako że zastosowana zostaje pojedyncza warstwa szkła zabezpieczającego), możliwość obsługi nie tylko przy użyciu palca (z wyłączeniem rysików, które nie pochłaniają fali akustycznej) oraz niewrażliwość na zakłócenia elektromagnetyczne. Niestety, ekrany te rzadko obsługują technologię multitouch ze względu odbicia fali akustycznej od wielu obiektów. Są również podatne na większe zabrudzenia i kurz gromadzący się w krawędziach ekranów. Technologia SAW, ze względu na niską cenę i lepsze własności mechaniczne, coraz częściej stosowana jest zamiast ekranów rezystancyjnych. Nieczęsto spotykane są monitory z nakładkami SAW o większych przekątnych, stąd technologię tę można najczęściej spotkać w terminalach POS i małych kioskach.

IR
Ramki IR zbudowane są z naprzemiennie umieszczanych diod nadawczych i fotorezystorów zlokalizowanych po obu stronach ramki. Przecięcie wiązki powoduje precyzyjne wskazanie punktu dotyku. Ramki IR obsługują również multitouch. Wśród zalet ramek IR wymienić można między innymi możliwość obsługi dowolnym przedmiotem – niezależnie czy jest to palec, dłoń w rękawiczce, czy rysik. Ramki cechują się wysoką precyzją wykrywania, a dzięki budowie ramkowej (gdzie szyba zabezpieczająca nie jest niczym pokryta) zwiększona jest przejrzystość ekranu. Również stworzenie nietypowych rozmiarów dla ścianek wizyjnych jest tańsze, łatwiejsze, a i montaż w przypadku takich rozwiązań – szybszy. Ramki IR są również tańsze od innych popularnych technologii. Ze względu na budowę ramek IR nie są one odporne na zabrudzenia. Oczywiście ubrudzenie samego ekranu (odciski palców lub podobne zabrudzenia) nie ma wpływu na ich działanie, jednak gromadzący się przy krawędziach kurz negatywnie wpływa na ich działanie. Ramki IR nie są również wodoodporne. Problemem może być również silne lub dynamicznie zmieniające się oświetlenie zewnętrzne, jednak ta przeszkoda jest coraz częściej eliminowana przez producentów na poziomie samego sterownika. Obok nakładek pojemnościowych, ramki IR są rozwiązaniami najpopularniejszymi. Jako jedne z niewielu pozwalają tworzyć duże interaktywne ściany wizyjne przy zachowaniu rozsądnego budżetu.

Kurtyny laserowe
W przypadku, gdy obszar dotykowy jest bardzo duży (np. na tle wielkoformatowych projekcji), najlepszym rozwiązaniem są kurtyny laserowe. Umieszczając pojedynczy kontroler nad powierzchnią dotykową, otrzymujemy obszar wykrywania dotyku o podstawie kilkunastu metrów, a nawet więcej. Kurtyny takie cechują się jednak małą precyzją w porównaniu z innymi typami nakładek, dlatego korzysta się z nich zazwyczaj za pomocą dłoni.

Podsumowanie
Różnorodność technologii dotykowych daje duże możliwości wyboru dla projektantów i integratorów. Nie można jednoznacznie określić, które rozwiązanie jest najlepsze, gdyż jest to zależne od potrzeb i budżetu.

 

TEKST: Rafał Fundakowski
Projektant Systemów AV, New Amsterdam

Najchętniej czytane

BenQ na targach ISE 2019

BenQ podczas tegorocznej edycji ISE zaprezentuje projektory laserowe, wielkoformatowe ekrany interaktywne, ekrany bar-type („długie i wąskie”) oraz oprogramowanie do tworzenia...