Puuteekraan

Allikas: Vikipeedia
(Ümber suunatud leheküljelt Puute-ekraan)
Puutetundlik paneel.
Nintendo DS — taskumängukonsool kahe ekraaniga; alumine — puutetundlik. Tema ees on spetsiaalne pliiats puudutamise jaoks.
Infoautomaat puuteekraaniga.

Puutetundliku kilega kaetud kuvar ehk puute-ekraan ehk puuteekraan ehk puutetundlik ekraan on ekraan, mis reageerib puudutuse peale, sest on varustatud puutetundlike anduritega ja seda saab kasutada infosisendina.

Ajalugu[muuda | redigeeri lähteteksti]

Puuteekraan leiutati USA-s, programmeeritud õppimise jaoks. Arvuti süsteem PLATO IV, mis ilmus aastal 1972, oli varustatud puuteekraaniga, mis oli tehtud infrapunakiirte põhjal (koosnes 16×16 plokkidest). Olenemata nii väiksest täpsusest sai kasutaja ekraanil soovitud kohale vajutades valida vastuse. Aastal 1971 töötas doktor Sam Hurst (Elographics-i (praegune Elo TouchSystems) asutaja) välja sensori “Elograf”, mis funktsioneeris neljatraadilise printsiibi põhjal. Aastal 1974 tegi Hurst tõelise puuteekraani (läbipaistev “Elograf”), aga aastal 1977 töötas välja viietraadilise ekraani. Koopereerudes Siemens-ga, tegi Elographics kumera puutetundliku paneeli, mis klappis tolle aja kineskoopidega. 1982. aastal esitles Elographics puutetundliku ekraaniga televiisorit. Aastal 1983 ilmus puuteekraaniga arvuti HP-150, millel oli infrapunavõrk, mis tuvastas ekraanil koha, mida puudutati. Sellel ajal olid puutetundlikud ekraanid kasutusel peamiselt tööstuses ja meditsiinis. Mobiiltelefonides, taskuarvutites ja muudes seadmetes on puuteekraanid klaviatuuri asendajaks. Seda seetõttu, et seadmetel, ka väikestel, saaksid olla suured ekraanid. Esimene puutetundliku ekraaniga tasku-mängukonsool on Nintendo DS. Esimesed seadmed, mis toetasid "multitouch"-i, olid Mitsubishi DiamondTouch (2001) ja Apple'i iPhone (2007).

Kasutusala[muuda | redigeeri lähteteksti]

Puutetundlikud ekraanid on kasutusel näiteks pangaautomaatides, makseterminalides, infolettides. Samuti ka sellistes massitoodetes nagu taskuarvutid, MP3-mängijad, mobiiltelefonid.

Plussid ja miinused taskuseadmetes[muuda | redigeeri lähteteksti]

Plussid[muuda | redigeeri lähteteksti]

  • Lihtne kasutajakeskkond
  • Saab valmistada väikseid seadmeid suure ekraaniga
  • Laiad multimeedia võimalused

Miinused[muuda | redigeeri lähteteksti]

  • Raske töötada põrutamise korral
  • Kõrge energiatarbimine
  • Ekraani peal on näpujäljed
  • Ekraan võib lihtsalt katki minna
  • Kuluvus

Plussid ja miinused statsionaarseadmetes[muuda | redigeeri lähteteksti]

Plussid[muuda | redigeeri lähteteksti]

  • Suur turvalisus
  • Tolm ei sattu sisse ja näiteks nuppude vahele
  • Lihtne kasutajakeskkond

Miinused[muuda | redigeeri lähteteksti]

  • Kui tegemist on vertikaalse ekraaniga, peab kasutaja käsi kogu aeg õhus hoidma, mis ei ole eriti mugav. Sellest järeldub, et vertikaalsed ekraanid sobivad ainult episoodiliseks kasutamiseks.
  • Kui tegemist on horisontaalse ekraaniga, jäävad käed vaateväljale ette.
  • Kasutades ilma spetsiaalsete vahendita võivad näpujäljed kasutajat segama hakata.

Need miinused ei luba puutetundlikke ekraane kasutada seadmetes, millega inimene väga kaua töötab. Sellepärast kasutatakse paljudes seadmetes mitut sisendseadet, näiteks võib koos puuteekraaniga kasutusel olla ka klaviatuur või hiir.

Kuidas see töötab?[muuda | redigeeri lähteteksti]

On olemas palju puuteekraani tüüpe, mis töötavad erinevate füüsilite ehitustega.

Resistiivsed puuteekraanid[muuda | redigeeri lähteteksti]

Neljatraadiline ekraan[muuda | redigeeri lähteteksti]

Neljatraadilise resistiivse puuteekraani tööpõhimõte.

Resistiivne ehk takistuslik puuteekraan koosneb kahest läbipaistvast plastkileplaadist. Mõlema plaadi sisepind on kaetud peaaegu täiesti läbipaistvast materjalist (indiumi ja tina oksiididest) üliõhukese kihiga, millel on teatud elektritakistus (resistiivsus); kummagi plaadi kahes vastasservas on elektroodid pinge rakendamiseks ja mõõtmiseks. Kilest plaate hoiavad normaalolekus kokku puutumast mikroisolaatoritest võrgustik (see on vaevunähtav). Kui vajutada ekraanile sõrme või mõne esemega, tekib plaatide vahel puutepunktis elektriline kontakt.

Puutepunkti koordinaatide (asukohaarvude x ja y) kindlakstegemiseks rakendab juhtlülitus (kontroller) esmalt alalispinge alumise plaadi elektroodidele. Puutepunkti asukohas tekib siis takistuste suhtele vastav elektripinge (5-voldise elektroodipinge korral võib see olla näiteks x = 2 V). Seda pinge väärtust mõõdab kontroller pealmise plaadi elektroodidelt (nende elektroodide vahel enne kontakti pinge puudus); nii saadakse x-koordinaadi signaal. Teise koordinaadi saamiseks pingestatakse pealmine plaat, mis on alumisega risti, ja mõõdetakse pinge väärtus alumise plaadi elektroodidelt; saadakse y-signaal. Kontroller vahendab need signaalid draiverile vajaliku toimingu sooritamiseks.


Viietraadiline ekraan[muuda | redigeeri lähteteksti]

Viietraadilise resistiivse puuteekraani tööpõhimõte.

Viietraadilise puututundliku ekraani töökindlus on parem, kuna resistiivne kate membraani peal on vahetatud juhtivaga (viietraadiline ekraan töötab ka siis, kui selle membraan on läbi lõigatud). Tagumise klaasi peal on pandud resistiivne kate, mille nurkades on neli elektroodi (igas nurgas on üks elektrood). Alguses on kõik neli elektroodi maandatud, aga membraan on “tõmmatud” +5V pinge juurde resistoriga. Pinge suurust membraanil kontrollitakse pidevalt analoog–digitaalse konverteerijaga. Kui miski ekraani ei puutu, on pinge 5V. Kui ekraani peale vajutatakse, tuvastab mikroprotsessor membraani pinge muudatuse ja hakkab koordinaate välja arvutama. Tööpõhimõte on selline:

  1. Kahele paremale elektroodile antakse +5V pinge, vasakud maandatakse. Pinge ekraanil näitab X–koordinaat.
  2. Kahele ülemisele elektroodile antakse +5V pinge, alumised maandatakse. Võetakse Y–koordinaat.


Maatriks puuteekraanid[muuda | redigeeri lähteteksti]

Konstruktsioon ja tööpõhimõte[muuda | redigeeri lähteteksti]

Konstruktsioon on resistiivsega sarnane, aga väga lihtsustatud. Klaasi peale on paigutatud horisontaalsed juhid, membraani peale aga vertikaalsed. Ekraani puutumise ajal puudutavad juhid kokku. Kontroller leiab, millised juhid puutuvad ja annab mikroprotsessorile koordinaadid.

Eriomadused[muuda | redigeeri lähteteksti]

Väga väike täpsus. Liidese elemendid on paigaldatud maatriksekraani ruutudega arvestades. Ainuke pluss on lihtsus ja odavus. Tavalistes maatriksekraanides tehakse päring ridades (analoogiliselt nuppude maatriksile); see võimaldab teha mitut puudutust korraga. Aegamööda asendatakse need resistiivsete ekraanidega.

pisi|upright=0.8|Mahtuvusliku puuteekraani tööpõhimõte.

Mahtuvuslikud puuteekraanid[muuda | redigeeri lähteteksti]

Konstruktsioon ja tööpõhimõte[muuda | redigeeri lähteteksti]

Mahtuvusliku ekraani puutetundlikuks osaks on elektrit juhtiva läbipaistva kihiga kaetud kilest plaat, mille neljas nurgas on elektroodid. Nendele antakse ühesugune vahelduvpinge, mis tekitab ühtlase elektrivälja üle ekraani. Ekraani puudutamisel sõrme või mingi elektrit juhtiva esemega elektrivälja jaotus plaadil muutub, sest puutekoha kaudu siseneb inimese kehasse mahtuvusliku sidestuse läbi lekkevooluna teatud elektrilaeng. Selle tulemusena muutuvad ka lekkevoolu komponendid, mis sisenevad plaadi nurkade kaudu: mida suurem on puutepunkti kaugus mingist nurgast, seda suurem on nurga ja puutepunkti vaheline takistus ning vastavalt ka vool nõrgem. Nende vooluväärtuste järgi arvutab kontroller puutepunkti koordinaadid.

Eriomadused[muuda | redigeeri lähteteksti]

Mahtuvuslikud puuteekraanid on usaldusväärsed, vastupidavusega kuni 200 miljonit puudutust (~6,5 aastat ühesekundilise intervalliga), ei karda vedelikke. Läbipaistvus on kuni 90%. Siiski on juhtiv kate nõrk, seega kasutatakse mahtuvuslikke puuteekraane tihti automaatides, mis on paigaldatud valvega ruumidesse. Kinnastega mahtuvuslikud ekraanid ei reageeri.

Projektsioonilised mahukad puuteekraanid[muuda | redigeeri lähteteksti]

Konstruktsioon ja tööpõhimõte[muuda | redigeeri lähteteksti]

Projektsioonilise mahuka puuteekraani tööpõhimõte.

Ekraani sisepoolel on paigaldatud elektroodide võrk. Elektrood koos inimese kehaga moodustavad kondensaatori; elektroonika mõõdab selle kondensaatori mahu (impulsi annab vool ja mõõdab saadud pinge).

Eriomadused[muuda | redigeeri lähteteksti]

Nende ekraanide läbipaistvus on kuni 90%, temperatuuride taluvus on väga suur. On väga vastupidavad. Selles puuteekraani tüübis võib kasutada kuni 18 mm paksust klaasi, mis muudab ekraanid vandaalikindlateks. Ei reageeri mittejuhtiva mustuse peale; juhtivust saab programmiliselt pärssida. Sellepärast kasutatakse neid ekraane automaatides, mis on paigaldatud õuetingimustesse. On olemas mudelid, mis reageerivad kinnastatud käe peale. Praegustel mudelitel on täpsus väga kõrge, ent vandaali-kindel rakendus muudab need vähemtäpseteks. Projektsioonilised mahukad puuteekraanid reageerivad juba käe lähendamise peale. Eristavad puudutust sõrmega ja puudutust juhtiva pliiatsiga. Mõned mudelid toetavad multitouch-i. Seepärast kasutatakse sellist tehnoloogiat touchpad-ides ja multitouch-ekraanides. Ka iPhone-i ekraan töötab selles lõigus kirjeldatud tööpõhimõttega.

Puuteekraanid pinnalainetel[muuda | redigeeri lähteteksti]

Konstruktsioon ja tööpõhimõte[muuda | redigeeri lähteteksti]

Ekraan kujutab endast klaaspaneeli, mille nurkades on piesoelektrilised konverterid (PEK). Paneeli äärtel asuvad peegeldavad ja vastuvõtvad andurid. Tööpõhimõte on selline:

  1. Spetsiaalne kontroller genereerib kõrgsagedusliku elektrilise signaali ja saadab selle PEK peale.
  2. PEK konverdib selle signaali pinnalainetesse ning peegelduvad andurid peegeldavad seda.
  3. Need peegeldatud lained võetakse vastu anduritega ja saadakse PEK peale.
  4. PEK võtab peegeldatud lained vastu ja konverdib need elektrilisteks signaalideks, mis kontrolleriga analoogsignaalideks muudetakse.
  5. Ekraani sõrmega puudutamisel osa pinnalainete energiast neelatakse.
  6. Vastuvõtja fikseerib selle muudatust, aga mikrokontroller arvutab välja puudutamise punkti koordinaadid.

See tüüp reageerib puudutamise peale asjaga, mis on võimeline laine absorbeerima (sõrm, kinnastatud käsi, poorne kumm).

Eriomadused[muuda | redigeeri lähteteksti]

Kõige suurem pluss on sellist tüüpi ekraanide puhul võimalus teada saada mitte ainult puutepunkti koordinaadid, aga ka puutejõu – pinnalainete absorbeerimise tase sõltub rõhu suurusest puutepunktis (ekraan ei deformeeru puudutamise ajal). Selline ekraan on väga läbipaistev, kuna valgustus läheb läbi klaasi, mis ei sisalda resistiivset ega juhtivat katet. Mõnel juhul klaasi üldse ei kasutatagi, et vältida peegeldusi. Selle asemel kinnitatakse kiirgajad, vastuvõtjad ja peegeldajad otse ekraani peale. Nende ekraanide konstruktsioon on väga keeruline, aga need on üsna vastupidavad. Näiteks teatasid Ameerika firma Tyco Electronics ja Taiwani firma GeneralTouch, et need ekraanid peavad vastu kuni 50 mln puudutust ühes punktis – see ületab viietraadilise resistiivse ekraani ressursi. PEK-ekraane kasutatakse enamasti mänguautomaatides, turvatud infosüsteemides ja haridusasutustes. PEK-ekraane on saadaval tavalise 3 mm-se paksuse ja vandaalikindla 6 mm-sena. Viimased peavad vastu mehe löögi või metallist 0,5 kg kuuli kukkumise 1,3 meetri kõrguselt (vastavalt Elo Touch Systems'i andmetele). Arvutiga ühendamise jaoks kasutatakse RS232- või USB-liidest. Praegu on kõige populaarsem kombineeritud mudel, kus kasutatakse mõlemaid ühenduse tüüpe (Elo Touch Systems andmetel). PEK-ekraani kõige suuremaks miinuseks on vastuvõtlikkus vibratsioonile ja häired määrdunud ekraani korral. Ekraanile asetatud võõras objekt (näiteks närimiskumm) blokeerib ekraani funktsioneerimise. Lisaks nõuab see tehnoloogia, et puudutus tehakse objektiga, mis pinnalaineid absorbeerib. Selliste ekraanide täpsus on suurem kui maatriks puuteekraanidel, aga väiksem kui traditsioonilistel mahtuvuslikel. Joonistamiseks ja teksti sisestamiseks neid ekraane üldiselt ei kasutata.

Infrapuna-puuteekraanid[muuda | redigeeri lähteteksti]

Infrapunakiirte kasutamisel põhineva puuteekraani servades on vastakuti optoelektroonilised kiirgusallikad ja kiirgusvastuvõtjad: ekraani vasakus servas infrapunast kiirt väljastavate valgusdioodide rida ning parempoolses servas vastav arv fotodioode; samasugused read paiknevad ka ekraani alumises ja ülemises servas. Nii moodustub ristuvate infrapunakiirte nähtamatu võrk. Kui ekraani sõrme või mõne esemega puudutada, tõkestab puutekoht mõne horisontaalse ja vertikaalse kiire edasipääsu fotodioodini ja nende kiirgusvastuvõtjate väljundsignaal väheneb järsult. Nõrgenenud signaalipingega fotodioodide järgi määrabki kontroller puutepunkti koordinaadid.

Eriomadused[muuda | redigeeri lähteteksti]

Infrapuna-puutetundlikud ekraanid kardavad määrdumist ja seetõttu kasutatakse neid seal, kus kujutise kvaliteet on oluline. Oma lihtsa ehituse ja seega ka lihtsa korrashoitavuse tõttu on selline ekraan populaarne sõjanduses. Sellist ekraanitehnoloogiat kasutab mobiiltelefonides firma Neonode.

Optilised puuteekraanid[muuda | redigeeri lähteteksti]

Klaaspaneel on varustatud infrapuna valgusega. Klaasi ja õhu piiril tekib täielik sisepeegeldus, klaasi ja võõrkeha piiril valgus hajub. Hajumise tuvastamiseks tuleb pilti. Selleks on kaks tehnoloogiat:

  • Projektsioonilistes ekraanides paigaldatakse projektori juurde kaamera. Sellist tehnoloogiat kasutab näiteks Microsoft Surface.
  • Teine võimalus on lisada LCD-ekraanile valgustundlik neljas lisa-subpiksel.

Eriomadused[muuda | redigeeri lähteteksti]

Suudab eraldada kätepuuteid muude esemete puudetest, ka on olemas multitouch. Võimaldab ehitada suuremõõdulisi, kuni tahvlisuurusi sensoripindu.

Tensomeetrilised puuteekraanid[muuda | redigeeri lähteteksti]

Reageerivad ekraani deformeerumise peale. Selliste ekraanide täpsus on madal, kuidneed on vandaalikindlad. Kasutusalad on sarnased projektsioon-mahukatele puuteekraanidele: pangaautomaadid, piletiautomaadid ja muud välitingimustesse paigaldatud seadmed.

Induktsioon-puuteekraanid[muuda | redigeeri lähteteksti]

Induktsioon-puuteekraan on integreeritud ekraaniga graafikatahvel. Need ekraanid reageerivad ainult spetsiaalse pliiatsi peale. Kasutatakse, kui on vajalik seadme reageerimine vaid pliiatsiga (mitte käega) vajutuse peale: high-end klassi kunstitahvlid, mõned tahvel-PC mudelid.

Erinevate puuteekraanide tehnoloogiate võrdlus[muuda | redigeeri lähteteksti]

Järgnev informatsioon on esitatud Mass Multimedia, Inc. ettevõtte poolt, mis müüb puuteekraanidega seadmeid.

Tehnoloogia 4-traadil põhinev Pinnalaine 5-traadil põhinev Infrapuna Mahtuvuslik
Vastupidavus 3 aastat 5 aastat 5 aastat 5 aastat 2 aastat
Stabiilsus Kõrge Väga kõrge Kõrge Kõrge Normaalne
Läbipaistvus Halb Hea Halb Hea Normaalne
Installatsioon Sisseehitatud/Kate Sisseehitatud/Kate Sisseehitatud/Kate Sisseehitatud Sisseehitatud
Puudutus Ükskõik, mis Sõrm/Pliiats Ükskõik, mis Sõrm/Pliiats Juhtiv
Intensiivne valguskindlus Hea Hea Hea Halb Halb
Reageerimisaeg <10ms 10ms <15ms <20ms <15ms
Järgimiskiirus Hea Madal Hea Hea Hea
Võnkeamplituud Puudub Väike Suur Suur Suur
Ekraan CRT või LCD CRT või LCD CRT või LCD CRT või LCD CRT või LCD või LED
Veekindlus Hea Normaalne Hea Normaalne Hea

Infoallikad[muuda | redigeeri lähteteksti]

Vaata ka[muuda | redigeeri lähteteksti]

Välislingid[muuda | redigeeri lähteteksti]

  • Howstuffworks – How do touchscreen monitors know where you're touching?