Jutiklinis ekranas

Jutiklinis, liečiamasis arba sensorinis ekranas – ekranas, galintis atpažinti prisilietimo prie jo paviršiaus vietą. Prietaisas atpažįsta piršto ar rankos, taip pat specialaus rašiklio (stiliaus) prisilietimą. Liečiant ekraną galima valdyti žymeklį, pasirinkti elementą ir pan., t. y. atlikti veiksmus, kurie dirbant su paprastu ekranu atliekami pele arba klaviatūra.
Jutikliniai ekranai naudojami asmeniniuose, planšetiniuose bei delniniuose kompiuteriuose, mobiliuosiuose telefonuose, žaidimų konsolėse, GPS imtuvuose, bankomatuose, informacijos terminaluose, prietaisų skydeliuose medicinoje ir pramonėje bei kituose pan. įrenginiuose.

Istorija

Pirmasis jutiklinis ekranas buvo talpinis jutiklinis ekranas (angl. capacitive touch screen), kurį Karališkojo radaro įstaigoje (Royal Radar Establishment), Malverne, JK sukūrė E.A. Džonsonas (E.A. Johnson). Išradėjas trumpai apibūdino savo darbą 1965 m. išleistame straipsnyje, vėliau, 1967 m., informaciją papildė nuotraukomis ir diagramomis. 1968 m. buvo išleistas straipsnis, kuriame rašoma, kaip lietimo technologija buvo pritaikyta oro eismo valdyme.
CERN inžinierius Benas Stampas (Bent Stumpe), padedamas Frenko Beko (Frank Beck), sukūrė permatomą jutiklinį ekraną 8-ojo dešimtmečio pr. CERN užsiėmė jų gamyba, pirmieji vienetai imti naudoti 1973 m. Šį jutiklinį ekraną Stampas sukūrė remdamasis savo patirtimi dirbant televizorių gamykloje ankstyvajame 7-ajame deš.
Pirmą kartą jutikliniai ekranai plačiai panaudoti Jungtinėse Valstijose įgyvendinant programuojamo apmokymo programą. 1972 m. sukurta kompiuterinė sistema PLATO IV turėjo jutiklinį ekraną, veikiantį infraraudonųjų spindulių pagrindu, kurį sudarė 16×16 blokų. Bet net ir toks nedidelis tikslumas leido naudotojui pasirinkti atsakymą, spaudžiant atitinkamą vietą ekrane.
1971 m. Samuelis Hurstas (Samuel Hurst) (vėliau įkūręs bendrovę „Elographics“, dabar tapusią „Elo TouchSystems“) sukūrė elografą – grafinę planšetę (angl. graphic tablet), veikiančią keturių laidų varžos principu. 1974 m. Hurstas sugebėjo pagaminti skaidrų elografą, o 1977 m. sukūrė penkių laidų principu veikiantį ekraną. Bendrovė „Elographics “, susivienijusi su „Siemens“, sugebėjo pagaminti iškilųjį jutiklinį kilimėlį (angl. touchpad), kuris buvo naudojamas to meto kineskopuose. 1982-ųjų Pasaulinėje parodoje „Elographics“ pristatė televizorių su jutikliniu ekranu.
1983 m. pasirodė kompiuteris HP-150 su įmontuotu jutikliniu ekranu, veikiančiu infraraudonųjų spindulių tinklelio pagrindu. Tačiau, tuo metu jutikliniai ekranai daugiausia buvo naudojami pramonėje bei medicinoje.
XXI a. pasirodžius dideliems LCD jutikliniams ekranams, užimantiems visą priekinį valdymo skydelį, šią technologiją imtą įgyvendinti ir plataus vartojimo įrenginiuose (mobiliuosiuose telefonuose, delniniuose kompiuteriuose ir pan.) – ekranai pakeitė nedidelių matmenų klaviatūras. Pirmoji delninė žaidimų konsolė su jutikliniu ekranu buvo Nintendo DS, o pirmasis telefonas – Apple iPhone, palaikantis multi-įvesties funkciją.

Varžinis

Varžinio jutiklinio ekrano (angl. resistive touchscreen) skydelį sudaro du lankstūs plastikiniai sluoksniai (membranos), padengti varžine danga. Tarpas tarp sluoksnių ir ekrano yra užpildytas mikroizoliatoriais, tolygiai paskirstytais ties aktyviąja ekrano sritimi ir užtikrintai izoliuojančiais laidųjį paviršių. Paspaudus ekraną, sluoksniai suspaudžiami. Ant jų yra išsidėsčiusios horizontalios ir vertikalios linijos, kurioms susijungus, užregistruojamas varžos pokytis ir paverčiamas į prisilietimo koordinates (X ir Y).
Nebrangūs ir neypatingai jautrūs užteršimui, tikslūs, sėkmingai apdoroja komandas tik spustelėjus juos kiek stipriau. Jais galima naudotis tiek pirštais, tiek specialiu rašikliu ar bet kokiu lygiu kietu daiktu, pvz., kreditine kortele.
Naudojami pramonės procesų automatizavimui, medicinoje, aptarnavimo srityje (kasos aparatuose), asmeniniuose elektronikos įrenginiuose (kišeniniuose kompiuteriuose). Geriausiuose modeliuose užtikrinimas 4096×4096 pikselių tikslumas.
Tačiau turi ir trūkumų, kaip kad nedidelis šviesos pralaidumas (ne daugiau 85 %), ribota naudojimo trukmė (ne daugiau kaip 35 mln. vieno taško paspaudimų) ir nepakankama apsauga nuo vandalizmo (juostelę nesunku supjaustyti).

Talpinis

Talpiniuose (arba talpiojo paviršiaus) ekranuose pasinaudota tuo, kad didelės elektrinės talpos objektas praleidžia kintamąją srovę.
Talpinio jutiklinio ekrano (angl. capacitive touchscreen) skydelį sudaro izoliatorius, pvz., stiklas, padengtas laidžiąja medžiaga (paprastai iridžio oksido ir alavo oksido lydinys). Ekrano kampuose išdėstyti elektrodai laidžiajame sluoksnyje sukuria nedidelę kintamąją įtampą (vienodą visuose kampuose). Palietus ekraną pirštu arba kitu laidžiu daiktu, įvyksta srovės nutekėjimas. Be to, kuo pirštas yra arčiau elektrodo, tuo mažesnė ekrano varža, o tai reiškia, kad srovė – stipresnė. Srovė visuose keturiuose kampuose užregistruojama ir perduodama valdikliui, kuris apskaičiuoja prisilietimo taško koordinates.
Talpiniai jutikliniai ekranai patikimi (galima atlikti iki 200 mln. paspaudimų), nepraleidžia skysčio ir yra atsparūs nelaidiems teršalams, daug spalvingesni, geba atpažinti ir švelnius prisilietimus (kadangi reaguoja ne į spaudimą, bet į žmogaus elektrostatinio lauko sukurtą krūvį), tačiau nereaguoja į prisilietimą dėvint pirštinę. Skaidrumas siekia iki 90 proc.
Deja, vis dar lengvai pažeidžiami. Plačiai naudojami automatuose, įtaisytuose saugomose patalpose.

Infraraudonųjų spindulių

Infraraudonųjų spindulių (IR) jutikliniai ekranai veikia IR šviesos diodo (LED) tinklelio, kuris dengia ekrano paviršių, pagrindu. Ekrano kraštuose sumontuoti fotoelementai, kurie fiksuoja tinklelyje aptinkamus LED bangų trukdžius. Sklisdamos LED bangos kerta viena kitą tiek vertikaliai, tiek ir horizontaliai. Kuomet liečiamas ekranas, linijos trūksta liečiamose vietose. Tokiu būdu užregistruojamas prisilietimo taškas.
Infraraudonųjų spindulių jutikliniai ekranai reaguoja į praktiškai bet kokį prisilietimą, ar tai būtų pirštas, pirštinė, stilius ar šviesplunksnė ir kt.
Tokia technologija yra pakankamai brangi ir daugiausia naudojama pramonėje, taip pat aptarnavimo srityje (lauko ir kasos aparatai). Priešingai nei talpinių jutiklinių ekranų, infraraudonųjų spindulių ekranų stiklo nebūtina apdengti apsaugomąja plėvele, tad tai padidina jų patvarumą ir optinį skaidrumą. Infraraudonųjų spindulių ekranai yra jautrūs purvui ar dulkėms, kurios gali sukelti IR bangų trukdžius, bei kenčia nuo paralakso įbrėžtose vietose ir nuo atsitiktinio paspaudimo vartotojui belūkuriuojant pirštu virš ekrano ir ieškant kurį elementą pasirinkti. Jų gyvavimo laikas gali siekti iki 60 mln. paspaudimų.

Optinis

Optinių jutiklinių ekranų kraštuose (daugiausiai kampuose) išdėstyti du ar daugiau vaizdo jutiklių. Infraraudonųjų spindulių foninis apšvietimas sumontuotas vaizdo jutiklių matymo lauke kitoje ekrano pusėje. Pasirodžius lietimo šešėliui, vaizdo jutikliai iškart į jį sureaguoja ir tiksliai nustato lietimo vietą ar net liečiamojo objekto dydį.
Tokie jutikliniai ekranai yra universalūs ir gali būti didelio mastelio (pvz., klasės lenta).

Dispersinių signalų technologija

Tokio tipo jutikliniai ekranai naudoja jutiklius pjezoelektriniams signalams, kurie atsiranda dėl prisilietimo, stikle aptikti. Tada sudėtingų algoritmų dėka ši informacija yra interpretuojama ir nustatomas prisilietimo taškas.
Tokia technologija esą yra atspari aplinkos veiksniams, įskaitant įbrėžimus. Kadangi nebūtina ekrano apdengti papildoma plėvele, suteikiamas puikus optinis skaidrumas. Taip pat, kadangi lietimui nustatyti naudojamos mechaninės vibracijos, šiam procesui atlikti galima panaudoti bet kokį daiktą, įskaitant pirštus ar stilių. Trūkumas yra toks, kad po pradinio paspaudimo sistema nesugeba aptikti nejudančio piršto.

Akustinių impulsų atpažinimas

Naudojant šią technologiją, prisilietimas bet kurioje paviršiaus vietoje iš esmės sukuria garso bangas, kurios pagautos ekrano kraštuose išdėstytų mažyčių daviklių savo ruožtu sukuria unikalų vienalytį garsą. Tuomet tas garsas valdiklio paverčiamas skaitmenine forma ir palyginamas su anksčiau kitose paviršiaus vietose įrašytais garsais. Žymeklio pozicija ekrane iškart atnaujinama pagal prisilietimo vietą. Slenkantis lietimas registruojamas sparčiai atkartojant šių veiksmų seką. Pašaliniai garsai ignoruojami, kadangi jie neatitinka anksčiau įrašytų garsų profilio.
Kaip ir dispersinių signalų technologija, ši technologija taip pat nesugeba aptikti nejudančio piršto po pradinio paspaudimo. Tačiau, būtent dėl šios priežasties, ant ekrano padėti nejudantys objektai nesutrukdo atpažinti prisilietimą.
Jutikliniai ekranai su tokia technologija yra patvarūs, turi gerą optinį skaidrumą, paprastai tiksliai funkcionuoja net ir ant ekrano esant įbrėžimams ar susikaupus dulkėms. Technologija tinka dideliems displėjams.