Puuteplaat

Puuteplaat ehk puutepaneel ehk puutetundlik paneel ehk puutepadi ehk sensorpaneel (inglise keeles touchpad) on osutusseadis andmete sisestamiseks. Antud seadet kasutatakse kõige rohkem sülearvutites.

Puuteplaati kasutatakse tavaliselt kursori juhtimiseks sõrme liigutamisega selle paneeli pinna peal. Puuteplaadid võivad olla igasuguste mõõtmetega, aga tavaliselt nad ei ületa 50 cm². Puuteplaadid võivad olla nii ristküliku-, ruudu- kui ka ringikujulised. Puuteplaadi juurde on üldjuhul paigutatud nupud, mis täidavad arvutihiire nuppude funktsioone.

Apple'i toodete puhul kasutatakse nimetuse "puuteplaat" (touchpad) tähenduses tihti sõna trackpad.

Ajalugu 

Enne puuteplaadi leiutamist kasutati sülearvutites juhtkuuli (trackball) ja TrackPointi. Aastal 1988 leiutas George E. Gerpheide sensorpaneeli ehk puuteplaadi (touchpad), mille hiljem litsentseeris Apple ja hakkas kasutama oma sülearvutites PowerBook alates aastast 1994. Tollest ajast on puuteplaat kõige levinum sülearvutite osutusseadis.
Varasemad Apollo lauaarvutid olid puuteplaadiga klaviatuuri paremas servas.
Puuteplaadi arendus tõi turule veel ühe sarnase seadme – puutekirjuti (touchwriter). See on veel suurema tundlikkusega paneel, mis saab edukalt töötada nii spetsiaalse pulga (stiiluse) abil kui ka sõrme ja isegi sõrmeküünega puutumisel. Selline paneel võimaldab sisestada andmeid harjunud meetodiga – kirjutades neid pastakaga. Lisaks võib seda kasutada graafikapiltide loomiseks ja allkirja sisestamiseks.

Tööpõhimõte

Resistiivne tehnoloogia

See on suhteliselt vana tehnoloogia, mis ei ole enam populaarne. Selle tehnoloogia järgi valmistatud puuteplaat koosneb kahest osast: painduvast kihist ülalpool (nt õhuke polüestrist kiht) ja tahkest kihist allpool (reeglina orgaaniline klaas). Mõlemad kihid juhtivad voolu ja omavad elektrilist takistust. Nad on eraldatud omavahel õhu või mõne teise dielektrikuga. Paneeli puudutamisel vajutab sõrm ülemist kihti nii, et see puutub kokku alumise kihiga. Seejärel mõõdetakse pinget punktis, kus kontakt toimus ja arvutatakse välja puutumise koordinaadid. Paneeli tasapinnad võivad olla läbipaistvad ning olla kasutuses puuteekraanides, pihuarvutites jne. Suurema vajutustäpsuse saavutamiseks võib kasutada stiilust või mõnda sarnast objekti.

Sellel tehnoloogial on mitu halba külge, näiteks väike tundlikkus, mehaaniline kulumine, suhteliselt suured füüsilised suurused, juhuslike puudutuste risk.

Mahtuvuslik tehnoloogia

Füüsiliselt kujutab puuteplaat endast võrku õhukese eraldatud dielektriku kihiga metalljuhtmetest (s.t suurt kogumit väga väikeseid kondensaatoreid). Kuna inimese keha on hea elektrijuht, siis sõrme lähenemisel paneeli pinnale muutub elektriväli, seega muutub ka kondensaatori mahtuvus. Võrgu iga kondensaatori mahtuvuse muutumise mõõtmisel võib täpselt eristada sõrme koordinaate paneeli pinnal. Lisaks võib mahtuvuste mõõtmisest lähtuvalt tuletada, millise survega paneeli pinnale vajutatakse.

See tehnoloogia on palju efektiivsem kui resistiivne tehnoloogia. Seadmed on vastupidavamad ja liikuvate osade puudumise tõttu palju täpsemad ning tänu tootmistehnoloogiale võib neid asetada praktiliselt igale tasapinnale. Enamik nüüdisaegsetest tootjatest (Synaptics, Apple jne) kasutavad just seda tehnoloogiat. Juhtmed võivad olla valmistatud läbipaistvatest materjalidest, mis tähendab, et samuti nagu resistiivse tehnoloogia puhul võib seda kasutada puuteekraanides ja mujal. Lisaks oskab tehnoloogia ära tunda mitut puudutamist üheaegselt. Selle tehnoloogiaga valmistatud puuteplaat reageerib ainult inimeste sõrmedele või muudele sarnaste elektriliste omadustega objektidele. Klassikaliste stiiluste kasutamine on võimatu, aga selle asemel on turul ka spetsiaalsed stiilused, mis imiteerivad inimeste sõrmede omadusi.

Muidugi mõjub kondensaatorite võrgu mahtuvustele mitte ainult inimese keha, vaid ka teised tegurid. Seetõttu tekib mõõdetava mahtuvuse värisev muutumine. Seepärast kasutatakse koordinaatide leidmiseks "filtreerivaid" algoritme, mis muudavad mahtuvuse väriseva muutumise sujuvateks koordinaatide muutumisteks.

On olemas palju vastavaid algoritme, aga kõige rohkem kasutatakse võrdlemisi lihtsat algoritmi, mida nimetatakse "akent keskendavaks" algoritmiks. Selle järgi jooksvate koordinaatide väärtuse määramiseks võetakse kahe eelmise koordinaati filtreerimata väärtuste keskmine:
       
X(jooksev) = (U(uus) + U(eelmine)) / 2,

kus
         
 X(jooksev) on jooksev (filtreeritud) koordinaatide väärtus
 U(uus) ja U(eelmine) on filtreerimata koordinaadid

Värisemiste tasandamise suurendamiseks kasutatakse kolme või rohkemat filtreerimata koordinaatide väärtustamist või rakendatakse kaalutud algoritme. Näiteks sellist:

X(jooksev) = 1/2 U(uus) + 3/4 U(eelmine)

Kuna puuteplaadi töö seisneb mahtuvuse muutmises, ei hakka seade töötama, kui seda puutuda elektrit mittejuhtivaga esemega (näiteks pliiatsi tagumise otsaga). Elektrit juhtiva eseme kasutamisel hakkab puuteplaat töötama ainult piisava puutepindala korral. Niisked sõrmed takistavad puuteplaadi tööd.

Omadused
Puuteplaadid on seadmed, mis on suhteliselt madala lahutusega, seega nende kasutamine kodus ja tööl on mugav, kuid graafikaprogrammide ja 3D-tulistamismängude kasutamise puhul mitte nii väga.

Puutetundlikel paneelidel on ka positiivseid külgi teiste osutusseadmetega võrreldes:

 puuteplaadid on kaitstud tolmu ja vee eest ning ei nõua erilist hooldust;
 ei nõua siledat tasapinda (arvutihiirega võrreldes);
 ei nõua suurt ruumi;
 puuteplaadi asetus on fikseeritud vastavalt klaviatuurile;
 kursori liigutamiseks piisab ainult väikesest sõrmeliigutusest;
 töö seadmega ei nõua pikka harjumist (juhtkuuliga (trackball) võrreldes);
 kasutades ainult puuteplaati (ilma klahvideta) võib:
 liigutada kursorit
 klõpsata (lühiajaline puutumine)
 liigutada objekti (pikaajaline puutumine ja sellele järgnev sõrme liigutamine)
 puuteplaadi eraldatud osad (parempoolne riba ja allpoolne riba) võimaldavad akna kerimist, mis on väga mugav tekstiga töötamisel.
 firmade Apple, Asus ja Synaptics puuteplaadid võivad vastava arvutiprogrammi kasutamisel imiteerida parema ja keskmise klahvi vajutamist:
 läbi programmi sisu kerimine – kahe sõrmega vajutamine ja liigutamine
 parem klahv – kahe sõrmega lühiajaline vajutus
 suurendamine/vähendamine – sõrmede lahti/kokku tõmbamine puuteplaadi pinnal
 ümberkeeramine – kahe sõrme asukohtade muutmine tasandil valitud suunal
 läbilehitsemine – puutumine liikumisega vasakult paremale või vastupidi

Mitmikpuutetehnoloogiad
Mitmikpuutetehnoloogia (multi-touch) on kiiresti populaarsust koguv tehnoloogia, mis lubab puuteplaatide ja puuteekraanide puhul kasutada mitut puudutamist üheaegselt. Paljud peavad seda tuleviku tehnoloogiaks, mis viib kasutajaliidesed uuele tasemele. Esimeseks populaarseks mitmikpuuteseadmeks sai Apple'i IPhone, mis ilmus 2007. aastal. Mitmikpuutetehnoloogiat ei loonud siiski Apple, tööd selles suunas toimusid juba 1980. aastate keskpaigast. Aastal 1984 töötas hoopis Bell Labs välja mitmikpuuteekraani, millel võis manipuleerida pilte rohkem kui ühe käe abil, aga sellel tootel ei olnud tulevikku. Aastal 1999 töötas firma FingerWorks välja mitu mitmikpuuteseadet, näiteks välise žestipõhise puuteplaadi IGesture Pad ja päris eksootilise sõrmistiku TouchStream. Mõne aja pärast ostis Apple FingerWorksi ära.

Teised lähenemised mitmikpuutetehnoloogiale:

Täieliku sisepeegeldamise levimine

Sellel lähenemisel on suur perspektiiv suurte lahutustega mitmikpuutepindade loomiseks. Akrüülise pinna peale projekteeritakse pilt projektorite abil, mis on asetatud kasutaja suhtes teisele poolele. Kui pinda puudutab mingi objekt, siis valgus (infrapunavalgus), mis on tekitatud valgusdioodidega (valgusdioodid on paigaldatud ekraani perimeetri järgi) levib puudutamiskohast ja satub peegelduste andurite peale, mille abil tarkvaraliste meetoditega arvutatakse välja puudutamiskoha asukoht. Painduva materjali kasutamine ekraanikatteks lubab mõõta vajutamise jõudu, jälgides valgusekiirte omaduste muutumist. Seda tehnoloogiat kasutab Microsoft Surface, aga infrapunavalguse allikas on asetatud projektori juude ja valgusekiirte murdmiseid tunnetatakse ära infrapunakaameratega.

Muud mitmikpuutetehnoloogiad
Infrapuna positsioneerimisel on kaks meetodit:
Esimene meetod põhineb tasandi elektritakistuse muutumisel, kui muutub temperatuur. See meetod on suhteliselt ebatäpne, aeglane ja nõuab, et käed oleksid soojad.
Teine meetod koosneb infrapunavalguse allikate ja sensorite võrku paigaldamisel perimeetri järgi. Puudutamisel varjab objekt valguskiiri ja tänu sellele saab leida selle objekti asukoha. Seda meetodit kasutatakse sõjaväe seadmetes, mis nõuavad sensorpaneeli.
Tasapinna akustiliste lainete äratundmine: pinna peal levitatakse ultraheli laineid ja pinda vajutades lained muutuvad, sellest tulenevalt arvutatakse välja puudutamise asukoht.
Optiline äratundmine: kaks või rohkem optilist sensorit paigaldatakse paneeli servadele (tavaliselt nurkadele). Vastupidistest külgedest, kaamerate jälgimistsoonil on paigaldatud infrapuna abivalgus. Paneeli puudutamisel, ilmub vari abivalgusest, kaamerad pildistavad seda eri nurkade alt ja tekib informatsioon puudutuskoha kohta.
Signaali dispersioon: puudutamise punkt arvutatakse välja anduritega, vastavalt vibratsioonidele ja deformatsioonidele pinnal. See tehnoloogia on vastupidav tolmule, mustusele ja kriimustustele. Samuti täienduste väikese arvu tõttu võib tehnoloogiat rakendada tavaliste klaaside peal, aga seetõttu, et jälgitakse ainult mehaanilisi muudatusi, ei suuda süsteem ära tunda liikumatuid objekte.
Akustiline äratundmine: signaali dispersiooniga sarnane tehnoloogia, aga mehaanilised võnkumised teisendatakse audiosignaalideks ja võrreldakse neid enne salvestamist iga paneelil oleva punkti profiiliga. Tehnoloogia head ja halvad küljed on samad nagu signaali dispersiooni tehnoloogial.

Huvitavaid fakte

Kontaktivaba puuteplaat
Nii (non-contact touchpad) nimetas firma Alps Electric oma uut toodet. See on mahtuvuslik sensoorne tehnoloogia, mille abil on võimalik määrata sõrme asukohta umbes 3 cm kaugusel pinnast. Firma demonstreeris oma toodangut Alps Show 2008 näitusel, kus näidati uue tehnoloogia võimalusi. Nii näiteks käe liikumisel ühest paneeli osast teisesse võis käivitada video vaatamist, aga video edasikerimine toimus käe pööramise abil. Tehnoloogiat kirjeldab Alps Electric kui võimalust juhtida arvutit räpaste kätega.

Lisafunktsioonid
Tuntud sensorpaneelide tootja Synaptics pakub puuteplaatidele lisaks veel žestituvastustehnoloogiat, mille rakendamisel kasutajad saavad ise programmeerida puuteplaadi funktsioone, näiteks graafiliste märkide kasutamist – näiteks teatud tähekujundi tegemisega saab käivitada mingit valitud programmi.

Synapticsi uuendustes on olemas veel tagasiside funktsioon, mille puhul puuteplaadi vibreerimine tähendab mingi sündmuse toimumist, näiteks e-kirja saamist.

Juhupuudutused
Kasutajad, kes töötavad enamasti tekstiga, võivad kergesti kogemata puutuda puuteplaadi pinda, mis võib osutuda väga häirivaks. Et seda vältida, on sageli puuteplaadi küljes nupp, mis puuteplaadi välja lülitab, aga selle nupu pideva kasutamise vältimiseks hästi sobib selline utiliit nagu TouchFreeze. TouchFreeze on tasuta utiliit, mille rakendamisel lülitatakse puuteplaat teksti sisestamisel automaatselt välja.

Samuti on olemas tehnoloogia SmartSense, mis väldib ka juhuslikku puudutamist. Seda tehnoloogiat kasutades ei ole vaja puuteplaati tekstiga töötamisel välja lülitada. Elektroonika ja spetsiaalsete algoritmide kasutamise abil tunneb tehnoloogia juhusliku puudutuse automaatselt ära ja ignoreerib seda.

Puuteplaadiga seadmed

Peale arvutite on puuteplaadid tänapäeval kasutusel muudeski elektroonikaseadmetes, näiteks kodumasinates, väliautomaatides ja ettevõtete tööstusliinidel. Puuteplaatide populaarsus kasvab kiirelt ka mobiiltelefonide ja MP3-mängijate hulgas. Näiteks Apple oma MP3-mängijas IPod Classic kasutab juhtklahvi ehk juhtratta (click wheel) tehnoloogiat, mis on sisuliselt puuteplaat, millele on lisatud kerimisfunktsioon, sõrme liigutamisel mööda ringi.

Tuntud tootjaid
 Synaptics
 Alps Electric Corporation
 Cirque Corporation

Vaata ka 
 Digitaallaud

Viited

Osutusseadmed