Ovládání dotekem - jak funguje?

9. 1. 2007 07:00    Rubrika: Technologie    Autor: Jiří Pomazal

V mobilních zařízeních se zcela běžně setkáváme s dotekovým ovládáním. Od nejběžnějších touchpadů, které teď najdeme prakticky v každém notebooku, až po dotekové obrazovky, které našly své místo v Tablet PC nebo PDA. Jak ale tyto technologie, které denně používáme, pracují? Jaké jsou mezi nimi rozdíly? To vše a mnoho dalších informací se dozvíte v našem článku.

Touchpad - historie

Každý, kdo kdy používal notebook, se s tímto vstupním zařízením jistě setkal. Světlo světa poprvé spatřil v roce 1988 díky práci George E. Gerpheidea. Jako první dokázala jeho potenciál pro komerční využití rozpoznat firma Apple, která jej licencovala pro použití ve svých produktech a již roku 1994 se objevil první notebook obsahující tuto technologii. Konkrétně se jednalo o model PowerBook 500. Od této doby začal touchpad přebírat funkci polohovacího zařízení v noteboocích na úkor postupně se vytrácejícího trackballu.
Trackaball samozřejmě nezmizel z povrchu zemského nadobro. Stále jej můžeme najít například na stolech grafiků, kterým z nejrůznějších důvodů vyhovuje více než klasická myš, nebo jako sekundární polohovací zařízení v některých dnešních Tablet PC.

Jak vlastně pracuje?

Mnozí z Vás si jistě při práci s notebookem všimli, že ploška reaguje jen a pouze na Váš prst. Zkoušeli jste například jezdit po jeho povrchu zavřenou propiskou? Nějakým kovem? Prostě čímkoli? Zkuste teď. Nic? :-) Vše je odvislé od principu funkce, které jsou v zásadě dva.

Původní metoda George E. Gerpheidea je založena na sérii vodičů, které jsou soustředěny ve dvou vrstvách, oddělených velmi tenkou vrstvou dielektrika (izolantu). Vodiče v těchto dvou vrstvách jsou orientovány kolmo na sebe. Vytváří tedy jakési síto s mnoha průniky. Mezi těmito vrstvami následně prochází vysokofrekvenční signál generovaný navzájem na sebe kolmými vodiči. Proud, který prochází mezi jednotlivými uzly vodičů, je přímo úměrný jejich elektrické kapacitě. Pokud na průnik jednotlivých vrstev vodičů připojíme potenciál země (prst), určité navzájem kolmé vodiče jsou v ten okamžik na něj paralelně připojeny, což vede k okamžité změně elektrické kapacity v dané oblasti (v důsledku ztráty elektrického napětí v daném bodě). Tyto stavy dále vyhodnocuje elektronika, která se nachází pod spodní vrstvou vodičů a je na ni přímo napojena. Počáteční dotek (změna kapacity) je tedy vždy vyhodnocena jako výchozí bod, od kterého se dále odvíjí směr pohybu kurzoru.

Další akce jako poklepání, rolování atd. jsou už řešeny řídícím obvodem, který tyto akce v závislosti na změnách kapacity v poli vodičů rozpoznává. Některé další akce jako nastavení rozsahu citlivosti touchpadu, velikosti aktivní plochy nebo spouštění definovaných aplikací například při poklepání na rohy touchpadu už obstarává speciální ovladač, který bývá zpravidla přístupný z operačního systému. Jedná se tedy o čistě softwarovou záležitost.

příklad nastavení touchpadu od asi nejznámějšího výrobce Synaptics

Druhým řešením je takzvaná "kapacitní výhybka" založená na změně kapacity mezi vysílačem a přijímačem, které jsou umístěny vždy proti sobě a znovu tedy vytvářejí pomyslnou síť. Vysílač generuje elektrický signál, jehož frekvence osciluje od 2 do 300 kHz.
Pokud do určitého místa umístíme zemnící bod (prst), dojde k odklonu elektrického signálu mezi generátorem a přijímačem a znatelnému poklesu kapacity v dané oblasti. Zbytek procesu vyhodnocení pohybu kurzoru je již shodný s první metodou.

Dotekové obrazovky

Vznik dotekových obrazovek se datuje ještě dávno před dobu, než se na našich stolech objevilo první Tablet PC nebo PDA. Existuje hned několik principů jejich funkce od rezistivni, kapacitní, měření povrchové akustické vlny až po infračervené. Všechna tato řešení mají své klady a zápory a každé je díky svým vlastnostem vhodné pro jiný druh nasazení. Například veřejný informační kiosek, ovládací terminál v těžkém průmyslu, kapesní zařízení atd. Pro účely našeho článku si ale podrobně představíme jen dvě, která se aktuálně používají v zařízeních, která čtenáře tohoto serveru zajímají nejvíce, a to v Tablet PC, případně v PDA nebo Palm.

Dotekové displeje pro PDA v současné době využívají technologii zvanou AccuTouch, která je založena na rezistivním principu. (změna odporu vlivem deformace aktivní vrstvy). To znamená, že obrazovka je potažena aktivní membránou. Obrazovka se dá ovládat čímkoli, je jen třeba vyvinout na aktivní vrstvu určitý tlak. Uživatel tedy není odkázán pouze na dodaný Stylus, ale v nouzi je možné displej ovládat i prstem nebo třeba propiskou.

klasický zástupce rodiny PDA

Rezistivní TouchScreen je sestaven ze dvou částí - skleněné desky a průhledného polyesteru. Na skleněné desce je nanesena průhledná homogenní odporová vrstva a po stranách jsou napařeny měřící senzory v osách X a Y. Vrchní krycí polyesterová fólie má tvrzený povrch a její elektricky vodivá spodní část je napájena patřičným napětím. Od spodní skleněné desky je oddělena hustou sítí nevodivých můstků. Po stisku fólie v určitém bodu změří převodník odpor v ose X, Y a vyhodnotí se pozice dotyku na obrazovce. Rezistivní snímače založené na odporové fólii mají obvykle menší světelnou propustnost 75 - 98% a jsou náchylné na poškození ostrým předmětem.

Zcela jinak pak funguje technologie dotekových obrazovek používaných v Tablet PC. Patentovanou ji má firma Wacom (mimo jiné výrobce tabletů coby externích vstupních periférií, které fungují na stejném principu.) Displeje Tablet PC jsou dnes tedy vybaveny takzvanými aktivními EMR digitizéry (jedna z Microsoft specifikací, které musí splňovat každé Tablet PC, pokud má být kompatibilní s Windows Tablet PC edition.)

EMR digitizér pracuje na principu elektromagnetické rezonance. Ke vzniku tohoto jevu zjednodušeně řečeno dochází při vyrovnání kmitočtů dvou obvodů. V tomto případě jde o vyrovnání frekvencí generátoru harmonického napětí, který je umístěn pod povrchem obrazovky, s obvodem uvnitř dotekového pera. To obsahuje obvod (jehož nedílnou součástí je navinutá cívka) naladěný přesně na frekvenci, kterou produkuje generátor. Součástky v dotekovém peru jsou napájeny skrze elektromagnetické pole, které generátor nad obrazovkou vytváří. Díky tomu pero nepotřebuje žádnou baterii ani jiný vlastní zdroj energie. To je také důvod, proč pero u tohoto typu displejů reaguje i těsně nad jejich povrchem, nikoli až po samotném doteku.

Tablet PC s EMR displejem a příslušným perem

Výhody i nevýhody tohoto řešení jsou zřejmé. Nespornou výhodou je odfiltrování nechtěných doteků obrazovky třeba dlaní ruky. Mínusem je pak nepostradatelnost pera pro ovládání a problémy spojené s tím, pokud jej ztratíte (obvykle jsou naštěstí dodávána dvě).

Mimochodem, na podobném principu fungují i elektronické ochrany oblečení v obchodech. Onen umělohmotný "připínáček" neobsahuje nic jiného než jednoduchý obvod s cívkou naladěný na frekvenci, kterou generují jistě všemi oblíbené sloupky umístěné u východů. Jakmile se obě frekvence vyrovnají, spustí se alarm. K podobné situaci ale může dojít i zcela náhodou a nikoli jen v situaci, kdy si z obchodu odnášíte nové tričko lidově řečeno za pět prstů :-) Náhodnou rezonanci může způsobit i nejrůznější kombinace přístrojů jako jsou MP3 přehrávače, zapnuté notebooky, mobily a jiné věci, které lidé dnes běžně nosí u sebe. Já sám jsem se takto stal obětí "obchodních sloupků" již dvakrát :-)