Сенсорная панель: принцип работы и применение

Введение

Тип указательного устройства

Сенсорная панель или трекпад — это тип указательного устройства. Основным его компонентом является тактильный датчик: электронное устройство с плоской поверхностью, которое определяет движение и положение пальцев пользователя и преобразует их в двумерное движение для управления курсором в графическом пользовательском интерфейсе на экране компьютера. Сенсорные панели широко распространены в ноутбуках, в отличие от настольных компьютеров, где чаще используются мыши. Трекпады иногда применяются и на настольных компьютерах, особенно при ограниченном пространстве на столе. Благодаря своим компактным размерам трекпады можно встретить в персональных цифровых помощниках (PDA) и некоторых портативных медиаплеерах. Также доступны беспроводные сенсорные панели в качестве отдельных аксессуаров.

Работа и функция

Сенсорные панели работают несколькими способами, включая ёмкостное зондирование или резистивный сенсорный экран. Наиболее распространенная технология, используемая в 2010-х годах, определяет изменение ёмкости при касании пальцем поверхности панели. Емкостные панели не реагируют на кончик карандаша или другие подобные незаземленные или непроводящие предметы. Пальцы, изолированные перчаткой, также могут создавать проблемы, и ёмкостные сенсорные панели редко используются в качестве указательных устройств для медицинского оборудования. Как и сенсорные экраны, сенсорные панели определяют абсолютное положение, но их разрешение ограничено размером. При обычном использовании в качестве указательного устройства, движение пальца преобразуется в более точное, относительное движение курсора на экране операционной системы, аналогично работе мыши, которую поднимают и ставят обратно на поверхность. Рядом с сенсорной панелью иногда располагаются аппаратные кнопки, эквивалентные левой и правой кнопкам стандартной мыши. Некоторые сенсорные панели и соответствующее программное обеспечение драйвера могут интерпретировать касание панели как щелчок мыши, а касание с последующим непрерывным движением (так называемый "щелчок и половина") может указывать на перетаскивание. Тактильные сенсорные панели позволяют осуществлять щелчки и перетаскивание, интегрируя функциональность кнопок непосредственно в поверхность панели. Для выбора нужно нажать на сенсорную панель вместо физической кнопки. Для перетаскивания, вместо выполнения техники "щелчок и половина", пользователь нажимает на объект, перетаскивает его, не отпуская нажатие, и отпускает, когда действие завершено. Драйверы сенсорных панелей также могут использовать несколько пальцев для эмуляции других кнопок мыши (например, двойное касание для вызова контекстного меню). Сенсорные панели называются кликпадами, если они полагаются на программные кнопки, а не на физические. Физически вся поверхность кликпада представляет собой кнопку, а драйвер логически интерпретирует касание как щелчок левой или правой кнопкой в зависимости от положения пальцев. Некоторые сенсорные панели имеют "горячие зоны" – области на панели, используемые для выполнения функций, выходящих за рамки управления курсором. Например, на некоторых сенсорных панелях перемещение пальца вдоль края панели действует как колесо прокрутки, управляя полосой прокрутки и прокручивая активное окно вертикально или горизонтально. Многие сенсорные панели используют перетаскивание двумя пальцами для прокрутки. Кроме того, некоторые драйверы сенсорных панелей поддерживают зоны касания, где касание выполняет определенную функцию, например, приостанавливает воспроизведение медиафайла или запускает приложение. Все эти функции реализованы в программном обеспечении драйвера сенсорной панели и могут быть отключены.

Touchpads operate in several ways, including capacitive sensing or resistive touchscreen. The most common technology used in the 2010s senses the change of capacitance where a finger touches the pad. Capacitance based touchpads will not sense the tip of a pencil or other similar ungrounded or non conducting implements. Fingers insulated by a glove may also be problematic, and capacitive touchpads are rarely used as pointing devices for medical hardware. Like touchscreens, touchpads sense absolute position but their resolution is limited by their size. For common use as a pointer device, the dragging motion of a finger is translated into a finer, relative motion of the cursor on the output to the display on the operating system, analogous to the handling of a mouse that is lifted and put back on a surface. Hardware buttons equivalent to a standard mouse's left and right buttons are sometimes positioned adjacent to the touchpad. Some touchpads and associated device driver software may interpret tapping the pad as a mouse click, and a tap followed by a continuous pointing motion (a "click and a half") can indicate dragging. Tactile touchpads allow for clicking and dragging by incorporating button functionality into the surface of the touchpad itself. To select, one presses down on the touchpad instead of a physical button. To drag, instead of performing the "click and a half" technique, the user presses down while on the object, drags without releasing pressure, and lets go when done. Touchpad drivers can also allow the use of multiple fingers to emulate the other mouse buttons (commonly two finger tapping for right click). Touchpads are called clickpads if they rely on software buttons rather than physical buttons. Physically the whole clickpad formed a button, logically the driver interprets a click as a left or right button click depending on the placement of fingers. Some touchpads have "hotspots", locations on the touchpad used for functionality beyond a mouse. For example, on certain touchpads, moving the finger along an edge of the touch pad will act as a scroll wheel, controlling the scrollbar and scrolling the window that has the focus, vertically or horizontally. Many touchpads use two finger dragging for scrolling. Also, some touchpad drivers support tap zones, regions where a tap will execute a function, for example, pausing a media player or launching an application. All of these functions are implemented in the touchpad device driver software, and can be disabled.

История

К 1982 году настольные компьютеры Apollo были оснащены сенсорной панелью на правой стороне клавиатуры. Введенный годом позже, в 1983 году, первый ноутбук, работающий от батареи, Gavilan SC включал в себя сенсорную панель, которая была расположена над клавиатурой, а не под ней, как это стало нормой. Серия MC 200/400/600/WORD от Psion, представленная в 1989 году, поставлялась с новой мышью, заменяющей устройство ввода, похожее на сенсорную панель, хотя и больше напоминающее графический планшет, поскольку курсор позиционировался щелчком по определенной точке на панели, а не перемещением в направлении движения. Ноутбуки с сенсорными панелями были выпущены компаниями Olivetti и Triumph Adler в 1992 году. В 1994 году Cirque представила первую широкодоступную сенсорную панель под брендом GlidePoint. Apple представила сенсорные панели с современным расположением в серии PowerBook 500 в 1994 году, используя технологию GlidePoint от Cirque, которую Apple называет "trackpad"; она заменила трекбол предыдущих моделей PowerBook. Начиная с 2008 года, в обновлениях Apple MacBook и MacBook Pro был реализован дизайн "Tactile Touchpad" с кнопкой, интегрированной в поверхность отслеживания (нижняя часть поверхности сенсорной панели функционирует как кликабельная кнопка). Sharp также была одним из первых пользователей указательного устройства GlidePoint. Пользователям часто предлагали возможность приобрести курсорную клавишу (pointing stick), сенсорную панель или трекбол. Комбинации устройств были распространены, хотя сенсорные панели и трекболы редко предлагались вместе. С начала 2000-х годов сенсорные панели стали доминирующим устройством указания для ноутбуков, поскольку большинство потребительских ноутбуков, выпущенных в этот период и позднее, оснащались только сенсорными панелями, вытесняя курсорную клавишу.

Использование в устройствах

Сенсорные панели в основном используются в портативных ноутбуках и не требуют плоской поверхности рядом с устройством. Сенсорная панель расположена рядом с клавиатурой, и для перемещения курсора по экрану требуются относительно короткие движения пальцами; хотя это и удобно, это также может привести к случайному перемещению курсора ладонью или запястьем пользователя во время набора текста. Современные ноутбуки оснащаются мультитач-сенсорными панелями, способными одновременно распознавать до пяти касаний, что предоставляет больше возможностей для ввода, например, вызов контекстного меню двойным касанием, прокрутка перетаскиванием двух пальцев или жесты для масштабирования и вращения. Сенсорные панели с физическими кнопками теперь встречаются преимущественно в высококлассных бизнес- и профессиональных ноутбуках. Одномерные сенсорные панели служат основным интерфейсом для навигации по меню в портативных музыкальных плеерах iPod Classic и дополнительным методом ввода на некоторых графических планшетах Wacom, где они называются "колесами прокрутки", поскольку они распознают движение только по одной оси, изогнутой в форме колеса. Creative Labs также использует сенсорную панель в линейке MP3-плееров Zen, начиная с Zen Touch. Вторая генерация продуктов Microsoft Zune (Zune 80/120 и Zune 4/8) использует сенсорную панель Zune Pad. Сенсорные панели также существуют для настольных компьютеров в качестве внешнего периферийного устройства, хотя и встречаются редко. Однако слой сенсорной панели может быть интегрирован с графическим планшетом как дополнительная опция ввода. Внешние компьютерные клавиатуры могут быть оснащены встроенными сенсорными панелями (особенно клавиатуры, предназначенные для использования с HTPC), а некоторые клавиатуры могут иметь только сенсорную поверхность ввода вместо аппаратных кнопок (типичное решение для помещений с особыми требованиями к чистоте). Оптические трекпады часто используются в ультрапортативной электронике; некоторые портативные ноутбуки и ранние смартфоны могут быть оснащены оптическими трекпадами.

Теория действия

Существует два основных способа работы тачпадов: матричный подход и метод ёмкостного шунтирования. В матричном подходе ряд проводников расположен в виде массива параллельных линий в двух слоях, разделенных изолятором и пересекающихся под прямым углом, образуя сетку. Высокочастотный сигнал последовательно подается между парами в этом двумерном массиве. Ток, протекающий между узлами, пропорционален ёмкости. Когда виртуальная земля, например палец, помещается над одним из пересечений проводящего слоя, часть электрического поля отводится к этой точке заземления, что приводит к изменению кажущейся ёмкости в этом месте. Этот метод был отмечен наградой, выданной Джорджу Герфиде в апреле 1994 года. Метод ёмкостного шунтирования, описанный в техническом примечании производителя Analog Devices, определяет изменение ёмкости между передатчиком и приемником, расположенными на противоположных сторонах датчика. Передатчик создает электрическое поле, которое колеблется на частоте 200–300 кГц. Если между передатчиком и приемником помещается точка заземления, такая как палец, часть линий поля отводится, уменьшая кажущуюся ёмкость. Тачпады, используемые в некоторых смартфонах Blackberry, работают оптически, как оптическая компьютерная мышь.