דניאל כץ, Avnet Israel
לאחרונה אנו עדים להשתלטות פתרונות מגוונים של מסכי מגע מסוגים שונים. יותר ויותר יישומים ותחומים שמרניים יותר או פחות מאמצים מסכי מגע בתור התקן קלט. מחשבים אישיים, תעשייתיים, מחשבי לוח וטלפונים ניידים, בקרים ומספונים מצוידים בהתקן זה, אשר חולל מהפך בהרגלי שימוש במוצרים הללו.
מה הוא מסך מגע?
בשנת 1965 פורסמה כתבה קצרה על עיקרון פעולה של מסך מגע על ידי
י. ג’ונסון (). ב1972- מסך מגע ראשון הותקן במעבדה גרעינית של אירופה
(), אך רק בשנת 1982 יוצר דגם תעשייתי ראשון. למרות הרזולוציה
(), מסך מגע זה איפשר לסמן פקודות על המסך. מאז 1986, השתלב מסך המגע בנקודות מכירה () מחשבי כף יד וטלפונים ניידים. הגדרה של מגע היא נגיעה או הצמדה של עצם בעצם, או מישוש אם מדובר ביד אדם. במקרה שלנו זו נגיעה או התקרבות של יד, אצבע, עט או התקן מיוחד במסך או בשכבה המכסה את המסך. אפשר למנות יותר מ1200- פטנטים בתחום זה, בחלק מהם אפילו אין צורך בנגיעה. אך למרות זאת, אנו מגדירים אותם בתור מסך מגע. גם הגדרת “מסך מגע” אינה מדוייקת – בשבילנו מסך הינו התקן המאפשר לנו לראות “תמונה” – פלט של מחשב או מכשיר אחר. שם נכון יותר להתקן המקנה לנו אפשרות להגדיר את מקומו של הסמן במסך על ידי נגיעה הוא לוח מגע (touch panel) אשר נדבק או נצמד למסך עצמו. אך מכיוון שברוב המקרים לוח מגע מהווה חלק בלתי נפרד מהמסך עצמו עבור המשתמש הסופי – אנו מכנים אותו מסך מגע. ואם נדייק עוד יותר – גם “מסך” אינה מילה מדויקת אלא “צג”, אך נישאר עם המושג המקובל בתעשייה – מסך מגע.
בדומה למקלדת ועכבר, מסך מגע הינו התקן קלט אשר מיועד להמרת פקודות משתמש לשפת מכונה. הדמיון בין עכבר ומסך מגע הוא שהם מגדירים את מצבו של סמן על מסך המחשב לפי מערכת קואורדינאטות קרטזיאניות (X ,Y ולפעמים גם Z), ההבדל ביניהם הינו הבדל בין יחסי למוחלט. מיקומו של עכבר על השולחן לא מתייחס ישירות למקומו של סמן על המסך. לעומת זאת, מקום הלחיצה או הנגיעה במסך מגע קובע את מקומו של סמן על המסך. עיקרון הפעולה של כל מסכי המגע דומה ובנוי על שינוי של ערכים פיזיקאליים כגון התנגדות, קיבוליות, גלי קול, אור, תמונה וכ”ו שמעוררת נגיעה בו. השינוי נקלט על ידי חיישנים מתאימים בציר אופקי ואנכי בשולי התקן המשמשים כנקודות יחס. בהתאם לרמת שינוי, בקר של מסך המגע מחשב מרחק בין נקודת הנגיעה לבין נקודות יחס בכל ציר ומאתר אותה בהצלבה.
תכונה נוספת הינה מגע רב-נקודתי (Multi-touch) – יכולת לזהות יותר מנקודת נגיעה אחד. רוב מסכי מגע אינם תומכים ביכולת זאת, אלא באפשרות של גלישתה של האצבע על המסך (gestures).
ברוב היישומים זה מספיק כדי לתמוך באפשרויות בסיסיות כגון הגדלה, הקטנה, סיבוב או הזזה של חלון או תמונה על גבי מסך. יכולת לתמוך במספר נקודות מגע אמיתית היא שילוב בין סוג של מסך מגע ובקר.
איך לבחור מסך מגע?
יותר ויותר פיתוחים חדשים כוללים מסך מגע כברירת מחדל או אופציה. מכשירים תעשייתיים, רפואיים וצבאיים, אשר באופן מסורתי צוידו רק בכפתורים משנים כיוון. דרישה זאת אינה רק מרוץ אופנתי אלא גם מנהג שהשתרש ונדרש על ידי ציבור המשתמשים. כמו שילדים מנסים להגדיל תמונה בטלוויזיה על ידי נגיעה בשתי אצבעות, כך גם מפעילי ציוד מקצועי מצפים שהמכשור התעשייתי ידמה לממשק ה-iPhone הפרטי שלהם. יצרנים של מסכי מגע מציעים מגוון מאוד רחב של מוצרים, אך לא קיימת טכנולוגיה מושלמת אשר עונה על כל הדרישות. לכן חשוב להתאים התקן הנכון לדרישות הפרויקט. אם אכן הוחלט להשתמש במסך מגע, נוכל לאפיין אותו לפי מספר גורמים:
מידה – מה היא המידה הכללית של מסך במוצר סופי?
שיטת קלט – אצבע, עט, כפפה?
מספר נקודות – נקודה אחת, שתיים, רב נקודתי?
תנאי סביבה – משרעת טמפרטורות רחבה, קריא בשמש, לחות או עמידות במים, אבק, הגנה משבירה, עמידות בסביבה עויינת, עמידות בחומרי ניקוי מיוחדים?
אורך חיים – כמה זמן התקן אמור לפעול?
מורכבות – האם אפשר להשתמש במוצר מדף או נדרשת התאמה לפרויקט
(customization)?
התאמה לתקנים – מהם דרישות תקינה בתחום או השוק הסופי שהמכשיר אמור לאמוד בהם?
זמינות – האם מסך מגע הנבחר יהיה זמין לכל אורך יצור של המוצר?
עלות – האם העלות של מסך המגע, הוספת זמן פיתוח חומרה ותוכנה, העברת תקנים, תוספת עלות בייצור מצדיקות שימוש בסוג ההתקן הנבחר?
צריכת הספק – עד כמה קריטי תוספת צריכה של מספר מילי-ווטים?
תשובות לשאלות אלו יעזרו לבחור מסך מגע המתאים ביותר לדרישותיו של הפרויקט. כאמור לעיל, אין פתרון מושלם, לכל סוג של מסך מגע יש יתרונות וחסרונות אך למרות זאת, ברוב המקרים ניתן להתאים מסך מגע למוצר ולא להפך.
מהן האפשרויות
הזמינות?
לפני צלילה עמוקה לתוך טכנולוגיית מסך המגע, ברצוני לסכם את האפשרויות הזמינות הנפוצות ביותר ומגמת בשוק. (ראה טבלה).
אודות שימוש נרחב של טכנולוגיית PCT
() בטלפונים ניידים, חלקה של השוק עולה בשיעור ניכר. לכן אנו נתרכז בטכנולוגיה זאת.
תכונות של PCT
יתרונות עיקריים:
אורך חיים ארוך
שקיפות גבוהה מאוד – מעל 90%
מגע רב-נקודתי – תיאורטי ללא הגבלה של מספר נקודות
אמינות ויציבות גבוהה
מתאים לפעילות בתנאיי סביבה קשים
לא דורש כיול חוזר
צריכת הספק נמוכה.
יתרונות ויכולות נוספים:
גמישות תכנון – ניתן לממש PCT על בסיס זכוכית ופלסטיק ישרים, מכופפים ואפילו פלסטיק גמיש.
עיטור הנגיעה מדויקת מאוד, ללא סטיות.
ניתן לכוון PCT לרגישות שונה של נגיעה ותגובה ללא נגיעה (Proximity sensing).
לא רגיש למים או חומרי ניקוי.
ניתן למימוש עם זכוכית עבה מאוד, ביישומים הדורשים הגנת שבירה, שריטה או סביבה עוינת.
זמין מאוד בשוק.
חסרונות:
לא עובד עם כל סוגי הכפפות או עט.
יחסית יקר, במיוחד בגדלים מעל ”22.
המוצר צריך להיות מותאם מראש בפיתוח, לא ניתן להוסיף PCT למוצר קיים.
יכול להיות מושפע מקרינת EMI.
פיתוח יכול להיות מסובך ולדרוש צוות מיומן.
איך זה עובד?
עיקרון פעולה ומבנה של מסך מגע PCT דומה לרוב הסוגים האחרים. הוא בנוי משכבה עליונה (זכוכית או פלסטיק), שכבות מוליכים למחצה
() של ציר X וציר Y ושכבות בידוד (איור1). לשכבות מוזרם מתח משתנה חלש. ברגע שאצבע, אשר מהווה הארקה נוספת, נוגעת (או מתקרבת) במסך, קיבוליות של המעגל משתנה (איור 2) וגורמת לזליגת זרם משתנה.
בקר קולט שינוי זה ומחשב מיקום של מקור השינוי (נגיעה) (איורים 3,4).
סיכום
מהנדסי חומרה, מהנדסי מערכות ומנהלי פרויקטים נתקלים בדרישה הולכת וגוברת מצד ציבור לקוחותיהם למוצרים עדכניים, נוחים לשימוש וגם מעוצבים יפה. לא תמיד עיצוב חיצוני של מוצר יהיה חשוב, אך הדבר משתנה. מסך מגע, ללא ספק, יכול לשנות תפיסה כללית של תהליך פיתוח ומוצר סופי. אבנט מתמחה במוצרי ה”אמבדד” לרבות התמקצעות רבת ניסיון בתחום מסכי מגע בכל העולם. כדי לא ללכת לאיבוד בשוק רחב ומאוד דינמי זה, נשמח לסייע בפיתוחים בתחום ולחלוק עמכם את ניסיוננו המצטבר.
התמונות באדיבות: DMC Touch screens
3M Touch, NLT Technologies.
