Berøringsskærm

En berøringsskærm og berøringsskærm (tidligere "berøringsskærm" sjælden "berøringsskærm", "berøringsfølsom", "berøringsskærm") er en kombineret input- og outputenhed , i hvilken ved berøring af dele af et billede af programsekvensen af en teknisk enhed, normalt en computer, kan styres direkte. Den tekniske implementering af kommandoindgangen er som den usynlig for brugeren og skaber således indtryk af direkte kontrol af en computer ved at pege med en finger. Billedet, der gøres følsomt for berøring af touchpad'en (på eller under) , kan genereres på forskellige måder: dynamisk ved hjælp af skærme , via projektion eller fysisk (f.eks. Som en udskrift).

I stedet for at kontrollere en musemarkør med musen eller lignende kan fingeren eller en pegepind bruges. Visning af en musemarkør er derfor kun nødvendig, hvis der kræves præcis og / eller permanent positionering (f.eks. I tilfælde af grafisk design ), eller hvis billedindholdet skal forblive synligt, når det er valgt (f.eks. Hvis der ikke er nok visningsplads til rådighed) .

Analogien med et museklik er et kort tryk. En " træk og slip " -funktion kan udføres ved at trække din finger eller pennen hen over berøringsskærmen . Nogle systemer kan behandle flere samtidige berøringer til kommandoer ( multi-touch ) , for eksempel for at rotere eller skalere viste elementer. Udtrykket “multi-touch” bruges mest i forbindelse med systemets evne til at genkende bevægelser , for eksempel når det er muligt at rulle igennem ved at stryge.

Andre systemer tillader fuld emulering af en musemarkør med en pegetilstand, der er adskilt fra at skrive, for eksempel gennem kontaktløs genkendelse af en finger, der svæver over den.

Den første (kapacitive) berøringsskærm blev udviklet på CERN i begyndelsen af ​​1970'erne for at kontrollere superprotonsynkrotronpartikelacceleratoren . En tidlig berøringsskærm blev også udviklet på Telefunken ( Rainer Mallebrein ) i begyndelsen af ​​1970'erne . Ifølge PC-Welt blev den første berøringsskærm i en mobiltelefon indbygget i IBM Simon i 1992.

Tablet-computer med multitouch-skærm

Ansøgninger

Berøringsskærme bruges som informationsskærme, for eksempel på messer , til orientering i store stormagasiner, til betjening af smartphones eller til tidsplaninformation på togstationer . Nu og da er der berøringsskærme i apotekernes eller rejsearrangørernes vinduer , som kan bruges til at hente detaljerede oplysninger . Derudover bruges berøringsskærme i spilleautomater og arkadespil . De bruges ofte til at kontrollere maskiner i industrien (industrielle pc'er), især fordi de er mindre modtagelige for snavs end andre inputenheder såsom tastaturer. Nogle banker har pengeautomater med en berøringsskærm. I banker bruges de i stigende grad til overførselsterminaler , hvor SAW-teknologi ( Surface Acoustic Wave ) bruges, fordi den er relativt hærværkssikker . På grund af sin glasoverflade ridser eller beskadiger den ikke så hurtigt som f.eks. Resistive systemer med en ITO- film.

Touchscreen-terminaler, der bruges til at videregive oplysninger til offentligheden, omtales i it-branchen som interessepunkter (forkortet til POI ) eller kiosksystemer . Terminaler, der bruges til salg, kaldes Point of Sale eller POS for kort . I modsætning til de høje forventninger fra økonomien og it-branchen har sidstnævnte kun sejret i begrænset omfang. Årsager til dette ud over vedligeholdelsesindsatsen for enhederne er ofte den utilstrækkelige tilpasning af softwaren til de specielle driftsforhold for berøringsskærmenhederne eller ofte bare den uergonomiske og utiltrækkende software og manglen på fordele for operatøren.

I nyere, moderne biler designes multifunktionelle skærme i stigende grad som berøringsskærme. Nye teknologier tilbyder endda en elektronisk genereret, taktil opfattelighed.

I mellemtiden er berøringsskærme blevet udbredt i hjemmesystemer, især inden for PDA'er , tablet-pc'er , smartphones , digitale kameraer og i Nintendo DS , PlayStation Vita og Wii U -spilkonsoller . Inputpenne (også: stylus ), der tidligere blev brugt på grund af de små skærme og de ikke tilpassede brugergrænseflader, er ret uergonomiske og har længe forhindret gennembruddet af berøringsskærme i dette område. Det var kun med de projicerede kapacitive systemer (først i LG Prada ), at dette ændrede sig på lang sigt.

En berøringsskærm behøver ikke monteres foran et display ; den kan også bruges som erstatning for et membrantastatur . Til dette formål påføres en trykt ( polyester ) film bag berøringsskærmen (hvor computerskærmen normalt sidder) . Der er forskellige tilgange til fuldstændig at fjerne berøringsskærme fra fysiske skærme for også at gøre fremskrivninger af brugergrænseflader brugbare interaktivt. Eksempler på dette er den "virtuelle berøringsskærm" fra Siemens, som siden er afbrudt, eller forskellige systemer fra Fraunhofer Society.

funktionalitet

Der er flere funktionelle principper til implementering af berøringsfølsomhed:

• Resistive systemer
• Overfladekapacitive systemer
• Projicerede kapacitive systemer
• Induktive systemer
• SAW ( Surface Acoustic Wave ) - "(lyd) bølgekontrollerede systemer"
• Optiske systemer (normalt infrarøde lysgitter foran skærmen)
• Dispersive signalteknologisystemer

Optiske systemer

Optisk berøringsskærm på en pc (1983, HP 150)

De første touchscreens blev buet rør skærme, foran hvilken en flad overflade af en lys barriere var strakt. Bjælkerne - hver mellem et par LED'er og sensorer - løb linje for linje og søjle for søjle mellem huller eller rækker af huller i rammen på skærmhusets ramme og blev optisk afbrudt af en fingerspids. En opløsning i størrelsesordenen 5 mm blev således opnået, hvilket er tilstrækkeligt til at vælge ru knapper i en menu, der vises på skærmen (se billede). I dag bruges de på grund af deres robusthed på skærmene til pengeautomater eller billetmaskiner.

Sony Xperia Touch digital projektor, der blev lanceret i 2017 , har et infrarødt kamera, der kan bruges til at bestemme placeringen af ​​en finger på projektionsoverfladen . Enheden kan således udløse reaktioner eller interaktioner i mobilapps installeret i projektoren under Android-operativsystemet .

Modstandsdygtige berøringsskærme

Funktionelt princip for
resistive berøringsskærme

Resistive berøringsskærme reagerer på tryk, der forbinder to elektrisk ledende lag steder. Lagene danner således en spændingsdeler, hvorpå den elektriske modstand måles for at bestemme positionen for trykpunktet. Navnet på disse berøringsskærme kan spores tilbage til det engelske ord resistivity for (elektrisk) modstand .

De består af et ydre polyesterlag og et indvendigt glas eller en plastrude, der er adskilt af afstandsstykker. Overfladerne, der vender mod hinanden, er belagt med indiumtinoxid , en gennemskinnelig halvleder . Afstandsstykkerne er så små, at de kun kan ses, hvis du ser meget nøje. Du vil spacere prikker kaldet, bogstaveligt talt afstandspunkter .

For at bestemme positionen for trykpunktet påføres direkte spænding på et af de ledende lag . Spændingen falder jævnt fra den ene kant af laget til den modsatte kant. Ved trykpunktet er spændingen i begge lag den samme, fordi de er forbundet der. Det andet ledende lag er forbindelsen fra dette punkt til det udvendige. To spændinger kan måles mellem kanten af ​​dette andet lag og de to modsatte kanter af det første lag. Hvis de to spændinger er ens, er trykpunktet nøjagtigt i midten mellem de to kanter på det første lag. Jo højere en spænding er i forhold til den anden, jo længere er trykpunktet fra den respektive kant.

Et eksempel:

• Berøringsskærmen er x  = 75  millimeter bred.
• Spændingen U  = 5  volt påføres mellem venstre og højre kant af det nederste lag .
• Det øverste lag er ikke forbundet med den eksterne spænding.
• Det trykkes på det nederste på et tidspunkt. For øjeblikket spiller modstandene inden i det øverste lag op til dets kanter ikke en rolle i den følgende overvejelse, da målinger foretages med høj modstand .

• Ved kanten (en kant) af det øverste lag måles følgende spændinger:

U ₁  = 2 volt til venstre kant af det nederste lag

U ₂  = 3 volt til højre kant af det nederste lag

• Afstandene mellem trykpunktet og kanterne på berøringsskærmen er:

${\ displaystyle x_ {1} = U_ {1} \ cdot {\ frac {x} {U}} = 2 \, \ mathrm {V} \ cdot {\ frac {75 \, \ mathrm {mm}} {5 \, \ mathrm {V}}} = 30 \, \ mathrm {mm}}$

${\ displaystyle x_ {2} = U_ {2} \ cdot {\ frac {x} {U}} = 3 \, \ mathrm {V} \ cdot {\ frac {75 \, \ mathrm {mm}} {5 \, \ mathrm {V}}} = 45 \, \ mathrm {mm}}$

En anden måling af denne type skal altid udføres med rollerne for de to lag omvendt, så afstandene til de andre kanter kan bestemmes. Først derefter bestemmes positionen i området. For at fange de to dimensioner påføres direkte spænding skiftevis i et krydsmønster.

Fire-leder

Firetråd ( firetråd ) er den enkleste og ældste konstruktion til at udføre dette kryds. Spændingen påføres skiftevis på begge ledende lag, hver med forskellig orientering. Der kræves derfor fire ledninger til forbindelsen, hvilket er det, der giver det hele sit navn.

Four-Wire har ulempen ved hurtigt faldende præcision, når man detekterer trykpunktet. Det ydre polyesterlag på berøringsskærmen er mekanisk belastet af dets anvendelse. Som et resultat mister indersiden af ​​den ledende belægning sin ensartethed. Med Four-Wire er denne belægning dog et mål for trykpunktets position.

Fem-ledning

5-leder berøringsskærm

Five-Wire undgår tab af præcision ved ikke at bruge det ydre ledende lag som et mål for trykpunktets position. Den tjener kun til at overføre spændingen fra det nederste lag og er forbundet med en ekstra femte ledning. De andre fire stik er i hjørnerne af bundlaget. Før hver af de to målinger er to tilstødende hjørner forbundet direkte, og derefter påføres spændingen på de to par hjørner. Den anden mulige kombination af hjørnepar skiftes mellem første og anden måling.

Six-Wire, Seven-Wire og Otte-Wire

Six-Wire og Seven-Wire er variationer af Five-Wire, mens Eight-Wire er en variation af Four-Wire. Med disse designs bruges de ekstra linjer til at samle de målte spændinger ikke på forsyningsledningen, men via separate mållinjer (princip om firetrådsmåling ).

Fordele og ulemper ved resistive berøringsskærme

Fordele:

• Betjening mulig med enhver stylus
• Kan betjenes med handsker og proteser
• Mere præcist end kapacitive berøringsskærme
• Lave produktionsomkostninger

Ulempe:

• Kun begrænset multi-touch (to-touch)
• Dårlig læsbarhed i direkte sollys på grund af ekstra lag
• Gestusoperation vanskeliggjort på grund af det nødvendige pres.
• Slid på grund af mekanisk belastning, når den aktiveres
• Uønsket udløsning under transport gennem kontakt med andre genstande er mulig

Eksempler på applikationer til resistive berøringsskærme

• Tablet-pc'er
• Elektroniske arrangører , PDA'er
• Mobiltelefoner / smartphones med berøringsskærm
• Industrielle pc'er , panel-pc'er (styring af maskiner)
• Kiosk-systemer (f.eks. Messesystemer)
• Automotive sektor (såsom navigationssystemer , multimediesystemer)
• In-flight entertainment -skærme i kommercielle fly
• Forbrugerelektronik ("hjemmeunderholdning")
• Kontorudstyr (f.eks. Kopimaskiner)
• Alt-i-en computer
• Fuldautomatiske kaffemaskiner til husholdningsbrug
• Håndholdte konsoller

Overfladekapacitive berøringsskærme

Overfladekapacitiv berøringsskærm

En overfladekapacitiv berøringsskærm er en film belagt med et gennemsigtigt metaloxid (normalt lamineret på glas). En skiftevis spænding på hjørnerne af belægningen skaber et konstant, ensartet elektrisk felt. Ved berøring opstår der en lille ladningstransport, som måles i afladningscyklussen i form af en strøm i hjørnerne. De resulterende strømme fra hjørnerne er direkte relateret til berøringspositionen. Den registeransvarlige behandler informationen.

Kapacitiv berøringsskærm på en mobiltelefon med et klart synligt ledende mesh

Projicerede kapacitive berøringsskærme

Projiceret kapacitiv berøringsskærm

En anden type konstruktion (normalt kaldet “PCT” = “Projected Capacitive Touch” eller “PCAP”) bruger to niveauer med et ledende mønster (for det meste striber eller diamanter). Niveauerne er isoleret fra hinanden. Det ene niveau fungerer som en sensor, det andet påtager sig førerens opgave. Hvis en finger er i skæringspunktet mellem to strimler, ændres kondensatorens kapacitans, og et større signal ankommer til modtagerstrimlen. Den største fordel ved dette system er, at sensoren kan fastgøres på bagsiden af ​​dækglaset (detektionen "projiceres igennem", deraf navnet). Driften finder sted på den næsten slidfrie glasoverflade. Det er også muligt at genkende bevægelser og flere berøringer (dvs. multitouch ). Denne touch-variant bruges nu af praktisk talt alle smartphones og tablet-computere.

Kapacitive berøringsskærme kan kun betjenes med den bare finger (det betyder ikke noget, om berøringsskærmen berøres med kolde eller varme fingre), ledende inputpenne eller specielt fremstillede værktøjer, men ikke med en konventionel inputpen eller tykke handsker. Personer med tør hud og håndproteser påvirkes især af denne begrænsning, da de kun kan aktivere kontrolpanelerne med specielle handsker eller inputpenne. I denne henseende kan kapacitive systemer udgøre en barriere for tilgængelighed .

Eksempler på applikationer til kapacitive berøringsskærme findes i tablet-computere , smartphones eller mobiltelefoner med berøringsskærme, elektroniske arrangører , PDA'er , bærbare medieafspillere , spilkonsoller og catering-kassetter.

Induktive berøringsskærme

Sammenlignet med de to andre metoder har induktive berøringsskærme den ulempe, at de kun kan bruges med specielle inputpenne (med en integreret spole), en teknologi, der blev vedtaget fra grafiktabletter . Denne spole bruges til at generere et elektromagnetisk felt, som derefter registreres af sensorer på skærmen. Disse data bruges derefter til at bestemme den nøjagtige placering af pennen og i nogle systemer afstanden til pennen og hældningsvinklen fra den.

De tilbyder dog nogle fordele i forhold til andre teknikker og bruges f.eks. B. bruges på dyrere tablet-pc'er og skærme med en integreret grafik-tablet:

• Håndkuglen, der ligger, forårsager ikke nogen reaktion i skrivepositionen. Med de andre varianter skal softwaren genkende og ignorere den hvilende hånd, hvis berøringsskærmen berøres med en pen.
• Som med de projicerede kapacitive berøringsskærme kan skærmoverfladen være lavet af glas eller et lignende robust materiale, da ingen mekanisk handling er nødvendig som med de resistive modeller.
• Pennens position kan også bestemmes, hvis pennen ikke berører overfladen, men er en (lille) afstand over den.
• Induktionsstrømmen kan bruges til at drive yderligere elementer i pennen, såsom knapper eller manometre, til at bestemme, hvor hårdt pennen trykkes på overfladen.
• Nogle modeller kan også bestemme pennens hældningsvinkel.

Grafikprogrammer kan bruge disse yderligere oplysninger til at gøre det muligt for de simulerede penne og børster at opføre sig mere realistisk. Induktive berøringsskærme er mindre egnede til bærbare enheder på grund af deres betydeligt højere energibehov.

Eksempler på applikationer til induktive berøringsskærme findes på tablet-pc'er , grafiske tablets og skærme med en integreret grafik-tablet.

Anvendelseseksempler til hybridsystemer

Disse systemer bruger flere teknikker til at kompensere for hinandens ulemper.

• Samsung Galaxy Note og efterfølger
  • Den kapacitive teknik bruges til manuel input og den induktive teknik til S-Pen, hvorved den induktive teknik har højere prioritet.
• Microsoft Surface Pro
• iPad Pro
• Forskellige grafiktabletter i midten til højere prisklasse
  • Pen prioriteres over hånden, så du kan skrive uforstyrret

Applikationseksempler til optiske berøringsskærme

• Måleenhed
• Bankterminaler
• HP-150
• Sony PRS-650 eReader
• Kindle Touch
• Tolino Shine
• Evoluce ONE (optiske sensorer sporer et ubegrænset antal kontakter på eller over overfladen)

Individuelle beviser

1. ^ De første kapacitive berøringsskærme på CERN - CERN Courier. Hentet 6. februar 2018 (engelsk engelsk). 
2. ↑ http://www.pcwelt.de/ratgeber/Handy-Historie-Wie-alles-begann-Die-Geschichte-des-Smartphones-5882848.html
3. ↑ Sony Xperia Touch: Interaktiv projektor med quirks , test.de fra 5. december 2017, adgang til 31. december 2017
4. Ist Modstandsdygtig: berør ved tryk . WEKA Media Publishing. 24. juli 2009. Arkiveret fra originalen den 21. september 2009. Info: Arkivlinket blev indsat automatisk og er endnu ikke kontrolleret. Kontroller original- og arkivlinket i henhold til instruktionerne, og fjern derefter denne meddelelse. Hentet 20. september 2009. @ 1@ 2Skabelon: Webachiv / IABot / www.connect.de
5. ↑ ^{en b c d} Sammenlign alle resistive touch-teknologier . Tyco Electronics. Arkiveret fra originalen den 18. juli 2009. Info: Arkivlinket blev indsat automatisk og er endnu ikke kontrolleret. Kontroller original- og arkivlinket i henhold til instruktionerne, og fjern derefter denne meddelelse. Hentet 20. september 2009. @ 1@ 2Skabelon: Webachiv / IABot / www.elotouch.com
6. ↑ Jens Ihlenfeld: Evoluce : Gestus kontrol fra en meter væk. I: golem.de. 11. maj 2010, adgang til 15. april 2015 . 

litteratur

• Andreas Holzinger : Finger i stedet for mus: Touchskærme som et middel til at forbedre Universal Access , I: Carbonell, N.; Stephanidis C. (red.): Universel adgang, teoretiske perspektiver, praksis og erfaring. Forelæsningsnotater i datalogi. Bind 2615. Berlin, Heidelberg, New York: Springer, 2003, ISBN 3-540-00855-1 , 387-397.
• Andreas Holzinger: Grundlæggende kendskab til IT / datalogi bind 1: Informationsteknologi . Wuerzburg: Vogel, 2002, ISBN 3-8023-1897-8 , 158-160.

Weblinks

Wiktionary: Touchscreen  - forklaringer på betydninger, ordets oprindelse, synonymer, oversættelser

• Hvordan fungerer en berøringsskærm? - Let at forstå forklaring på børn
• Smartphone-touchscreen-teknikker - Forskellige funktioner på touchscreen-skærme (til smartphones)
• Hvordan fungerer en berøringsskærm? - Faktisk historie fra programmet med musen