Es gibt eine Vielzahl von touchscreen-Technologien mit verschiedenen Methoden der Fernerkundung touch.
ResistiveEdit
Ein resistives Touchscreen-Panel besteht aus mehreren dünnen Schichten, von denen die wichtigsten zwei transparente elektrisch resistive Schichten sind, die einander mit einem dünnen Spalt gegenüberstehen. Die oberste Schicht (die, die berührt wird) hat eine Beschichtung auf der Unterseite; direkt darunter befindet sich eine ähnliche resistive Schicht auf dem Substrat., Eine Schicht hat leitfähige Verbindungen entlang ihrer Seiten, die andere oben und unten. Eine Spannung wird an eine Schicht angelegt und von der anderen erfasst. Wenn ein Objekt, wie eine Fingerspitze oder eine Stiftspitze, auf die Außenfläche drückt, berühren sich die beiden Schichten, um an dieser Stelle verbunden zu werden. Das Panel verhält sich dann wie ein Paar Spannungsteiler, jeweils eine Achse. Durch schnelles Umschalten zwischen jeder Schicht kann die Druckposition auf dem Bildschirm erfasst werden.
Resistive Touch wird aufgrund seiner hohen Toleranz gegenüber Flüssigkeiten und Verunreinigungen in Restaurants, Fabriken und Krankenhäusern eingesetzt., Ein großer Vorteil der resistiven Touch-Technologie sind die geringen Kosten. Da nur ein ausreichender Druck erforderlich ist, um die Berührung zu erfassen, können sie außerdem mit Handschuhen oder mit etwas Starrem als Fingerersatz verwendet werden. Nachteile sind die Notwendigkeit, nach unten zu drücken, und die Gefahr von Schäden durch scharfe Gegenstände. Resistive Touchscreens leiden auch unter schlechterem Kontrast, da zusätzliche Reflexionen (dh Blendung) von den über dem Bildschirm platzierten Materialschichten auftreten. Dies ist die Art von Touchscreen, die von Nintendo in der DS-Familie, der 3DS-Familie und dem Wii U GamePad verwendet wurde.,
Surface acoustic waveEdit
Die Surface Acoustic Wave (SAW) – Technologie verwendet Ultraschallwellen, die über das Touchscreen-Panel geleitet werden. Wenn das Panel berührt wird, wird ein Teil der Welle absorbiert. Die Änderung der Ultraschallwellen wird von der Steuerung verarbeitet, um die Position des Berührungsereignisses zu bestimmen. Oberflächen-Akustikwellen-Touchscreen-Panels können durch äußere Elemente beschädigt werden. Verunreinigungen auf der Oberfläche können auch die Funktionalität des Touchscreens beeinträchtigen.,
CapacitiveEdit
Kapazitiver Touchscreen eines Mobiltelefons
Die kapazitive Berührungssensoruhr Casio TC500 von 1983 mit abgewinkeltem Licht, das die Berührungssensorpads freilegt und auf die obere Glasoberfläche geätzt wird.
Ein kapazitives Touchscreen-Panel besteht aus einem Isolator wie Glas, der mit einem transparenten Leiter wie Indiumzinnoxid (ITO) beschichtet ist., Da der menschliche Körper ist auch ein elektrischer Leiter, Berühren der Oberfläche des Bildschirms führt zu einer Verzerrung des elektrostatischen Feldes des Bildschirms, messbar als eine Änderung der Kapazität. Verschiedene Technologien können verwendet werden, um den Ort der Berührung zu bestimmen. Der Speicherort wird dann zur Verarbeitung an die Steuerung gesendet. Touchscreens, die Silber anstelle von ITO verwenden, existieren, da ITO aufgrund der Verwendung von Indium mehrere Umweltprobleme verursacht., Die Steuerung ist typischerweise ein komplementärer Metalloxid-Halbleiter (CMOS) anwendungsspezifischer ASIC-Chip (Integrated Circuit), der wiederum üblicherweise die Signale zur Verarbeitung an einen CMOS Digital Signal Processor (DSP) sendet.
Im Gegensatz zu einem resistiven Touchscreen können einige kapazitive Touchscreens nicht verwendet werden, um einen Finger durch elektrisch isolierendes Material wie Handschuhe zu erkennen. Dieser Nachteil wirkt sich insbesondere auf die Benutzerfreundlichkeit in der Unterhaltungselektronik aus, wie z. B. Touch-Tablet-PCs und kapazitive Smartphones bei kaltem Wetter, wenn Personen Handschuhe tragen., Es kann mit einem speziellen kapazitiven Stift oder einem speziellen Applikationshandschuh mit einem gestickten Patch aus leitfähigem Faden überwunden werden, der einen elektrischen Kontakt mit der Fingerspitze des Benutzers ermöglicht.
Ein minderwertiges Schaltnetzteil mit entsprechend instabiler, lauter Spannung kann vorübergehend die Präzision, Genauigkeit und Empfindlichkeit kapazitiver Touchscreens beeinträchtigen.
Einige Hersteller von kapazitiven Displays entwickeln weiterhin dünnere und genauere Touchscreens., Diejenigen für mobile Geräte werden jetzt mit „in-Cell“ – Technologie hergestellt, wie in Samsung Super-AMOLED-Bildschirme, das beseitigt eine Schicht durch den Aufbau der Kondensatoren im Inneren des Displays selbst. Diese Art von Touchscreen reduziert den sichtbaren Abstand zwischen dem Finger des Benutzers und dem, was der Benutzer auf dem Bildschirm berührt, die Dicke und das Gewicht des Displays zu reduzieren, die in Smartphones wünschenswert ist.
Ein einfacher Parallelplattenkondensator hat zwei Leiter, die durch eine dielektrische Schicht getrennt sind. Der größte Teil der Energie in diesem System konzentriert sich direkt zwischen den Platten., Ein Teil der Energie fließt in den Bereich außerhalb der Platten, und die mit diesem Effekt verbundenen elektrischen Feldlinien werden als Fransenfelder bezeichnet. Ein Teil der Herausforderung bei der Herstellung eines praktischen kapazitiven Sensors besteht darin, einen Satz von Leiterplatten zu entwerfen, die Randfelder in einen aktiven Sensorbereich lenken, der für einen Benutzer zugänglich ist. Ein Parallelplattenkondensator ist für ein solches Sensormuster keine gute Wahl. Das Platzieren eines Fingers in der Nähe von elektrischen Feldern mit Fransen fügt dem kapazitiven System eine leitfähige Oberfläche hinzu., Die zusätzliche Ladungsspeicherkapazität, die durch den Finger hinzugefügt wird, wird als Fingerkapazität oder CF bezeichnet. Die Kapazität des Sensors ohne Finger ist als parasitäre Kapazität oder CP bekannt.
Oberflächenkapazität
Bei dieser Basistechnologie ist nur eine Seite des Isolators mit einer leitfähigen Schicht beschichtet. Eine kleine Spannung wird an die Schicht angelegt, was zu einem gleichmäßigen elektrostatischen Feld führt. Wenn ein Leiter, wie ein menschlicher Finger, die unbeschichtete Oberfläche berührt, wird ein Kondensator dynamisch gebildet., Die Steuerung des Sensors kann die Position der Berührung indirekt aus der Änderung der Kapazität bestimmen, wie von den vier Ecken des Panels gemessen. Da es keine beweglichen Teile hat, ist es mäßig langlebig, hat aber eine begrenzte Auflösung, ist anfällig für falsche Signale von parasitärer kapazitiver Kopplung und muss während der Herstellung kalibriert werden. Es wird daher am häufigsten in einfachen Anwendungen wie industriellen Steuerungen und Kiosken verwendet.,
Obwohl einige Standard-Kapazitätserkennungsverfahren projektiv sind, sind sie in dem Sinne, dass sie verwendet werden können, um einen Finger durch eine nicht leitende Oberfläche zu erfassen, sehr empfindlich gegenüber Temperaturschwankungen, die die Sensorplatten ausdehnen oder zusammenziehen, was zu Schwankungen der Kapazität dieser Platten führt. Diese Schwankungen führen zu viel Hintergrundrauschen, so dass ein starkes Fingersignal für eine genaue Erkennung erforderlich ist. Dies beschränkt Anwendungen auf solche, bei denen der Finger das Sensorelement direkt berührt oder durch eine relativ dünne, nicht leitende Oberfläche erfasst wird.,
Projected capacitanceEdit
Rückseite eines Multitouch-Globus, basierend auf projected capacitive touch (PCT) technologie
8 projizierte kapazität touchscreen hergestellt mit 25 mikron isolierung beschichtet kupferdraht eingebettet in einer klaren Polyesterfolie.,
Dieses Diagramm zeigt, wie acht Eingaben an einen Gitter-Touchscreen oder eine Tastatur 28 eindeutige Schnittpunkte erzeugen, im Gegensatz zu 16 Schnittpunkten, die mit einem Standard-x/y-Multiplex-Touchscreen erstellt wurden .,
Schema des projizierten kapazitiven Touchscreens
Projizierte kapazitive Touch (PCT; auch PCAP) Technologie ist eine Variante der kapazitiven Touch-Technologie, bei der jedoch Berührungsempfindlichkeit, Genauigkeit, Auflösung und Berührungsgeschwindigkeit durch die Verwendung einer einfachen Form der“künstlichen Intelligenz“ erheblich verbessert wurden. Diese intelligente Verarbeitung ermöglicht die präzise und zuverlässige Projektion von Fingersensoren durch sehr dickes Glas und sogar Doppelverglasung.,
Einige moderne PCT – Touchscreens bestehen aus Tausenden von diskreten Tasten, aber die meisten PCT-Touchscreens bestehen aus einer x/y-Matrix aus Zeilen und Spalten aus leitfähigem Material, die auf Glasscheiben geschichtet sind.Dies kann entweder durch Ätzen einer einzelnen leitfähigen Schicht zur Bildung eines Gittermusters von Elektroden, durch Ätzen von zwei separaten, senkrechten Schichten aus leitfähigem Material mit parallelen Linien oder Spuren zur Bildung eines Gitters oder durch Bildung eines x/y-Gitters aus feinen, isolierbeschichteten Drähten in einer einzigen Schicht erfolgen ., Die Anzahl der Finger, die gleichzeitig erfasst werden können, wird durch die Anzahl der Kreuzungspunkte (x * y) bestimmt . Die Anzahl der Kreuzungspunkte kann jedoch durch Verwendung eines diagonalen Gitterlayouts fast verdoppelt werden, wobei anstelle von x-Elementen immer nur y-Elemente kreuzen, wobei jedes leitfähige Element jedes andere Element kreuzt .
Die leitfähige Schicht ist oft transparent und besteht aus Indiumzinnoxid( ITO), einem transparenten elektrischen conductor.In bei einigen Konstruktionen erzeugt die an dieses Gitter angelegte Spannung ein gleichmäßiges elektrostatisches Feld, das gemessen werden kann., Wenn ein leitfähiges Objekt, wie ein Finger, mit einem PCT-Panel in Kontakt kommt, verzerrt es das lokale elektrostatische Feld an diesem Punkt. Dies ist als Kapazitätsänderung messbar. Wenn ein Finger die Lücke zwischen zwei der „Spuren“ überbrückt, wird das Ladefeld weiter unterbrochen und von der Steuerung erfasst. Die Kapazität kann an jedem einzelnen Punkt im Netz verändert und gemessen werden. Dieses System ist in der Lage, Berührungen genau zu verfolgen.
Aufgrund der oberen Schicht eines PCT-Glases ist es stabiler als die kostengünstigere Resistive Touch-Technologie., Im Gegensatz zur herkömmlichen kapazitiven Touch-Technologie ist es für ein PCT-System möglich, einen passiven Stift oder einen gerillten Finger zu erfassen. Feuchtigkeit auf der Oberfläche der Platte, hohe Luftfeuchtigkeit oder gesammelter Staub können jedoch die Leistung beeinträchtigen.Diese Umweltfaktoren sind jedoch bei Touchscreens auf Feindrahtbasis kein Problem, da Touchscreens auf Drahtbasis eine viel geringere „parasitäre“ Kapazität aufweisen und ein größerer Abstand zwischen benachbarten Leitern besteht.
Es gibt zwei Arten von PCT: gegenseitige Kapazität und selbst-Kapazität.,
Gegenseitige Kapazitätmit
Dies ist ein gängiger PCT-Ansatz, der die Tatsache nutzt, dass die meisten leitfähigen Objekte eine Ladung halten können, wenn sie sehr nahe beieinander liegen. Bei gegenseitigen kapazitiven Sensoren wird von Natur aus ein Kondensator durch die Zeilen-und Spaltenspur an jedem Schnittpunkt des Gitters gebildet. Ein 16×14-Array hätte beispielsweise 224 unabhängige Kondensatoren. An die Zeilen oder Spalten wird eine Spannung angelegt. Wenn Sie einen Finger oder einen leitfähigen Stift nahe an die Oberfläche des Sensors bringen, ändert sich das lokale elektrostatische Feld, was wiederum die gegenseitige Kapazität verringert., Die Kapazitätsänderung an jedem einzelnen Punkt des Gitters kann gemessen werden, um die Berührungsposition durch Messen der Spannung in der anderen Achse genau zu bestimmen. Gegenseitige kapazität ermöglicht multi-touch-betrieb, wo mehrere finger, handflächen oder sti können genau verfolgt werden zur gleichen zeit.
Selbst-capacitanceEdit
Selbst-kapazität sensoren können haben die gleiche X-Y grid wie gegenseitige kapazität sensoren, aber die spalten und zeilen arbeiten unabhängig., Bei Selbstkapazität wird die kapazitive Last eines Fingers an jeder Säulen-oder Reihenelektrode durch einen Stromzähler oder die Frequenzänderung eines RC-Oszillators gemessen.
Ein Finger kann überall entlang der gesamten Länge einer Reihe erkannt werden. Wenn dieser Finger auch von einer Spalte erkannt wird, kann davon ausgegangen werden, dass sich die Fingerposition am Schnittpunkt dieses Zeilen-Spalten-Paares befindet.Dies ermöglicht die schnelle und genaue Erkennung eines einzelnen Fingers, verursacht jedoch einige Mehrdeutigkeiten, wenn mehr als ein Finger erkannt werden soll., Zwei Finger können vier mögliche Erfassungspositionen haben, von denen nur zwei wahr sind. Durch die selektive Entsensibilisierung von Berührungspunkten in Streitfällen können jedoch widersprüchliche Ergebnisse leicht beseitigt werden. Damit kann“ Self Capacitance “ für den Multitouch-Betrieb verwendet werden.
Alternativ kann Mehrdeutigkeit vermieden werden, indem ein „entsensibilisierendes“ Signal auf alle bis auf eine der Spalten angewendet wird . Dadurch bleibt nur ein kurzer Abschnitt jeder berührungsempfindlichen Zeile übrig. Durch Auswahl einer Sequenz dieser Abschnitte entlang der Reihe ist es möglich, die genaue Position mehrerer Finger entlang dieser Reihe zu bestimmen., Dieser Vorgang kann dann für alle anderen Zeilen wiederholt werden, bis der gesamte Bildschirm gescannt wurde.
Selbst-kapazitive touch screen schichten sind verwendet auf handys wie die Sony Xperia Sola, die Samsung Galaxy S4, Galaxy Note 3, Galaxy S5, und Galaxy Alpha.
Selbst kapazität ist weit empfindlicher als gegenseitige kapazität und ist vor allem für single-touch, einfache gestik und proximity sensing wo die finger nicht einmal haben zu berühren die glas oberfläche.Gegenseitige Kapazität wird hauptsächlich für Multitouch-Anwendungen verwendet.,Viele Touchscreen-Hersteller verwenden sowohl Selbst-als auch gegenseitige Kapazitätstechnologien im selben Produkt und kombinieren so ihre individuellen Vorteile.
Verwendung von styli auf kapazitiven Bildschirmen
Kapazitive Touchscreens müssen nicht unbedingt mit einem Finger bedient werden, aber bis vor kurzem konnte die spezielle styli erforderlich ziemlich teuer zu kaufen. Die Kosten für diese Technologie sind in den letzten Jahren stark gesunken, und kapazitive Styli sind jetzt für eine nominale Gebühr erhältlich und werden oft kostenlos mit mobilem Zubehör verschenkt., Diese bestehen aus einem elektrisch leitfähigen Schaft mit einer weich leitenden Gummispitze, wodurch die Finger resistiv mit der Spitze des Stifts verbunden werden.
Infrarot gridEdit
Infrarot sensoren montiert um die display uhr für ein benutzer touchscreen eingang auf diese PLATO V terminal in 1981. Das monochromatische Plasma-Display“s charakteristische orange Glühen dargestellt.,
Ein Infrarot-Touchscreen verwendet eine Reihe von Xy-Infrarot-LED-und Fotodetektorpaaren an den Rändern des Bildschirms, um eine Störung des Musters von LED-Strahlen zu erkennen. Diese LED-Strahlen kreuzen sich in vertikalen und horizontalen Mustern. Dies hilft den Sensoren, die genaue Position der Berührung aufzunehmen. Ein großer Vorteil eines solchen Systems besteht darin, dass es im Wesentlichen jedes undurchsichtige Objekt einschließlich eines Fingers, eines gerillten Fingers, eines Stiftes oder eines Stiftes erkennen kann., Es wird im Allgemeinen in Außenanwendungen und POS-Systemen verwendet, die sich nicht auf einen Leiter (z. B. einen bloßen Finger) verlassen können, um den Touchscreen zu aktivieren. Im Gegensatz zu kapazitiven Touchscreens erfordern Infrarot-Touchscreens keine Strukturierung des Glases, was die Haltbarkeit und optische Klarheit des Gesamtsystems erhöht. Infrarot-Touchscreens reagieren empfindlich auf Schmutz und Staub, die die Infrarotstrahlen stören können, und leiden unter Parallaxe in gekrümmten Oberflächen und versehentlichem Drücken, wenn der Benutzer einen Finger über den Bildschirm bewegt, während er nach dem zu wählenden Element sucht.,
Infrarot-Acrylprojektionedit
Eine transluzente Acrylplatte wird als Rückprojektionswand zur Anzeige von Informationen verwendet. Die Kanten der Acrylplatte werden von Infrarot-LEDs beleuchtet, und Infrarotkameras sind auf der Rückseite des Blattes fokussiert. Auf dem Blatt platzierte Objekte sind von den Kameras erfassbar. Wenn das Blatt vom Benutzer berührt wird, führt die Verformung zu einem Austreten von Infrarotlicht, das an den Punkten des maximalen Drucks Spitzen aufweist und den Berührungspunkt des Benutzers anzeigt. Microsoft PixelSense Tabletten verwenden diese Technologie.,
Optical imagingEdit
Optische Touchscreens sind eine relativ moderne Entwicklung in der Touchscreen-Technologie, bei der zwei oder mehr Bildsensoren (wie CMOS-Sensoren) an den Rändern (meist an den Ecken) des Bildschirms platziert werden. Infrarot-Backlights werden im Sichtfeld des Sensors auf der gegenüberliegenden Seite des Bildschirms platziert. Eine Berührung blockiert einige Lichter von den Sensoren, und die Position und Größe des berührenden Objekts kann berechnet werden (siehe visuelle Darstellung). Diese Technologie wird aufgrund ihrer Skalierbarkeit, Vielseitigkeit und Erschwinglichkeit für größere Touchscreens immer beliebter.,
Dispersive Signaltechnologieedit
Dieses 2002 von 3M eingeführte System erkennt eine Berührung mithilfe von Sensoren zur Messung der Piezoelektrizität im Glas. Komplexe Algorithmen interpretieren diese Informationen und liefern den tatsächlichen Ort der Berührung. Die Technologie ist unbeeinflusst von Staub und anderen äußeren Elementen, einschließlich Kratzern. Da keine zusätzlichen Elemente auf dem Bildschirm erforderlich sind, behauptet es auch, eine hervorragende optische Klarheit zu bieten. Jedes Objekt kann verwendet werden, um Berührungsereignisse zu generieren, einschließlich gerillter Finger., Ein Nachteil ist, dass das System nach der ersten Berührung keinen bewegungslosen Finger erkennen kann. Aus dem gleichen Grund stören ruhende Objekte jedoch nicht die Berührungserkennung.
Akustische Impulserkennungedit
Der Schlüssel zu dieser Technologie ist, dass eine Berührung an einer beliebigen Position auf der Oberfläche eine Schallwelle im Substrat erzeugt, die dann ein einzigartiges kombiniertes Signal erzeugt, gemessen von drei oder mehr winzigen Wandlern, die an den Rändern des Touchscreens angebracht sind. Das digitalisierte Signal wird mit einer Liste verglichen, die jeder Position auf der Oberfläche entspricht und die Berührungsposition bestimmt., Eine bewegende Berührung wird durch schnelle Wiederholung dieses Prozesses verfolgt. Fremdgeräusche und Umgebungsgeräusche werden ignoriert, da sie keinem gespeicherten Klangprofil entsprechen. Die Technologie unterscheidet sich von anderen soundbasierten Technologien durch die Verwendung einer einfachen Nachschlagemethode und nicht durch teure Signalverarbeitungshardware. Wie beim dispersiven Signaltechnologiesystem kann ein bewegungsloser Finger nach der ersten Berührung nicht erkannt werden. Aus dem gleichen Grund wird die Berührungserkennung jedoch nicht durch ruhende Objekte gestört., Die Technologie wurde von SoundTouch Ltd in den frühen 2000er Jahren erstellt, wie durch die Patentfamilie EP1852772 beschrieben, und auf den Markt von Tyco International Elo Division im Jahr 2006 als akustische Pulserkennung eingeführt. Der von Elo verwendete Touchscreen besteht aus gewöhnlichem Glas und bietet eine gute Haltbarkeit und optische Klarheit. Die Technologie behält in der Regel Genauigkeit mit Kratzern und Staub auf dem Bildschirm. Die Technologie eignet sich auch gut für Displays, die physikalisch größer sind.