Kopfball
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Sendung vom 07. November 2010

Mehrere Zuschaurinnen und Zuschauer fragen: Wertung: 3.0 von 5 möglichen Sternen

Wie funktioniert ein Touchscreen?

Sie stecken in Fahrkarten- und Geldautomaten, Info-Terminals und Mobiltelefonen: berührungsempfindliche Bildschirme – Touchscreens genannt. Deren Besonderheit: Teile des Bildes lassen sich durch Antippen des Bildschirms direkt markieren. Bestimmte Schaltflächen und Wörter können so ohne Steuerungsknöpfe ausgewählt werden. Maus und Tastatur werden überflüssig. Aber wie erkennt der Bildschirm, wohin der Finger tippt? Der Touchscreen selbst ist in der Regel eine durchsichtige, berührungsempfindliche Schicht aus Glas oder Kunststoff, die sich vor dem Bildschirm befindet. Man drückt also nicht direkt auf das Bild, sondern auf eine spezielle, davor liegende Einheit.

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Verändertes Fassungsvermögen

In modernen funktionsreichen Mobiltelefonen werden häufig sogenannte kapazitive Touchscreens verbaut. Diese stellen fest, wie der Kontakt mit dem Finger das elektrische Auf- und Entladeverhalten verändert. Bei diesen Touchscreens befindet sich unter der gläsernen Deckscheibe eine durchsichtige, elektrisch leitfähige Schicht aus aufgedampftem Metalloxid. Diese Schicht wird im schnellen Wechsel elektrisch aufgeladen und wieder entladen. Sobald der Finger den Touchscreen berührt, wird er mit aufgeladen. Dadurch erhöht sich das Fassungsvermögen: Physikalisch vergrößert der Finger die sogenannte Kapazität des Touchscreens – also die Menge der elektrischen Ladungen, die bei einer bestimmten Aufladespannung aufgenommen werden kann. Angeschlossene Sensoren registrieren die Veränderung und leiten daraus ab, ob der Finger auf den Bildschirm tippt. Aus diesem Grund funktionieren solche kapazitiven Touchscreens nicht, wenn man sie mit Handschuhen bedient. Denn die leiten den Strom in der Regel nicht so gut wie die Haut.

Vielfältige Positionsbestimmung

Doch Touchscreens "wissen" auch, an welcher Stelle sie genau berührt werden. Oft ist dazu die gesamte leitfähige Schicht in viele einzelne Bereiche aufgeteilt: entweder in mehrere, getrennte Teilflächen nebeneinander oder in gekreuzte, übereinander liegende Linien. Die Zellen reagieren bei Berührung unterschiedlich stark, je nachdem, wie weit sie von der Kontaktstelle entfernt sind, und zeigen so den Berührungspunkt an. Am weitesten verbreitet ist die Möglichkeit, die Position des Fingers über vier Eck-Sensoren zu ermitteln. Dazu wird die gesamte leitfähige Fläche durchgängig von den vier Ecken her aufgeladen. Sobald der Finger auf den Touchscreen drückt, müssen Ladungen nachgeliefert werden – und zwar umso mehr, je näher sich der Finger an der entsprechenden Ecke befindet.

Andere Techniken

Neben den beschriebenen kapazitiven Touchscreens gibt es noch andere Funktionsarten. Ebenfalls weit verbreitet sind resistive Touchscreens, bei denen durch den Fingerdruck der Abstand zweier Schichten und damit der elektrische Widerstand (daher der Name) verringert wird. Beim Berühren des Bildschirms fließt an dieser Stelle also mehr Strom. Daneben gibt es auch optische Touchscreens, die über Lichtquellen am Rand verfügen. Lichtempfindliche Sensoren erkennen die Verdunklung am Berührungspunkt. Ganz ähnlich funktionieren auch akustische Touchscreens: Sie arbeiten mit Ultraschallwandlern am Bildschirmrand und bemerken Veränderungen der Reflexionseigenschaften durch den Finger.

Text Tobias Schlößer

Film VisualBridges: Tobias Schlößer und Niels Waibel mit Isabel Hecker und Burkhardt Weiß

Deine Meinung

Kommentare

Einträge: 5

Ben
schrieb am 25.08.2011, 12:52 Uhr
Wieso funktioniert es denn auch, wenn eine Kratz-/Schutzfolie über dem Display ist ?

Markus
schrieb am 13.11.2010, 22:38 Uhr
Super, vielen Dank für die tolle Erklärung!

Markus
schrieb am 09.11.2010, 09:24 Uhr
Ich fand die Folge auch toll :) Den Arduino habe ich auch gesehen, was ich mich aber frage: Wieso waren die Glasplatten nur mit einer Krokoklemme verbunden und nicht mit zwei? Muss da nicht ein Stromfluß irgendwie entstehen? Oder misst der Arduino so genau, dass er merkt, wenn ein Mensch das Glas berührt und über den Körper Strom abfließt? Bzw. da es ja nicht über den Strom geht sondern über die Änderung der Kapazität: Bei einem Kondensator habe ich doch auch zwei Pole, wie kann dann nur an einem gemessen werden? Würde mich freuen, wenn ihr da nochmal genauere Infos nachliefern könntet :)

WDR.de
schrieb am 09.11.2010, 09:24 Uhr
Schön, dass auch die Details auf Interesse stoßen! Ein Kondensator stellt immer eine Unterbrechung des Stromflusses dar - deshalb lädt er sich auch auf - und deshalb reicht eine Klemme in unserem Beispiel aus. Die Glasplatte ist eigentlich nur die eine Hälfte des gedachten Kondensators. Sie stellt technisch gesehen einen Kondensator gegen Erde dar, dessen Kapazität sich durch Anlegen des Fingers vergrößert. D.h. es fließen Ladungsträger, also z.B. Elektronen, auf die leitende Schicht der Glasplatte und sammeln sich dort an, fließen aber nicht davon ab. Durch die Anhäufung von Ladungsträgern werden andere Ladungsträger in der Umgebung (z.B. im Boden, an den Wänden, auf dem Tisch ...) beeinflusst und verschoben. Wie viele Ladungsträger sich auf der Glasplatte ansammeln, hängt neben der anliegenden Spannung von der Geometrie und den elektrischen Eigenschaften der Umgebung ab - und genau die werden durch das Anlegen des Fingers verändert, so dass die Unterseite der Glasscheibe mehr Ladungsträger aufnehmen kann. Und das lässt sich wiederum durch den Chip (Arduino) auslesen. Die Kapazität ist übrigens keine Größe, die man direkt messen kann. Unser Entwickler hat eine Software geschrieben, mit der der Chip die Glasplatte schrittweise auflädt und dabei immer wieder die Spannung misst. Wenn der Finger aufliegt, ist die Kapazität größer und es sind mehrere Aufladeschritte nötig, bis ein bestimmtes Spannungslevel erreicht ist. Beste Grüße vom Kopfball-Team

Franklin
schrieb am 07.11.2010, 15:46 Uhr
Ich fand diese Folge toll, vor allem war es das erste mal, daß ich den Arduino im Fernsehen gesehen habe :-)



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