Gemäß einer Studie von UltraLeap, einem Hersteller berührungsloser Interfaces, hat die Akzeptanz von Touchscreens nachgelassen. Einen gewissen Komplexitätsgrad vorausgesetzt, bieten sich als Alternative verschiedene Möglichkeiten an. Eine davon ist die holografische Eingabe, die mit einem projizierten Hologramm und einem Infrarot-Touchscreen arbeitet. Dieses System besteht aus zwei Teilen: einem Infrarot-Touchscreen, der mit einem unsichtbaren IR-Vorhang Touch-Ereignisse und Gesten erfasst, und einem Bild, das holografisch in die Luft projiziert wird.

Im physikalischen Sinne handelt es sich bei der Darstellung des virtuellen Bildes nicht um ein Hologramm – weder wird monochromatisches, kohärentes Licht verwendet noch präsentiert sich das Bild in Abhängigkeit vom Betrachtungswinkel. Vielmehr wird hier eine spezielle Materialeigenschaft ausgenutzt, die die diffus ausgehenden Lichtstrahlen konvergent am Ort des virtuellen Bildes bündelt und so den Eindruck einer frei schwebenden Darstellung erzeugt. Dafür soll der Begriff ‚Holografie‘ verwendet werden.

Die Infrarot-Touch-Technologie

Der Infrarot-Touchscreen neuer Technologie nutzt die durch einen Gegenstand reflektierten Lichtstrahlen zur Detektion eines oder mehrerer Touch-Ereignisse aus. Photodioden im Sensor detektieren die reflektierten Strahlen.

© Neonode

Dank dem Infrarot-Sensor kann die berührungslose Bedienung mit jedem Gegenstand erfolgen, der Licht reflektiert – also auch mit Schutzhandschuhen, Kreditkarten und Stiften, und selbst mit nassen oder schmutzigen Händen sowie langen Fingernägeln ist eine Bedienung einfach. Im Gegensatz zu anderen Touch-Technologien befindet sich zwischen Finger und Display keine Schicht, die die Bildqualität optisch beeinträchtigt. Zudem kann der Sensor, wenn das Display vor widrigen Umgebungsbedingungen und Vandalismus geschützt werden soll, mit entsprechendem Abstand zum Display montiert werden. Der Infrarot-Touchscreen nutzt die Reflexion an in den Strahlengang 
eingebrachten Gegenständen, um mehrere Ereignisse gleichzeitig oder Gesten zu erkennen.

Die 3D-Projektion

Das holografische Bild erscheint frei in der Luft stehend. Schlüsselelement ist eine optische Platte, die das von der Quelle erzeugte Bild umlenkt und nach den Gesetzen der Optik projiziert. Ähnlich einem Head-up-Display im Auto: Der Fahrer sieht durch die Frontscheibe hindurch ein Bild, das ihm in Augmented Reality zusätzliche Informationen wie Geschwindigkeit, Verkehrszeichen und Navigationshinweise anzeigt. Die Aufmerksamkeit des Fahrers bleibt nach vorne auf die Straße und das virtuelle Bild gerichtet. Durch die entfernte Darstellung werden die Augen des Fahrers entlastet, die nicht zwischen nah – dem Blick auf die Instrumententafel – und fern – dem Blick auf die Straße – akkommodieren müssen. Das Bild selbst wird von einem Display oder Projektor im Fußraum erzeugt und durch eine Linseneinheit auf die Frontscheibe projiziert, die in diesem Bereich teilreflektierend beschichtet ist.

Funktionsprinzip des holografischen Displays. Das virtuelle Bild wird durch die spezielle 3D-Platte frei im Raum schwebend dargestellt.

© Aska3D

Im vorliegenden System sieht der Aufbau ganz ähnlich aus: Durch die 3D-Platte entsteht ein virtuelles Bild, das dem Anwender ‚greifbar‘ nah ist. Dieses virtuelle Bild entsteht an der Stelle, die den gleichen Abstand vom Spiegel hat wie das Display selbst. Wird nun an die Stelle der Bildebene ein Infrarotsensor montiert, der die Bildfläche überblickt, lassen sich Touch-Ereignisse und Gesten, die ‚in die Luft‘ gezeichnet werden, erkennen und auswerten, ohne dass dazu eine Berührung von Teilen erforderlich ist.

Die holografische Projektion

Die Bildprojektion in der Luft – das holografische Display – ermöglicht es, das Bild eines LCD-Bildschirms um 90° vom Bildschirm weg zu projizieren. Das resultierende Bild scheint frei im Raum stehend auf einem unsichtbaren Bildschirm zu schweben. Durch eine spezielle Holografie-Platte, die aus mehreren Schichten von Mikrospiegeln besteht, wird das vom Display ausgehende Licht umgelenkt. Die Platte steht in einem Winkel von 45° im Strahlengang und lenkt das von der Anzeige ausgehende Licht um weitere 45° um. Dabei konvergieren die divergenten Lichtstrahlen an einem Ort, wodurch das schwebende Bild erzeugt wird. Die Größe der Platte bestimmt den maximalen Abstand sowie die Größe des Bildes.

Da es eine feste Winkelbeziehung zwischen dem Display, der Projektionsplatte und dem Endbild gibt, bestimmt die Installationsgeometrie von Display und Projektionsplatte die Ausrichtung des virtuellen Bildes. Ein vertikales Bild wird von einem horizontal montierten Display und einer 45°-Platte abgebildet, während eine horizontale Projektionsplatte ein um 45° geneigtes Bild erzeugt.

Der holografische Bildschirm als User Interface

Die Lage des Hologramms – vertikal oder geneigt – wird durch die geometrische Anordnung von Bildquelle (Display) und 3D-Scheibe definiert.

© Neonode

Das Grafische User Interface (GUI) sollte wie bei allen Touch-Anwendungen ergonomisch angepasst auf die Umstände der Bedienung angepasst werden. Während sich mit einer Maus feinfühlige Bewegungen durchführen lassen, da sie auf einer Oberfläche bewegt wird, ist ein Stift bis zur Berührung der Oberfläche in drei Dimensionen beweglich. Bei der holografischen Bedienung hingegen fehlt die Haptik einer Oberfläche völlig, sodass auch nach Berühren einer Schaltfläche die Hand völlig frei geführt werden muss. Filigrane Strukturen lassen sich somit speziell von ungeübten Gelegenheitsanwendern schlecht bedienen. Dies müssen Designer von Software-Oberflächen bei Anordnung und Größe der Bedienelemente berücksichtigen. Auch der Einsatz von Gesten sollte mit Bedacht gewählt werden, um nicht versehentlich während des Zugriffs auf ein Element durch seitlichen Versatz eine Bediengeste auszulösen. Die Infrarot-Sensoren von Neonode ermöglichen dank ihrer hohen Auflösung und Parametrierbarkeit eine passgenaue Zusammenarbeit mit der holografischen Eingabe.