Touchscreen

Quelle: Wikipedia.de

Ein Touchscreen, Tastschirm bzw. Sensorbildschirm ist ein Computerbildschirm mit Bereichen, durch deren Berührung der Programmablauf gesteuert werden kann. Touchscreens finden als Info-Monitore, z.B. auf Messen, zur Orientierung in großen Kaufhäusern oder für die Fahrplanauskunft auf Bahnhöfen Verwendung. Hin und wieder sind auch in den Schaufenstern von Apotheken oder Reiseveranstaltern Touchscreens zu finden, über die detaillierte Informationen abgerufen werden können. Darüber hinaus werden Touchscreens auch bei Spielautomaten und Arcade Games eingesetzt. Oft werden sie auch für die Steuerung von Maschinen in der Industrie eingesetzt (Industrie-PCs?). Bei manchen Banken gibt es auch Geldautomaten mit Touchscreen-Display.

In Banken werden sie immer öfter für Überweisungsterminals eingesetzt, wobei die SAW-Technik (Surface Acoustic Wave) zum Einsatz kommt, weil diese relativ vandalensicher ist. Durch ihre Glasoberfläche verkratzt und beschädigt sie nicht so schnell wie beispielsweise resistive Systeme mit ITO-Folie als Oberfläche.

Touchscreen-Terminals, die zur öffentlichen Informationsweitergabe eingesetzt werden, werden in der IT-Branche als Point of information oder abgekürzt, POI, bezeichnet. Terminals, die zum Verkauf dienen, werden Point of sale, oder abgekürzt POS genannt. Letztere haben sich entgegen der hohen Erwartung der Wirtschaft und der IT-Branche nur eingeschränkt durchgesetzt.

Gründe dafür sind neben dem Wartungsaufwand für die Geräte oft die mangelnde Anpassung der Software an die besonderen Bedienungsbedingungen der Touchscreengeräte, oder oft schlicht auch die unergonomische und unattraktive Software und fehlender Nutzen für die Bediener.

In neueren, modernen Autos werden immer öfter Multifunktionsdisplays als Touchscreen ausgelegt. Neue Techniken bieten hier sogar eine elektronisch erzeugte, taktile Wahrnehmbarkeit.

In Heimsystemen sind Touchscreens kaum verbreitet, einzig im Bereich der PDAs? und bei der Spielkonsole Nintendo DS sind sie in größerem Einsatz. Die hier zur Vermeidung von auf dem kleinen Bildschirm störenden Fingerabdrücken eingesetzten Stylus sind aber recht unökonomisch und führen oft bei stärkerem Gebrauch zu einem Verkratzen des Touchscreens. Das Problem lässt sich bisher nur mit besonders weichen Stylus oder Aufkleben einer Schutzfolie lösen.

Ein Touchscreen muss nicht zwingend vor ein Display montiert werden, auch ist die Verwendung als Ersatz einer Folientastatur möglich. Hierzu wird hinter den Touchscreen (an der Stelle an der normalerweise der Computerbildschirm sitzt) eine bedruckte (Polyester-) Folie aufgebracht.

Es gibt mehrere technische Systeme zur Umsetzung der Berührungsempfindlichkeit:

• kapazitive Oberflächen

• resistive (widerstandgesteuerte) Systeme - 4-wire, 5-wire und 8-wire (Wire = Leitungen)

• SAW (Surface Acoustic Wave) - "(schall)wellen-gesteuerte Systeme"

• optische Systeme (Gestikterminals) (z.B. Infrarottouch-Monitore)

• Dispersive Signal Technologie Systeme

Analog resistive Touchscreens

Analoge Systeme bestehen aus zwei gegenüberliegenden leitfähigen Indiumzinnoxidschichten (ITO) (x und y Schicht), die mit einer konstanten Gleichspannung angesteuert werden.

Zwischen den zwei ITO-Schichten befinden sich viele kleine und kaum sichtbare Abstandshalter, so genannte Spacer-Dots (direkt übersetzt -> Abstandshalter-Punkte), die eine Trennung der zwei Schichten garantieren.

Bei 4-Wire-Systemen (Wire = Drähte) verfügt der Touchscreen über 4 Leitungen zum Controller, zwei für jede Achse. Hier liegt eine konstante Gleichspannung an. Bei Indiumzinnoxid handelt es sich um ein transparentes, halbleitendes Material.

Berührt man den Touchscreen an einer bestimmten Stelle, so berühren sich dort die zwei ITO-Schichten, wodurch ein elektrischer Kontakt entsteht. Durch den Widerstand dieses Kontaktes entsteht an jeder Stelle eine unterschiedliche Spannung. Die Spannungsänderung kann dann zur Bestimmung der Koordinaten x und y benutzt werden.

Das Controllerboard (elektronisches Bauteil, das den Controller für den Touchscreen enthält, meistens [[USB]]? oder [[RS232]]? Schnittstelle) regelt hier die Kommunikation zwischen Computer und Touchscreen, die richtige Position wird mit Hilfe der dazugehörigen Softwaretreiber bestimmt. Der analoge Touchscreen arbeitet sehr genau und bietet eine hohe Auflösung. Die Mindestlebensdauer beträgt in der Regel (je nach Qualität) mehr als 3 Millionen Berührungen.

Einige wenige Hersteller haben darüber hinaus eine Technik entwickelt, bei der die Oberfläche aus Folie durch eine aus Glas ersetzt wird. Dies nennt sich "Glas-Glas-Touchscreen". Hier ist eine höhere Vandalensicherheit und eine kratzsicherere Oberfläche gegeben.

Funktionsbeschreibung anhand eines Beispiels

Wie bereits beschrieben, besteht ein resistiver Touchscreen aus zwei leitfähigen Schichten, welche sich am Druckpunkt berühren. Somit ergibt sich sowohl in der oberen Schicht als auch in der unteren Schicht ein Spannungsteiler, welcher im Beispielbild eingezeichnet ist. Das Verhältnis der Widerstände R₁ zu R₂ ergibt die Position des Druckpunktes in x-Richtung. Um das Teilerverhältnis zu bestimmen, wird durch den Touchscreencontroller an Ux₁ und Ux₂ jeweils eine andere bekannte Spannung gelegt. Somit fließt über R₁ und R₂ ein Strom. An Uy₃ oder Uy₄ kann dann hochohmig die resultierende Spannung des Spannungsteilers gemessen werden. Hochohmig, damit an R₃ oder R₄ keine Spannung abfällt, welche das gewünschte Messergebnis verfälschen würde.

z.B. Ux₁ = 5V; Ux₂ = 0V; R₁ = 2 * R₂ aufgrund der Position des Druckpunktes; x-Richtung von Ux₂(x=0) nach Ux₁

Uy_3 = Uy_4 = Ux_2 + \frac{(Ux_1 - Ux_2) * R_2}{R_1 + R_2} = 0V + 5V * \frac{1}{3} = 1,66V

Entsprechend ergibt das Verhältnis R₃ zu R₄ die Position in y-Richtung. Hier wird also an Uy₃ und Uy₄ eine Spannung angelegt und an Ux₁ oder Ux₂ hochohmig gemessen. Aufgrund der Funktionsweise, ständig wechselnd x-Position und y-Position bestimmend, strahlt ein resistiver Touchscreen ein Störsignal aus (EMV) bzw. ist aufgrund seiner hochohmigen Oberfläche EMV-empfindlich.

Einsatzgebiete von analog-resistiven Touchscreens

• PDAs? und Handys/Smartphones mit Touchscreen

• Industrie PCs? (Steuerung von Maschinen)

• Kiosksystem (z.B. Messeinformationssysteme)

• Automobilsektor (wie z.B. Navigationssysteme, Multimedia-Systeme)

• Home-Entertainment (z.B. Nintendo DS)

• Bürogeräte (z.B. Kopiersysteme)

SAW (Surface Acoustic Wave) Touchscreens

Bei dieser Technologie kommen piezoelektrische Wandler zum Einsatz, die an unabhängigen x- und y-Achsen zur Erzeugung von Wellen an den Eckpunkten verwendet werden. Diese Wellen bewegen sich an jeweils einer Seite des Bildschirms entlang, reflektieren an der anderen Bildschirmseite und werden wieder auf die andere Seite zurückgeworfen, wo sie dann auf einen Detektor treffen.

Bei Standard-SAW-Touchscreens kommen üblicherweise Glasstärken von 3 bis 4mm, die wahlweise auch chemisch gehärtet sein können, zum Einsatz. Darüber hinaus gibt es noch spezielle SAW-Screens, die vandalensicher (chemisch gehärtetes Glas, etwa 6 mm stark) ausgelegt sind.

SAW-Touchscreens eignen sich, weil sie im Gegensatz zu resistiven Touchscreens nur aus einer Glasscheibe bestehen, besser für Einsatzgebiete, in denen höhere Festigkeit benötigt wird (z.B. Terminals in der Öffentlichkeit).

Sie werden des öfteren auch als Piezo-Touchscreens bezeichnet.

Einsatzgebiete von SAW-Touchscreens:

• Terminals in Kreditinstituten (Für Überweisungen, Geldautomaten)

• Fahrkartenautomaten und Reiseinformationssysteme (z.B. am Bahnhof)

• alle Orte, an denen eine höhere Vandalensicherheit erforderlich ist