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Ein Touchscreen, Tastschirm bzw. Sensorbildschirm ist ein Computereingabegerät, bei dem durch Berührung von Teilen eines Bildes der Programmablauf eines technischen Gerätes, meist eines Computers, direkt gesteuert werden kann. Die technische Umsetzung der Befehlseingabe ist für den Nutzer quasi „unsichtbar“, und erzeugt so den Eindruck einer unmittelbaren Steuerung eines Computers per „Fingerzeig“. Das durch den Touchscreen „berührungsempfindliche“ Bild kann dabei sowohl dynamisch mittels Monitoren oder über Projektion, als auch physikalisch (zum Beispiel gedruckt) generiert worden sein.

Statt einen Cursor per Maus oder Ähnlichem zu steuern, kann der Finger oder ein Zeigestift verwendet werden. Die Anzeige eines Cursors wird damit überflüssig.

Die Analogie zum Mausklick ist ein kurzes Tippen. Durch Ziehen des Fingers oder Stiftes über den Touchscreen kann eine Drag-and-Drop-Operation ausgeführt werden. Manche Systeme können mehrere gleichzeitige Berührungen zu Befehlen verarbeiten (Multi-Touch), um zum Beispiel angezeigte Elemente zu drehen oder zu skalieren.

Anwendungen

Touchscreens finden als Info-Monitore, zum Beispiel 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 bei Spielautomaten und Arcade-Spielen eingesetzt. Oft werden sie auch für die Steuerung von Maschinen in der Industrie eingesetzt (Industrie-PCs), hier insbesondere da sie weniger schmutzanfällig sind als andere Eingabegeräte wie Tastaturen. Bei manchen Banken gibt es 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, Tablet PCs, Smartphones und bei der Spielkonsole Nintendo DS sind sie in größerem Einsatz. Die hier zur Vermeidung von auf dem kleinen Bildschirm störenden Fingerabdrücken eingesetzten Eingabestifte (auch: Stylus) sind aber recht unökonomisch und führen oft bei stärkerem Gebrauch zu einem Verkratzen des Touchscreens. Das Problem lässt sich bisher nur mit einem besonders weichen Eingabestift oder Aufkleben einer Schutzfolie lösen.

Ein Touchscreen muss nicht zwingend vor ein Display montiert werden, auch die Verwendung als Ersatz einer Folientastatur ist möglich. Hierzu wird hinter dem Touchscreen (an der Stelle an der normalerweise der Computerbildschirm sitzt) eine bedruckte (Polyester-) Folie aufgebracht. Es gibt verschiedene Ansätze Touchscreens komplett von physikalischen Monitoren zu lösen, um auch Projektionen von Benutzeroberflächen interaktiv nutzbar zu machen. Beispiel hierzu ist das inzwischen wieder eingestellte „Virtual Touchscreen“ von Siemens, oder verschiedene Systeme des Fraunhoferinstituts.

Funktionsweise

Es gibt mehrere Funktionsprinzipien zur Umsetzung der Berührungsempfindlichkeit:

• Resistive Systeme
• Kapazitive Systeme
• SAW (Surface Acoustic Wave) – „(schall)wellen-gesteuerte Systeme“
• Optische Systeme (in der Regel Infrarotlicht-Gitter vor dem Monitor)
• Dispersive-Signal-Technology-Systeme

Resistive Touchscreens

Resistive Touchscreens reagieren auf Druck, der zwei elektrisch leitfähige Schichten stellenweise verbindet.^[1] Die Schichten bilden so einen Spannungsteiler, an dem der elektrische Widerstand gemessen wird, um die Position der Druckstelle zu ermitteln. Die Bezeichnung dieser Touchscreens ist auf das englische Wort Resistance für Widerstand zurückzuführen.

Sie bestehen aus einer äußeren Polyesterschicht und einer inneren Glas- oder Kunststoffscheibe, die durch Abstandshalter getrennt sind.^[2] Die einander zugewendeten Flächen sind mit Indiumzinnoxid beschichtet, einem lichtdurchlässigen Halbleiter. Die Abstandshalter sind so klein, dass sie nur bei sehr genauem Hinsehen zu erkennen sind und werden Spacer Dots genannt, wörtlich übersetzt Abstandspunkte.

Um die Position der Druckstelle zu ermitteln, wird an einer der leitfähigen Schichten Gleichspannung angelegt. Die elektrische Ladung fällt von einem Rand der Schicht zum gegenüberliegenden Rand hin gleichmäßig ab. An der Druckstelle ist die Ladung beider Schichten gleich, weil sie dort verbunden sind. Die zweite leitfähige Schicht ist die Verbindung dieser Stelle nach außen. Zwischen dem Rand dieser zweiten Schicht und den beiden gegenüberliegenden Rändern der ersten Schicht sind zwei Spannungen messbar. Wenn die beiden Spannungen gleich sind, ist der Druckpunkt genau in der Mitte zwischen den beiden Rändern der ersten Schicht. Je höher eine Spannung im Verhältnis zur anderen ist, desto weiter ist der Druckpunkt vom jeweiligen Rand entfernt.

Ein Beispiel:

• Der Touchscreen ist x = 75 mm breit.

• Zwischen linkem und rechtem Rand der unteren Schicht wird die Spannung U = 5 Volt angelegt.

• Die obere Schicht wird an einer Stelle auf die untere gedrückt.

• Am Rand der obereren Schicht werden folgende Spannungen gemessen:

U₁ = 2 Volt zum linken Rand der unteren Schicht

U₂ = 3 Volt zum rechten Rand der unteren Schicht

• Die Abstände zwischen der Druckstelle und den Rändern des Touchscreens betragen:

Es muss immer eine zweite Messung dieser Art durchgeführt werden, mit der die Abstände zu den anderen Rändern ermittelt werden. Erst dann ist die Position in der Fläche festgestellt. Um die zwei Dimensionen zu erfassen, wird die Gleichspannung abwechselnd über Kreuz angelegt.

Four-Wire

Four-Wire (Vier-Draht) ist die einfachste und älteste Konstruktion zur Bewerkstelligung dieser Kreuzung. Dabei wird die Spannung abwechselnd an beide leitfähigen Schichten angelegt, in jeweils unterschiedlicher Ausrichtung. Es sind deshalb vier Drähte zum Anschluss erforderlich, was dem ganzen seinen Namen gibt.

Four-Wire hat den Nachteil schnell nachlassender Präzision bei der Erfassung der Druckstelle.^[2] Die äußere Polyesterschicht des Touchscreens wird durch seine Benutzung mechanisch belastet. Dadurch verliert die leitfähige Beschichtung ihrer Innenseite an Gleichmäßigkeit. Diese Beschichtung ist bei Four-Wire aber ein Maß für die Position der Druckstelle.

Five-Wire

Five-Wire vermeidet das Nachlassen der Präzision, indem die äußere leitfähige Schicht nicht als Maß für die Position der Druckstelle herangezogen wird.^[2] Sie dient nur zum Weiterleiten der Spannung von der unteren Schicht und ist mit einem zusätzlichen fünften Draht angeschlossen. Die anderen vier Anschlüsse befinden sich an den Ecken der unteren Schicht. Vor jeder der beiden Messungen werden jeweils zwei benachbarte Ecken direkt verbunden und dann an die beiden Eckenpaare die Spannung angelegt. Zwischen erster und zweiter Messung wird zur zweiten möglichen Zusammenstellung von Eckenpaaren umgeschaltet.

Six-Wire, Seven-Wire und Eight-Wire

Six-Wire und Seven-Wire sind Variationen von Five-Wire, während Eight-Wire eine Variation von Four-Wire ist.^[2]

Kapazitive Touchscreens

Kapazitive Touchscreens sind mit durchsichtigem Metalloxid beschichtete Glassubstrate. Eine an den Ecken der Beschichtung angelegte Spannung erzeugt ein exaktes, gleichmäßiges elektrisches Feld. Es entsteht ein geringer Ladungstransport der im Entladezyklus in Form eines Stromes an den Ecken gemessen wird. Die resultierenden Ströme aus den Ecken stehen im direkten Verhältnis zu der Touchposition. Der Controller verarbeitet die Informationen.

Ein gravierender Nachteil von kapazitiven Touchscreens besteht darin, dass diese nur mit dem bloßen Finger oder sehr speziellen Eingabestiften, nicht aber mit einem herkömmlichen Eingabestift oder in Handschuhen bedient werden können. Davon sind insbesondere auch Menschen mit Handprothesen betroffen, da sie keine Möglichkeit haben, die Bedienfelder zu aktivieren. In dieser Hinsicht bilden kapazitive Systeme eine unüberwindbare Hürde im Sinne der Barrierefreiheit.

Induktive Touchscreens

Induktive Touchscreens haben gegenüber den anderen beiden Verfahren den Nachteil, dass sie sich nur über spezielle Eingabestifte (mit einer integrierten Spule) nutzen lassen, eine Technik, die von Grafiktabletts übernommen wurde. Dennoch werden sie z. B. bei teureren Tablet-PCs gerne genutzt, da man in der Schreibhaltung durch seinen abgelegten Handballen keine Reaktion hervorruft. Bei den anderen Varianten muss hier ggf. über Software ein Ignorieren der abgelegten Hand realisiert werden, falls die Betätigung des Touchscreens über einen Stift erfolgt. Ein weiterer Vorteil ist die Möglichkeit, die Bildschirmoberfläche aus Glas oder einem ähnlich robusten Material fertigen zu können, da keine mechanische Einwirkung wie bei den resistiven Modellen notwendig ist.

Anwendungsbeispiele

Resistive Touchscreens

• Tablet PCs
• Electronic Organizer, PDAs und Handys/Smartphones mit Touchscreen
• Industrie-PCs, Panel-PCs (Steuerung von Maschinen)
• Kiosksystem (zum Beispiel Messeinformationssysteme)
• Automobilsektor (wie Navigationssysteme, Multimedia-Systeme)
• Home-Entertainment (zum Beispiel Nintendo DS)
• Bürogeräte (beispielsweise Kopiersysteme)

Kapazitive Touchscreens

• iPhone und iPod touch von Apple (Technik namens Multi-Touch)
• KM900 Arena, Prada von LG (Technik „Synaptics Onyx“)
• Cowon S9 Curve
• HTC Dream der HTC Corporation
• HTC Magic (Vodafone Magic, Sapphire) der HTC Corporation
• HTC Hero der HTC Corporation
• Tablet PCs, z. B. Dell Latitude XT, HP Touchsmart tx2 (Technik N-Trig)

Optische Touchscreens

• Messgeräte, zum Beispiel HP16500
• Bankterminals
• HP-150
• Microsoft Surface (Projektion auf Acryltisch, bis zu 52 Finger können mit fünf Infrarotkamaras verfolgt werden)

Induktive Touchscreens

• Tablet PCs, z. B. FSC Stylistic, HP TC1100, IBM X61t uvm. (Technik WACOM)

Quellen

1. ↑ Resistiv: Touch durch Druck. WEKA Media Publishing (24. Juli 2009). Abgerufen am 20. September 2009.
2. ↑ ^{a b c d} Compare all resistive touch technologies. Tyco Electronics. Abgerufen am 20. September 2009.

Literatur

• Andreas Holzinger: Finger Instead of Mouse: Touch Screens as a means of enhancing Universal Access, In: Carbonell, N.; Stephanidis C. (Eds): Universal Access, Theoretical Perspectives, Practice, and Experience. Lecture Notes in Computer Science. Vol. 2615. Berlin, Heidelberg, New York: Springer, 2003, ISBN 3-540-00855-1, 387–397.
• Andreas Holzinger: Basiswissen IT/Informatik Band 1: Informationstechnik. Wuerzburg: Vogel, 2002, ISBN 3-8023-1897-8, 158–160.

Wie funktioniert ein Touchscreen? – Leicht verständliche Erklärung für Kinder

Video der Präsentation eines „Multi-Touch“-Schirms von Jeff Han auf der TED Conference 2006 (bei YouTube, Flash benötigt)

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