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Touchscreen

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Ein Touchscreen (früher: „berührungsempfindlicher Bildschirm“, seltener: „Berührungsbildschirm“, „Tastschirm“, „Sensorbildschirm“) ist ein kombiniertes Ein- und Ausgabegerät, 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 gleichsam unsichtbar und erzeugt so den Eindruck einer unmittelbaren Steuerung eines Computers per Fingerzeig. Das Bild, welches durch das (darauf oder darunter befindliche) Touchpad berührungsempfindlich gemacht wird, kann auf verschiedene Weise erzeugt werden: dynamisch mittels Monitoren, über Projektion oder physikalisch (etwa als Ausdruck).

Statt einen Mauszeiger mit der Maus oder Ähnlichem zu steuern, kann der Finger oder ein Zeigestift verwendet werden. Die Anzeige eines Mauszeigers ist damit nur noch nötig, wenn eine genaue und/oder bleibende Positionierung gewünscht ist (zum Beispiel bei grafischem Design), oder der Bildinhalt beim Anwählen sichtbar bleiben muss (zum Beispiel wenn nicht genügend Anzeigefläche zur Verfügung steht).

Die Analogie zum Mausklick ist ein kurzes Tippen. Durch Ziehen des Fingers oder Stiftes über den Touchscreen kann eine „Ziehen und Fallenlassen“-Operation ausgeführt werden. Manche Systeme können mehrere gleichzeitige Berührungen zu Befehlen verarbeiten (Multi-Touch), um zum Beispiel angezeigte Elemente zu drehen oder zu skalieren. Der Begriff „Multi-Touch“ wird meistens auch im Zusammenhang mit der Fähigkeit des Systems benutzt, Gesten zu erkennen, wenn zum Beispiel durch Wischen weitergeblättert werden kann.

Andere Systeme erlauben, zum Beispiel durch die berührungslose Erkennung eines darüber schwebenden Fingers, die volle Emulation eines Mauszeigers mit einem vom Tippen separaten Zeigemodus.

Der erste (kapazitive) Touchscreen wurde Anfang der 70er Jahre am CERN für die Steuerung des Super-Proton-Synchrotron-Teilchenbeschleunigers entwickelt.[1] Ein früher Touchscreen entstand auch Anfang der 1970er Jahre bei Telefunken (Rainer Mallebrein). Der erste Touchscreen in einem Handy wurde laut PC-Welt in den IBM Simon 1992 eingebaut.[2]

Inhaltsverzeichnis

Anwendungen


Touchscreens finden als Info-Monitore, zum Beispiel auf Messen, zur Orientierung in großen Kaufhäusern, zur Bedienung von Smartphones 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 weil sie weniger schmutzanfällig sind als andere Eingabegeräte wie Tastaturen. Bei manchen Banken gibt es Geldautomaten mit Touchscreen-Bildschirm. 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-Interest-System (abgekürzt, POI) oder Kiosksystem 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 Touchscreen-Geräte 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 haben sich Touchscreens inzwischen stark verbreitet, vor allem im Bereich der PDAs, Tablet PCs, Smartphones, Digitalkameras und bei den Spielkonsolen Nintendo DS, PlayStation Vita und Wii U sind sie in größerem Einsatz. Die früher aufgrund der kleinen Bildschirme und der nicht daran angepassten Benutzeroberflächen eingesetzten Eingabestifte (auch: Stylus) sind recht unergonomisch und haben den Durchbruch der Touchscreens in diesem Bereich lange verhindert. Erst mit den projiziert-kapazitiven Systemen (zuerst im LG Prada) hat sich das nachhaltig verändert.

Ein Touchscreen braucht nicht vor ein Display montiert zu 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 ganz von physikalischen Monitoren zu lösen, um auch Projektionen von Benutzeroberflächen interaktiv nutzbar zu machen. Beispiel hierzu ist der inzwischen wieder eingestellte „Virtual Touchscreen“ von Siemens oder verschiedene Systeme des Fraunhoferinstituts.

Funktionsweise


Es gibt mehrere Funktionsprinzipien zur Umsetzung der Berührungsempfindlichkeit:

Optische Systeme

Die ersten Touchscreens waren noch gewölbte Röhrenbildschirme, vor denen eine plane Fläche eines Lichtschrankengitters gespannt wurde. Die Strahlen – jeder einzelne zwischen einem Paar aus LED und Sensor – liefen zeilen- und spaltenweise zwischen Spalten oder Lochreihen in der Brüstung des Bildschirm-Gehäuserahmens und wurden durch eine Fingerspitze optisch unterbrochen. Damit wurde eine Auflösung in der Größenordnung von 5 mm erreicht, was zur Auswahl grober Schaltflächen eines am Bildschirm angezeigten Menüs ausreicht (siehe Bild). Heute werden sie der Robustheit wegen an Bildschirmen von Geldausgabe- oder Fahrscheinautomaten verwendet.

Der 2017 auf den Markt gebrachte digitale Projektor Sony Xperia Touch verfügt über eine Infrarotkamera, mit der die Lage eines Fingers auf der Projektionsfläche ermittelt werden kann. Das Gerät kann damit in den im Projektor unter dem Betriebssystem Android installierten mobilen Apps Reaktionen beziehungsweise Interaktionen auslösen.[3]

Resistive Touchscreens

Resistive Touchscreens reagieren auf Druck, der zwei elektrisch leitfähige Schichten stellenweise verbindet.[4] 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 resistivity für (elektrischer) Widerstand zurückzuführen.

Sie bestehen aus einer äußeren Polyesterschicht und einer inneren Glas- oder Kunststoffscheibe, die durch Abstandhalter getrennt sind.[5] Die einander zugewandten Flächen sind mit Indiumzinnoxid beschichtet, einem lichtdurchlässigen Halbleiter. Die Abstandshalter sind so klein, dass sie nur bei sehr genauem Hinsehen zu erkennen sind. Sie werden spacer dots genannt, wörtlich übersetzt Abstandspunkte.

Um die Position der Druckstelle zu ermitteln, wird an einer der leitfähigen Schichten Gleichspannung angelegt. Die Spannung fällt von einem Rand der Schicht zum gegenüberliegenden Rand hin gleichmäßig ab. An der Druckstelle ist die Spannung 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:

U1 = 2 Volt zum linken Rand der unteren Schicht
U2 = 3 Volt zum rechten Rand der unteren Schicht
x_{1}=U_{1}\cdot {\frac {x}{U}}=2\,{\mathrm {V}}\cdot {\frac {75\,{\mathrm {mm}}}{5\,{\mathrm {V}}}}=30\,{\mathrm {mm}}
x_{2}=U_{2}\cdot {\frac {x}{U}}=3\,{\mathrm {V}}\cdot {\frac {75\,{\mathrm {mm}}}{5\,{\mathrm {V}}}}=45\,{\mathrm {mm}}

Es muss immer eine zweite Messung dieser Art durchgeführt werden, mit vertauschten Rollen der beiden Schichten, so dass 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 also 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.[5] 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.[5] 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 wird 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.[5] Bei diesen Bauformen werden die zusätzlichen Leitungen dazu genutzt, die gemessenen Spannungen nicht an der Zuleitung, sondern über separate Messleitungen abzugreifen (Prinzip der Vierleitermessung).

Vor- und Nachteile resistiver Touchscreens

Vorteile:

Nachteile:

Anwendungsbeispiele für resistive Touchscreens

Oberflächen-kapazitive Touchscreens

Ein Oberflächen-kapazitiver Touchscreen ist eine mit einem durchsichtigen Metalloxid beschichtete Folie (meistens auf Glas auflaminiert). Eine an den Ecken der Beschichtung angelegte Wechselspannung erzeugt ein konstantes, gleichmäßiges elektrisches Feld. Bei Berührung 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 Berührungsposition. Der Controller verarbeitet die Informationen.

Projiziert-kapazitive Touchscreens

Eine andere Bauart (meistens „PCT“ = „Projected Capacitive Touch“ oder „PCAP“ genannt) nutzt zwei Ebenen mit einem leitfähigen Muster (meistens Streifen oder Rauten). Die Ebenen sind voneinander isoliert angebracht. Eine Ebene dient als Sensor, die andere übernimmt die Aufgabe des Treibers. Befindet sich ein Finger am Kreuzungspunkt zweier Streifen, so ändert sich die Kapazität des Kondensators, und es kommt ein größeres Signal am Empfängerstreifen an. Der wesentliche Vorteil dieses Systems ist, dass der Sensor auf der Rückseite des Deckglases angebracht werden kann (die Erkennung wird „hindurchprojiziert“, daher der Name). So erfolgt die Bedienung auf der praktisch verschleißfreien Glasoberfläche. Ferner ist die Erkennung von Gesten und mehreren Berührungen (also Multi-Touch) möglich. Diese Touch-Variante wird inzwischen von praktisch allen Smartphones und Tablet-Computern verwendet.

Kapazitive Touchscreens können nur mit dem bloßen Finger (ob der Touchscreen nun mit kalten oder warmen Fingern berührt wird, spielt hierbei keine Rolle), leitfähigen Eingabestiften oder speziell angefertigten Hilfsmitteln, nicht aber mit einem herkömmlichen Eingabestift oder dicken Handschuhen bedient werden. Von dieser Einschränkung sind insbesondere auch Menschen mit Handprothesen betroffen, da sie nur mit speziellen Handschuhen oder Eingabestiften die Möglichkeit haben, die Bedienfelder zu aktivieren. In dieser Hinsicht bilden kapazitive Systeme unter Umständen eine Hürde im Sinne der Barrierefreiheit.

Anwendungsbeispiele für kapazitive Touchscreens finden sich bei Tabletcomputern, Smartphones bzw. Handys mit Touchscreen, Electronic Organizern, PDAs, tragbaren Media Playern, Spielkonsolen und Gastronomiekassen.

Induktive Touchscreens

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Beschreibung der Funktionsweise induktiver Touchscreens fehlt
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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. Diese Spule dient dazu, ein elektromagnetisches Feld zu erzeugen, welches dann von Sensoren im Bildschirm erfasst wird. Diese Daten werden dann dazu genutzt, die genaue Position des Stiftes und, bei einigen Systemen auch die Distanz zum Stift, sowie den Neigungswinkel von ihm zu bestimmen.

Dennoch bieten sie gegenüber anderen Techniken einige Vorteile und werden z. B. bei teureren Tablet-PCs und Bildschirmen mit integriertem Grafiktablett genutzt:

Grafikprogramme können durch diese zusätzlichen Informationen ein realistischeres Verhalten der simulierten Stifte und Pinsel ermöglichen. Induktive Touchscreens sind wegen des deutlich höheren Energiebedarfs für portable Geräte weniger geeignet.

Anwendungsbeispiele für induktive Touchscreens finden sich bei Tablet PCs, Grafiktabletts und Bildschirmen mit integriertem Grafiktablett.

Anwendungsbeispiele für hybride Systeme


Diese Systeme nutzen mehrere Techniken, um gegenseitige Nachteile auszugleichen.

Anwendungsbeispiele für optische Touchscreens

Einzelnachweise


  1. The first capacitative touch screens at CERN - CERN Courier. Abgerufen am 6. Februar 2018 (britisches Englisch).
  2. http://www.pcwelt.de/ratgeber/Handy-Historie-Wie-alles-begann-Die-Geschichte-des-Smartphones-5882848.html
  3. Sony Xperia Touch: Interaktiver Beamer mit Macken , test.de vom 5. Dezember 2017, abgerufen am 31. Dezember 2017
  4. Resistiv: Touch durch Druck . WEKA Media Publishing. 24. Juli 2009. Archiviert vom Original am 21. September 2009. i Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis. Abgerufen am 20. September 2009.
  5. a b c d Compare all resistive touch technologies . Tyco Electronics. Archiviert vom Original am 18. Juli 2009. i Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis. Abgerufen am 20. September 2009.
  6. Jens Ihlenfeld: Evoluce: Gestensteuerung aus einem Meter Entfernung. In: golem.de. 11. Mai 2010, abgerufen am 15. April 2015.

Literatur


Weblinks


 Commons: Touchscreens  – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
WiktionaryWiktionary: Touchscreen – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen



Kategorien: Eingabegerät | Bildschirm | Tablet-Computer


Quelle: Wikipedia - https://de.wikipedia.org/wiki/Touchscreen (Autoren [Versionsgeschichte])    Lizenz: CC-by-sa-3.0

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Stand der Informationen: 20.10.2019 03:52:44 CEST - Wichtiger Hinweis Da die gegebenen Inhalte zum angegebenen Zeitpunkt maschinell von Wikipedia übernommen wurden, war und ist eine manuelle Überprüfung nicht möglich. Somit garantiert LinkFang.org nicht die Richtigkeit und Aktualität der übernommenen Inhalte. Sollten die Informationen mittlerweile fehlerhaft sein oder Fehler in der Darstellung vorliegen, bitten wir Sie darum uns per zu kontaktieren: E-Mail.
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