Touchscreen
Vorwort
Jeder hat schon mit Sicherheit ein Touchscreen gesehen und benuztz(z.B. in einer Spielekonsole, oder einem Fahrscheinautomat am Bahnhof) aber ich bin mir sicher, dass nicht jeder weis wie so ein Touchscreen funktioniert. Deswegen handelt die folgende Ausarbeitung über die Funktionsweise des Touchscreens.
1.1 Was ist ein Touchscreen?
Touchscreen ist ein Computereingabegerät, bei dem durch Berührung von Teilen eines Bildes der Programmablauf eines technischen Gerätes scheinbar 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".
1.2 Welche Arten gibt es?
Kapazitive Touchscreens
Die Hauptmerkmale eines kapazitiven Touchscreens sind deren hohe Beständigkeit, optische Transparenz und Zuverlässigkeit. Die kapazitive Technologie gehört zu den teuersten, aber auch haltbarsten. Die Bedienung ist nur durch die Berührung mit dem Finger möglich. Ein Glassubstrat wird mit einer transparenten Beschichtung aus Metall-Oxid versehen, die wiederum durch eine aufgeschmolzene Glasschicht geschützt wird. Auf der Metallschicht sind am Rand Elektroden aufgebracht. An jeden der vier Eckpunkte wird eine Rechteckspannung gelegt, die ähnlich wie bei einem Kondensator ein elektrisches Feld erzeugt. Durch die Berührung der Scheibe entsteht ein geringer Ladungstransport, der im Entladezyklus in Form eines Stroms an den Eckpunkten gemessen wird. Der Controller kann nun durch Auswertung der resultierenden Ströme an den Ecken die exakte Touchposition errechnen und blitzschnell an den Rechner weitergeben. Bild Quelle: visam.de
Resistiver Touchscreen
Resistive Touchlösungen sind sehr vielseitig einsetzbar, preiswert und daher sehr beliebt. Die Möglichkeit, das Touchfeld mit verschiedenen Medien bedienen zu können, hat ebenfalls stark zu der Verbreitung von resistiven Touchmonitoren beigetragen. Eine Glasscheibe wird mit einer transparenten und leitenden ITO-Oberfläche (Indiumzinnoxid) beschichtet. Darüber liegt eine weitere ITO-Schicht, die mit zahlreichem kleinem Abstandshaltern von der Scheibe getrennt wird. An den Eckpunkten wird eine Spannung angelegt. Durch leichten Druck auf die obere Folie wird zwischen der Folie und dem unteren Glas ein elektrischer Kontakt hergestellt und es fließt ein Strom. Entsprechend der anliegenden Spannung ermittelt der Controller die X-und Y-Koordinaten der Berührungsposition. Da lediglich der Druck für das Ansprechen der Oberfläche verantwortlich ist, lässt sich das Touch-Display mit verschiedensten Gegenständen bedienen. Bild Quelle: visam.de
SAW (Surface Acoustic Wave)
Jede Koordinatenachse verfügt über einen Sender und einen piezoelektrischen Empfänger, sowie über ein Set von Reflektorstreifen an den Rändern des Bildschirms. Die vom Controller ausgesendeten 5-MHz-Wellen erzeugen eine Art digitales Raster auf dem Bildschirm. Durch die Berührung des Rasters mit einem Finger wird ein Teil der Oberflächenwellen absorbiert. Der Berührungspunkt wird lokalisiert, indem die zwischen dem Absorbieren und dem Erkennen liegende Zeit vom Controller ausgewertet wird. Auch die Stärke des Betätigungsdrucks kann ausgewertet werden. Bild Quelle: visam.de
2. Funktionsweise
2.1 Das Widerstandsprinzip
Es ist am ältesten und am weitesten verbreitet. Außerdem sind die entsprechenden Bildschirme am billigsten. Um die Funktionsweise (diese Touchscreens funktionieren mit einem Finger als auch mit Stiften usw.) zu verstehen, muss man sich zuerst den Aufbau angucken: Vor einer Braun'schen Röhre oder einem Flüssigkeitsdisplay befindet sich eine Glasplatte, die mit einem leitenden Material beschichtet ist. Davor befinden sich winzige Abstandshalter, die einen Raum zwischen einer weiteren leitfähigen Beschichtung und der inneren leitfähigen Schicht schaffen. Die äußere leitfähige Beschichtung wird durch eine kratzfeste Abdeckscheibe geschützt. Mit Hilfe eines Steuergerätes wird in der inneren leitfähigen Schicht ein Spannungsgradient in x-Richtung erzeugt. In der äußeren leitfähigen Schicht wird ein Spannungsgradient in y-Richtung aufgebaut. Wenn nun die beiden leitenden Schichten durch kräftige Berührung (egal ob dies ein Finger oder ein anderer Gegenstand ist) zusammengedrückt werden, ermittelt die Steuerungselektronik die Koordinaten.
2.2 Das Energieabsorptionsprinzip
Dieses Prinzip ist noch recht teuer und erfordert ein weiches Berührungsobjekt wie ein Radiergummi oder einen Finger. Der Grund liegt im folgenden Grundaufbau: Vor der Braun'schen Röhre bzw. dem Flüssigkeitsbildschirm befindet sich einfach eine unbeschichtete Glasplatte. In den Ecken der Glasplatte befinden sich sogenannte Wandler, die Ultraschallwellen erzeugen und diese über die Glasoberfläche schicken. Weiterhin sind Reflektoren an den seitlichen Rändern montiert, so dass ein gleichmäßiges Muster von Ultraschallwellen entsteht - dies nennt man stehende Wellen. Bei Berührung mit einem weichen Gegenstand, z.B. mit einem Finger, wird ein Teil der Welle absorbiert. Dadurch verändern sich die Wellen und die Wandler erfassen diese Veränderung. Eine Steuerungselektronik bestimmt die Koordinaten der Berührung. Das gleiche Prinzip gilt für Infrarotbildschirme. Bei diesen wird kein Ultraschallwellenmuster erzeugt, sondern wiederum ein gleichförmiges Muster, dass hier aus Infrarotwellen aufgebaut wird.
2.3 Das Kapazitätsprinzip
Dieses Prinzip erfordert einen Strom leitenden Gegenstand, z.B. einen Finger. Das hat folgenden Grund: Eine Glasplatte wird auf beiden Seiten mit einem leitfähigen Material beschichtet. Eine Seite wird zusätzlich mit einem Kratzschutz versehen. Hinter der anderen inneren leitfähigen Schicht befindet sich die Braun'sche Röhre bzw. der Flüssigkeitsbildschirm. Auf der äußeren leitenden Schicht wird durch senkrecht zueinander stehende Elektroden ein gleichförmiges elektrisches Feld angelegt. Dieses System entspricht einem Kondensator. Die innere leitende Schicht schirmt zusätzlich die Braun'sche Röhre bzw. den Flüssigkeitsbildschirm von dem äußerem elektrischen Feld ab. Dadurch wird die Spannung des Kondensators erniedrigt und somit seine Kapazität erhöht (dies nennt man kapazitive Kopplung). Daraufhin fließt ein schwacher elektrischer Strom über die von der Berührung betroffenen Elektroden. Ein Steuergerät ermittelt wiederum die Koordinaten des Berührungspunktes.