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Bild: Pyramid Computer
Touchscreen

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Was gibt es für Touchpanel-Technologien?

Text: Christian Jeske, Pyramid Computer
Die Eingabe per Touch ist in vielen industriellen Anwendungen mittlerweile Standard. Die Touchpanel-Technologien unterscheiden sich allerdings erheblich. Lesen Sie, welche wichtigen Techniken es gibt und wofür sie sich besonders eignen.

Im Handel, industriellen Umfeld und bei Consumer-Geräten sind Touchpanels sehr beliebt, da die Bedienung mit Gesten sehr einfach und intuitiv ist. Ein erstklassiges Touch-System muss eine hohe Bildqualität und Eingabepräzision bieten und gegebenenfalls mit integrierter Hardware-Peripherie ausgestattet sein. Für die Konstruktion solcher Systeme stehen verschiedene Technologien zur Verfügung; jede von ihnen mit speziellen Stärken und Schwächen.

IR-Touch: Robust aber ungenau

Der Infrarot-Touch (IR) zählt zur ersten Generation von Touch-Systemen. Er funktioniert ähnlich wie eine Lichtschranke und registriert Unterbrechungen der ausgesandten IR-Lichtstrahlen. Eine direkte Berührung des Displays ist somit nicht notwendig. Deshalb kann ein solcher Bildschirm auch ohne Leistungsverringerung durch eine Schutzscheibe gesichert werden. Der Hersteller hat somit freie Auswahl bei den Frontgläsern. Wegen des robusten Aufbaus – ein IR-Touch funktioniert in erweiterten Temperaturbereichen sowie bei Vibrationen und Stößen – kommt diese Technologie oft in der Medizintechnik, der Lebensmittelindustrie oder in Fahrzeugen zum Einsatz. IR-Touch kann auch bei größeren Displays eingesetzt werden, allerdings arbeiten diese Screens sehr ungenau und oftmals nicht sehr performant. Außerdem funktionieren einige Gesten nicht. Das ist zum Beispiel der Fall, wenn sich zwei Eingabepunkte auf einer Achse, im sogenannten Schatten, befinden. Durch Gegenstände, Schmutz oder Licht kann es zudem zu Fehleingaben kommen. Für Geräte, die eine präzise und störungsfreie Eingabe erfordern, eignet sich der IR-Touch nur bedingt.

Resistiver Touch: Günstig, aber schwer zu reinigen

Bei der resistiven Touch-Technologie erfolgt die Kontaktauswertung über zwei transparente und leitfähige Beschichtungen auf Glas oder Folie. Ein resistiver Touchscreen reagiert auf den Druck, der die beiden elektrisch leitfähigen Schichten an dem Berührungspunkt verbindet. Gitterförmig angeordnete Abstandshalter – sogenannte Micro Dots – zwischen der äußeren Polyesterschicht und der inneren Glas- oder Kunststoffscheibe sorgen für die Lokalisierung des Berührungspunktes. Verwendet werden solche Displays sehr oft in der Industrie, da sie ausschließlich auf Druck reagieren und Verschmutzungen deshalb keine Eingaben auslösen. Da ein analog-resistives Touchpanel auf einem segmentierten Aufbau basiert, ist es ideal für eine Zweihandbedienung geeignet. Nötig ist eine solche bei der Maschinen- und Anlagensteuerung, wo Aktionen eine gleichzeitige Freigabe erfordern, um Fehlbedienungen zu vermeiden. Analog-resistive Bildschirme lassen sich außerdem mit Stiften und Handschuhen bedienen.

Ungeeignet sind sie für den Einsatz in hygienisch sensiblen Bereichen, wie etwa in der Medizin und der Lebensmittelindustrie, da die Folien-Oberfläche nicht mit scharfen Reinigungsmitteln behandelt werden kann. Genutzt werden sie vor allem im Handel, da sie kostengünstig und universell bedienbar sind und über eine hohe Auflösung verfügen.

PCAP-Touch: Beliebt und gut geschützt

Bei kapazitiven Touchscreens erfolgt die Eingabe über eine dünne leitende Schicht auf einer Glasoberfläche. An die Ecken dieser Schicht ist eine Spannung angelegt, wodurch ein konstantes, gleichmäßiges elektrisches Feld entsteht. Wird der Bildschirm von einem leitenden Objekt, zum Beispiel einem Finger berührt, kommt es zu einem geringen Stromfluss. Dieser wird an den Ecken des Displays gemessen und daraus die Position des Objekts bestimmt. Kapazitive Touchscreens sind sehr zuverlässig. Da der Bildschirm aus einer Glasschicht besteht, funktioniert er selbst mit kleinen Kratzern noch gut.

Die meisten Touch-Systeme basieren zurzeit auf der projizierten kapazitiven Touch-Technologie; kurz PCAP oder PCT für die englische Bezeichnung Projected Capacitive Touch. Beliebt sind sie wegen ihrer hohen Fehlertoleranz und dem folglich guten Bedienkomfort. Im Gegensatz zur rein kapazitiven Touch-Technologie wird bei ihr eine bis zu 8 Millimeter dicke Glasscheibe vor das Display gesetzt. Die Sensorlagen können deshalb auf der Rückseite des Frontglases angebracht werden und die Bedienung erfolgt auf der praktisch verschleißfreien Glasoberfläche. Der Monitor ist nicht nur gegen Vandalismus und Kratzer geschützt, sondern auch resistent gegenüber Hitze, Kälte, Feuchtigkeit und scharfen Reinigungsmitteln. Er kann auch problemlos in rauen Umgebungsbedienungen verwendet werden.

Die Touch-Sensoren bestehen aus zwei elektrisch getrennten Ebenen mit einem leitfähigen Material, das in Reihen und Spalten zu einem Kreuzmuster angeordnet ist. Als leitfähiges Material wird zum Beispiel ITO-Glas beziehungsweise -Folien (Indium Tin Oxide) oder ein hauchdünnes Drahtgeflecht verwendet. An dieses Muster wird eine Spannung angelegt, wodurch ein elektrostatisches Feld entsteht. Kommt nun ein leitendes Objekt in die Nähe der Touch-Oberfläche, erkennt das System dessen Position, da sich die Kapazitäten der Einzelsensoren ändern. Anders als bei reinen kapazitiven Touchscreens wird der Berührungspunkt also nicht über den an den Ecken gemessenen Strom bestimmt. Dadurch sind Drag- und Drop-Bewegungen und die Erkennung von Gesten und mehreren Berührungen, also Multi-Touch, möglich.

Auch bei starkem Lichteinfall oder zusammen mit Sicherheitsglas arbeitet ITO zuverlässig. Die Integration dieser Technologie ist aber relativ aufwendig und sie benötigt für die Eingabe stets ein leitendes Objekt. Sie funktioniert somit nur mit speziellen Stiften und unter Einschränkungen mit Handschuhen. Auch die Polytouch-Displays von Pyramid Computer verwenden die fast unsichtbare projektiv kapazitive Touch-Technologie auf ITO-Basis. Durch den minimalen Abstand zwischen Display und Touchscreen wird die Lichtbrechung sehr stark reduziert. Daraus ergeben sich ein sehr hoher Kontrast und eine hohe Bildqualität.

InGlass-Touch: Verschleißfrei und mit neuen Bedienaktionen

Ein andere Möglichkeit für Touchscreens ist die InGlass Touch-Technologie. Pyramid Computer setzt sie zum Beispiel bei dem Polytouch 55 4K-Display ein. Bei dieser Technik befindet sich eine umlaufende Platine im Rahmen des Bildschirms. Sie sendet einen Lichtvorhang durch den Screen und misst gleichzeitig, wo sich das Brechungsverhalten des Lichts ändert. Das ist beispielsweise der Fall, wenn das Glas mit einem Finger berührt wird. Es besteht somit ein enges Raster aus Lichtstrahlen unmittelbar über der Bildschirmoberfläche. Wird dieses an einer bestimmten Stelle unterbrochen, kann der eingebaute Controller den exakten Berührungspunkt ermitteln.

Die InGlass Touch-Technik besitzt eine hohe Präzision und die Druckstärkeerfassung ermöglicht zusätzliche Bedienaktionen, wie zum Beispiel das Zoomen mit einem Finger. Sie kann in einem weiten Bereich an Displaygrößen verbaut werden, bietet vollständige optische Transparenz und ist verschleißfrei. Deshalb ist sie besonders für große Touch-Displays, interaktive Touchscreen, gebogene Displays und zusammengesetzte Videowände geeignet. Im Industriebereich kann sie zum Beispiel die Konstruktion und Planung erleichtern. Die komplexen Abläufe in unterschiedlichen Bereichen erfordern einen intensiven Austausch aller beteiligten Ingenieure. Mit Hilfe eines Multitouch-Systems kann dieser visualisiert werden, etwa bei der Präsentation großformatiger Dokumente im CAD-Umfeld.

Die InGlass Touch-Technik bietet große Vorteile, aber auch die anderen Touch-Technologien haben ihre Berechtigung. Welche für ein Gerät die passende ist hängt vor allem ab von der Branche, dem Einsatzgebiet und der gewünschten Performance.

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