Touchscreens sind unempfindlich gegenüber Staub und Feuchtigkeit und sind einfach mit einem gewöhnlichem Glasreiniger zu säubern. Mit Touchscreen-Technologien lassen sich OEM-Standardprodukte auf individuelle Kundenbedürfnisse hin nach Maß optimieren, wobei die Benutzerschnittstellen nach Kundenvorgabe per Software direkt auf dem Bildschirm realisiert werden. Die Handhabung der Systeme ist äußerst einfach und erfordert meistens keine spezifischen Sprachkenntnisse. Die genannten Vorteile gelten für alle Touchscreen-Modelle.
Vier verschiedene Technologien
Aber welche der auf dem Markt erhältlichen Technologien - immerhin gibt es mehr als ein halbes Dutzend davon - eignet sich am besten für ein vorgegebenes Einsatzfeld? Der folgende Beitrag erläutert die Unterschiede und Einsatzmöglichkeiten anhand von vier Lösungsansätzen der MicroTouch-Familie von 3M Touch Systems: resistiv, kapazitiv, NFI und DST.
Resistive - die gebräuchlichste Variante
Die resistive (widerstandsgesteuerte) Touchscreen-Technologie von 3M Touch Systems wird derzeit am häufigsten eingesetzt; vor allem findet sie ihren Einsatz bei Applikationen für den Handel.
Die Konstruktion eines resistiven Micro-Touch-Touchscreens basiert auf einer flexiblen, mit einer Schicht transparenten Metalloxids bedampften Membrane sowie gitterförmig angeordneten Abstandshaltern, mit deren Hilfe die Lokalisierung des Berührpunktes vorgenommen wird.
Dem Hersteller gelang es sicherzustellen, dass weder Metalloxidschicht noch Abstandshalter die Qualität und Helligkeit des Bildes beeinträchtigen. Der Hauptvorteil der resistiven Touch-Technologie besteht darin, dass die Berührung des Bildschirms völlig unterschiedlich erfolgen kann, sei es mit einem behandschuhten Finger, einem Fingernagel oder einem Kugelschreiber beziehungsweise anderen Gegenständen.
In der einfachsten Variante funktioniert die resistive Technologie so, dass vier Leitungen (eine von jeder Ecke) mit dem Mausport eines PCs verbunden sind. Hinter der flexiblen Touchscreen-Frontfläche befindet sich eine starre, durch Abstandshalter getrennte Lage. Die Oberflächen beider Lagen sind auf der Innenseite mit einer transparenten leitfähigen Schicht überzogen. Wird durch den Druck der Berührung eine Verbindung zwischen den beiden leitenden Schichten hergestellt, so gibt der Controller des Touchscreens die Position der Berührung aus und kommuniziert die Koordinaten an den Host-Computer.
Zu den Nachteilen, die das Konzept eines solchen Vierdraht-Touchscreens manchmal mit sich bringt, zählt zum Beispiel, dass eine Koordinate (üblicherweise die Y-Achse) über das äußere Substrat als gleichmäßiger Spannungsgradient assoziiert wird, während das innere Substrat als Spannungsabgriff dient.
Während des Gebrauchs führt die Durchbiegung der äußeren Touchscreen-Lage zu einer Änderung der elektrischen Eigenschaften, wodurch langfristig die Linearität und die Genauigkeit leiden. Solche Effekte lassen sich durch den Wechsel zu einem Acht-Draht-Touchscreen ausgleichen: Die Stabilität verbessert beziehungsweise der Drift reduziert sich.
Ein Höchstmaß an Genauigkeit, Haltbarkeit und Zuverlässigkeit bei der resistiven Technologie bieten die Micro-Touch-Modelle, die mit Fünf-Draht-Technologie arbeiten. Das Gerät muss bei geänderten Betriebsbedingungen nicht neu kalibriert werden. Durch die Ausfallsicherheit der Fünf-Draht-Technologie ist diese ideal für den Einsatz in stark beanspruchten Applikationen.
Der bevorzugte Aufbau für Anwendungen in Fünf-Draht-Technologie ist die Film-auf-GlasKonstruktion. Diese Konstruktion vereint Flexibilität, kurze Reaktionszeiten und Genauigkeit mit langer Haltbarkeit und ist zudem preisgünstig. Die alternativen Vier- beziehungsweise Acht-Draht-Lösungen werden mit einem Polyesterlaminat aufgebaut. Eine Schicht bleibt flexibel, während die andere mit einer nicht leitenden, durch chemische Verfahren verstärkten Glasplatte verklebt wird. Die höhere Stabilität gegenüber Umwelteinflüssen geht jedoch zu Lasten einer geringeren Genauigkeit und einer Tendenz zur Parameterdrift.
Kapazitiv - für den Einsatz in rauen Umgebungen
Anspruchsvolle Industrieanwendungen, die rauen Umwelteinflüssen ausgesetzt sind, profitieren vom Einsatz kapazitiver Touchscreens wie Micro-Touch Cleartek. Diese arbeiten mit elektrischen Signalen, um das Vorhandensein und die Position des Fingers zu erfassen, sobald dieser die Oberfläche des Touchscreens berührt. Im Gegensatz zu resistiven Sensoren sind diese Touchscreens unempfindlich gegenüber Oberflächenbeschädigungen wie etwa Kratzern, die durch Abrieb, chemische Substanzen oder Vandalismus entstehen können.
Weitere Vorteile liegen in der kürzeren Reaktionszeit, der längeren Lebensdauer und einer garantiert einwandfreien Funktionstüchtigkeit auch bei verschmutzter Oberfläche durch Fett, Wasser und Schmutz. Diese Verschmutzungen stören weder die Reaktionszeit noch die Präzision oder die Auflösung des Touchscreens, anders als bei Sensoren mit akustischen Oberflächenwellen oder mit Infrarot-Technologie.
Üblicherweise können kapazitive Systeme nicht mit Handschuhen bedient werden, da sie den Kontakt mit einem leitfähigen, mit Masse verbundenen Betätigungselement wie zum Beispiel einem Finger benötigen. Modernere Varianten der kapazitiven Technologie wie "Near Field Imaging" (NFI) können diesen Nachteil jedoch beheben.
NFI - hohe Präzision für Industriesteuerungen
Bei Micro-Touch Near Field Imaging (NFI) handelt es sich um eine Variante der kapazitiven Technologie von 3M Touch Systems, die mithilfe ausgeklügelter Sensorschaltungen einen leitfähigen Gegenstand durch Glasschichten, Handschuhe, Feuchtigkeit, Gel oder andere Barrieren erkennen kann. Das Datenerfassungs- und Signalauswertungsverfahren dieser Technologie sorgt für eine hohe Präzision. Die ganz aus Glas bestehende Konstruktion bietet erstklassige optische Eigenschaften.
Die Bildschirmfront besteht aus zwei miteinander verklebten Glaslagen, zwischen denen eine Schicht transparenten Metalloxids nach einem vorgegebenen Muster aufgebracht ist. Die leitende Schicht wird mit einer niedrigen Wechselspannung beaufschlagt. Dadurch entsteht auf der Touchscreen-Oberfläche ein elektrostatisches Feld. Das Vorhandensein und die Position eines leitenden Gegenstandes werden über die Störung dieses Feldes (Berührung) festgestellt.
DST - innovativer Lösungsansatz
Auf einem völlig neuen Ansatz basiert die von 3M Touch Systems erst kürzlich angekündigte Touch-Technologie "Dispersive Signal Technology" (DST). Diese neue Technologie, die zum ersten Mal auf der Electronica 2004 gezeigt werden soll, wird die Welt der Touchscreens revolutionieren. Im Gegensatz zu anderen Lösungen, die Berührungen durch die Unterbrechung von elektrischen Feldern, Schallwellen oder Infrarotlicht erfassen, wird die Dispersive Signal Technology Berührungen über Vibrationen, die auf das Trägermaterial übertragen werden, erkennen.
Sensoren, die in jeder Ecke des Touchscreens angebracht sind, messen die Vibrationsenergie. Anschließend werden diese Signale mittels einer hochentwickelten digitalen Signalverarbeitungstechnologie, bei der Algorithmen zur Dispersionsanalyse eingesetzt werden, ausgewertet, und der Berührungspunkt wird genau bestimmt.
Dieser innovative Ansatz ermöglicht nicht nur die völlige Eliminierung von Störungen und Problemen, die bisher durch Verschmutzungen oder Kratzer auf der Bildschirmoberfläche hervorgerufen wurden. Im Unterschied zu herkömmlichen Touchscreens ist eine DST-Ausführung überdies in der Lage, die Erkennung von auf der Bildschirmfläche abgelegten Gegenständen intelligent zu unterdrücken, damit diese die Eingabe nicht stören. Ein Finger, eine Handschuhspitze oder ein Stift können die Eingabe mittels Berührung also selbst dann auslösen, wenn sich eine Person mit der Handfläche auf der Oberfläche abstützt oder ein Glas darauf steht. Denn die Berührung erzeugt Vibrationen, die Biegewellen durch das Trägermaterial auslösen, und zwar vom Berührungspunkt hin zu den Ecken. Die im Ruhezustand befindlichen Gegenstände werden dabei einfach ignoriert.
Die Dispersive Signal Technology wird erstmals die Schlüsselfunktionen mehrerer heute verfügbarer Touch-Technologien in Kombination bieten. Dazu gehören unter anderem hervorragende Lichtdurchlässigkeit, Stiftunterstützung, Genauigkeit, Unterschriftenerfassung und ausgezeichnete Haltbarkeit durch eine Oberfläche ganz aus Glas.
Zusätzlich offeriert die Technologie neue Funktionen wie die intelligente Handflächenunterdrückung, eine automatische Konfiguration sowie die Möglichkeit, Kundenwünsche nach verschiedenen Displaygrößen wie 30 Zoll und 40 Zoll zu realisieren. Die DST-Technologie ist für alle Kunden interessant, die sich in vertikalen Märkten bewegen, die auf hohe Produktivität ausgerichtet sind und in denen die Applikationen höchster Beanspruchung ausgesetzt sind. Dazu gehören der Handel, Kassensysteme, Finanzdienstleister, Touristikunternehmen oder die Spieleindustrie.
Ultimatives Leistungsverhalten
Ganz gleich, ob die Kaufentscheidung zu Gunsten resistiver, kapazitiver oder DST-Touchscreens fällt: Die Gerätehersteller verlangen mehr als lediglich Leistungsdaten, die industriellen Ansprüchen genügen.
Weitere wichtige Gesichtspunkte sind eine einfache Integration sowie die Möglichkeit, den Bildschirm der eigenen Markenidentität anzupassen (Branding) und mit speziellen Eingabefunktionen zu versehen. Viele Monitore können mit einem Touchscreen nachgerüstet werden. Die zuverlässigste Lösung erhält man jedoch, wenn man auf einen Hersteller wie 3M Touch Systems zurückgreift, der integrierte LCD-Touchmonitore an einem Standort unter konstanten Reinraumbedingungen herstellt. OEM-spezifische Touch-Monitore werden ebenso angeboten wie Standardlösungen für Desktop-Anwendungen.
Touchscreens lassen sich an kundenspezifische Bedürfnisse anpassen, indem man beispielsweise vordefinierte Grafiken auf den resistiven Touchscreen aufbringt. Gerätehersteller, Systemintegratoren und OEMs können den Bildschirm mit ihrem eigenen Logo versehen. Darüber hinaus lassen sich spezielle Buttons hinzufügen, die den optischen Eindruck eines Schalters vermitteln und ebenfalls per Touch bedient werden können.
Zu den weiteren verfügbaren Optionen gehören zusätzliche Schalter, die den Funktionsumfang und die Berührfläche erweitern. Eine zusätzliche Abschirmung schafft Abhilfe bei Problemen, die durch elektrische Störstrahlung oder elektrostatische Entladungen verursacht werden.
Dichtungen bieten einen Extra-schutz gegen Feuchtigkeit, Erschütterungen oder auch Vibrationen. Schließlich können spezielle Oberflächenbeschichtungen auf dem Bildschirm dafür sorgen, dass Reflexionen reduziert werden und der optische Eindruck verbessert wird.
Steckbrief
Nick Hughes
Nick Hughes ist European Marketing Executive bei 3M Touch Systems.