Infrarot-Touchscreen neu entdeckt / Technik + Einkauf

Fachbeitrag Technik + Einkauf 01/2020

Infrarot-Touchscreens? Das sind doch die hässlichen, im Sonnenlicht unbedienbaren Touchscreens mit den dicken Rahmen, die man von Fahrkartenautomaten kennt. Multitouch, Gesten? Gibt es nicht. Doch eine neue Technologie greift das altbekannte Prinzip der Lichtschranke auf und transferiert es in die aktuelle HMI-Technik.

© Neonode
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Die Infrarot-Technik für Touchscreens blickt auf eine lange Geschichte zurück. Das Prinzip ist simpel: In x- und y-Richtung des Bildschirms wird ein Lichtgitter aufgespannt, bei dessen Unterbrechung jeder eindringende Gegenstand detektiert und dessen Position ausgewertet werden kann.

Sie weist jedoch Nachteile auf. Helles Umgebungslicht wie das zu manchen Tageszeiten direkt einfallende Sonnenlicht überlagert sich mit dem Nutzsignal und blendet die Fotodioden, die das Signal empfangen sollen. Da der Touchscreen hinter der Frontplatte montiert wird, liegt das Display relativ tief im Gehäuse, wodurch die Randbereiche bei schrägem Blickwinkel schlecht ablesbar werden. Ein neuer Ansatz der bekannten Technologie vermeidet diese Nachteile und bietet gleichzeitig ein modernes Bedienkonzept.

Infrarot-Laser mit Reflexion

© Neonode
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Die Technologie, die unter dem Namen zForce bekannt ist, bringt Sender und Empfänger nebeneinander in einem streifenförmigen Gehäuse unter, das nur auf einer Längsseite des Displays montiert werden muss. Sie wertet nicht die Unterbrechung eines Lichtvorhangs, sondern die Reflexion des emittierten Lichts durch einen Gegenstand in Sichtweite aus. zForce bietet gegenüber PCAP-Touchscreens Vorteile: Die Bedienung muss nicht mit einem leitfähigen Gegenstand erfolgen, und gegenüber elektromagnetischen Feldern und hellem Umgebungslicht ist es unempfindlich.

 

Die Bilder zeigen symbolhaft die Funktionsweise des neuartigen Touchscreens. Die Zeile strahlt Licht (hier: infrarot) aus. Wenn es auf ein Hindernis trifft, kann es nicht weiter leuchten. Der unterbrechende Gegenstand reflektiert das Licht zurück zur Zeile, in der Fotodioden das eintreffende Licht detektieren.

Bei Infrarot-Touchscreens ist der Sensor mit dem Gehäuse verbunden, aber nicht zwangsläufig mit dem Display verklebt. Die Displayoberfläche liegt hinter Frontplatte, Touchsensor und Schutzglas weit innen im Gerät. Um den gesamten Displayinhalt einzusehen, müssen Benutzer geradlinig vor dem Gerät stehen. Für die Integration des zForce-Sensors gibt es mehrere Möglichkeiten. Er kann entweder bündig mit dem Gehäuse oder außen auf dem Gehäuse montiert werden. Das Display rückt näher nach vorne im Gerät.

Die zForce-Technologie eignet sich hervorragend für den Einsatz in rauen Umgebungen im Innen- und Außenbereich. Sie kann auch zur Nachrüstung existierender Systeme verwendet werden. Durch den weiten Temperaturbereich ist der Einsatz in industrieller Umgebung problemlos möglich. Die Bedienung kann mit jedem Gegenstand erfolgen, der Licht reflektiert, also auch mit Schutzhandschuhen, Kreditkarten und Stiften. Selbst mit nassen oder schmutzigen Händen oder langen Fingernägeln ist eine Bedienung einfach. Da der Touchsensor außerhalb des Displays montiert wird, kann das Display vor den Umgebungsbedingungen geschützt werden. Gegenüber eingestrahlten elektromagnetischen Störungen ist der Touchsensor unempfindlich. Daher kann er in Nutzfahrzeugen, landwirtschaftlichen Geräten und Maschinen mit großen elektrischen Antrieben eingesetzt werden. Das Funktionsprinzip erlaubt auch, die Displayoberfläche mit einer Abschirmung gegen Ein- und Abstrahlung zu versehen. Als "Smart Sensor", z. B. an einer Arbeitsplatte aus Holz oder Stein, kommt der Sensor auch ohne Display aus.

Funktionsprinzip des zForce-Touchscreens.
Funktionsprinzip des zForce-Touchscreens.

Der eingebaute Controller erkennt Mehrfinger-Funktionen und Gesten. Er präsentiert sich als USB-HID (Human Interface Device) und arbeitet deshalb sofort mit dem Betriebssystem eines entsprechenden Hosts zusammen und ersetzt oder ergänzt die Maus-Funktionen als Single- oder Multitouch. Alternativ stellt er die Informationen über I2C zur Verfügung.

Im Vergleich mit anderen Technologien schneidet zForce gut ab. Insbesondere die fehlende Kopplung zum darunter liegenden Display ermöglicht Applikationen, die so mit anderen Touchscreens nicht realisierbar sind.

Fazit

Auch wenn heute die Mehrzahl aller Touchscreens auf dem PCAP-Prinzip basiert, gibt es doch Anwendungen, für das es sich weniger gut eignet. Die zForce-Technologie bietet den Vorteil der separaten Montage; die Displayoberfläche wird durch den Touchscreen nicht beeinflusst. Dadurch kann sie nach anderen Kriterien ausgelegt werden: für den rauen Einsatz, für die Bedienung mit jedem Gegenstand, dort, wo eine tatsächliche Berührung des Touchscreens nicht erwünscht ist, oder wo die Bildqualität nicht durch eine auf dem Display angebrachte zusätzliche Schicht beeinflusst werden darf. Ja, es muss nicht einmal ein Display hinterlegt sein! Es darf auch die Arbeitsplatte in der Küche sein.

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