Toucheingabe Der kapazitive Touch in der Industrie

Sie sind robust und langlebig: Displays mit kapazitivem Touch werden zunehmend für die Industrie interessanter. Wir stellen Ihnen das Prinzip kapazitiver Touch vor und die damit verbundenen Stärken.

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Der überwältigende Erfolg der Smartphones und Tablet PCs geht einher mit dem neuartigen Benutzer-Interface. Darin enthalten ist der Ansatz der Software, mit Gesten zu Bedienen. Das kann beispielsweise ein Fingertippen oder Wischen sein. Ein Vorteil sind die Freiheiten, die die Technik der projizierten kapazitiven Touchscreens, oder kurz PCAP, erst ermöglicht.

Das Zusammenspiel der Eigenschaften von Hardware und Software gibt erst die Flexibilität, die diese Geräte auszeichnet. Das Herz eines kapazitiven Touchscreens ist der Sensor, der aus Elektrodenpaaren besteht, die nicht direkt berührt werden, sondern ein nach außen wirkendes Feld erzeugen. Elektrisch gesehen wirken sie wie die Elektroden eines Kondensators mit dem Dielektrikum Luft.

Nähert sich ein Finger, ändert sich das Dielektrikum und damit die Kapazität. Änderungen sind messbar. In diesem Fall wertet eine nachgeschaltete Controller-Elektronik diese aus und rechnet sie zum Touch-Ereignis um. In x- und y-Richtung sind mehrere Elektrodenpaare angeordnet, um die räumliche Auflösung zu gewährleisten.

Wie sich die kapazitive Änderung messen lässt

Deren Abstand gibt die kleinste voneinander unterscheidbare Mehrfinger-Geste vor. Für die Bedienung werden die Elektroden analog ausgewertet, die hoch aufgelösten Koordinaten ergeben sich aus der Interpolation der Kapazitätsmessung benachbarter Sensorpunkte. Bei der industriellen Anwendung haben sich Sensoren durchgesetzt, bei denen sich zwei Elektroden-Matrizen gegenüber stehen. Die Ausführung hängt von den Vorgaben des Controller-Herstellers ab.

Das Touch-Ereignis wird durch die kapazititve Änderung ausgelöst

Am effektivsten ist zur Zeit die Ausführung mit zwei einseitig beschichteten Gläsern oder Folien, deren strukturierte Flächen einander gegenüberliegend mit einem speziellen hochtransparenten Klebstoff verklebt werden. Da die x- und y-Elektroden immer durch die Dicke des Klebstoffs voneinander getrennt sind, spielt das Material – Glas oder Folie – für die Funktion keine Rolle. Als Messgrundlage dient die kapazitive Änderung, um ein Touch-Ereignis auszulösen.

Da Kapazitäten direkt nur aufwändig zu messen sind, verwendet der Controller eine Zeitkonstante τ, die sich im Wesentlichen aus der Kapazität einer Touchelektrode und einem Längswiderstand bestimmt. Der Touch-Controller aktiviert Zeile für Zeile und detektiert mit dem beschriebenen Verfahren an den Spaltenelektroden Touch-Ereignisse. Der Rechenkern bestimmt in verschiedenen Rechenschritten die Position der Ereignisse und berichtet sie an das Betriebssystem. Gleichzeitig unterdrückt er auch Störsignale. Das Verfahren erkennt grundsätzlich nicht die auf den Sensor wirkende Betätigungskraft. Sie kann bei Bedarf durch Messen der Auflagefläche simuliert werden.

Mehr als ein Touch-Ereignis zur selben Zeit

Da der Sensor im Multiplex abgetastet wird, und der Zeitpunkt der Betätigung ausgewertet werden kann, können mehr als ein Touch-Ereignis zur quasi selben Zeit erfasst werden. Die Zahl ist nur durch die Auswerte-Elektronik des Touch-Controllers beschränkt. Da der Sensor mit einer hohen Frequenz abgetastet wird, ist ein Ziehen ohne Loslassen erkennbar. Controller oder Betriebssystem können daraus eindimensionale Gesten wie Wischen oder bei mehreren Fingern Steuerungs-Gesten wie Zoom oder Drehen an die Anwendung weiter geben.

Die fertige Einheit aus Display, Sensor, Frontglas und Vorderteil des Gehäuses muss kalibriert werden. Der Grund: Der Einfluss von störenden Kapazitäten muss berücksichtigt werden. Außerdem werden elektrische Störeinflüsse durch die Einbausituation, die von der Ansteuerung des Display-Backlights verursacht werden, berücksichtigt. Die Sensitivität des gesamten Bildschirms wird gleichmäßig und optimal auf die Applikation, aber unempfindlich für Störeinflüsse eingestellt. Der dazu erforderliche Abgleich wird einmalig im Labor von HY-LINE durchgeführt und in den Firmware-Parametern des Controllers festgehalten. In der Serienfertigung ist kein weiterer Abgleich notwendig, solange der gleiche Aufbau verwendet wird.

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