Touchscreens Multitouch Displays mit Infrarot

Wie und mit welchen Hardware-Komponenten lässt sich eine zuverlässige Display-Touch-Lösung bauen? Wir zeigen Ihnen, wie Sie Multitouch Displays auf Basis von Infrarot und mit einem Nano-FPGA bauen können.

Anbieter zum Thema

ACTRON AG

Heitec AG

DMB Technics AG

Citron GmbH

MSC Technologies GmbH

Im Gegensatz zu den Systemen, die nur einen Bildpunkt erfassen können, werden als Multitouch generell alle Eingabegeräte bezeichnet, bei denen mindestens zwei Berührungspunkte auf einem Bildschirm erkannt und verfolgt werden können. In der akkuraten Auslegung des Begriffs sind deutlich mehr als zwei Punkte, die noch dazu von mehreren Personen gleichzeitig, also völlig unabhängig voneinander erzeugt werden, definiert.

Unterschiedliche Varianten an implementierten Multitouch Toucscreens gibt es viele. Bei kleinen Geräten wie PDAs, Mobiltelefonen oder Tablet PCs hat sich inzwischen die kapazitive Technik durchgesetzt. Sobald aber in Applikationen Diagonalen von mehr als 24'' gefordert werden, scheint es für jeden Einsatzzweck ein eigenes Modell zu geben. Und die variierenden Lösungen sehen manchmal eher nach Bastelstunde als nach Industriequalität aus.

Die schon beinahe klassische Tisch-Applikation beruht auf einer Vielfalt von Projektor-/Kamera-Lösungen unterschiedlicher Fabrikate. Alle diese Displays, die Mehrfachberührung bieten, weisen aber signifikante Nachteile auf. Zum einen brauchen sie eine aufwändige Kalibrierung und zum anderen zeigen sie sich gegenüber Veränderungen der Lichteinstrahlung sehr empfindlich.

Klassisches Infrarot bietet viele Vorteile für Touchscreen- bzw. Multitouch-Lösungen

Geht es von Tisch- hin zur Wand- oder gar zur freistehenden Applikation, so wird das Suchen und Finden des zuverlässigen Multitouch-Systems problematisch. Viele Hersteller versprechen zwar Multitouch-Funktionalität, deren Touchscreens erkennen aber meist nicht mehr als zwei Berührungspunkte. Da die Nachfrage stetig steigt, entwickelte Citron aus Augsburg eine Lösung für Multitouch. Mit über 15 Jahren Erfahrung bei der Entwicklung und Fertigung von Infrarot-Touchen war den Entwicklern bewusst, dass die klassische Infrarot-Technik alle Anforderungen an eine zuverlässige und einfach zu benutzende Bedienschnittstelle erfüllt.

Der einzige bis dahin bekannte aber dafür bedeutende Nachteil war: "Multi-Touchen" geht nicht. Citrons Touche konnten zwar schon seit 1995 zwei Berührungspunkte erkennen und verfolgen, aber als "Multitouch" wollte das nicht gekennzeichnet werden. Wird die Problematik der bisherigen Infrarot-Touche mit der Erkennung mehrerer Berührungspunkte genauer betrachtet, wird schnell erkannt, dass die Schwierigkeit in der nicht mehr eindeutigen Zuordnung von echten Berührungen und Phantompunkten besteht (Bild 1, links).

Jeder Berührungspunkt des Multitouch-Displays muss zuverlässig und eindeutig erkannt werden

Bedingt ist das durch die starre Matrix des Infrarot-Touchs. Die Lösung liegt darin, die Zweideutigkeiten zu beseitigen, indem die Matrix flexibler gestaltet wird (Bild 1, rechts). Eine Möglichkeit ist, die Matrix so lange rotieren zu lassen, bis alle Zweideutigkeiten beseitigt sind. Natürlich können sich Infrarotelemente nicht mechanisch um den Touch-Rahmen drehen lassen, aber durch eine geeignete Anordnung der IR-Elemente und eine geschickte Auswertung lässt sich der gleiche Effekt erzielen.

Um nun eine ausreichende Anzahl Berührungspunkte an beliebigen Positionen detektieren zu können, muss die Matrix bei jedem Durchlauf, dem sogenannten Scan, in alle denkbaren Positionen gedreht werden. Als Randbedingung für flüssiges Bedienen muss eine Abtastrate von mindestens 50 Hz eingehalten werden. Für die Auslegung der Hardware wurde zunächst von einem 82''- (208-cm-)Bildschirm aus. Dies ist die derzeit größte noch zu vertretbaren Preisen erhältliche Display-Diagonale. Das bedeutet, es muss auf einer Fläche von 1806 mm x 1016 mm jeder Berührungspunkt zuverlässig erkannt werden. Werden die optischen Elemente in einem Raster von 20 mm und immer im Wechsel angeordnet, so werden in diesem Fall rund 282 Sender und 282 Empfänger um den Rahmen angeordnet.

(ID:23709090)