Bildschirme
Touchscreens mit taktiler Rückmeldung
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Oberflächen-Aktuation
Oberflächen-Aktuation (Surface Actuation) ist eine neue, von der Firma Pacinian erfundene Technologie auf der Grundlage elektrostatischer Anziehung, durch die sich die Berührungsfläche direkt aktivieren lässt. Das System namens »HapticTouch« beruht auf physikalischen Grundprinzipien: Zwei Oberflächen, zwischen denen eine Ladungsdifferenz besteht, ziehen sich an. Durch die Optimierung der Oberflächenmaterialien, der Abstände und des Steuersignals lässt sich auf vielfältigen transparenten und undurchsichtigen Materialien eine hochwertige Rückmeldung erzeugen.
Wenn auch das Prinzip einfach ist, ist doch jeder Einbau einzigartig, und die Entwicklung eines optimierten Systems setzt tief greifende Kenntnisse der Systemdynamik voraus. Anders als bei der piezoelektrischen Aktuation, bei der getrennte Aktuatoren die Bewegungskräfte erzeugen, ist der Mechanismus der Oberflächen-Aktuation in den Touchscreen oder die Berührungsfläche selbst integriert. Die Topologie der Oberflächen-Aktuation bietet einige Vorteile gegenüber den anderen Techniken. Erstens lässt sich einfacher ein konsistentes Reaktionsprofil über die gesamte Berührungsoberfläche erreichen. Zweitens wird die Aktuationskraft mit der Größe der Berührungsoberfläche skaliert. Vergrößern sich die Berührungsoberflächen, macht dies HapticTouch attraktiver.
Inertiale oder piezoelektrische Techniken erfordern mit zunehmender Bildschirmgröße größere oder zusätzliche Aktuatoren, was bei der Oberflächen-Aktuation nicht der Fall ist. Wie bei piezoelektrischer Aktuation bewegt sich die Berührungsoberfläche relativ zum Gerätegehäuse, liefert daher direkt dem berührenden Finger das Feedback und lässt nicht das gesamte Gerät vibrieren.
Anders als bei der Inertial- und Piezo-Technik bewegt sich nur das Federelement, das während der Aktivierung gespannt wird und die Oberfläche wieder in die neutrale Position bringt, wenn sich der Druck auf sie verringert (Bild 3). Aufgrund der einfachen Mechanik arbeitet HapticTouch sehr zuverlässig. Die Technik wurde mit über 200 Millionen Aktuationen getestet und büßte nicht an Leistungsfähigkeit ein.
Wie bei piezoelektrischen Systemen kann die Reaktionszeit sehr schnell sein. Für kleine Oberflächen sind Reaktionsfrequenzen von 220 Hz bis 500 Hz möglich. Antriebswellenmuster können digital erzeugt werden oder direkt von standardmäßigen akustischen Signalen stammen. Durch eine Berührungsoptimierung für das Weg-, Feder- und Antriebssignal kann das System Charakteristika und Wahrnehmung von mechanischen Knöpfen und von Tastaturen nachbilden. Der zusätzlich erforderliche Platz für die aktiven Schichten ist nur wenig größer als der gewünschte Weg.
Bei einem gut integrierten System mit einer typischen Dicke der Berührungsoberfläche von 0,2 mm trägt HapticTouch gegenüber einem herkömmlichen Touchscreen um weniger als 0,5 mm auf. Abgesehen von zwei Stromzuführungen und den elektronischen Antriebsteilen, die an anderer Stelle positioniert werden können, gibt es keine Aktuatorkomponenten, die außerhalb der aktiven Oberfläche anzuordnen sind. Das vereinfacht die Systembauweise. Der Stromverbrauch der Technik der Oberflächen-Aktuation ist sehr gering und liegt bei vielen Konfigurationen unter 10 mW. Obwohl die Spannungen je nach Designauflagen variieren, sind sie doch höher als bei anderen Verfahren.
Über den Autor:
Michael Nussbaumer ist Product Manager Displays & Touchscreens bei next system
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