Écran tactile
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Un écran tactile est un périphérique informatique qui combine les fonctionnalités d'affichage d'un écran (moniteur) et celles d'un dispositif de pointage, ou comme la souris ou le pavé tactile mais aussi avec un stylet optique.
Cela permet de réduire le nombre de périphériques sur certains systèmes et de réaliser des logiciels ergonomiques très bien adaptés à certaines fonctions. Les écrans tactiles sont utilisés, par exemple, pour les PDA, les GPS, des lecteurs MP3, les smartphones, les tablettes, des consoles de jeux portables, les billeteries automatiques, les DAB, toutes les caisses sans caissier et les ordinateurs.
Un écran tactile peut être sensible à plus de deux niveaux de pression avec une résolution meilleure (tablette graphique/stylet) et à plus de un endroit à la fois (multi-touch/ doigts de la main)
Histoire
En 1953, un musicien français invente le premier synthétiseur électronique équipé de petits capteurs tactiles capacitifs, pour contrôler le timbre et le volume de son instrument. Ce contrôle s’effectue avec la main gauche, chaque doigt actionnant une commande distincte, sensible à la pression[1].
En 1972, IBM lance le PLATO IV (en), un ordinateur équipé d'un dispositif optique de reconnaissance du toucher de l'écran en intégrant, autour d'un écran classique, un système de détection de présence d'un objet (un doigt plutôt qu'un stylet) grâce à des LEDs infrarouges situées tout autour de l’écran. Ce système permet de séparer assez facilement jusqu’à douze zones sur un écran de 15 cm x 20 cm.
En 1983, Hewlett-Packard lance un ordinateur personnel à écran tactile, le HP-150, c'est le premier écran tactile à être commercialisé dans le grand public. La fonction d'écran tactile consistait en une série de faisceaux de lumière infrarouge (verticale et horizontale) qui quadrillaient l'écran pour détecter la position d'un doigt[2].
En 1986, Casio lance le premier PDA a écran tactile, avec un stylet le IF-8000. Ainsi que de nombreux autres, encore aujourd'hui, fonctionnent avec des écrans tactiles résistifs et s'utilisent avec, ou sans, stylets en plastique.
En 1987, le Linus Write Top est un premier ordinateur portable à écran tactile sans clavier, avec un stylet.
À partir de 1989, Samsung lance GRIDPad la première tablette tactile, arborait le stylet qui marquera les appareils de productivité mobiles des années 1990.
En mars 1993, le fabricant d'électronique anglais Amstrad lance un bloc-note numérique équipé d'un écran tactile. En août 1993 la firme américaine Apple sort l'Apple Newton, assistant personnel à écran tactile sans clavier et équipé d'un logiciel de reconnaissance de l'écriture manuscrite. Muni d'un écran monochrome piloté avec un stylet, il fonctionne avec un système d'exploitation dédié (NewtonOS).
En 1994, IBM lance la commercialisation IBM Simon le premier smartphone et téléphone portable tactile. Il dispose d'un service de messagerie, des fax, PDA, le traitement de texte, mail et jeux..
En fin 2004, Nintendo commercialise sa console portable, la Nintendo DS, disposant de deux écrans dont un tactile (résistif).
En 2007, Apple remet l'écran tactile au goût du jour avec l'arrivée de l'iPhone équipé d'un écran tactile multi-touch (capacitif).
Technologies
Il existe plusieurs types de mise en œuvre pour les écrans tactiles, chacune ayant ses avantages et inconvénients. Le choix de l'une ou l'autre de ces technologies se fera en fonction des critères de prix, de résistance aux chocs, de précision ou de taille (certaines étant difficilement extensibles aux grandes ou petites tailles d'écran)[3].
Technologie à ondes de surface
La technologie des ondes de surface utilise des ondes ultrasoniques circulant à la surface de l'écran. Ces ondes créent une figure d'interférence qui est modifiée lorsqu'on touche l'écran. Ce changement dans la figure d'interférence, une fois détecté, est traité par un contrôleur afin de définir une coordonnée (a,b).
L'inconvénient majeur de cette technologie résulte du fait que la moindre rayure (ou même une poussière ou une tache) sur la surface modifie la figure d'interférence de base et donc affecte la justesse de la détection à l'écran.
Technologie résistive analogique
Les systèmes résistifs[3] sont constitués d’une plaque de verre dont la surface est conductrice (résistive : ITO). Celle-ci est recouverte par un film plastique dont la sous face est conductrice (résistive : ITO). Ces deux couches sont tenues distantes par de microscopiques cales d’espacement ; de plus, une couche additionnelle est ajoutée en surface pour éviter les égratignures (par exemple, par les pointes de stylets).
Un courant électrique est induit dans les deux faces conductrices pendant l’opération. Lorsque l’utilisateur touche avec la pointe d'un stylet (ou d'un doigt), la pression exercée amorce un contact entre les deux faces électrifiées. La variation dans les champs électriques de ces deux faces conductrices permet de déterminer les coordonnées du point de contact. Une fois les coordonnées déterminées, le traitement logiciel par le système s'établit.
La conductivité électrique de ces deux faces s'use un peu lors de chaque contact entre elles (à cause des décharges électriques : micro étincelles). C'est pourquoi la précision de la détection des coordonnées du point touché se réduit avec l'usage. Cette technologie oblige l'utilisateur à recalibrer le pavé tactile. Ce recalibrage consiste à masquer l'usure du tactile en répartissant, sur toute sa surface, les erreurs des régions tactiles les plus usagées. Types de périphériques utilisant ce système : ordinateur portable à dalle tactile sous Windows 7, les anciens PDA de l'entreprise PALM, certains smartphones (HTC Tattoo, HTC Tytn II, LG Viewty…)
Technologie capacitive
Dans les systèmes capacitifs[3], une couche qui accumule les charges, à base d'indium, métal de plus en plus rare, est placée sur la plaque de verre du moniteur. Lorsque l’utilisateur touche la plaque avec son doigt, certaines de ces charges lui sont transférées. Les charges qui quittent la plaque capacitive créent un déficit quantifiable. Avec un capteur dans chacun des coins de la plaque, il est possible en tout temps de mesurer et de déterminer les coordonnées du point de contact. Le traitement de cette information demeure le même que pour les circuits résistifs.
Un avantage majeur des systèmes capacitifs, par rapport aux résistifs, est leur capacité à laisser passer la lumière avec un meilleur rendement. En effet, jusqu’à 90 % de la lumière traversera une surface capacitive par rapport à un maximum de 75 % pour les systèmes résistifs, ce qui donne une clarté d’image supérieure pour les systèmes capacitifs.
Malheureusement ces systèmes ne sont pas facilement extensibles aux écrans plus grands qu'une vingtaine de pouces. Ils sont par contre très compétitifs aux petites tailles et on les retrouve ainsi dans de nombreux smartphones et tablettes de bas (rare), milieu et haut de gamme.
Technologie à induction
Un écran à technologie à induction n'est sensible qu'à l'action d'un stylet spécial.
Assez proche de la technologie capacitive, cette technologie développée originellement par Wacom pour les tablettes graphiques, est maintenant présente sur des tablettes tactiles et tablet PC haut de gamme, parfois en complément de la technologie capacitive, elle utilise des bobinages présents dans la tablette et dans le stylet. Un courant alternatif circulant dans les bobines de la tablette génère un champ magnétique. A l'approche du stylet ce champ excite par induction la bobine présente dans le stylet, et y créé un courant, qui perturbe le champ magnétique de l'écran.
Technologie à infrarouge
Un écran tactile à technologie infrarouge se présente sous deux formes très différentes :
- la première utilise une surface thermorésistive. On reproche souvent à cette méthode d'être lente et qu'elle requiert des mains chaudes (la réponse au stylet est donc inefficace).
- la deuxième prend la forme d'un réseau de capteurs de rayonnement infrarouge, horizontal et vertical. La détection de contact se fait lors de l'interruption d'un de ces faisceaux de lumière infrarouge[3] modulée (de façon à éviter les interférences entre détecteurs).
Les écrans tactiles à infrarouge sont les plus résistants et de ce fait sont souvent utilisés pour les applications militaires.
Technologie optique des écrans interactifs
Il s'agit d'une technologie relativement récente dans laquelle deux caméras (ou plus) sont placées autour des bords de l'écran (principalement les coins). Chaque caméra est surmontée d'une diode infrarouge et l'écran est en outre entouré d'un léger rebord (quelques millimètres) recouvert de rétro-réflecteurs. La lumière émise par les diodes est réfléchie par les réflecteurs et un doigt (ou un pointeur) apparaît comme une ombre sur chacune des caméras. Une simple triangulation permet de retrouver la position et la taille du pointeur. Cette technologie croît en popularité car elle est assez bon marché et s'adapte très bien aux écrans grands format (jusqu'à 120 " - 3 m).[réf. nécessaire]
Technologie FTIR
La réflexion totale est à la base de la technologie FTIR (frustrated total internal reflection). L'angle d'incidence des rayons infrarouges doit être plus petit que l'angle critique pour qu'il y ait réfraction. S'il est supérieur à l'angle critique on n'observe plus de rayons réfractés et toute la lumière est réfléchie. C'est le phénomène de réflexion totale.
Cette réflexion totale a lieu dans toute la surface tactile. Des diodes placées sur le bord d'une plaque de plexiglas émettent de manière continue un rayonnement dans l'infrarouge. La plaque de plexiglas joue alors le rôle de guide d'onde, et les rayons infrarouges sont émis avec un angle légèrement supérieur à l'angle critique. Cet angle amène les rayons à se réfléchir totalement tout le long de la plaque.
Quand le doigt vient se poser sur la plaque, il va diffuser le rayonnement dans toutes les directions. Certains des rayons déviés par le doigt vont donc arriver sur la surface inférieure de la plaque avec un angle inférieur à l'angle critique, et vont donc pouvoir en sortir. Ces rayons forment un point lumineux infrarouge sur la surface inférieure de la plaque. Ceux-ci sont vus par une caméra spéciale située en dessous du dispositif.
Un écran tactile FTIR est composé des éléments suivants :
- Une plaque de plexiglas ;
- Des DEL infra-rouge, qui sont chargées d'émettre le rayonnement ;
- Des résistances pour alimenter les DEL ;
- Un écran de projection, qui va recueillir l'image du projecteur ;
- Un projecteur ;
- Du silicone, qui sert de pont entre la plaque et le doigt ;
- Une caméra infrarouge, spécifiquement conçue pour capter les rayons ;
- Un filtre lumière visible, spécifiquement conçu pour ne laisser passer qu'une certaine longueur d'onde ;
- Un ordinateur, qui traitera l'image envoyée par la caméra.
Technologie NFI (Near Field Imaging)
La technologie capacitive NFI est résistante, adaptée à des spécifications technologies sévères : détecte le contact au travers de gants, ou de surfaces sales, graisse, peintures, etc.
Le principe consiste à intercaler une couche conductrice entre 2 plaques de verre (principe identique aux principes capacitif et résistif). Un champ électrostatique de faible intensité est alors créé en permanence sur la face externe de la plaque de verre qui va être en contact avec l'utilisateur.
Une originalité de cette technologie réside au fait que la coordonnée Z peut aussi être calculée. Ce type de mise en œuvre permet d'obtenir des écrans de luminosité élevée. Il résiste très bien dans un environnement hostile (vandalisme, milieu industriel).
L'application iTouch d'Electrotouch System permet d'utiliser ce principe (sans ajout de plaque de verre) sur un écran classique.
Technologie à jauges de contrainte
Quatre jauges de contraintes sont installées dans les quatre coins de l'écran et sont utilisées pour déterminer la déflexion qu'induit la pression d'un doigt ou d'un stylet sur l'écran. Cette technologie peut également déterminer le déplacement (généralement assez faible) qu'induit la pression sur l'écran. L'utilisation des jauges de contrainte permet entre autres des applications tactiles sur des bornes de réservation de billets, celles-ci étant fortement exposées au vandalisme.
Notes et références
- Les technologies tactiles : Historique - L'origine des temps - Institut d'électronique et d'informatique Gaspard-Monge (IGM)
- (en) HP-150 Touchscreen - HP Computer Museum
- description des technologies, sur le site linternaute consulté le 25 novembre 2013
Bibliographie
- Joseph Kane et Morton Sternheim, Physique : Cours, QCM, exemples et exercices corrigés, Paris, Dunod, , 3e éd., 875 p. (ISBN 2-10-007169-6), p. 596
- Yvonne Verbist-Scieur, Alain Bribosia, Luc Nachtergaele, Michel Vanderperren et Emmanuel Walckers, Physique 6e : Sciences générales, Bruxelles, de Boeck, , 2e éd., 320 p. (ISBN 2-8041-4832-7), p. 115
