Écran tactile

Un écran tactile est un périphérique informatique qui combine les fonctionnalités d'affichage d'un écran (moniteur) et celles d'un dispositif de pointage, comme la souris ou une boule de commande (trackball).

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, les lecteurs MP3, les smartphones, les Nintendo DS et les guichets de billetterie automatique.

Il existe sept types de mise en œuvre pour les écrans tactiles : la technique résistive analogique, la technique capacitive, la technique à jauges de contrainte, la technique résistive analogique-numérique, la technique à infrarouge, la technique à ondes de surface et la technique NFI (Near Field Imaging).

La technique 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 (x,y).

L'inconvénient majeur de cette technique 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.

Les systèmes résistifs 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 2 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 2 faces conductrices pendant l’opération. Lorsque l’usager touche avec la pointe d'un stylet (ou d'un doigt), la pression exercée amorce un contact entre les 2 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 technique 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.

Dans les systèmes capacitifs, une couche qui accumule les charges est placée sur la plaque de verre du moniteur. Lorsque l’usager 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 la capacité de transmettre la lumière au travers de sa surface 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.

Un écran tactile à technique infrarouge se présente sous deux formes très différentes. Une première méthode 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).

Une deuxième méthode prend la forme d'un réseau de senseurs de rayonnement infrarouge, horizontal et vertical. La détection de contact se fait lors de l'interruption d'un de ces faisceaux de lumière infrarouge 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.

C'est la réflexion totale qui est la base des écrans tactiles 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 LEDs infra-rouge, qui sont chargées d'émettre le rayonnement ;
• Des résistances pour alimenter les LEDs ;
• 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 envoyé par la caméra.

La technique capacitive NFI est résistante, adaptée à des spécifications techniques 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 technique 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.

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 technique 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.