TECHNOLOGIES TACTILES

De nos jours, les technologies tactiles sont de plus en plus présentes au quotidien. Ce ne sont pas uniquement les services grand public qui ont recours à des écrans ou des dispositifs tactiles, mais aussi les particuliers avec les téléphones, ordinateurs, tablettes, consoles de jeu, etc… C’est un nouvel essor qui peut s’expliquer par le bon rapport qualité/prix avec des coûts abordables. Dans ce chapitre, les différentes technologies qui existent sur le marché seront exposées. Un premier objectif est visé. C’est de faire une analyse et une comparaison de tout ce qui est disponible. Pour atteindre cet objectif, une certaine démarche est suivie. Tout système tactile est formé de trois composants de base : le support, l’élément sensitif et le système d’acquisition. Il s’agit alors de partir de la présentation de la structure de chaque interface tactile : De quoi est-elle composée ? Et comment pourrait-elle assurer la détection du toucher ? Ensuite, c’est la partie acquisition qui est mise en évidence : Suite à la détection du toucher, comment serait-il localisé ? La connectique, les circuits d’acquisition et les algorithmes de localisation seront alors présentés. Et enfin, pour chaque technologie, l’ensemble de ses points forts et faibles seront mentionnés pour servir à l’établissement d’une étude comparative entre elles. Cette comparaison sera basée sur un ensemble de critères choisis. Certains concernent la surface sensitive : sa sensibilité, durabilité, luminosité, résolution et souplesse. D’autres sont liés plutôt au système d’acquisition : la facilité de son intégration, la simplicité du contrôle et sa réactivité. Le but de ce travail est de concevoir un système tactile de grande surface et conformable sur des objets 3D. L’étude comparative établie entre les technologies existantes permettra de définir la raison pour laquelle une nouvelle technologie est proposée. Des imperfections ou des insatisfactions de ce qui existe à ce qui est exigé comme critères permettront de mettre en valeur, d’une part, l’innovation et d’autre part, l’intérêt qu’apporte le système tactile proposé. Sa base technologique ainsi que son principe de fonctionnement seront présentés brièvement dans une dernière partie de ce chapitre.

Technologie résistive

Surface tactile 

Un écran tactile résistif   est composé de deux surfaces conductrices parallèles. Ce sont deux films plastiques dont chacun est revêtu d’une couche métallique qui est généralement de l’oxyde d’indium dopé à l’étain (ITO : Indium Tin Oxide) caractérisé par sa combinaison de conductivité électrique et de transparence optique. Dans l’état de repos, ces deux surfaces sont tenues séparées par une couche isolante microscopique très fine (fig.1.1.a). Lorsque l’utilisateur touche l’écran avec la pointe d’un stylet ou d’un doigt, la pression exercée sur ce point précis de la surface engendre un contact entre les deux couches conductrices (fig1.1.b), ce qui entraine une variation dans les champs électriques de ces deux faces. Le changement dû au contact des deux surfaces conductrices permet de déterminer les coordonnées du toucher, c’est-à-dire le localiser dans la surface tactile. Le principe de cette localisation sera le contenu de la partie suivante. Il dépend du type de l’écran résistif choisi.

Principe d’acquisition

Technologie résistive analogique à quatre fils 

Pour ce type de capteur , quatre électrodes sont placées : Deux sur la largeur de la couche supérieure (Y+, Y-), et deux sur la longueur de la couche inférieure (X+, X-) (fig1.2). Le toucher met en contact ces deux couches. Pour l’acquisition de sa position deux mesures de tensions sont nécessaires (fig.1.3) : Pour l’abscisse, l’électrode X+ est alimentée (Vcc) et X- est mise à la masse, la mesure de la différence de potentielle entre Y+ et Y- permet de calculer X (eq.1). Pour l’ordonnée, l’électrode Y+ est alimentée (Vcc) et Y- est mise à la masse, la mesure de la différence de potentielle entre X+ et X- permet de calculer Y (eq.2). Les mesures requises pour l’acquisition des coordonnées du point de contact (toucher) sont représentées par la figure.1.3. La longueur et la largeur de l’écran tactile sont, respectivement, notées L et l (fig.1.3). L’abscisse du point de contact X est proportionnelle à la différence de potentiel VY (eq.1.1). Par exemple, si la tension appliquée à l’électrode X+ (Vcc) est de 5V, et si le point central est touché, 2.5V est mesurée par la couche supérieure. Si le point est à 1/5 de la longueur totale de l’électrode X1, 1V de tension est mesurée. La connexion de l’écran tactile à un contrôleur permet d’effectuer ces calculs (eq.1.1 et eq.1.2). Cette connexion est assurée par quatre fils, chacun lié à une électrode (X+, X-, Y+, Y-). Un exemple de circuit complet d’acquisition [1.4] est présenté par le schéma de la figure.1.4. Quatre fils connectent l’écran tactile au système d’acquisition. Le calcul des gradients de tensions entre les couples d’électrodes (X+, X-) et (Y+, Y-) est la première étape dans la chaine d’acquisition. Ensuite, le contrôleur d’écran tactile AD7879 traite les signaux mesurés pour extraire les coordonnées de la position de toucher.  Le boitier AD7879 d’Analog Devices [1.5], utilisé dans ce cas (fig.1.4), est un contrôleur spécifique aux écrans tactiles résistifs à quatre fils. Sa gamme de tension d’alimentation va de 1,6 V jusqu’à 3,6V. Il a une petite taille (1,6 mm x 2mm (WLCSP) ou 4 mm x 4 mm (LFCSP)) et une dissipation d’énergie très faible (480 µA pour la conversion et 0,5 µA pour le mode d’arrêt). Sa petite taille et sa consommation modérée en énergie lui donnent la possibilité d’être utilisé dans une large gamme de produits tactiles souples. L’AD7879 n’est pas l’unique contrôleur d’écrans tactiles qui existe sur le marché. D’autres peuvent être cités tels que AD7873 d’Analog Devices [1.6], BU21029MUV de ROHM Semiconductor’s [1.7], et TSC2005 de Texas instrument [1.8]. La fiche technique de ce contrôleur [1.4] détaille la localisation du toucher. Le principe d’acquisition établi dans la figure.1.3 est confirmé. Par ailleurs, elle met en évidence son aptitude à calculer les coordonnées du point de contact ainsi que la pression avec laquelle ce contact est appliqué. 

Technologie résistive analogique à cinq fils

Dans cette partie, la structure d’écrans résistifs à cinq fils est présentée [1.9]. Dans cette structure, les électrodes (en barre) X+, X-, Y+, Y- placées, précédemment, deux à deux respectivement en longueur et en largeur de la surface tactile sont remplacées par des électrodes circulaires placées dans les quatre coins de la couche inférieure de la surface sensible au toucher (fig.1.6). Cette dernière présente une distribution équipotentielle dans les deux directions X et Y et la couche supérieure protectrice sert de sonde de mesure de tensions.Du point de vue connectique, pour les écrans résistifs à cinq fils, quatre fils sont connectés aux quatre coins de la couche inférieure et le cinquième relie la couche supérieure au système d’acquisition (Fig.1.6). La localisation du point de contact se fait en deux étapes (fig.1.7): – Une tension continue est appliquée aux points B et D. A et C étant les deux points de masse. Un courant circule de la droite vers la gauche dans la couche inférieure et, au toucher, une tension Vx est mesurée par la couche supérieure pour la détermination de l’abscisse X. – Une tension continue est appliquée aux points A et B. C et D étant dans ce cas, les deux points de masse. Un courant circule du haut vers le bas dans la couche inférieure et, au toucher, une tension Vy est mesurée par la couche supérieure pour la détermination de l’abscisse Y.