Écrans tactiles

2.2.3.1. Un peu d’histoire

Contrairement à ce que l’on pourrait croire, le premier système tactile n’a pas été développé par des informaticiens mais par un compositeur, Hugh Le Caine qui est à l’origine de la musique électronique. De 1945 à 1948, il a développé le prototype appelé « saqueboute » (figure 2.10 a.) qui est l’ancêtre des synthétiseurs. Le musicien pouvait jouer avec sa main droite et contrôler le timbre avec sa main gauche, chaque doigt permettant d’agir sur une commande distincte en prenant en compte la pression (figure 2.10 b.). L’index quant à lui servait à manipuler un dispositif modifiant la forme des ondes via un coussinet mobile (figure 2.10 c.)

(a) (b) (c)

Figure 2.10 : Premier système tactile, le saqueboute de 1948 : (a) le prototype, (b) commandes de la main gauche, (c) dispositif contrôlé par l’index, le coussinet est représenté en pointillé.

Il faudra ensuite attendre 1972 pour que soit commercialisé le premier écran tactile. Il équipait le PLATO IV (Programmed Logic for Automatic Teaching Operations) qui avait été conçu et développé par des chercheurs de l’Université de l’Illinois. Cet écran était monopoint, c’est-à-dire qu’il ne détectait qu’un seul point de contact et n’était pas sensible à la pression.

Particularité intéressante, cet écran fut aussi le premier écran plasma (figure 2.11).

En 1981, Jack Rebman crée le premier système de capteurs pouvant reconnaitre plusieurs points de contact (Wolfeld, 1981). Ce dispositif était capable de détecter les formes et leur

orientation. Un an plus tard, en 1982, Nimish Mehta (Mehta, 1982) de l’Université de Toronto conçoit la première surface multipoints pour les Interactions Homme-Machine (IHM). Elle était constituée d’un panneau de verre dépoli avec des propriétés optiques qui permettaient d’avoir un fond blanc avec des points de contact noirs lorsqu’un doigt touchait le panneau. Une caméra située derrière le panneau récupérait les images qui étaient traitées par des processeurs. Le dispositif de Mehta pouvait non seulement reconnaître des points de contact mais aussi des formes.

(a) (b) (c)

Figure 2.11 – Les premiers systèmes tactiles : (a) PLATO IV (1972), (b) Tactile Array Sensor for Robotics (1981), (c) Flexible Machine Interface (1982).

En 1984, Boie et al. créent le premier écran multi-touch qui utilisait un dispositif capacitif recouvrant un écran CRT. En 1985, Lee et al. conçoivent une tablette tactile multi-touch capable de reconnaître la position et la pression apportée sur chacun des points de contact (figure 2.12 a.).

En 1986, Buxton et Myers invente le premier système bi-manuel (figure 2.12 b.) dans lequel une main gérait la disposition tandis que l’autre gérait la mise à l’échelle et ce de façon simultanée et indépendante. Tous ces systèmes possédaient par ailleurs un point commun qui était d’être constitués de deux couches distinctes. La première servait à recevoir les événements tactiles alors que la seconde permettait d’afficher le résultat.

(a) (b)

Figure 2.12 – Les avancées des années 80s : à gauche la tablette multi-touch de Lee et al. (1985).

A droite, le premier système bi-manuel de Buxton (1986).

En 1991, Bill Buxton et Brad A. Myers introduisent la technologie bidirectionnelle qui consiste à n’avoir qu’un seul élément pour l’entrée et la sortie. En 2001, Paul Dietz et Darren Leigh (Dietz & Leigh, 2001) du laboratoire Mitsubishi à Cambridge présente DiamondTouch (figure 2.13 a.) capable de distinguer les doigts et les mains ainsi que les gestes complexes. Par ailleurs cette table tactile permet aussi aux utilisateurs de travailler collaborativement. En 2005, Jefferson Han (Han, 2005) présente un nouveau système multipoints facilement fabricable à moindre coût (figure 2.13 b.). Finalement en 2007, Microsoft lance la table tactile Surface et Apple lance l’iPhone qui finira par démocratiser les surfaces tactiles.

A l’heure actuelle, les surfaces tactiles reposent sur cinq technologies principales que nous allons maintenant détailler brièvement.

(a) (b)

(c) (d)

Figure 2.13 – Différents systèmes tactiles depuis 1991 : (a) DiamondTouch, (b) technologie FTIR a été développée par Han, (c) Surface de Microsoft, (d) iPhone d’Apple.

2.2.3.2. Capacitif

C’est la plus ancienne des technologies tactiles. On ajoute un revêtement conducteur métallique sur l’écran. On applique ensuite, à partir des quatre coins de l’écran, une tension à ce revêtement créant ainsi un champ magnétique uniforme. Lorsque l’utilisateur touche l’écran, il devient une partie du circuit électrique et une petite partie du courant est enlevée au point de contact (figure 2.14). On mesure la valeur du courant aux quatre coins qui est proportionnelle à la distance au point de contact. Le calcul des rapports des différentes valeurs permet de connaître de façon précise les coordonnées du point de contact.

On notera tout de même que le contact doit être fait avec un matériau conducteur, ce qui explique par exemple l’apparition de gants possédant des parties conductrices sur le bout des doigts pour permettre l’utilisation de certains Smartphones ou tablettes en hiver.

Figure 2.14 – Descriptif de la technologie capacitive (Mesures, 2001).

2.2.3.3. Résistif

C’est une technologie largement utilisée dans l’industrie car elle est très robuste. La technologie résistive consiste à assembler deux couches conductrices séparées par une couche isolante. Lorsque l’utilisateur touche l’écran les deux couches conductrices entrent localement en contact modifiant la distribution du courant électrique sur la dalle. La mesure des tensions permet alors de calculer la position du point de contact (figure 2.15).

Contrairement à la technologie capacitive, la technologie résistive est plus résistante aux rayures et peut être utilisée avec des gants classiques.

Figure 2.15 – Descriptif de la technologie résistive (Mesures, 2001).

2.2.3.4. Infrarouge

La technologie infrarouge repose sur une grille de lumière située devant l’écran. Cette grille est créée par des diodes électroluminescentes situées sur un bord horizontal et un bord vertical de l’écran. A l’opposée de ces diodes se trouvent des phototransistors. Lorsque l’utilisateur touche l’écran, il coupe des rayons infrarouges et l’absence de détection de lumière sur les phototransistors permet alors de calculer la position du point de contact (figure 2.16).

Cette technologie a l’avantage de pouvoir être installée par dessus tout écran mais elle reste coûteuse et sa précision est relativement faible.

Figure 2.16 – Descriptif de la technologie infrarouge (Mesures, 2001).

2.2.3.5. Ondes de surface

C’est la plus récente des technologies d’interfaces tactiles. Elle repose sur des transducteurs piézoélectriques placés sur un bord horizontal et un bord vertical de l’écran qui transforment un signal électrique en ondes ultrasoniques. Ces ondes se propagent le long d’une dalle en verre superposée à l’écran (figure 2.17). A l’opposé de ces transducteurs d’émission, on place des transducteurs de réception. Lorsque l’utilisateur touche l’écran, il absorbe une partie de l’onde modifiant le temps d’arrivée sur le transducteur de réception. Comme la vitesse de propagation des ondes et la taille de l’écran sont connues, on peut calculer de façon précise la position du point de contact.

Cette technologie permet aussi en mesurant la quantité d’énergie absorbée d’obtenir une information sur la composante de profondeur.

Figure 2.17 – Descriptif de la technologie à ondes de surface (Mesures, 2001).

2.2.3.6. FTIR (Frustrated Total Internal Reflexion)

La technologie FTIR a été développée par Han en 2005 (Han, 2005). Elle repose sur une ou plusieurs caméras infrarouges placées derrière une surface semi-transparente. Un rayonnement infrarouge est émis dans une surface réfléchissante. Lorsque l’utilisateur touche l’écran la propagation du faisceau infrarouge est déviée. Cette déviation est alors captée par les caméras et un algorithme de traitement d’image détermine la position du point de contact.

Cette technologie permet aussi de déterminer la taille et la forme du contact. Elle a été utilisée dans plusieurs produits commerciaux comme la table tactile Surface de Microsoft ou le CubeTile d’Immersion (De la Rivière et al. 2008). Ses principaux inconvénients sont son temps de latence lié au traitement vidéo et l’encombrement du système qui nécessite une certaine place.