Pantalla táctil

Una pantalla táctil o touch screen es el conjunto de un dispositivo de entrada ('touch panel') y de salida ('display'). El panel táctil normalmente se coloca en capas en la parte superior de una pantalla visual electrónica de un sistema de procesamiento de información. La pantalla suele ser una pantalla LCD, AMOLED u OLED, mientras que el sistema generalmente se usa en una computadora portátil, tableta o teléfono inteligente. Un usuario puede dar entrada o controlar el sistema de procesamiento de información a través de gestos simples o multitáctiles al tocar la pantalla con un lápiz especial o uno o más dedos.Algunas pantallas táctiles usan guantes ordinarios o con recubrimiento especial para trabajar, mientras que otras solo pueden funcionar con un lápiz óptico o bolígrafo especial. El usuario puede usar la pantalla táctil para reaccionar a lo que se muestra y, si el software lo permite, controlar cómo se muestra; por ejemplo, hacer zoom para aumentar el tamaño del texto.

La pantalla táctil permite al usuario interactuar directamente con lo que se muestra, en lugar de usar un mouse, un panel táctil u otros dispositivos similares (que no sean un lápiz óptico, que es opcional para la mayoría de las pantallas táctiles modernas).

Las pantallas táctiles son comunes en dispositivos como consolas de juegos, computadoras personales, máquinas de votación electrónica y sistemas de punto de venta (POS). También se pueden conectar a computadoras o, como terminales, a redes. Desempeñan un papel destacado en el diseño de dispositivos digitales como los asistentes digitales personales (PDA) y algunos lectores electrónicos. Las pantallas táctiles también son importantes en entornos educativos, como aulas o campus universitarios.

La popularidad de los teléfonos inteligentes, las tabletas y muchos tipos de dispositivos de información está impulsando la demanda y la aceptación de pantallas táctiles comunes para dispositivos electrónicos portátiles y funcionales. Las pantallas táctiles se encuentran en el campo de la medicina, la industria pesada, los cajeros automáticos (ATM) y los quioscos, como las exhibiciones de museos o la automatización de salas, donde los sistemas de teclado y mouse no permiten una interacción adecuadamente intuitiva, rápida o precisa por parte del usuario con el el contenido de la pantalla.

Históricamente, el sensor de pantalla táctil y el firmware basado en el controlador que lo acompaña han sido puestos a disposición por una amplia gama de integradores de sistemas del mercado secundario, y no por fabricantes de pantallas, chips o placas base. Los fabricantes de pantallas y de chips han reconocido la tendencia hacia la aceptación de las pantallas táctiles como componente de la interfaz de usuario y han comenzado a integrarlas en el diseño fundamental de sus productos.

Historia

Un predecesor de la pantalla táctil moderna incluye sistemas basados ​​en stylus. En 1946, Philco Company presentó una patente para un lápiz óptico diseñado para la transmisión de deportes que, cuando se coloca contra una pantalla de tubo de rayos catódicos (CRT) intermedia, amplifica y se suma a la señal original. Efectivamente, esto se usó para dibujar temporalmente flechas o círculos en una transmisión de televisión en vivo, como se describe en US 2487641A, Denk, William E, "Puntero electrónico para imágenes de televisión", emitido el 1949-11-08. Las invenciones posteriores se basaron en este sistema para liberar los lápices ópticos de teleescritura de sus ataduras mecánicas. Al transcribir lo que un usuario dibuja en una computadora, podría guardarse para uso futuro. Véase US 3089918A, Graham, Robert E, "Aparato de teleescritura", publicado el 14 de mayo de 1963.

La primera versión de una pantalla táctil que funcionaba independientemente de la luz producida por la pantalla fue patentada por AT&T Corporation US 3016421A, Harmon, Leon D, "Transmisor electrográfico", emitida el 09-01-1962. Esta pantalla táctil utilizaba una matriz de luces colimadas que brillaban ortogonalmente sobre la superficie táctil. Cuando un rayo es interrumpido por un lápiz óptico, los fotodetectores que ya no reciben una señal pueden usarse para determinar dónde está la interrupción. Las iteraciones posteriores de pantallas táctiles basadas en matriz se basaron en esto agregando más emisores y detectores para mejorar la resolución, emisores pulsantes para mejorar la relación señal óptica a ruido y una matriz no ortogonal para eliminar las lecturas de sombra cuando se usa multitáctil.

La primera pantalla táctil accionada con el dedo fue desarrollada por Eric Johnson, del Royal Radar Establishment ubicado en Malvern, Inglaterra, quien describió su trabajo sobre pantallas táctiles capacitivas en un breve artículo publicado en 1965 y luego de manera más completa, con fotografías y diagramas, en un artículo. publicado en 1967. La aplicación de la tecnología táctil para el control del tráfico aéreo se describió en un artículo publicado en 1968. Frank Beck y Bent Stumpe, ingenieros del CERN (Organización Europea para la Investigación Nuclear), desarrollaron una pantalla táctil transparente a principios de la década de 1970, basada en El trabajo de Stumpe en una fábrica de televisores a principios de la década de 1960. Luego fabricado por el CERN, y poco después por socios de la industria, se puso en uso en 1973. A mediados de la década de 1960, un equipo de Rainer Mallebrein [ de ] en Telefunken Konstanz había desarrollado otro precursor de las pantallas táctiles, un dispositivo señalador basado en una cortina ultrasónica frente a una pantalla de terminal, para un sistema de control de tráfico aéreo. En 1970, esto evolucionó hasta convertirse en un dispositivo llamado "Touchinput- Einrichtung " ("facilidad de entrada táctil") para el terminal SIG 50 que utiliza una pantalla de vidrio con revestimiento conductor frente a la pantalla. Esto fue patentado en 1971 y la patente se concedió un par de años más tarde. El mismo equipo ya había inventado y comercializado el ratón Rollkugel RKS 100-86 para el SIG 100-86 un par de años antes.

En 1972, un grupo de la Universidad de Illinois solicitó una patente sobre una pantalla táctil óptica que se convirtió en una parte estándar de la terminal para estudiantes Magnavox Plato IV y se construyeron miles para este propósito. Estas pantallas táctiles tenían una matriz cruzada de sensores de posición infrarrojos de 16 × 16, cada uno compuesto por un LED en un borde de la pantalla y un fototransistor combinado en el otro borde, todos montados frente a un panel de pantalla de plasma monocromático. Esta disposición podría detectar cualquier objeto opaco del tamaño de la yema de un dedo en las proximidades de la pantalla. Se utilizó una pantalla táctil similar en la HP-150 a partir de 1983. La HP 150 fue una de las primeras computadoras comerciales con pantalla táctil del mundo. HP montó sus transmisores y receptores infrarrojos alrededor del bisel de un tubo de rayos catódicos (CRT) Sony de 9 pulgadas.

En 1977, una empresa estadounidense, Elographics, en asociación con Siemens, comenzó a trabajar en el desarrollo de una implementación transparente de una tecnología de panel táctil opaco existente, patente de EE.. La pantalla táctil de tecnología resistiva resultante se mostró por primera vez en la Exposición Universal de Knoxville en 1982.

En 1984, Fujitsu lanzó un panel táctil para Micro 16 que se adaptaba a la complejidad de los caracteres kanji, que se almacenaban como gráficos en mosaico. En 1985, Sega lanzó Terebi Oekaki, también conocida como Sega Graphic Board, para la consola de videojuegos SG-1000 y la computadora doméstica SC-3000. Consistía en un bolígrafo de plástico y un tablero de plástico con una ventana transparente donde se detectan las pulsaciones del bolígrafo. Se utilizó principalmente con una aplicación de software de dibujo. Se lanzó una tableta gráfica táctil para la computadora Sega AI en 1986.

Las unidades de pantalla de control (CDU) sensibles al tacto se evaluaron para las cubiertas de vuelo de aviones comerciales a principios de la década de 1980. La investigación inicial mostró que una interfaz táctil reduciría la carga de trabajo del piloto, ya que la tripulación podría seleccionar waypoints, funciones y acciones, en lugar de estar "cabeza abajo" escribiendo latitudes, longitudes y códigos de waypoint en un teclado. Una integración efectiva de esta tecnología tenía como objetivo ayudar a las tripulaciones de vuelo a mantener un alto nivel de conocimiento de la situación de todos los aspectos principales de las operaciones del vehículo, incluida la ruta de vuelo, el funcionamiento de varios sistemas de aeronaves y las interacciones humanas de momento a momento.

A principios de la década de 1980, General Motors encargó a su división Delco Electronics un proyecto destinado a reemplazar las funciones no esenciales de un automóvil (es decir, distintas del acelerador, la transmisión, el frenado y la dirección) de sistemas mecánicos o electromecánicos con alternativas de estado sólido siempre que sea posible.. El dispositivo terminado se denominó ECC por "Centro de control electrónico", una computadora digital y un sistema de control de software conectado a varios sensores periféricos, servos, solenoides, antena y una pantalla táctil CRT monocromática que funcionaba como pantalla y único método de entrada.El ECC reemplazó los controles y pantallas mecánicos tradicionales del estéreo, el ventilador, la calefacción y el aire acondicionado, y era capaz de proporcionar información muy detallada y específica sobre el estado operativo acumulativo y actual del vehículo en tiempo real. El ECC era un equipo estándar en el Buick Riviera 1985-1989 y más tarde en el Buick Reatta 1988-1989, pero no era popular entre los consumidores, en parte debido a la tecnofobia de algunos clientes tradicionales de Buick, pero principalmente debido a los costosos problemas técnicos sufridos por la pantalla táctil del ECC. lo que imposibilitaría el control del clima o el funcionamiento del estéreo.

La tecnología multitáctil comenzó en 1982, cuando el Grupo de Investigación de Entrada de la Universidad de Toronto desarrolló el primer sistema multitáctil de entrada humana, utilizando un panel de vidrio esmerilado con una cámara colocada detrás del vidrio. En 1985, el grupo de la Universidad de Toronto, incluido Bill Buxton, desarrolló una tableta multitáctil que usaba capacitancia en lugar de voluminosos sistemas de detección óptica basados ​​en cámaras (ver Historia de la tecnología multitáctil).

El primer software gráfico de punto de venta (POS) comercialmente disponible se demostró en la computadora a color Atari 520ST de 16 bits. Presentaba una interfaz basada en widgets de pantalla táctil a color. El software ViewTouch POS fue mostrado por primera vez por su desarrollador, Gene Mosher, en el área de demostración de Atari Computer de la exposición Fall COMDEX en 1986.

En 1987, Casio lanzó la computadora de bolsillo Casio PB-1000 con una pantalla táctil que constaba de una matriz de 4×4, lo que resultó en 16 áreas táctiles en su pequeña pantalla gráfica LCD.

Las pantallas táctiles tenían la mala reputación de ser imprecisas hasta 1988. La mayoría de los libros de interfaz de usuario afirmaban que las selecciones de la pantalla táctil estaban limitadas a objetivos más grandes que el dedo promedio. En ese momento, las selecciones se hacían de tal manera que se seleccionaba un objetivo tan pronto como el dedo pasaba sobre él, y la acción correspondiente se realizaba de inmediato. Los errores eran comunes, debido a problemas de paralaje o calibración, lo que generaba frustración en el usuario. "Estrategia de despegue"fue presentado por investigadores del Laboratorio de Interacción Humano-Computadora de la Universidad de Maryland (HCIL). A medida que los usuarios tocan la pantalla, se proporciona información sobre lo que se seleccionará: los usuarios pueden ajustar la posición del dedo y la acción se lleva a cabo solo cuando el dedo se levanta de la pantalla. Esto permitió la selección de objetivos pequeños, hasta un solo píxel en una pantalla de matriz de gráficos de video (VGA) de 640 × 480 (un estándar de esa época).

Sears et al. (1990) hizo una revisión de la investigación académica sobre la interacción humano-computadora de un solo toque y multitoque de la época, describiendo gestos como girar perillas, ajustar controles deslizantes y deslizar la pantalla para activar un interruptor (o un gesto en forma de U para un interruptor). interruptor de palanca). El equipo de HCIL desarrolló y estudió pequeños teclados con pantalla táctil (incluido un estudio que mostró que los usuarios podían escribir a 25 palabras por minuto en un teclado con pantalla táctil), lo que ayudó a su introducción en dispositivos móviles. También diseñaron e implementaron gestos multitáctiles, como seleccionar un rango de una línea, conectar objetos y un gesto de "tocar y hacer clic" para seleccionar mientras se mantiene la ubicación con otro dedo.

En 1990, HCIL demostró un control deslizante de pantalla táctil, que luego se citó como técnica anterior en el litigio de patente de pantalla de bloqueo entre Apple y otros proveedores de teléfonos móviles con pantalla táctil (en relación con la patente de EE. UU. 7.657.849).

En 1991-1992, el prototipo de PDA Sun Star7 implementó una pantalla táctil con desplazamiento inercial. En 1993, IBM lanzó IBM Simon, el primer teléfono con pantalla táctil.

Uno de los primeros intentos de una consola de juegos portátil con controles de pantalla táctil fue el sucesor previsto de Sega para Game Gear, aunque el dispositivo finalmente se archivó y nunca se lanzó debido al alto costo de la tecnología de pantalla táctil a principios de la década de 1990.

El primer teléfono móvil con pantalla táctil capacitiva fue LG Prada lanzado en mayo de 2007 (antes del primer iPhone). En 2009, los teléfonos móviles con pantalla táctil se pusieron de moda y rápidamente ganaron popularidad tanto en dispositivos básicos como avanzados. En el cuarto trimestre de 2009, por primera vez, la mayoría de los teléfonos inteligentes (es decir, no todos los teléfonos móviles) se enviaron con pantallas táctiles en lugar de no táctiles.

Las pantallas táctiles no se usarían popularmente para los videojuegos hasta el lanzamiento de Nintendo DS en 2004. Hasta hace poco, la mayoría de las pantallas táctiles de los consumidores solo podían sentir un punto de contacto a la vez, y pocas tenían la capacidad de sentir qué tan fuerte se está tocando. Esto ha cambiado con la comercialización de la tecnología multitáctil y el lanzamiento del Apple Watch con una pantalla sensible a la fuerza en abril de 2015.

En 2007, el 93 % de las pantallas táctiles enviadas eran resistivas y solo el 4 % eran de capacitancia proyectada. En 2013, el 3 % de las pantallas táctiles enviadas eran resistivas y el 90 % de capacitancia proyectada.

Tecnologías

Hay una variedad de tecnologías de pantalla táctil con diferentes métodos de detección del tacto.

Resistador

Un panel de pantalla táctil resistivo consta de varias capas delgadas, la más importante de las cuales son dos capas transparentes eléctricamente resistivas enfrentadas con un espacio delgado entre ellas. La capa superior (la que se toca) tiene un recubrimiento en la superficie inferior; justo debajo hay una capa resistiva similar encima de su sustrato. Una capa tiene conexiones conductoras a lo largo de sus lados, la otra a lo largo de la parte superior e inferior. Se aplica un voltaje a una capa y la otra lo detecta. Cuando un objeto, como la yema de un dedo o la punta de un lápiz óptico, presiona la superficie exterior, las dos capas se tocan para conectarse en ese punto. El panel entonces se comporta como un par de divisores de voltaje, un eje a la vez. Al cambiar rápidamente entre cada capa, se puede detectar la posición de la presión en la pantalla.

El toque resistivo se usa en restaurantes, fábricas y hospitales debido a su alta tolerancia a líquidos y contaminantes. Una de las principales ventajas de la tecnología táctil resistiva es su bajo coste. Además, como solo se necesita la presión suficiente para que se sienta el tacto, se pueden usar con guantes o usando cualquier cosa rígida como sustituto del dedo. Las desventajas incluyen la necesidad de presionar hacia abajo y el riesgo de daños por objetos afilados. Las pantallas táctiles resistivas también sufren de un contraste más pobre, debido a que tienen reflejos adicionales (es decir, deslumbramiento) de las capas de material colocadas sobre la pantalla. Este es el tipo de pantalla táctil que utilizó Nintendo en la familia DS, la familia 3DS y el Wii U GamePad.

Onda acústica superficial

La tecnología de ondas acústicas superficiales (SAW) utiliza ondas ultrasónicas que pasan por el panel de la pantalla táctil. Cuando se toca el panel, se absorbe una parte de la onda. El controlador procesa el cambio en las ondas ultrasónicas para determinar la posición del evento táctil. Los elementos externos pueden dañar los paneles de pantalla táctil de ondas acústicas de superficie. Los contaminantes en la superficie también pueden interferir con la funcionalidad de la pantalla táctil.

Los dispositivos SAW tienen una amplia gama de aplicaciones, incluidas líneas de retardo, filtros, correladores y convertidores de CC a CC.

Capacitivo

Un panel de pantalla táctil capacitiva consta de un aislante, como el vidrio, recubierto con un conductor transparente, como el óxido de indio y estaño (ITO). Como el cuerpo humano también es un conductor eléctrico, tocar la superficie de la pantalla produce una distorsión del campo electrostático de la pantalla, medible como un cambio en la capacitancia. Se pueden usar diferentes tecnologías para determinar la ubicación del toque. Luego, la ubicación se envía al controlador para su procesamiento. Existen pantallas táctiles que usan plata en lugar de ITO, ya que ITO causa varios problemas ambientales debido al uso de indio. El controlador suele ser un chip de circuito integrado específico de la aplicación (ASIC) de semiconductor de óxido de metal complementario (CMOS), que a su vez generalmente envía las señales a un procesador de señal digital (DSP) CMOS para su procesamiento.

A diferencia de una pantalla táctil resistiva, algunas pantallas táctiles capacitivas no se pueden usar para detectar un dedo a través de material eléctricamente aislante, como guantes. Esta desventaja afecta especialmente la usabilidad en la electrónica de consumo, como las tabletas táctiles y los teléfonos inteligentes capacitivos en climas fríos cuando las personas pueden usar guantes. Se puede superar con un lápiz óptico capacitivo especial o un guante de aplicación especial con un parche bordado de hilo conductor que permite el contacto eléctrico con la punta del dedo del usuario.

Una fuente de alimentación conmutada de baja calidad con un voltaje inestable y ruidoso puede interferir temporalmente con la precisión, la exactitud y la sensibilidad de las pantallas táctiles capacitivas.

Algunos fabricantes de pantallas capacitivas continúan desarrollando pantallas táctiles más delgadas y precisas. Los de los dispositivos móviles ahora se producen con tecnología 'in-cell', como en las pantallas Super AMOLED de Samsung, que elimina una capa al construir los capacitores dentro de la pantalla. Este tipo de pantalla táctil reduce la distancia visible entre el dedo del usuario y lo que el usuario toca en la pantalla, lo que reduce el grosor y el peso de la pantalla, lo que es deseable en los teléfonos inteligentes.

Un capacitor simple de placas paralelas tiene dos conductores separados por una capa dieléctrica. La mayor parte de la energía en este sistema se concentra directamente entre las placas. Parte de la energía se derrama en el área fuera de las placas, y las líneas de campo eléctrico asociadas con este efecto se denominan campos marginales. Parte del desafío de hacer un sensor capacitivo práctico es diseñar un conjunto de trazas de circuitos impresos que dirijan los campos marginales a un área de detección activa accesible para un usuario. Un capacitor de placas paralelas no es una buena opción para un patrón de sensor de este tipo. Colocar un dedo cerca de campos eléctricos marginales agrega un área de superficie conductora al sistema capacitivo. La capacidad de almacenamiento de carga adicional agregada por el dedo se conoce como capacitancia del dedo o CF.

Capacitancia superficial

En esta tecnología básica, solo un lado del aislante está recubierto con una capa conductora. Se aplica un pequeño voltaje a la capa, lo que da como resultado un campo electrostático uniforme. Cuando un conductor, como un dedo humano, toca la superficie sin recubrimiento, se forma dinámicamente un capacitor. El controlador del sensor puede determinar la ubicación del toque indirectamente a partir del cambio en la capacitancia medida desde las cuatro esquinas del panel. Como no tiene partes móviles, es moderadamente duradero pero tiene una resolución limitada, es propenso a señales falsas del acoplamiento capacitivo parásito y necesita calibración durante la fabricación. Por lo tanto, se usa con mayor frecuencia en aplicaciones simples como controles industriales y quioscos.

Aunque algunos métodos estándar de detección de capacitancia son proyectivos, en el sentido de que pueden usarse para detectar un dedo a través de una superficie no conductora, son muy sensibles a las fluctuaciones de temperatura, que expanden o contraen las placas de detección, lo que provoca fluctuaciones en la capacitancia. de estas placas. Estas fluctuaciones generan mucho ruido de fondo, por lo que se requiere una fuerte señal digital para una detección precisa. Esto limita las aplicaciones a aquellas en las que el dedo toca directamente el elemento sensor o se detecta a través de una superficie no conductora relativamente delgada.

Capacitancia proyectada

La tecnología táctil capacitiva proyectada (PCT; también PCAP) es una variante de la tecnología táctil capacitiva, pero en la que la sensibilidad al tacto, la precisión, la resolución y la velocidad del tacto se han mejorado mucho mediante el uso de una forma simple de "inteligencia artificial". Este procesamiento inteligente permite proyectar la detección de los dedos, con precisión y fiabilidad, a través de vidrios muy gruesos e incluso de doble acristalamiento.

Algunas pantallas táctiles PCT modernas se componen de miles de teclas discretas, pero la mayoría de las pantallas táctiles PCT están hechas de una matriz x/y de filas y columnas de material conductor, en capas sobre láminas de vidrio. Esto se puede hacer grabando una sola capa conductora para formar un patrón de rejilla de electrodos, grabando dos capas separadas y perpendiculares de material conductor con líneas o pistas paralelas para formar una rejilla, o formando una rejilla x/y de partículas finas, Alambres recubiertos de aislamiento en una sola capa. El número de dedos que se pueden detectar simultáneamente está determinado por el número de puntos de cruce (x * y). Sin embargo, la cantidad de puntos de cruce se puede casi duplicar mediante el uso de un diseño de celosía diagonal, donde, en lugar de que los elementos x solo crucen los elementos y, cada elemento conductor se cruza con todos los demás elementos.

La capa conductora suele ser transparente y está hecha de óxido de indio y estaño (ITO), un conductor eléctrico transparente. En algunos diseños, el voltaje aplicado a esta rejilla crea un campo electrostático uniforme, que se puede medir. Cuando un objeto conductor, como un dedo, entra en contacto con un panel PCT, distorsiona el campo electrostático local en ese punto. Esto se puede medir como un cambio en la capacitancia. Si un dedo cierra el espacio entre dos de las "pistas", el controlador interrumpe y detecta aún más el campo de carga. La capacitancia se puede cambiar y medir en cada punto individual de la red. Este sistema es capaz de rastrear con precisión los toques.

Debido a que la capa superior de un PCT es de vidrio, es más resistente que la tecnología táctil resistiva menos costosa. A diferencia de la tecnología táctil capacitiva tradicional, es posible que un sistema PCT detecte un lápiz óptico pasivo o un dedo enguantado. Sin embargo, la humedad en la superficie del panel, la humedad alta o el polvo acumulado pueden interferir con el rendimiento. Estos factores ambientales, sin embargo, no son un problema con las pantallas táctiles basadas en "cables finos" debido al hecho de que las pantallas táctiles basadas en cables tienen una capacitancia "parásita" mucho más baja y hay una mayor distancia entre los conductores vecinos.

Hay dos tipos de PCT: capacitancia mutua y autocapacitancia.

Capacitancia mutua

Este es un enfoque PCT común, que aprovecha el hecho de que la mayoría de los objetos conductores pueden mantener una carga si están muy juntos. En los sensores capacitivos mutuos, un capacitor está inherentemente formado por el trazo de fila y el trazo de columna en cada intersección de la cuadrícula. Una matriz de 16 × 14, por ejemplo, tendría 224 condensadores independientes. Se aplica un voltaje a las filas o columnas. Acercar un dedo o un lápiz óptico conductor a la superficie del sensor cambia el campo electrostático local, lo que a su vez reduce la capacitancia mutua. El cambio de capacitancia en cada punto individual de la red se puede medir para determinar con precisión la ubicación del contacto midiendo el voltaje en el otro eje. La capacitancia mutua permite la operación multitáctil donde se pueden rastrear con precisión varios dedos, palmas o lápices ópticos al mismo tiempo.

Autocapacitancia

Los sensores de autocapacitancia pueden tener la misma cuadrícula XY que los sensores de capacitancia mutua, pero las columnas y las filas funcionan de manera independiente. Con la autocapacitancia, la carga capacitiva de un dedo se mide en cada electrodo de columna o fila mediante un medidor de corriente, o el cambio de frecuencia de un oscilador RC.

Se puede detectar un dedo en cualquier lugar a lo largo de toda la fila. Si ese dedo también es detectado por una columna, entonces se puede suponer que la posición del dedo está en la intersección de este par de fila/columna. Esto permite la detección rápida y precisa de un solo dedo, pero genera cierta ambigüedad si se detecta más de un dedo. Dos dedos pueden tener cuatro posibles posiciones de detección, de las cuales solo dos son verdaderas. Sin embargo, al desensibilizar selectivamente cualquier punto de contacto en disputa, los resultados contradictorios se eliminan fácilmente. Esto permite utilizar la "capacidad propia" para operaciones multitáctiles.

Alternativamente, la ambigüedad se puede evitar aplicando una señal de "insensibilización" a todas menos una de las columnas. Esto deja solo una pequeña sección de cualquier fila sensible al tacto. Al seleccionar una secuencia de estas secciones a lo largo de la fila, es posible determinar la posición precisa de varios dedos a lo largo de esa fila. Este proceso se puede repetir para todas las demás filas hasta que se haya escaneado toda la pantalla.

Las capas de pantalla táctil autocapacitivas se utilizan en teléfonos móviles como Sony Xperia Sola, Samsung Galaxy S4, Galaxy Note 3, Galaxy S5 y Galaxy Alpha.

La autocapacitancia es mucho más sensible que la capacitancia mutua y se usa principalmente para un solo toque, gestos simples y detección de proximidad donde el dedo ni siquiera tiene que tocar la superficie del vidrio. La capacitancia mutua se utiliza principalmente para aplicaciones multitáctiles. Muchos fabricantes de pantallas táctiles utilizan tecnologías de capacitancia propia y mutua en el mismo producto, combinando así sus beneficios individuales.

Uso de stylus en pantallas capacitivas

Las pantallas táctiles capacitivas no necesariamente necesitan ser operadas con un dedo, pero hasta hace poco, los lápices ópticos especiales requeridos podían ser bastante costosos de comprar. El costo de esta tecnología se ha reducido considerablemente en los últimos años y los lápices ópticos capacitivos ahora están ampliamente disponibles por un cargo nominal y, a menudo, se regalan con accesorios móviles. Estos consisten en un eje conductor de electricidad con una punta de goma conductora suave, conectando así resistivamente los dedos a la punta del lápiz óptico.

Rejilla infrarroja

Una pantalla táctil infrarroja utiliza una serie de LED infrarrojos XY y pares de fotodetectores alrededor de los bordes de la pantalla para detectar una interrupción en el patrón de los haces de LED. Estos haces de LED se cruzan entre sí en patrones verticales y horizontales. Esto ayuda a los sensores a detectar la ubicación exacta del toque. Una de las principales ventajas de este sistema es que puede detectar prácticamente cualquier objeto opaco, incluidos un dedo, un dedo enguantado, un lápiz óptico o un bolígrafo. Generalmente se usa en aplicaciones al aire libre y sistemas POS que no pueden depender de un conductor (como un dedo desnudo) para activar la pantalla táctil. A diferencia de las pantallas táctiles capacitivas, las pantallas táctiles infrarrojas no requieren ningún patrón en el vidrio, lo que aumenta la durabilidad y la claridad óptica de todo el sistema. Las pantallas táctiles infrarrojas son sensibles a la suciedad y el polvo que pueden interferir con los rayos infrarrojos,

Proyección acrílica infrarroja

Se utiliza una lámina acrílica translúcida como pantalla de retroproyección para mostrar información. Los bordes de la lámina acrílica están iluminados por LED infrarrojos y las cámaras infrarrojas se enfocan en la parte posterior de la lámina. Los objetos colocados en la hoja son detectables por las cámaras. Cuando el usuario toca la hoja, la reflexión interna total frustrada da como resultado una fuga de luz infrarroja que alcanza su punto máximo en los puntos de máxima presión, lo que indica la ubicación del contacto del usuario. Las tabletas PixelSense de Microsoft utilizan esta tecnología.

Imágenes ópticas

Las pantallas táctiles ópticas son un desarrollo relativamente moderno en la tecnología de pantalla táctil, en el que se colocan dos o más sensores de imagen (como sensores CMOS) alrededor de los bordes (principalmente las esquinas) de la pantalla. Las luces de fondo infrarrojas se colocan en el campo de visión del sensor en el lado opuesto de la pantalla. Un toque bloquea algunas luces de los sensores y se puede calcular la ubicación y el tamaño del objeto en contacto (ver casco visual). Esta tecnología está ganando popularidad debido a su escalabilidad, versatilidad y asequibilidad para pantallas táctiles más grandes.

Tecnología de señal dispersiva

Introducido en 2002 por 3M, este sistema detecta un toque usando sensores para medir la piezoelectricidad en el vidrio. Algoritmos complejos interpretan esta información y proporcionan la ubicación real del toque. La tecnología no se ve afectada por el polvo y otros elementos externos, incluidos los arañazos. Dado que no hay necesidad de elementos adicionales en la pantalla, también pretende proporcionar una excelente claridad óptica. Se puede utilizar cualquier objeto para generar eventos táctiles, incluidos los dedos enguantados. Una desventaja es que después del toque inicial, el sistema no puede detectar un dedo inmóvil. Sin embargo, por la misma razón, los objetos en reposo no interrumpen el reconocimiento táctil.

Reconocimiento de pulso acústico

La clave de esta tecnología es que un toque en cualquier posición de la superficie genera una onda de sonido en el sustrato que luego produce una señal combinada única, medida por tres o más pequeños transductores conectados a los bordes de la pantalla táctil. La señal digitalizada se compara con una lista correspondiente a cada posición en la superficie, determinando la ubicación del toque. Un toque en movimiento es rastreado por la rápida repetición de este proceso. Los sonidos extraños y ambientales se ignoran porque no coinciden con ningún perfil de sonido almacenado. La tecnología se diferencia de otras tecnologías basadas en sonido en que utiliza un método de búsqueda simple en lugar de un costoso hardware de procesamiento de señales. Al igual que con el sistema de tecnología de señal dispersiva, no se puede detectar un dedo inmóvil después del toque inicial. Sin embargo, por la misma razón, el reconocimiento táctil no se ve interrumpido por ningún objeto en reposo. La tecnología fue creada por SoundTouch Ltd a principios de la década de 2000, como se describe en la familia de patentes EP1852772, y la división Elo de Tyco International la introdujo en el mercado en 2006 como Reconocimiento de pulso acústico.La pantalla táctil utilizada por Elo está hecha de vidrio ordinario, lo que brinda una buena durabilidad y claridad óptica. La tecnología generalmente conserva la precisión con rasguños y polvo en la pantalla. La tecnología también es adecuada para pantallas que son físicamente más grandes.

Construcción

Hay varias formas principales de construir una pantalla táctil. Los objetivos clave son reconocer uno o más dedos tocando una pantalla, interpretar el comando que esto representa y comunicar el comando a la aplicación apropiada.

En el enfoque resistivo, que solía ser la técnica más popular, normalmente hay cuatro capas:

1. Capa superior recubierta de poliéster con una capa transparente conductora de metal en la parte inferior.
2. Espaciador adhesivo
3. Capa de vidrio recubierta con un revestimiento conductor metálico transparente en la parte superior
4. Capa adhesiva en la parte trasera del cristal para el montaje.

Cuando un usuario toca la superficie, el sistema registra el cambio en la corriente eléctrica que fluye a través de la pantalla.

La tecnología de señal dispersiva mide el efecto piezoeléctrico (el voltaje generado cuando se aplica una fuerza mecánica a un material) que ocurre químicamente cuando se toca un sustrato de vidrio reforzado.

Hay dos enfoques basados ​​en infrarrojos. En uno, una serie de sensores detecta un dedo que toca o casi toca la pantalla, interrumpiendo así los rayos de luz infrarroja proyectados sobre la pantalla. En el otro, las cámaras infrarrojas montadas en la parte inferior registran el calor de los toques de pantalla.

En cada caso, el sistema determina el comando previsto en función de los controles que se muestran en la pantalla en el momento y la ubicación del toque.

Desarrollo

El desarrollo de pantallas multitáctiles facilitó el seguimiento de más de un dedo en la pantalla; por lo tanto, son posibles operaciones que requieren más de un dedo. Estos dispositivos también permiten que múltiples usuarios interactúen con la pantalla táctil simultáneamente.

Con el uso creciente de pantallas táctiles, el costo de la tecnología de pantalla táctil se absorbe rutinariamente en los productos que la incorporan y casi se elimina. La tecnología de pantalla táctil ha demostrado confiabilidad y se encuentra en aviones, automóviles, consolas de juegos, sistemas de control de máquinas, electrodomésticos y dispositivos de visualización portátiles, incluidos teléfonos celulares; Se proyectó que el mercado de pantallas táctiles para dispositivos móviles produciría US$5 mil millones para 2009.

La capacidad de apuntar con precisión en la pantalla también está avanzando con los emergentes híbridos de pantalla y tableta gráfica. El fluoruro de polivinilideno (PVFD) juega un papel importante en esta innovación debido a sus altas propiedades piezoeléctricas, que permiten que la tableta detecte la presión, haciendo que cosas como la pintura digital se comporten más como papel y lápiz.

TapSense, anunciado en octubre de 2011, permite que las pantallas táctiles distingan qué parte de la mano se usó para la entrada, como la yema del dedo, el nudillo y la uña. Esto podría usarse de varias maneras, por ejemplo, para copiar y pegar, poner letras en mayúscula, activar diferentes modos de dibujo, etc.

Una integración práctica real entre las imágenes de televisión y las funciones de una PC moderna normal podría ser una innovación en un futuro cercano: por ejemplo, "información en vivo" en Internet sobre una película o los actores en video, una lista de otros música durante un videoclip normal de una canción o noticias sobre una persona.

Ergonomía y uso

Habilitar pantalla táctil

Para que las pantallas táctiles sean dispositivos de entrada efectivos, los usuarios deben poder seleccionar objetivos con precisión y evitar la selección accidental de objetivos adyacentes. El diseño de las interfaces de pantalla táctil debe reflejar las capacidades técnicas del sistema, la ergonomía, la psicología cognitiva y la fisiología humana.

Las pautas para los diseños de pantallas táctiles se desarrollaron por primera vez en la década de 2020, según las primeras investigaciones y el uso real de sistemas más antiguos, que generalmente usaban rejillas de infrarrojos, que dependían en gran medida del tamaño de los dedos del usuario. Estas pautas son menos relevantes para la mayoría de los dispositivos táctiles modernos que utilizan tecnología táctil capacitiva o resistiva.

Desde mediados de la década de 2000, los fabricantes de sistemas operativos para teléfonos inteligentes han promulgado estándares, pero estos varían entre los fabricantes y permiten una variación significativa en el tamaño según los cambios tecnológicos, por lo que no son adecuados desde la perspectiva de los factores humanos.

Mucho más importante es la precisión que tienen los humanos al seleccionar objetivos con el dedo o con un lápiz óptico. La precisión de la selección del usuario varía según la posición en la pantalla: los usuarios son más precisos en el centro, menos en los bordes izquierdo y derecho, y menos precisos en el borde superior y especialmente en el borde inferior. La precisión del R95 (radio requerido para una precisión del objetivo del 95 %) varía de 7 mm (0,28 pulgadas) en el centro a 12 mm (0,47 pulgadas) en las esquinas inferiores. Los usuarios son inconscientemente conscientes de esto y se toman más tiempo para seleccionar objetivos que son más pequeños o que se encuentran en los bordes o esquinas de la pantalla táctil.

Esta imprecisión del usuario es el resultado del paralaje, la agudeza visual y la velocidad del circuito de retroalimentación entre los ojos y los dedos. La precisión del dedo humano por sí solo es mucho, mucho mayor que esto, por lo que cuando se proporcionan tecnologías de asistencia, como lupas en pantalla, los usuarios pueden mover su dedo (una vez en contacto con la pantalla) con una precisión tan pequeña como 0,1 mm (0,004 pulgadas).

Posición de la mano, dígito utilizado y cambio

Los usuarios de dispositivos de pantalla táctil portátiles y de mano los sujetan de diversas maneras y cambian de forma rutinaria su método de sujeción y selección para adaptarse a la posición y el tipo de entrada. Hay cuatro tipos básicos de interacción portátil:

• Sosteniendo al menos en parte con ambas manos, golpeando con un solo pulgar
• Sosteniendo con las dos manos y golpeando con ambos pulgares
• Sosteniendo con una mano, golpeando con el dedo (o rara vez, el pulgar) de otra mano
• Sosteniendo el dispositivo con una mano y tocando con el pulgar de esa misma mano

Las tasas de uso varían ampliamente. Si bien el golpeteo con dos pulgares se encuentra rara vez (1-3%) para muchas interacciones generales, se usa para el 41% de la interacción de escritura.

Además, los dispositivos a menudo se colocan en superficies (escritorios o mesas) y las tabletas se utilizan especialmente en soportes. El usuario puede señalar, seleccionar o gesticular en estos casos con el dedo o el pulgar, y variar el uso de estos métodos.

Combinado con hápticos

Las pantallas táctiles se utilizan a menudo con sistemas de respuesta háptica. Un ejemplo común de esta tecnología es la respuesta vibratoria que se proporciona cuando se toca un botón en la pantalla táctil. Los hápticos se utilizan para mejorar la experiencia del usuario con las pantallas táctiles al proporcionar retroalimentación táctil simulada y pueden diseñarse para reaccionar de inmediato, contrarrestando en parte la latencia de respuesta en pantalla. Una investigación de la Universidad de Glasgow (Brewster, Chohan y Brown, 2007; y más recientemente Hogan) demuestra que los usuarios de pantallas táctiles reducen los errores de entrada (en un 20 %), aumentan la velocidad de entrada (en un 20 %) y reducen su carga cognitiva (en un 20 %). 40%) cuando las pantallas táctiles se combinan con hápticos o retroalimentación táctil. Además de esto, un estudio realizado en 2013 por el Boston College exploró los efectos que tenía la estimulación háptica de las pantallas táctiles para desencadenar la propiedad psicológica de un producto. Su investigación concluyó que la capacidad de las pantallas táctiles para incorporar una gran cantidad de participación háptica dio como resultado que los clientes se sintieran más dotados con los productos que estaban diseñando o comprando. El estudio también informó que los consumidores que usaban una pantalla táctil estaban dispuestos a aceptar un precio más alto por los artículos que estaban comprando.

Servicio al Cliente

La tecnología de pantalla táctil se ha integrado en muchos aspectos de la industria de servicio al cliente en el siglo XXI. La industria de los restaurantes es un buen ejemplo de implementación de pantallas táctiles en este dominio. Las cadenas de restaurantes como Taco Bell, Panera Bread y McDonald's ofrecen pantallas táctiles como una opción cuando los clientes piden elementos del menú. Si bien la adición de pantallas táctiles es un avance para esta industria, los clientes pueden optar por pasar por alto la pantalla táctil y ordenar en un cajero tradicional. Para llevar esto un paso más allá, un restaurante en Bangalore ha intentado automatizar por completo el proceso de pedido. Los clientes se sientan en una mesa integrada con pantallas táctiles y piden un extenso menú. Una vez realizado el pedido se envía electrónicamente a cocina.Estos tipos de pantallas táctiles se ajustan a los sistemas de punto de venta (POS) mencionados en la sección principal.

"Brazo de gorila"

El uso prolongado de interfaces gestuales sin la capacidad del usuario de apoyar el brazo se denomina "brazo de gorila". Puede provocar fatiga e incluso lesiones por estrés repetitivo cuando se usa de forma rutinaria en un entorno de trabajo. Algunas de las primeras interfaces basadas en lápiz requerían que el operador trabajara en esta posición durante gran parte de la jornada laboral. Permitir que el usuario descanse la mano o el brazo sobre el dispositivo de entrada o un marco a su alrededor es una solución para esto en muchos contextos. Este fenómeno se cita a menudo como un ejemplo de movimientos que deben minimizarse mediante un diseño ergonómico adecuado.

Las pantallas táctiles no compatibles siguen siendo bastante comunes en aplicaciones como cajeros automáticos y quioscos de datos, pero no son un problema ya que el usuario típico solo se involucra durante períodos breves y muy espaciados.

Huellas dactilares

Las pantallas táctiles pueden sufrir el problema de las huellas dactilares en la pantalla. Esto se puede mitigar mediante el uso de materiales con recubrimientos ópticos diseñados para reducir los efectos visibles de los aceites para huellas dactilares. La mayoría de los teléfonos inteligentes modernos tienen revestimientos oleofóbicos, que reducen la cantidad de residuos de aceite. Otra opción es instalar un protector de pantalla antideslumbrante con acabado mate, que crea una superficie ligeramente rugosa que no retiene las manchas con facilidad.

Toque de guante

Las pantallas táctiles no funcionan la mayor parte del tiempo cuando el usuario usa guantes. El grosor del guante y el material del que están hechos juegan un papel importante en eso y la capacidad de una pantalla táctil para captar un toque.