Una pantalla táctil (o pantalla táctil ) es un tipo de pantalla que puede detectar la entrada táctil de un usuario. Consta de un dispositivo de entrada (un panel táctil) y un dispositivo de salida (una pantalla visual). El panel táctil suele estar colocado en la parte superior de la pantalla visual electrónica de un dispositivo. Las pantallas táctiles se encuentran comúnmente en teléfonos inteligentes , tabletas , computadoras portátiles y otros dispositivos electrónicos.
La pantalla suele ser una pantalla LCD , AMOLED u OLED .
Un usuario puede ingresar o controlar el sistema de procesamiento de información mediante gestos simples o multitáctiles tocando la pantalla con un lápiz especial o uno o más dedos. [1] Algunas pantallas táctiles utilizan guantes normales o con revestimiento especial para funcionar, mientras que otras solo funcionan con un lápiz o lápiz óptico especial. El usuario puede utilizar 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.
Una 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). [2]
Las pantallas táctiles son comunes en dispositivos como teléfonos inteligentes , consolas de juegos portátiles y computadoras personales . Son comunes en sistemas de puntos de venta (POS), cajeros automáticos (ATM) y máquinas de votación electrónica . También pueden conectarse a ordenadores 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 son importantes en entornos educativos como las aulas o los campus universitarios. [3]
La popularidad de los teléfonos inteligentes, las tabletas y muchos tipos de dispositivos de información ha impulsado la demanda y la aceptación de pantallas táctiles comunes para dispositivos electrónicos portátiles y funcionales. Las pantallas táctiles se encuentran en el campo médico, la industria pesada , cajeros automáticos (ATM) y quioscos como exhibidores de museos o 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 contenido de la pantalla.
Históricamente, el sensor de pantalla táctil y el firmware basado en 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.
Un predecesor de la pantalla táctil moderna incluye sistemas basados en lápiz óptico.
1946 LÁPIZ DE LUZ DIRECTA: Philco Company presentó una patente para un lápiz diseñado para transmisiones deportivas que, cuando se colocaba contra una pantalla de tubo de rayos catódicos (CRT) intermedia, amplificaba y aumentaba la señal original. Efectivamente, esto se usó para dibujar temporalmente flechas o círculos en una transmisión de televisión en vivo, como se describe en el documento US 2487641A, Denk, William E, "Electronic pointer for television images", publicado el 8 de noviembre de 1949 .
1962 ÓPTICA: 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 electrónico", emitida el 9 de enero de 1962 . Esta pantalla táctil utilizó una matriz de luces colimadas que brillaban ortogonalmente a través de la superficie táctil. Cuando un lápiz interrumpe un haz, los fotodetectores que ya no reciben una señal se pueden utilizar para determinar dónde está la interrupción. Las iteraciones posteriores de pantallas táctiles basadas en matrices se basaron en esto agregando más emisores y detectores para mejorar la resolución, emisores de impulsos para mejorar la relación señal óptica-ruido y una matriz no ortogonal para eliminar lecturas de sombras cuando se usa multitáctil.
1963 PLUMA DE LUZ INDIRECTA: Invenciones posteriores se basaron en este sistema para liberar los lápices de teleescritura de sus ataduras mecánicas. Al transcribir lo que un usuario dibuja en una computadora, se podría guardar para uso futuro. Véase US 3089918A, Graham, Robert E, "Aparato de teleescritura", publicado el 14 de mayo de 1963 .
1965 CAPACITANCIA Y RESISTENCIA - La primera pantalla táctil accionada por los dedos 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 [8] [9] y luego más íntegramente —con fotografías y diagramas— en un artículo publicado en 1967. [10]
CORTINA ULTRASÓNICA MEDIADOS DE LOS AÑOS 60 -Otro precursor de las pantallas táctiles, un dispositivo señalador basado en una cortina ultrasónica frente a la pantalla de un terminal, fue desarrollado por un equipo de Rainer Mallebrein en Telefunken Konstanz para un sistema de control de tráfico aéreo. [11] En 1970, esto evolucionó hasta convertirse en un dispositivo llamado "Touchinput- Einrichtung " ("instalación de entrada táctil") para el terminal SIG 50 que utilizaba una pantalla de vidrio con revestimiento conductor delante de la pantalla. [12] [11] Esto fue patentado en 1971 y la patente se concedió un par de años después. [12] [11] El mismo equipo ya había inventado y comercializado el ratón Rollkugel RKS 100-86 para el SIG 100-86 un par de años antes. [12]
1968 CAPACITANCIA - La aplicación de la tecnología táctil para el control del tráfico aéreo se describió en un artículo publicado en 1968. [13] Frank Beck y Bent Stumpe , ingenieros del CERN (Organización Europea para la Investigación Nuclear), desarrollaron una pantalla táctil transparente a principios de los años 1970, [14] basado en el trabajo de Stumpe en una fábrica de televisores a principios de los años 1960. Luego fabricado por el CERN, y poco después por socios de la industria, [15] se puso en uso en 1973. [16]
1972 ÓPTICA: un grupo de la Universidad de Illinois solicitó una patente para una pantalla táctil óptica [17] que se convirtió en una parte estándar de la terminal de 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 punta de un dedo que se encuentre muy cerca de la pantalla.
1973 CAPACITANCIA MULTITÁCTIL: En 1973, Beck y Stumpe publicaron otro artículo que describía su pantalla táctil capacitiva. Esto indicaba que era capaz de realizar funciones multitáctiles, pero esta función se inhibió intencionalmente, presumiblemente porque no se consideraba útil en ese momento ("Una...variable...llamada PERO cambia el valor de cero a cinco cuando se toca un botón . Tocar otros botones daría otros valores distintos de cero de BUT, pero esto está protegido por software" (Página 6, sección 2.6). [18] "El contacto real entre un dedo y el condensador se evita mediante una fina lámina de plástico" (Página 3, sección 2.3). En ese momento aún no se había inventado la capacitancia proyectada.
1977 RESISTIVO: 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 estadounidense n.° 3.911.215, del 7 de octubre de 1975, que había sido desarrollada por el fundador de Elographics, George Samuel Hurst. . [19] La pantalla táctil de tecnología resistiva resultante se mostró por primera vez en la Exposición Universal de Knoxville en 1982. [20]
1982 CÁMARA MULTITÁCTIL: La tecnología multitáctil comenzó en 1982, cuando el Grupo de Investigación de Entradas 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.
1983 ÓPTICA: Se utilizó una pantalla táctil óptica en la HP-150 a partir de 1983. La HP 150 fue una de las primeras computadoras comerciales con pantalla táctil del mundo. [21] HP montó sus transmisores y receptores de infrarrojos alrededor del bisel de un tubo de rayos catódicos (CRT) Sony de 9 pulgadas .
1983 PANTALLA TÁCTIL DE DETECCIÓN DE FUERZA MULTITÁCTIL: Bob Boie de AT&T Bell Labs, utilizó cambios en la capacitancia para rastrear el perfil de espesor variable de una membrana superpuesta suave y deformable cuando uno o más objetos físicos interactúan con ella; [22] la superficie flexible se reemplaza fácilmente si se daña con estos objetos. La patente describe esta tecnología como potencialmente utilizable como pantalla táctil.
Se describe a Boie [23] [24] [25] como quien realizó un avance importante con su tecnología de pantalla táctil; pero no se ha encontrado evidencia de que Boie haya patentado alguna vez una resistente pantalla táctil capacitiva multitáctil, que podía detectar a través de una capa protectora rígida. [26] Muchas de estas citas se basan en evidencia anecdótica de Bill Buxton de Bell Labs. [27] Sin embargo, Bill Buxton no tuvo mucha suerte al conseguir esta tecnología. Como afirma en la cita: "Nuestra suposición (falsa, como se vio después) era que la tecnología Boie estaría disponible para nosotros en un futuro próximo. Alrededor de 1990 llevé a un grupo de Xerox para ver esta tecnología [sic] desde Pensé que sería adecuado para la interfaz de usuario de nuestros grandes procesadores de documentos, pero no funcionó".
CAPACITANCIA HASTA 1984: Aunque, como se citó anteriormente, a Johnson se le atribuye el desarrollo de las primeras pantallas táctiles capacitivas y resistivas operadas con los dedos en 1965, estas funcionaban tocando directamente cables en el frente de la pantalla. [9] Stumpe y Beck desarrollaron una pantalla táctil de autocapacitancia en 1972 y una pantalla táctil de capacitancia mutua en 1977. Ambos dispositivos sólo podían detectar el dedo mediante contacto directo o a través de una fina película aislante. [28] Según el informe de Stumpe de 1977, tenía 11 micrones de espesor. [29]
1984 PRIMERA PATENTE DE PANTALLA TÁCTIL DE CAPACITANCIA PROYECTADA: un inventor británico, Ron Binstead, inventó un teclado de capacitancia y una pantalla táctil, con capacidad multitáctil, que podía "proyectar" la detección táctil a través de varios centímetros de aire y otros materiales no conductores [30]. Esto permitió la detección precisa de dedos a través de vidrios muy gruesos e incluso de doble acristalamiento (consulte la imagen del teclado ). [31] El aumento masivo de la funcionalidad se debió a que en ese momento se disponía de una potencia de procesamiento mucho mayor y al uso de una forma simple de inteligencia artificial (consulte la reivindicación de patente 1). Inicialmente se utilizó una computadora Acorn BBC para procesar los datos. Esta técnica pasó a conocerse posteriormente como capacitancia proyectada .
La capacitancia proyectada utiliza una forma simple de inteligencia artificial para medir los cambios en la capacitancia causados por uno o más dedos, perfilando específicamente los efectos de capacitancia esperados para el contacto con los dedos y eliminando cualquier cambio de capacitancia medido atribuible a otros eventos globales y/o locales. [32]
En lugar de un teclado, el dispositivo podría usarse como un área de detección x/y continua (ver reivindicación 9). Se podía utilizar una versión transparente como pantalla táctil de capacitancia proyectada (consulte la reivindicación 10), pero su tamaño era limitado debido a la alta resistencia de las pistas estrechas y transparentes de óxido de indio y estaño (numeradas 96 en la imagen) utilizadas para unir todas las zonas de detección ( 80,82,84,86,88,90) de forma independiente a un borde común.
1984 TOUCHPAD: Fujitsu lanzó un panel táctil para el Micro 16 para adaptarse a la complejidad de los caracteres kanji , que se almacenaban como gráficos en mosaico . [33]
1986 TABLETA GRÁFICA: se lanzó una tableta gráfica táctil para la computadora Sega AI. [34] [35]
EVALUACIÓN DE AERONAVES A PRINCIPIOS DE LOS AÑOS 80: A principios de los años 80 se evaluaron unidades de control y visualización (CDU) sensibles al tacto para las cubiertas de vuelo de aviones comerciales. La investigación inicial demostró que una interfaz táctil reduciría la carga de trabajo del piloto, ya que la tripulación podría seleccionar puntos de ruta, funciones y acciones, en lugar de estar "cabeza abajo" escribiendo latitudes, longitudes y códigos de puntos de ruta en un teclado. Una integración efectiva de esta tecnología tenía como objetivo ayudar a las tripulaciones de vuelo a mantener un alto nivel de conciencia situacional de todos los aspectos principales de las operaciones del vehículo, incluida la trayectoria de vuelo, el funcionamiento de varios sistemas de la aeronave y las interacciones humanas momento a momento. [36]
EVALUACIÓN DE COCHES A PRINCIPIOS DE LOS 80: además, a principios de los años 80, 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 funciones mecánicas o eléctricas. sistemas mecánicos con alternativas de estado sólido siempre que sea posible. El dispositivo terminado fue denominado 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. [37] El ECC reemplazó los controles y pantallas mecánicos tradicionales del estéreo , el ventilador, la calefacción y el aire acondicionado , y fue capaz de proporcionar información muy detallada y específica sobre el estado operativo actual y acumulativo del vehículo en tiempo real . El ECC era 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 que sufría la pantalla táctil del ECC. lo que imposibilitaría el control del clima o el funcionamiento del estéreo. [38]
1985 TABLETA GRÁFICA: 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. [39]
1985 CAPACITANCIA MULTITÁCTIL: El grupo de la Universidad de Toronto, incluido Bill Buxton, desarrolló una tableta multitáctil que utilizaba capacitancia en lugar de voluminosos sistemas de detección óptica basados en cámaras (consulte Historia de la tecnología multitáctil ).
1985 UTILIZADO PARA PUNTO DE VENTA: el primer software gráfico de punto de venta (POS) disponible comercialmente se demostró en la computadora en color Atari 520ST de 16 bits . Presentaba una interfaz basada en widgets con pantalla táctil a color. [40] El software POS ViewTouch [41] fue mostrado por primera vez por su desarrollador, Gene Mosher, en el área de demostración de Atari Computer de la exposición COMDEX de otoño en 1986. [42]
1987 SE INVENTA LA PRIMERA PANTALLA TÁCTIL DE GRAN CAPACIDAD PROYECTADA: el inventor británico Ron Binstead inventó una gran pantalla táctil de capacitancia proyectada. [43] Esto detectó los dedos a través de un vidrio muy grueso y doble acristalamiento, lo que permitió operar pantallas táctiles a través de escaparates. Se conectaron 16 zonas de detección táctil directamente a los cuatro bordes de la pantalla táctil (ver imagen insertada), evitando así la necesidad de pistas estrechas que unan las zonas de detección con el borde. Se realizó un pedido por valor de 0,7 millones de dólares en estas pantallas táctiles para su uso en una cadena hotelera de EE. UU. [44]
1987 TECLAS TÁCTILES DE CAPACITANCIA - Casio lanzó la computadora de bolsillo Casio PB-1000 con una pantalla táctil que consta de una matriz de 4 × 4, lo que da como resultado 16 áreas táctiles en su pequeña pantalla gráfica LCD.
1988 SELECCIONAR EN "LIFT-OFF" - Las pantallas táctiles tenían mala reputación de ser imprecisas hasta 1988. La mayoría de los libros sobre interfaz de usuario indicarían que las selecciones de la pantalla táctil se limitaban a objetivos más grandes que el dedo promedio. En aquella época, las selecciones se hacían de tal manera que se seleccionaba un objetivo tan pronto como el dedo pasaba por encima y se realizaba la acción correspondiente inmediatamente. Los errores eran comunes, debido a problemas de paralaje o calibración, lo que generaba frustración en el usuario. La "estrategia de despegue" [45] fue introducida por investigadores del Laboratorio de Interacción Humano-Computadora (HCIL) de la Universidad de Maryland . 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 tiene lugar sólo cuando el dedo se levanta de la pantalla. Esto permitió la selección de objetivos pequeños, hasta un solo píxel en una pantalla Video Graphics Array (VGA) de 640 × 480 (un estándar de esa época).
1990 GESTOS ÚNICOS Y MULTITOQUES - Sears et al. (1990) [46] hizo una revisión de la investigación académica sobre la interacción humano-computadora simple y multitáctil de la época, describiendo gestos como girar perillas, ajustar controles deslizantes y deslizar la pantalla para activar un interruptor (o un interruptor en forma de U). gesto para un interruptor de palanca). El equipo de HCIL desarrolló y estudió teclados de pantalla táctil pequeños (incluido un estudio que mostró que los usuarios podían escribir a 25 palabras por minuto en un teclado de pantalla táctil), lo que ayudó a su introducción en dispositivos móviles. También diseñaron e implementaron gestos multitáctiles, como seleccionar el rango de una línea, conectar objetos y un gesto de "tocar y hacer clic" para seleccionar mientras se mantiene la ubicación con otro dedo.
1990 INTERRUPTORES DESLIZABLES Y DE PANTALLA TÁCTIL - HCIL demostró un control deslizante de pantalla táctil, [47] que luego fue citado como técnica anterior en el litigio sobre patentes de pantalla de bloqueo entre Apple y otros proveedores de teléfonos móviles con pantalla táctil (en relación con la patente estadounidense 7,657,849 ). [48]
1991 SE CONCEDE LA PRIMERA PATENTE DE CAPACITANCIA PROYECTADA - La solicitud de patente de capacitancia proyectada de 1984 se concede a Binstead Designs de Nottingham, Inglaterra. [30]
1991 CONTROL INERCIA - De 1991 a 1992, el prototipo de PDA Sun Star7 implementó una pantalla táctil con desplazamiento inercial . [49]
1993 RATÓN/TECLADO DE CAPACITANCIA: Bob Boie de AT&T Bell Labs, patentó un ratón o teclado sencillo que detectaba capacitivamente un solo dedo a través de un fino aislante. [50] Aunque no se reivindica ni se menciona en la patente, esta tecnología podría haberse utilizado como una pantalla táctil de capacitancia.
1993 PRIMER TELÉFONO CON PANTALLA TÁCTIL RESISTIVA: IBM lanzó el IBM Simon , que es el primer teléfono con pantalla táctil.
CONTROLADOR DE JUEGOS ABANDONADO DE PRINCIPIOS DE LOS 90: Un primer intento de crear una consola de juegos portátil con controles de pantalla táctil fue el sucesor previsto de Sega para Game Gear , aunque el dispositivo finalmente fue archivado y nunca se lanzó debido al costoso costo de la tecnología de pantalla táctil a principios de los 90.
1994 PRIMERA PATENTE DE PANTALLA TÁCTIL DE CAPACITANCIA PROYECTADA X/Y: el inventor británico Ron Binstead inventó un detector de proximidad de entrada múltiple y capacitancia proyectada multiplexada x/y y panel táctil/pantalla táctil. Este era capaz de ser multitáctil y podía detectar los dedos de manera precisa y confiable a través de gruesas superposiciones de plástico y vidrio. [51] Junto con la patente anterior del inventor, [30] esto era muy similar a una patente de Apple obtenida 10 años después, en 2004. [52]
1994 PRIMERA CAPACITANCIA PROYECTADA BASADA EN ALAMBRE - Las pantallas táctiles de Stumpe y Beck (1972/1977 - ya citadas), utilizaban pistas de cobre conductoras opacas que oscurecían aproximadamente el 50% de la pantalla (pista de 80 micrones / espacio de 80 micrones). Sin embargo, la llegada de la capacitancia proyectada en 1984, con su capacidad de detección mejorada, indicó que la mayoría de estas pistas podrían eliminarse. Esto resultó ser así y condujo a la invención de una pantalla táctil basada en cables en 1994, donde un cable recubierto de aislamiento de 25 micrones de diámetro reemplazó aproximadamente 30 de estas pistas de 80 micrones de ancho y también podía detectar con precisión los dedos a través de un vidrio grueso. El enmascaramiento de la pantalla, causado por el cobre, se redujo del 50% a menos del 0,5%.
El uso de alambre fino significó que se podían trazar pantallas táctiles muy grandes, de varios metros de ancho, sobre una delgada película de soporte de poliéster con un simple trazador de lápiz x/y, [53] eliminando la necesidad de costosos y complicados recubrimientos por pulverización, ablación por láser, pantalla. impresión o grabado. La película resultante, increíblemente flexible, para pantalla táctil, de menos de 100 micrones de espesor, podría fijarse mediante un adhesivo débil estático o que no se endurezca a un lado de una hoja de vidrio, para detectar a través de ese vidrio. [54] Las primeras versiones de este dispositivo estaban controladas por el microchip PIC16C54.
1994 PRIMER JUEGO DE PUB CON PANTALLA TÁCTIL: Apareciendo en los pubs en 1994, Monopoly SWP (habilidad con premios) de JPM fue la primera máquina en utilizar tecnología de pantalla táctil en lugar de botones (ver Máquina de preguntas /Historia). Utilizaba una versión de 14 pulgadas de esta pantalla táctil de capacitancia proyectada basada en cables recientemente inventada y tenía 64 áreas de detección; el patrón de cableado era similar al que se muestra en el diagrama inferior. El patrón en zig-zag se introdujo para minimizar los reflejos visuales y evitar la interferencia Moiré entre los cables y los escaneos de la línea del monitor. Alrededor de 600 de estos se vendieron para este propósito, al por menor a £ 50 cada uno, lo que era muy barato para la época. [44] Trabajar a través de vidrio muy grueso lo hacía ideal para operar en un ambiente "hostil", como un pub. Aunque la luz reflejada por los cables de cobre era perceptible en determinadas condiciones de iluminación, este problema se eliminó utilizando vidrio tintado. El problema de la reflexión se resolvió posteriormente utilizando cables más finos (de 10 micrones de diámetro) con revestimiento oscuro. A lo largo de la década siguiente, JPM siguió utilizando pantallas táctiles para muchos otros juegos como "Cluedo" y "Quién quiere ser millonario". [55]
1998 LICENCIAS DE CAPACITANCIA PROYECTADAS: esta tecnología se concedió la licencia cuatro años más tarde a Romag Glass Products, que más tarde se convertiría en Zytronic Displays y Visual Planet en 2003 (consulte la página 4). [56]
2004 PATENTE DE CAPACITANCIA PROYECTADA MULTITÁCTIL MÓVIL: Apple patenta su pantalla táctil capacitiva multitáctil para dispositivos móviles. [52]
2004 VIDEOJUEGOS CON PANTALLAS TÁCTILES - Las pantallas táctiles no se utilizaron popularmente para los videojuegos hasta el lanzamiento de Nintendo DS en 2004. [57]
TELÉFONO MÓVIL CON CAPACITANCIA 2007 - El primer teléfono móvil con pantalla táctil capacitiva fue LG Prada , lanzado en mayo de 2007 (que fue antes del lanzamiento del primer iPhone ). [58] En 2009, los teléfonos móviles con pantalla táctil se estaban poniendo de moda y rápidamente ganaban popularidad tanto en dispositivos básicos como avanzados. [59] [60] En el cuarto trimestre de 2009, por primera vez, la mayoría de los teléfonos inteligentes (es decir, no todos los teléfonos móviles) se vendieron con pantallas táctiles en lugar de pantallas no táctiles. [61]
2013 VENTAS DE CAPACITANCIA RESISTIVA VERSUS PROYECTADA - 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 96 % eran de capacitancia proyectada (consulte la página 5). [62]
PANTALLAS TÁCTILES CON SENSOR DE FUERZA 2015: hasta hace poco, [ ¿cuándo? ] la mayoría de las pantallas táctiles de los consumidores sólo podían detectar un punto de contacto a la vez, y pocas han tenido la capacidad de sentir con qué fuerza se toca. 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.
PRIMERA PATENTE DE PANTALLA TÁCTIL "CABLEADA" DIAGONALMENTE DE 2015: el inventor británico Ron Binstead inventó una nueva disposición de "cableado" diagonal para usar con pantallas táctiles de capacitancia proyectada resistivas y multitáctiles: todos los elementos de E/S provienen de un solo borde, y no cables conectados o "zona muerta" alrededor de los otros tres bordes (ver imagen superior a la derecha). La resolución táctil casi se duplica en comparación con la multiplexación x/y. Por ejemplo, 16 E/S x/y crean un máximo de 64 intersecciones de elementos sensores, mientras que 16 E/S diagonales crean 120 intersecciones. [63] [64]
CAPACITANCIA PROYECTADA BISTADO 2015: cuando se utiliza como pantalla táctil de capacitancia proyectada, en modo de capacitancia mutua, el cableado diagonal requiere que cada línea de E/S sea capaz de cambiar entre dos estados (biestado), una salida en algunas ocasiones y una entrada en otras ocasiones. . Las E/S son entradas la mayor parte del tiempo, pero, una vez en cada escaneo, una de las E/S tiene que tomar su turno para ser una salida, y las E/S de entrada restantes detectan cualquier señal que genere. Por lo tanto, es posible que las líneas de E/S tengan que cambiar de entrada a salida, y viceversa, muchas veces por segundo. Este nuevo diseño ganó un premio Electronics Weekly Elektra en 2017. [65]
PRIMERA PATENTE DE PANTALLA TÁCTIL "INFINITAMENTE AMPLIA" DE 2021: con pantallas táctiles de matriz x/y estándar, la resistencia de los elementos sensores horizontales aumenta a medida que aumenta el ancho de la pantalla táctil. Finalmente, se alcanza un límite en el que la resistencia se vuelve tan grande que la pantalla táctil ya no puede funcionar correctamente. En 2021, el inventor británico Ron Binstead inventó una pantalla táctil de ancho ilimitado. El cableado diagonal hace que los elementos sensores sean independientes del ancho de la pantalla táctil, sin superar nunca 1.414 veces la altura , por muy ancha que sea la pantalla táctil. [66] Esto podría reducirse a 1,15 veces la altura, si los elementos sensores se cruzan a 60 grados en lugar de 90 grados. La pantalla táctil podría controlarse mediante un único procesador, o los dos extremos podrían controlarse de forma totalmente independiente mediante diferentes procesadores si estuvieran conectados mediante un procesador de sincronización en la sección central superpuesta. El número de intersecciones únicas podría aumentarse bifurcando muchos de los elementos sensores, como se muestra en el diagrama.
Existe una variedad de tecnologías de pantalla táctil con diferentes métodos de detección del tacto. [46]
Un panel de pantalla táctil resistivo consta de varias capas delgadas, la más importante de las cuales son dos capas eléctricas resistivas transparentes enfrentadas entre sí con un espacio delgado entre ellas. La capa superior (la que se toca) tiene un revestimiento en la superficie inferior; justo debajo hay una capa resistiva similar encima de su sustrato. Una capa tiene conexiones conductoras a lo largo de los lados, la otra en 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. [67] El panel luego 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 presión en la pantalla.
El tacto resistivo se utiliza en restaurantes, fábricas y hospitales debido a su alta tolerancia a líquidos y contaminantes. Un beneficio importante de la tecnología táctil resistiva es su bajo costo. Además, como solo se necesita suficiente presión para sentir el tacto, se pueden usar con guantes o usando cualquier cosa rígida como sustituto de los dedos. Las desventajas incluyen la necesidad de presionar hacia abajo y el riesgo de dañarlo con objetos punzantes. Las pantallas táctiles resistivas también sufren de un contraste más pobre, debido a que tienen reflejos adicionales (es decir, reflejos) de las capas de material colocadas sobre la pantalla. [68] Este tipo de pantalla táctil ha sido utilizado por Nintendo en la familia DS, la familia 3DS y el Wii U GamePad . [69]
Debido a su estructura simple, con muy pocas entradas, las pantallas táctiles resistivas se utilizan principalmente para operación con un solo toque, aunque hay disponibles algunas versiones de dos toques (a menudo descritas como multitáctiles). [70] [71] Sin embargo, hay algunas pantallas táctiles resistivas multitáctiles disponibles. Estos necesitan muchas más entradas y dependen de la multiplexación x/y para mantener la cuenta regresiva de E/S.
Un ejemplo de una verdadera pantalla táctil resistiva multitáctil [72] puede detectar 10 dedos al mismo tiempo. Tiene 80 conexiones de E/S. Posiblemente estén divididas en 34 entradas x / 46 salidas y, formando una pantalla táctil con relación de aspecto estándar 3:4 con 1564 nodos de detección táctil que se cruzan x/y.
Se podría haber utilizado la multiplexación de tres estados en lugar de la multiplexación x/y. Esto habría reducido el recuento de E/S de 80 a 60 y, al mismo tiempo, habría creado 1770 nodos de detección táctil únicos, sin necesidad de un bisel y con todas las entradas provenientes de un solo borde. [73]
La tecnología de ondas acústicas superficiales (SAW) utiliza ondas ultrasónicas que pasan sobre el panel de la pantalla táctil. Cuando se toca el panel, se absorbe una parte de la onda. El controlador procesa el cambio de ondas ultrasónicas para determinar la posición del evento táctil. Los paneles de pantalla táctil de ondas acústicas superficiales pueden resultar dañados por elementos externos. 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, correlacionadores y convertidores de CC a CC .
Un panel de pantalla táctil capacitivo consta de un aislante , como vidrio , recubierto con un conductor transparente , como óxido de indio y estaño (ITO). [74] 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 utilizar diferentes tecnologías para determinar la ubicación del toque. Luego, la ubicación se envía al controlador para su procesamiento. Algunas pantallas táctiles usan plata en lugar de ITO, ya que el ITO causa varios problemas ambientales debido al uso de indio. [75] [76] [77] [78] El controlador suele ser un chip de circuito integrado de aplicación específica ( ASIC) complementario de semiconductor de óxido metálico (CMOS ), que a su vez generalmente envía las señales a un procesador de señales digitales CMOS ( DSP) para su procesamiento. [79] [80]
A diferencia de una pantalla táctil resistiva , algunas pantallas táctiles capacitivas no se pueden utilizar para detectar un dedo a través de material aislante eléctricamente, como guantes. Esta desventaja afecta especialmente la usabilidad en productos electrónicos de consumo, como tabletas táctiles y teléfonos inteligentes capacitivos en climas fríos, cuando las personas pueden usar guantes. Se puede superar con un lápiz capacitivo especial o con 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 de modo conmutado de baja calidad con un voltaje inestable y ruidoso puede interferir temporalmente con la precisión, exactitud y sensibilidad de las pantallas táctiles capacitivas. [81] [82] [83]
Algunos fabricantes de pantallas capacitivas continúan desarrollando pantallas táctiles más delgadas y precisas. Los de dispositivos móviles ahora se producen con tecnología "in-cell", como en las pantallas Super AMOLED de Samsung , que elimina una capa construyendo los condensadores dentro de la propia pantalla. Este tipo de pantalla táctil reduce la distancia visible entre el dedo del usuario y lo que el usuario está tocando en la pantalla, reduciendo el grosor y el peso de la pantalla, lo cual 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 de este sistema se concentra directamente entre las placas. Parte de la energía se derrama hacia el área exterior de las placas y las líneas de campo eléctrico asociadas con este efecto se denominan campos marginales. Parte del desafío de crear un sensor capacitivo práctico es diseñar un conjunto de trazas de circuito impreso que dirijan los campos marginales hacia un área de detección activa accesible al usuario. Un condensador de placas paralelas no es una buena opción para dicho patrón de sensor. Colocar un dedo cerca de campos eléctricos marginales agrega una superficie conductora al sistema capacitivo. La capacidad de almacenamiento de carga adicional agregada por el dedo se conoce como capacitancia del dedo o CF. La capacitancia del sensor sin un dedo presente se conoce como capacitancia parásita o CP.
En esta tecnología básica, sólo 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 no recubierta, se forma dinámicamente un condensador. 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 recibir señales falsas debido al acoplamiento capacitivo parásito y necesita calibración durante la fabricación. Por lo tanto, se utiliza con mayor frecuencia en aplicaciones simples como controles industriales y quioscos . [84]
Aunque algunos métodos de detección de capacitancia estándar 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, provocando fluctuaciones en la capacitancia. de estas placas. [85] Estas fluctuaciones dan como resultado mucho ruido de fondo, por lo que se requiere una señal fuerte del dedo 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.
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 enormemente mediante el uso de una forma simple de inteligencia artificial. Este procesamiento inteligente permite proyectar la detección dactilar, de forma precisa y fiable, a través de vidrios muy gruesos e incluso de doble acristalamiento. [86]
La capacitancia proyectada es un método para detectar y rastrear con precisión una variable particular, o un grupo de variables (como dedo(s)), mediante: a) el uso de una forma simple de inteligencia artificial para desarrollar un perfil de los efectos de cambio de capacitancia esperados para esa variable, b) buscar específicamente dichos cambios, y c) eliminar los cambios de capacitancia medidos que no coinciden con este perfil, atribuibles a variables globales (como temperatura/humedad, acumulación de suciedad, ruido eléctrico) y variables locales (como gotas de lluvia, sombra parcial y manos/codos). Los sensores de capacitancia pueden ser discretos, posiblemente (pero no necesariamente) en una matriz regular, o pueden estar multiplexados. [52]
Suposiciones.
En la práctica, se hacen varias suposiciones, tales como: - a) los dedos no tocarán la pantalla en el momento del "encendido", b) un dedo no estará en el mismo lugar durante más de un período de tiempo fijo, y c ) los dedos no se tocarán en todas partes al mismo tiempo.
a) Si un dedo ESTÁ tocando la pantalla en el momento del "encendido", tan pronto como se retire, se detectará un gran cambio de capacitancia "antitáctil". Esto le indica al procesador que restablezca los umbrales de contacto y almacene nuevos valores "sin contacto" para cada entrada.
b) La compensación de deriva a largo plazo se utiliza para aumentar o disminuir gradualmente estos umbrales (con tendencia eventualmente a "no tocar"). Esto compensa los cambios globales de temperatura y humedad. También elimina la posibilidad de que cualquier posición parezca estar tocada durante demasiado tiempo debido a algún evento "no relacionado con los dedos". Esto podría deberse, por ejemplo, a que una hoja mojada caiga y se pegue a la pantalla.
c) Cuando se debe tomar una decisión sobre la validez de uno o más toques, entonces, el supuesto c) significa que el valor promedio de los cambios medidos para algunas de las entradas con el cambio más pequeño, se puede utilizar para "compensar" el umbrales de contacto de las entradas en disputa. Esto minimiza la influencia de manos y brazos.
Por estos y otros medios, el procesador ajusta constantemente los umbrales táctiles y modifica la sensibilidad táctil de cada entrada. Esto permite detectar con precisión cambios muy pequeños, causados únicamente por los dedos, a través de capas gruesas o varios centímetros de aire. [31]
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 aún más el campo de carga y lo detecta. La capacitancia se puede cambiar y medir en cada punto individual de la red. Este sistema es capaz de rastrear con precisión los toques. [87]
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, un sistema PCT puede detectar un lápiz pasivo o dedos enguantados.
La humedad en la superficie del panel, la alta humedad o el polvo acumulado no son un problema, especialmente con las pantallas táctiles basadas en "cable fino" debido al hecho de que las pantallas táctiles basadas en cable tienen una capacitancia "parásita" muy baja y hay una distancia mayor. entre conductores vecinos. La capacitancia proyectada tiene incorporada una "compensación de deriva a largo plazo". Esto minimiza los efectos de los factores ambientales que cambian lentamente, como la acumulación de suciedad y los efectos causados por los cambios en el clima. [86] Las gotas de lluvia tienen poco efecto, pero el agua que fluye, y especialmente el agua de mar (debido a su conductividad eléctrica), puede causar problemas a corto plazo.
Se impone una señal de alta frecuencia (RF), posiblemente de 100 kHz a 1 MHz, en una pista a la vez y se toman medidas de capacitancia apropiadas (como se describe más adelante en este artículo). [88] Este proceso se repite hasta que se hayan muestreado todas las pistas.
Las pistas conductoras suelen ser transparentes, un ejemplo es el óxido de indio y estaño (ITO), un conductor eléctrico transparente, pero estas pistas conductoras pueden estar hechas de malla metálica muy fina y no transparente [89] o de alambres finos individuales. [53]
El diseño puede variar dependiendo de si se va a detectar un solo dedo o varios dedos.
Para detectar muchos dedos al mismo tiempo, algunas pantallas táctiles PCT modernas se componen de miles de teclas discretas, [52] cada tecla está vinculada individualmente al borde de la pantalla táctil. Esto se logra grabando un patrón de rejilla de electrodo en un revestimiento conductor transparente en un lado de una hoja de vidrio o plástico.
Para reducir el número de pistas de entrada, la mayoría de las pantallas táctiles PCT utilizan multiplexación. Esto permite, por ejemplo, reducir 100 (n) entradas clave discretas a 20 cuando se usa multiplexación x/y, o 15 si se usa multiplexación biestado o multiplexación de tres estados .
La multiplexación de capacitancia requiere una red de pistas conductoras que se cruzan, pero aisladas eléctricamente. Esto se puede lograr de muchas maneras diferentes. Una forma es crear pistas conductoras paralelas en un lado de una película plástica y pistas paralelas similares en el otro lado, orientadas a 90 grados con respecto al primer lado. [90] [91]
Otra forma es grabar pistas en láminas de vidrio separadas y unir estas láminas, con pistas en ángulo recto entre sí, cara a cara utilizando una fina capa intermedia adhesiva no conductora. [92]
Una alternativa sencilla es incrustar una rejilla x/y o diagonal de cables conductores recubiertos de aislamiento muy finos en una fina película de poliéster. Luego, esta película se puede unir a un lado de una hoja de vidrio, para operar a través del vidrio. [53]
La resolución táctil y el número de dedos que se pueden detectar simultáneamente está determinado por el número de puntos de cruce (x * y). Si x + y = n, entonces el número máximo posible de cruces es (n/2) 2 . Sin embargo, el número de puntos de cruce casi se puede duplicar utilizando un diseño de celosía diagonal (consulte Diagramas de pantalla táctil de celosía/diagonal) donde, en lugar de que los elementos x solo crucen los elementos y, cada elemento conductor cruza a todos los demás elementos. En estas circunstancias, el número máximo de cruces es (n 2 -n)/2. [73] Todas las entradas del conector provienen de un solo borde.
Vea el vídeo (arriba) de datos sin procesar de una pantalla táctil con cable diagonal de 32 entradas.
En 2015, Ron Binstead de Binstead Designs Ltd. inventó y patentó una nueva matriz diagonal, adecuada para una variedad de tecnologías de pantalla táctil y teclado. [93] [64] [94]
El diagrama (izquierda) muestra cómo un grupo de 6 elementos conductores paralelos, plegados sobre sí mismos (en ángulo recto), pueden crear una matriz triangular de 15 intersecciones únicas. Una matriz x/y, con 6 elementos conductores, solo habría creado un máximo de 9 intersecciones únicas.
Aunque los elementos conductores normalmente están conectados a un terminal en un extremo del conductor, el diagrama de la izquierda muestra que estos elementos plegados pueden terminar en el pliegue, formando así elementos divididos (o bifurcados).
Se puede formar una matriz diagonal cuadrada/rectangular doblando dos veces los conductores paralelos; consulte el diagrama de la derecha. Se podrían colocar dos conectores en los pliegues, en lados opuestos de la matriz. Alternativamente, se puede instalar un único conector en un extremo del conjunto, como se muestra en el diagrama. [63] [64] [95]
Pantallas táctiles cilíndricas.
Los elementos sensores diagonales también pueden formarse en una matriz cilíndrica sin costuras. El diagrama de la derecha muestra un diseño cilíndrico biestado dividido de 9 E/S , con 36 intersecciones únicas: todas las líneas de E/S conectadas a un extremo del cilindro (una matriz x/y estándar requeriría E/S horizontales). O líneas que entran al costado del cilindro). Los elementos sensores diagonales no divididos también se pueden formar en cilindros, pero 9 E/S solo crearían 20 (5x4) intersecciones únicas. Estos cilindros se pueden transformar físicamente en formas tridimensionales complejas mediante una variedad de métodos diferentes, como moldeo por soplado, conformado al vacío, etc.
Es posible un diseño similar para una pantalla LED cilíndrica complementaria; consulte Charlieplexing#Matrices diagonales .
Pantallas táctiles infinitamente amplias.
El ancho de la pantalla táctil normalmente está restringido por la resistencia del material conductor utilizado. A medida que aumenta el ancho de una pantalla táctil x/y, eventualmente la resistencia de los conductores horizontales se vuelve demasiado grande para que la pantalla táctil funcione correctamente. Sin embargo, son posibles pantallas táctiles "infinitamente" anchas cuando se utiliza cableado diagonal, porque las longitudes de los rieles son siempre 1,414 x la altura de la pantalla táctil y son independientes del ancho de la pantalla táctil (consulte el diagrama a la derecha [96] ).
Hay dos tipos de PCT: capacitancia mutua y autocapacitancia.
Una señal eléctrica, impuesta a un conductor eléctrico, puede ser "detectada" capacitivamente por otro conductor eléctrico que esté muy cerca, pero aislado eléctricamente, una característica que se aprovecha en las pantallas táctiles de capacitancia mutua. En un conjunto de sensores capacitivos mutuos, el cruce "mutuo" de un conductor eléctrico con otro conductor eléctrico, pero sin contacto eléctrico directo, forma un condensador (ver pantalla táctil#Construcción).
Se aplican pulsos de voltaje de alta frecuencia a estos conductores, uno a la vez. Estos pulsos se acoplan capacitivamente a cada conductor que lo cruza.
Acercar un dedo o un lápiz conductor a la superficie del sensor cambia el campo electrostático local, lo que a su vez reduce la capacitancia entre estos conductores que se cruzan. Cualquier cambio significativo en la intensidad de la señal detectada se utiliza para determinar si hay un dedo presente o no en una intersección. [97]
El cambio de capacitancia en cada intersección de la red se puede medir para determinar con precisión una o más ubicaciones de contacto.
La capacitancia mutua permite la operación multitáctil donde se pueden rastrear con precisión varios dedos, palmas o lápices ópticos al mismo tiempo. Cuanto mayor sea el número de intersecciones, mejor será la resolución táctil y más dedos independientes se podrán detectar. [98] [99] Esto indica una clara ventaja del cableado diagonal sobre el cableado x/y estándar, ya que el cableado diagonal crea casi el doble de intersecciones.
Una matriz de 30 i/o, 16×14 x/y, por ejemplo, tendría 224 de estas intersecciones/condensadores, y una matriz de celosía diagonal de 30 i/o podría tener 435 intersecciones.
Cada traza de una matriz de capacitancia mutua x/y solo tiene una función, es una entrada o una salida. Las trazas horizontales pueden ser transmisores mientras que las trazas verticales son sensores, o viceversa.
Sin embargo, las pistas en una matriz de capacitancia mutua diagonal tienen que cambiar continuamente su funcionalidad, "sobre la marcha", mediante un proceso llamado multiplexación biestado o multiplexación de tres estados . Algunas veces una traza será una salida, otras veces será una entrada o "conexión a tierra". Se puede utilizar una tabla de "consulta" para simplificar este proceso. Al distorsionar ligeramente los conductores en una matriz diagonal de E/S "n", se forma el equivalente de una matriz (n-1) por (n/2). Después de decodificar la dirección, ésta se puede procesar como una matriz x/y estándar.
Los sensores de autocapacitancia pueden tener el mismo diseño de cuadrícula X/Y o diagonal [73] que los sensores de capacitancia mutua, pero, con la autocapacitancia, todas las trazas generalmente operan de forma independiente, sin interacción entre las diferentes trazas. Junto con varios otros métodos, la carga capacitiva adicional de un dedo sobre un electrodo traza se puede medir con un molinete o mediante el cambio de frecuencia de un oscilador RC. [100]
Los rastros se detectan uno tras otro hasta que se hayan detectado todos los rastros. Se puede detectar un dedo en cualquier lugar a lo largo de todo un trazo (incluso "fuera de la pantalla"), pero no hay indicación de dónde se encuentra el dedo a lo largo de ese trazo. Sin embargo, si también se detecta un dedo a lo largo de otra traza que se cruza, se supone que la posición del dedo se encuentra en la intersección de las dos trazas. Esto permite la detección rápida y precisa de un solo dedo.
Sin embargo, existe ambigüedad si se debe detectar más de un dedo. [101] Dos dedos pueden tener cuatro posibles posiciones de detección, de las cuales sólo dos son verdaderas y las otras dos son "fantasmas". Sin embargo, al desensibilizar selectivamente cualquier punto de contacto en disputa, los resultados contradictorios se resuelven fácilmente. [102] Esto permite utilizar la autocapacitancia para la operación de dos toques.
Aunque la capacitancia mutua es más simple para el modo multitáctil, el multitáctil se puede lograr mediante la autocapacitancia.
Si la traza que se está detectando es intersectada por otra traza que tiene una señal "desensibilizante", entonces esa intersección es insensible al tacto. Al imponer tal señal "desensibilizante" en todos los rastros que se cruzan, excepto uno, a lo largo del rastro que se está detectando, entonces sólo una pequeña parte de ese rastro será sensible al tacto. [102] Al seleccionar una secuencia de estas secciones de detección a lo largo del trazo, es posible determinar la posición precisa de varios dedos a lo largo de un trazo. Luego, este proceso se puede repetir para todos los demás rastros hasta que se haya escaneado toda la pantalla.
Las capas de pantalla táctil autocapacitivas se utilizan en teléfonos móviles como el Sony Xperia Sola , [103] el Samsung Galaxy S4 , Galaxy Note 3 , Galaxy S5 y Galaxy Alpha .
La autocapacitancia es mucho más sensible que la capacitancia mutua y se utiliza 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. [104] Muchos fabricantes de pantallas táctiles utilizan tecnologías de capacitancia mutua y propia en el mismo producto, combinando así sus beneficios individuales. [105]
Cuando se utiliza una matriz X/Y de 16 x 14 para determinar la posición de un solo dedo mediante autocapacitancia, se requieren 30 (es decir, 16 + 14) mediciones de capacitancia. Se determina que el dedo está en la intersección de la más fuerte de las 16 medidas x y la más fuerte de las 14 medidas y. Sin embargo, cuando se utiliza capacitancia mutua, es posible que sea necesario medir cada intersección, lo que da un total de 224 (es decir, 16 x 14) mediciones de capacitancia. Por lo tanto, en este ejemplo, la capacitancia mutua requiere casi 7 veces más mediciones que la autocapacitancia para detectar la posición de un dedo.
Muchas aplicaciones, como seleccionar elementos de una lista o menú, requieren solo un dedo, y la autocapacitancia es eminentemente adecuada para tales aplicaciones, debido a la carga de procesamiento relativamente baja, el método de procesamiento más simple, la capacidad de detectar a través de materiales dieléctricos gruesos o aire, y la posibilidad de reducir el número de entradas necesarias, mediante diseños repetidos de vía. [106]
Sin embargo, para muchas otras aplicaciones, como expandir o contraer elementos en la pantalla y otros gestos, es necesario rastrear dos o más dedos.
Se pueden detectar y rastrear dos dedos con precisión mediante la autocapacitancia, pero esto implica algunos cálculos adicionales y 4 mediciones de capacitancia adicionales para eliminar las 2 posiciones "fantasmas". Un método consiste en realizar un escaneo de autocapacitancia completo para detectar las cuatro posiciones ambiguas de los dedos y luego utilizar solo cuatro mediciones de capacitancia mutua específicas para descubrir cuáles dos de las cuatro posiciones son válidas y cuáles no. Esto da un total de 34 mediciones, aún mucho menos que las 224 requeridas cuando se utiliza únicamente la capacitancia mutua.
Con 3 dedos se requieren 9 desambiguaciones; con 4 dedos, 16 desambiguaciones etc.
Con más dedos, se puede decidir que el proceso de desambiguación es demasiado difícil de manejar. Si hay suficiente potencia de procesamiento disponible, se puede realizar el cambio a exploración de capacitancia mutua completa. [102]
Las pantallas táctiles capacitivas no necesariamente necesitan ser manejadas con un dedo, pero hasta hace poco los lápices ópticos especiales requeridos podían ser bastante costosos de adquirir. El costo de esta tecnología ha disminuido considerablemente en los últimos años y los lápices capacitivos ahora están ampliamente disponibles por un cargo nominal y, a menudo, se regalan con accesorios móviles. Estos constan de un eje conductor de electricidad con una punta de goma suave y conductora, que conecta de manera resistiva los dedos con la punta del lápiz.
Una pantalla táctil infrarroja utiliza una serie de pares de fotodetectores y LED infrarrojos XY alrededor de los bordes de la pantalla para detectar una interrupción en el patrón de 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 ventaja importante de un sistema de este tipo es que puede detectar prácticamente cualquier objeto opaco, incluidos un dedo, un dedo enguantado, un lápiz óptico o un bolígrafo. Generalmente se utiliza en aplicaciones exteriores 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 del sistema en general. Las pantallas táctiles infrarrojas son sensibles a la suciedad y el polvo que pueden interferir con los rayos infrarrojos y sufren de paralaje en superficies curvas y presión accidental cuando el usuario pasa el dedo sobre la pantalla mientras busca el elemento que desea seleccionar.
Se utiliza una lámina acrílica translúcida como pantalla de retroproyección para mostrar información. Los bordes de la lámina acrílica se iluminan mediante LED infrarrojos y las cámaras infrarrojas se enfocan en la parte posterior de la lámina. Los objetos colocados sobre la chapa 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, indicando la ubicación del toque del usuario. Las tabletas PixelSense de Microsoft utilizan esta tecnología.
Las pantallas táctiles ópticas son un desarrollo relativamente moderno en la tecnología de pantallas táctiles, en el que dos o más sensores de imagen (como los sensores CMOS ) se colocan 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 que se toca (ver casco visual ). Esta tecnología está ganando popularidad debido a su escalabilidad, versatilidad y asequibilidad para pantallas táctiles más grandes.
Introducido en 2002 por 3M , este sistema detecta un toque mediante sensores que miden la piezoelectricidad en el vidrio. Algoritmos complejos interpretan esta información y proporcionan la ubicación real del toque. [107] La tecnología no se ve afectada por el polvo ni otros elementos externos, incluidos los rayones. 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.
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 tacto. Un toque en movimiento es seguido por la rápida repetición de este proceso. Los sonidos extraños y ambientales se ignoran ya que no coinciden con ningún perfil de sonido almacenado. La tecnología se diferencia de otras tecnologías basadas en sonido al utilizar 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, un dedo inmóvil no puede detectarse después del toque inicial. Sin embargo, por la misma razón, el reconocimiento táctil no se ve afectado 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 Acoustic Pulse Recognition. [108] La pantalla táctil utilizada por Elo está hecha de vidrio común, lo que brinda buena durabilidad y claridad óptica. La tecnología suele conservar su precisión aunque la pantalla se raye y tenga polvo. La tecnología también se adapta bien a pantallas físicamente más grandes.
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 representa y comunicar el comando a la aplicación adecuada.
Pantallas de capacitancia proyectadas multitáctiles
Una forma muy sencilla y económica de crear una pantalla táctil de capacitancia proyectada multitáctil es intercalar una matriz x/y o diagonal de finos cables de cobre o tungsteno recubiertos de aislamiento entre dos capas de película de poliéster transparente. Esto crea una serie de microcondensadores de detección de proximidad . Uno de estos microcondensadores cada 10 a 15 mm probablemente sea suficiente espacio si los dedos están relativamente separados, pero un sistema multitáctil de muy alta discriminación puede necesitar un microcondensador cada 5 o 6 mm. Se puede utilizar un sistema similar para detección de resolución ultraalta, como la detección de huellas dactilares. Los sensores de huellas dactilares requieren una separación entre microcondensadores de aproximadamente 44 a 50 micrones. [109]
Las pantallas táctiles se pueden fabricar en casa, utilizando herramientas y materiales fácilmente disponibles, o se pueden fabricar industrialmente.
Primero, se genera un patrón de cableado de "traza continua" utilizando un sistema CAD simple.
El cable se pasa a través de un lápiz trazador y se traza directamente, como un cable continuo, sobre una hoja delgada de película de poliéster transparente recubierta con adhesivo (tal como "película para ventanas"), utilizando un trazador de lápiz x/y estándar y de bajo costo. [53] Después del trazado, el alambre único se corta suavemente en secciones individuales con un bisturí afilado, teniendo cuidado de no dañar la película.
Sobre la primera película se lamina una segunda película de poliéster idéntica. A continuación, se recorta la película de pantalla táctil resultante para darle forma y se adapta posteriormente un conector.
El producto final es extremadamente flexible y tiene un grosor de aproximadamente 75 micras (aproximadamente el grosor de un cabello humano). Incluso se puede plegar sin pérdida de funcionalidad.
La película se puede montar sobre o detrás de superficies no conductoras (o ligeramente conductoras). Por lo general, se monta detrás de una lámina de vidrio de hasta 12 mm de espesor (o más), para detectar a través del vidrio.
Este método es adecuado para una amplia gama de tamaños de pantalla táctil, desde muy pequeños hasta varios metros de ancho, o incluso más anchos, si se utiliza una matriz cableada en diagonal. [73] [66]
El producto final es respetuoso con el medio ambiente ya que utiliza poliéster reciclable y cantidades mínimas de alambre de cobre. La película podría incluso tener una segunda vida como un producto más, como una película para dibujar o una película para envolver. A diferencia de otras tecnologías de pantalla táctil, no se utilizan procesos complejos ni materiales raros.
Para aplicaciones que no sean de pantalla táctil, se pueden utilizar otros plásticos (por ejemplo , vinilo o ABS ). La película se puede moldear por soplado o moldear con calor para darle formas tridimensionales complejas, como botellas, globos terráqueos o salpicaderos de automóviles. Alternativamente, los cables se pueden incrustar en plástico grueso, como paneles de carrocería de fibra de vidrio o fibra de carbono.
Pantallas táctiles resistivas de un solo toque
En el enfoque resistivo, que solía ser la técnica más popular, normalmente hay cuatro capas:
Cuando un usuario toca la superficie, el sistema registra el cambio en la corriente eléctrica que fluye a través de la pantalla.
Señal dispersiva
La tecnología de señal dispersiva mide el efecto piezoeléctrico : el voltaje generado cuando se aplica una fuerza mecánica a un material que se produce químicamente cuando se toca un sustrato de vidrio reforzado.
Infrarrojo
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 del toque de la 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.
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 varios 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 prácticamente 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 proyectaba que el mercado de pantallas táctiles para dispositivos móviles produciría 5 mil millones de dólares en 2009. [110] [ necesita actualización ]
La capacidad de apuntar con precisión en la pantalla también está avanzando con los híbridos emergentes de tableta gráfica y pantalla . El fluoruro de polivinilideno (PVDF) desempeña un papel importante en esta innovación debido a sus altas propiedades piezoeléctricas, que permiten que la tableta sienta la presión, haciendo que cosas como la pintura digital se comporten más como papel y lápiz. [111]
TapSense, anunciado en octubre de 2011, permite que las pantallas táctiles distingan qué parte de la mano se utilizó para realizar entradas, como la yema del dedo, los nudillos y la uña. Esto podría usarse de diversas maneras, por ejemplo, para copiar y pegar, poner letras en mayúscula, activar diferentes modos de dibujo, etc. [112] [113]
Para que las pantallas táctiles sean dispositivos de entrada eficaces, 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 2000, basándose en investigaciones iniciales y el uso real de sistemas más antiguos, que generalmente usaban rejillas infrarrojas, que dependían en gran medida del tamaño de los dedos del usuario. Estas directrices son menos relevantes para la mayor parte de los dispositivos táctiles modernos que utilizan tecnología táctil capacitiva o resistiva. [114] [115]
Desde mediados de la década de 2000, los fabricantes de sistemas operativos para teléfonos inteligentes han promulgado estándares, pero estos varían entre fabricantes y permiten una variación significativa de tamaño según los cambios tecnológicos, por lo que no son adecuados desde la perspectiva de los factores humanos . [116] [117] [118]
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 precisos 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. [119] [120] [121] [122] [123] Los usuarios son inconscientemente conscientes de esto y toman más tiempo para seleccionar objetivos que son más pequeños o en los bordes o esquinas de la pantalla táctil. [124]
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). [125] [ dudoso ]
Los usuarios de dispositivos de mano y portátiles con pantalla táctil los sostienen de diversas maneras y cambian rutinariamente su método de sujeción y selección para adaptarse a la posición y el tipo de entrada. Hay cuatro tipos básicos de interacción portátil:
Las tasas de uso varían ampliamente. Si bien rara vez se tocan los dos pulgares (1 a 3%) en muchas interacciones generales, se utiliza en el 41% de las interacciones al escribir. [126]
Además, los dispositivos suelen colocarse sobre superficies (escritorios o mesas) y, especialmente, las tabletas se utilizan en soportes. El usuario podrá señalar, seleccionar o gesticular en estos casos con el dedo índice o pulgar, y variar el uso de estos métodos. [127]
Las pantallas táctiles se utilizan a menudo con sistemas de respuesta háptica . Un ejemplo común de esta tecnología es la retroalimentación 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 proporcionando 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 hápticas o retroalimentación táctil. Además de esto, un estudio realizado en 2013 por 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 daba 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 compraban. [128]
La tecnología de pantalla táctil se ha integrado en muchos aspectos de la industria de servicio al cliente en el siglo XXI. [129] La industria de restaurantes es un buen ejemplo de implementación de pantalla táctil en este dominio. Cadenas de restaurantes como Taco Bell, [130] Panera Bread y McDonald's ofrecen pantallas táctiles como opción cuando los clientes piden artículos del menú. [131] Si bien la incorporación de pantallas táctiles es un avance para esta industria, los clientes pueden optar por evitar la pantalla táctil y realizar pedidos en un cajero tradicional. [130] Para llevar esto un paso más allá, un restaurante en Bangalore ha intentado automatizar completamente el proceso de pedido. Los clientes se sientan en una mesa con pantallas táctiles y piden un menú extenso. Una vez realizado el pedido se envía electrónicamente a cocina. [132] Estos tipos de pantallas táctiles encajan en los sistemas de punto de venta (POS) mencionados en la sección principal.
El uso extendido de interfaces gestuales sin la capacidad del usuario de descansar el brazo se conoce como "brazo de gorila". [133] Puede provocar fatiga e incluso lesiones por estrés repetitivo cuando se utiliza de forma rutinaria en un entorno laboral. Algunas de las primeras interfaces basadas en lápiz requerían que el operador trabajara en esta posición durante gran parte de la jornada laboral. [134] Permitir que el usuario descanse su mano o brazo sobre el dispositivo de entrada o un marco alrededor de él es una solución para esto en muchos contextos. Este fenómeno se cita a menudo como 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 sólo interactúa durante períodos breves y muy espaciados. [135]
Las pantallas táctiles pueden sufrir el problema de las huellas dactilares en la pantalla. Esto puede mitigarse mediante el uso de materiales con recubrimientos ópticos diseñados para reducir los efectos visibles de los aceites de las 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 antirreflejos con acabado mate , que crea una superficie ligeramente rugosa que no retiene fácilmente las manchas.
Las pantallas táctiles capacitivas rara vez funcionan cuando el usuario usa guantes. El grosor del guante y el material del que están hechos juegan un papel importante en esto, al igual que la capacidad de una pantalla táctil para captar un toque.
Algunos dispositivos tienen un modo que aumenta la sensibilidad de la pantalla táctil. Esto permite que la pantalla táctil se use de manera más confiable con guantes, pero también puede generar entradas fantasmales y poco confiables. Sin embargo, los guantes finos, como los guantes médicos, son lo suficientemente finos como para que los usuarios los usen cuando utilizan pantallas táctiles; aplicable principalmente a tecnología y máquinas médicas.
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