Pantalla táctil

Dispositivo de entrada y salida

Una pantalla táctil o pantalla táctil es el ensamblaje de un dispositivo de entrada ('panel táctil') y de salida ('pantalla'). El panel táctil normalmente se coloca en la parte superior de una pantalla visual electrónica de un sistema de procesamiento de información . La pantalla suele ser una pantalla LCD u OLED , mientras que el sistema suele ser una computadora portátil, tableta o teléfono inteligente. Un usuario puede ingresar o controlar el sistema de procesamiento de información a través de gestos simples o multitáctiles tocando la pantalla con un lápiz especial o uno o más dedos. ^[1]Algunas pantallas táctiles usan guantes ordinarios o con recubrimiento especial para funcionar, mientras que otras pueden funcionar solo con un lápiz o lápiz 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.

La pantalla táctil permite al usuario interactuar directamente con lo que se muestra, en lugar de usar un mouse , panel táctil u otros dispositivos similares (que no sean un lápiz, que es opcional para la mayoría de las pantallas táctiles modernas). ^[2]

Las pantallas táctiles son comunes en dispositivos tales como consolas de videojuegos , ordenadores personales , máquinas de votación electrónica y de punto de venta (POS). También se pueden conectar a ordenadores o, como terminales, a redes. Desempeñan un papel destacado en el diseño de dispositivos digitales, como asistentes digitales personales (PDA) y algunos lectores electrónicos . Las pantallas táctiles también son importantes en entornos educativos como aulas o en campus universitarios. ^[3]

La popularidad de los teléfonos inteligentes, las tabletas y muchos tipos de dispositivos de información está impulsando la demanda y aceptación de las pantallas táctiles comunes para dispositivos electrónicos portátiles y funcionales. Las pantallas táctiles se encuentran en el campo médico, la industria pesada , los cajeros automáticos (ATM) y los quioscos como exhibiciones de museos o automatización de salas , donde los sistemas de teclado y mouse no permiten una interacción adecuada, 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 el controlador que lo acompaña han sido puestos a disposición por una amplia gama de integradores de sistemas del mercado secundario , y no por los 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 un componente de la interfaz de usuario y han comenzado a integrar las pantallas táctiles en el diseño fundamental de sus productos.

Termostato inteligente ecobee con pantalla táctil

Historia

El prototipo ^[4] xy pantalla táctil de capacitancia mutua (izquierda) desarrollada en el CERN ^{[5] [6]} en 1977 por Frank Beck , un ingeniero electrónico británico, para la sala de control del acelerador SPS ( Super Proton Synchrotron ) del CERN . Este fue un desarrollo posterior de la pantalla de autocapacidad (derecha), también desarrollada por Stumpe en el CERN ^[7] en 1972.

Eric Johnson, del Royal Radar Establishment , ubicado en Malvern , Inglaterra, describió su trabajo sobre pantallas táctiles capacitivas en un breve artículo publicado en 1965 ^{[8] [9]} y luego de manera más completa — con fotografías y diagramas — en un artículo publicado en 1967 . ^[10] La aplicación de la tecnología táctil para el control del tráfico aéreo se describió en un artículo publicado en 1968. ^[11] 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 , ^[12]basado en el trabajo de Stumpe en una fábrica de televisores a principios de la década de 1960. Luego fabricado por CERN, y poco después por socios de la industria, ^[13] se puso en uso en 1973. ^[14] En 1977, una empresa estadounidense, Elographics, en asociación con Siemens, comenzó a trabajar en el desarrollo de una implementación transparente de un tecnología de panel táctil opaco, patente de EE.UU. nº  3.911.215, 7 de octubre de 1975, que había sido desarrollada por el fundador de Elographics, George Samuel Hurst . ^[15] La pantalla táctil de tecnología resistiva resultante se mostró por primera vez en 1982. ^[16]

En 1972, un grupo de la Universidad de Illinois solicitó una patente sobre 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 cerca de la pantalla. Se usó una pantalla táctil similar en la HP-150a partir de 1983. La HP 150 fue una de las primeras computadoras comerciales con pantalla táctil del mundo. ^[18] HP montó sus transmisores y receptores de infrarrojos alrededor del marco de un tubo de rayos catódicos (CRT) Sony de 9 pulgadas .

En 1984, Fujitsu lanzó un panel táctil para Micro 16 para adaptarse a la complejidad de los caracteres kanji , que se almacenaban como gráficos en mosaico . ^[19] En 1985, Sega lanzó el Terebi Oekaki, también conocido como Sega Graphic Board, para la consola de videojuegos SG-1000 y la computadora doméstica SC-3000 . Consistía en un bolígrafo de plástico y una pizarra de plástico con una ventana transparente donde se detectan las presiones del bolígrafo. Se utilizó principalmente con una aplicación de software de dibujo. ^[20] En 1986 se lanzó una tableta gráfica táctil para la computadora Sega AI. ^{[21] [22]}

Las unidades de pantalla de control sensibles al tacto (CDU) se evaluaron para 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 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 aeronaves y las interacciones humanas momento a momento. ^[23]

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 y antenas.y una pantalla táctil CRT monocromática que funcionaba como pantalla y como único método de entrada. ^[24] El ECC reemplazó los controles y pantallas mecánicos tradicionales del estéreo , ventilador, calefacción y aire acondicionado , y fue 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 de 1985-1989 y más tarde en el Buick Reatta de 1988-1989 , pero no era popular entre los consumidores, en parte debido a la tecnofobia de algunos Buick tradicionales.clientes, pero principalmente debido a los costosos problemas técnicos sufridos por la pantalla táctil del ECC que harían imposible el control del clima o el funcionamiento estéreo. ^[25]

La tecnología multitáctil comenzó en 1982, cuando el Input Research Group 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 utilizaba capacitancia en lugar de voluminosos sistemas de detección óptica basados ​​en cámaras (consulte Historia de la tecnología multitáctil ).

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 de pantalla táctil a color. ^[26] El software de punto de venta ViewTouch ^[27] fue mostrado por primera vez por su desarrollador, Gene Mosher, en el área de demostración de Atari Computer de la exposición de otoño COMDEX en 1986. ^[28]

En 1987, Casio lanzó la computadora de bolsillo Casio PB-1000 con una pantalla táctil que consta de una matriz 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 sobre interfaces de usuario afirmarían que las selecciones de pantallas táctiles se limitaban a objetivos más grandes que el dedo medio. En ese momento, las selecciones se hicieron de tal manera que se seleccionó un objetivo tan pronto como el dedo pasó sobre él, y la acción correspondiente se realizó de inmediato. Los errores eran comunes, debido a problemas de paralaje o calibración, lo que generaba frustración en el usuario. La "estrategia de despegue" ^[29] fue presentada 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 y col. (1990) ^[30] 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 una forma de U gesto para un interruptor de palanca). El equipo de HCIL desarrolló y estudió pequeños teclados de pantalla táctil (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 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, ^[31] que más tarde se citó como técnica anterior en el litigio de 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 ). ^[32]

En 1991-1992, el prototipo de PDA Sun Star7 implementó una pantalla táctil con desplazamiento inercial . ^[33] En 1993, IBM lanzó IBM Simon, el primer teléfono con pantalla táctil.

Un primer intento en 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 (que fue antes del primer iPhone ). ^[34]

Las pantallas táctiles no se utilizarían popularmente para los videojuegos hasta el lanzamiento de la Nintendo DS en 2004. ^[35] Hasta hace poco, ^{[ ¿cuándo? ] la} mayoría de las pantallas táctiles de los consumidores solo pueden detectar un punto de contacto a la vez, y pocas han tenido la capacidad de sentir la fuerza con la que se toca. Esto ha cambiado con la comercialización de la tecnología multitáctil y el Apple Watch se lanzó 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 capacitancia proyectada. En 2013, el 3% de las pantallas táctiles enviadas eran resistivas y el 90% de capacitancia proyectada. ^[36]

Tecnologías

Existe una variedad de tecnologías de pantalla táctil con diferentes métodos de detección del tacto. ^[30]

Resistivo

Artículo principal: pantalla táctil resistiva

Un panel de pantalla táctil resistiva comprende varias capas delgadas, la más importante de las cuales son dos capas transparentes eléctricamente resistivas 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 en la parte superior 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 se detecta en la otra. Cuando un objeto, como la punta de un dedo o la punta de un lápiz óptico, presiona hacia abajo sobre la superficie exterior, las dos capas se tocan para conectarse en ese punto. ^[37] El panel se comporta entonces 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 tacto resistivo se utiliza en restaurantes, fábricas y hospitales debido a su alta tolerancia a líquidos y contaminantes. Un beneficio importante de la tecnología de toque resistivo es su bajo costo. Además, como solo se necesita la presión suficiente para que se sienta el tacto, se pueden usar con guantes puestos o usando algo rígido como sustituto de los dedos. 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. ^[38] Este es el tipo de pantalla táctil que utilizó Nintendo en la familia DS , la familia 3DS y el Wii U GamePad . ^[39]

Onda acústica de superficie

Artículo principal: Onda acústica de superficie

La tecnología de ondas acústicas de superficie (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 en las ondas ultrasónicas para determinar la posición del evento táctil. Los paneles de pantalla táctil de ondas acústicas de superficie pueden resultar dañados por elementos externos. Los contaminantes en la superficie también pueden interferir con la funcionalidad de la pantalla táctil.

Capacitivo

Pantalla táctil capacitiva de un teléfono móvil

El reloj con sensor táctil capacitivo Casio TC500 de 1983, con luz en ángulo que expone las almohadillas del sensor táctil y las huellas grabadas en la superficie superior del cristal del reloj.

Artículo principal: detección capacitiva

Un panel de pantalla táctil capacitiva consta de un aislante , como vidrio , recubierto con un conductor transparente , como óxido de indio y estaño (ITO). ^[40] Como el cuerpo humano también es un conductor eléctrico, tocar la superficie de la pantalla da como resultado una distorsión del campo electrostático de la pantalla , que se puede medir 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. Existen pantallas táctiles que usan plata en lugar de ITO, ya que ITO causa varios problemas ambientales debido al uso de indio. ^{[41] [42] [43] [44]}El controlador es típicamente un chip de circuito integrado específico de aplicación (ASIC) complementario de semiconductor de óxido metálico (CMOS) , que a su vez generalmente envía las señales a un procesador de señales digitales (DSP) CMOS para su procesamiento. ^{[45] [46]}

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

Una unidad de fuente de alimentación de modo de conmutación de baja calidad con un voltaje ruidoso e inestable en consecuencia puede interferir temporalmente con la precisión, exactitud y sensibilidad de las pantallas táctiles capacitivas. ^{[47] [48] [49]}

Algunos fabricantes de pantallas capacitivas continúan desarrollando pantallas táctiles más delgadas y precisas. Aquellos para dispositivos móviles ahora se están produciendo con tecnología 'dentro de la celda', como en las pantallas Super AMOLED de Samsung , que elimina una capa al construir los condensadores dentro de la 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 que es deseable en los teléfonos inteligentes .

Un condensador de placas paralelas simple 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 en el área fuera de las placas, y las líneas del campo eléctrico asociadas con este efecto se denominan campos periféricos. Parte del desafío de hacer un sensor capacitivo práctico es diseñar un conjunto de trazas de circuitos impresos que dirijan los campos periféricos a un área de detección activa accesible para un usuario. Un condensador de placas paralelas no es una buena opción para un patrón de sensor de este tipo. Colocar un dedo cerca de los campos eléctricos circundantes 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.La capacitancia del sensor sin un dedo presente se conoce como capacitancia parásita o CP.

Capacitancia de superficie

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 revestimiento, 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 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 . ^[50]

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 sensoras, causando fluctuaciones en la capacitancia. de estos platos. ^[51] Estas fluctuaciones dan como resultado una gran cantidad de ruido de fondo, por lo que se requiere una señal de dedo fuerte 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

Parte posterior de un globo multitáctil, basado en tecnología táctil capacitiva proyectada (PCT)

Pantalla táctil de capacitancia proyectada de 8 x 8 fabricada con alambre de cobre recubierto de aislamiento de 25 micrones incrustado en una película de poliéster transparente.

Este diagrama muestra cómo ocho entradas a una pantalla táctil de celosía o un teclado crean 28 intersecciones únicas, a diferencia de las 16 intersecciones creadas usando una pantalla táctil multiplexada x / y estándar.

Esquema de pantalla táctil capacitiva proyectada

La tecnología táctil capacitiva proyectada (PCT; también PCAP) es una variante de la tecnología táctil capacitiva, pero donde 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 de dedos, de manera precisa y confiable, a través de vidrio muy grueso e incluso de doble acristalamiento. ^[52]

Algunas pantallas táctiles PCT modernas se componen de miles de teclas discretas, ^[53] 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 cuadrícula de electrodos, grabando dos capas perpendiculares separadas de material conductor con líneas o pistas paralelas para formar una cuadrícula, o formando una cuadrícula x / y de alambres finos 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, el número de puntos de cruce se puede casi duplicar mediante el uso de un diseño de celosía diagonal, donde, en lugar de x elementos que solo cruzan y elementos, cada elemento conductor se cruza con todos los demás elementos. ^[54]

La capa conductora es a menudo 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 cubre el espacio entre dos de las "pistas", el campo de carga es interrumpido y detectado por el controlador. La capacitancia se puede cambiar y medir en cada punto individual de la red. Este sistema puede realizar un seguimiento preciso de los toques. ^[55]

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 alta humedad 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 menor y hay una mayor distancia entre los conductores vecinos.

Hay dos tipos de PCT: capacitancia mutua y autocapacidad.

Capacitancia mutua

Este es un enfoque PCT común, que hace uso del hecho de que la mayoría de los objetos conductores pueden mantener una carga si están muy juntos. En los sensores capacitivos mutuos, un condensador está formado inherentemente por el trazado de fila y el trazado de columna en cada intersección de la red. Una matriz de 16 × 14, por ejemplo, tendría 224 condensadores independientes. Se aplica voltaje a las filas o columnas. Acercar un dedo o una aguja conductora a la superficie del sensor cambia el campo electrostático local, 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 una operación multitáctil en la que se pueden rastrear con precisión varios dedos, palmas o palpadores al mismo tiempo.

Autocapacidad

Los sensores de autocapacidad pueden tener la misma cuadrícula XY que los sensores de capacitancia mutua, pero las columnas y filas funcionan de forma independiente. Con la autocapacidad, la carga capacitiva de un dedo se mide en cada columna o electrodo de fila con un medidor de corriente, o el cambio de frecuencia de un oscilador RC. ^[56]

Se puede detectar un dedo en cualquier lugar a lo largo de toda una 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 fila / columna. Esto permite la detección rápida y precisa de un solo dedo, pero genera cierta ambigüedad si se detecta más de un dedo. ^[57] 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. ^[58] Esto permite utilizar "Autocapacitancia" para operaciones multitáctiles.

Alternativamente, la ambigüedad puede evitarse aplicando una señal de "desensibilización" a todas las columnas menos una. ^[58] 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 auto capacitivas se utilizan en teléfonos móviles como el Sony Xperia Sola , ^[59] el Samsung Galaxy S4 , Galaxy Note 3 , Galaxy S5 y Galaxy Alpha .

La auto capacitancia 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.^[60] Muchos fabricantes de pantallas táctiles utilizan tecnologías de capacitancia propia y mutua en el mismo producto, combinando así sus beneficios individuales.^[61]

Uso de lápiz óptico en pantallas capacitivas

Las pantallas táctiles capacitivas no necesitan ser operadas necesariamente con un dedo, pero hasta hace poco, la compra de los palpadores especiales requeridos podía ser bastante costosa. El costo de esta tecnología se ha reducido enormemente en los últimos años y los palpadores capacitivos ahora están ampliamente disponibles por un cargo nominal y, a menudo, se regalan con accesorios móviles. Estos consisten en un eje eléctricamente conductor con una punta de goma conductora blanda, conectando así resistivamente los dedos a la punta de la aguja.

Rejilla infrarroja

Los sensores infrarrojos montados alrededor del reloj de la pantalla para la entrada de la pantalla táctil de un usuario en este terminal PLATO V en 1981. Se ilustra el brillo anaranjado característico de la pantalla de plasma monocromática.

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 los haces de LED. Estos haces de LED se cruzan entre sí en patrones verticales y horizontales. Esto ayuda a que los sensores detecten la ubicación exacta del toque. Una de las principales ventajas de este sistema es que puede detectar prácticamente cualquier objeto opaco, incluido 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 de infrarrojos 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 al polvo que pueden interferir con los rayos infrarrojos y sufren de paralaje en superficies curvas y pulsaciones accidentales cuando el usuario pasa un dedo sobre la pantalla mientras busca el elemento que se va a seleccionar.

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 deformación 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 toque 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 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 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 mediante el uso de sensores para medir la piezoelectricidad en el vidrio. Los algoritmos complejos interpretan esta información y proporcionan la ubicación real del toque. ^[62] 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 se rastrea mediante la rápida repetición de este proceso. Los sonidos externos y ambientales se ignoran ya que no coinciden con ningún perfil de sonido almacenado. La tecnología se diferencia de otras tecnologías basadas en sonido por 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, 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, e introducida en el mercado porDivisión Elo de Tyco International en 2006 como Reconocimiento de pulso acústico. ^[63] 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 rayones y polvo en la pantalla. La tecnología también es adecuada para pantallas que son físicamente más grandes.

Construcción

Esta sección necesita expansión . Puede ayudar agregando más . ( Septiembre de 2017 )

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.

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

1. Capa superior recubierta de poliéster con un recubrimiento conductor metálico transparente en la parte inferior.
2. Espaciador adhesivo
3. Capa de vidrio recubierta con un recubrimiento conductor metálico transparente en la parte superior
4. Capa adhesiva en la parte trasera del vidrio para 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 fuerza mecánica a un material, que se produce químicamente cuando se toca un sustrato de vidrio reforzado.

Hay dos enfoques basados ​​en infrarrojos. En uno, una serie de sensores detecta un dedo tocando o casi tocando 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 la pantalla.

En cada caso, el sistema determina el comando previsto basándose en 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 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 de forma rutinaria 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 de mano, incluidos teléfonos celulares; se proyectaba que el mercado de pantallas táctiles para dispositivos móviles produciría 5.000 millones de dólares EE.UU. en 2009. ^{[64] [ necesita actualización ]}

La capacidad de apuntar con precisión en la pantalla en sí también está avanzando con los híbridos emergentes de tableta gráfica y pantalla . 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. ^{[sesenta y cinco]}

TapSense, anunciado en octubre de 2011, permite que las pantallas táctiles distingan qué parte de la mano se utilizó para la entrada, como la yema del dedo, el nudillo y la uña. Esto podría utilizarse de diversas formas, por ejemplo, para copiar y pegar, poner letras en mayúscula, activar diferentes modos de dibujo, etc. ^{[66] [67]}

Una integración práctica real entre las imágenes de televisión y las funciones de una PC moderna normal podría ser una innovación en el futuro cercano: por ejemplo, "toda la 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 una noticia sobre una persona.

Ergonomía y uso

Precisión de la 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 1990, basadas en investigaciones tempranas 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 pautas son menos relevantes para la mayor parte de los dispositivos modernos que utilizan tecnología táctil capacitiva o resistiva. ^{[68] [69]}

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 en función de los cambios tecnológicos, por lo que no son adecuados desde la perspectiva de los factores humanos . ^{[70] [71] [72]}

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. ^{[73] [74] [75] [76] [77]} 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. ^[78]

Esta inexactitud 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 solo es mucho, mucho mayor que esto, por lo que cuando se proporcionan tecnologías de asistencia, como lupas en la pantalla, los usuarios pueden mover el dedo (una vez en contacto con la pantalla) con una precisión tan pequeña como 0,1 mm ( 0,004 pulg.). ^{[79] [ dudoso - discutir ]}

Posición de la manecilla, dígito utilizado y cambio

Los usuarios de dispositivos de mano y de pantalla táctil portátiles los sujetan de diversas formas y cambian rutinariamente su método de sujeción y selección para adaptarse a la posición y al tipo de entrada. Hay cuatro tipos básicos de interacción con la computadora de mano:

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

Las tasas de uso varían ampliamente. Si bien el golpeteo de dos pulgares se encuentra raramente (1–3%) para muchas interacciones generales, se usa para el 41% de la interacción de mecanografía. ^[80]

Además, los dispositivos a menudo se colocan en superficies (escritorios o mesas) y las tabletas se utilizan especialmente en stands. El usuario puede señalar, seleccionar o hacer gestos en estos casos con el dedo o el pulgar, y variar el uso de estos métodos. ^[81]

Combinado con hápticos

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 de 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. 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 40%) cuando las pantallas táctiles están combinado con háptica o retroalimentación táctil. Además de esto, un estudio realizado en 2013 por Boston College exploró los efectos que la estimulación háptica de las pantallas táctiles tenía sobre el desencadenamiento de la propiedad psicológica de un producto. Su investigación concluyó que la capacidad de las pantallas táctiles para incorporar grandes cantidades 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 compraban. ^[82]

Servicio al cliente

La tecnología de pantalla táctil se ha integrado en muchos aspectos de la industria del servicio al cliente en el siglo XXI. ^[83] La industria de la restauración es un buen ejemplo de implementación de la pantalla táctil en este ámbito. Las cadenas de restaurantes como Taco Bell, ^[84] Panera Bread y McDonald's ofrecen pantallas táctiles como una opción cuando los clientes piden artículos del menú. ^[85] Si bien la adición de pantallas táctiles es un desarrollo para esta industria, los clientes pueden optar por omitir la pantalla táctil y realizar pedidos a un cajero tradicional. ^[86]Para llevar esto un paso más allá, un restaurante en Bangalore ha intentado automatizar completamente el proceso de pedido. Los clientes se sientan a una mesa incrustada con pantallas táctiles y piden un menú extenso. Una vez realizado el pedido se envía electrónicamente a la cocina. ^[87] 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 extendido de interfaces gestuales sin la capacidad del usuario de descansar el brazo se denomina "brazo gorila". ^[88] Puede provocar fatiga e incluso lesiones por estrés repetitivo cuando se usa de forma rutinaria en un entorno laboral. Algunas de las primeras interfaces basadas en bolígrafos requerían que el operador trabajara en este puesto durante gran parte de la jornada laboral. ^[89] 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. ^{[ cita requerida ]}

Las pantallas táctiles sin soporte 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 conecta durante períodos breves y muy espaciados. ^[90]

Huellas digitales

Huellas digitales y manchas en la pantalla táctil de un iPad ( tableta )

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 para huellas dactilares. La mayoría de los teléfonos inteligentes modernos tienen recubrimientos oleofóbicos , que disminuyen 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.

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 en la capacidad de una pantalla táctil para captar un toque.

Ver también

• Pantalla táctil dual
• Computación con lápiz
• Recolección de energía
• Teclado flexible
• Interfaz gestual
• Tableta gráfica
• Pluma ligera
• Lista de fabricantes de soluciones táctiles
• Bloquear pantalla
• Tableta
• Interruptor tactil
• Mando a distancia con pantalla táctil
• Multitáctil
• Omnitouch
• Gesto del dispositivo señalador
• Sensacell
• Sexto sentido
• Nintendo DS

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Enlaces externos

Wikimedia Commons tiene medios relacionados con pantallas táctiles .

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