Détection tactile sans contact pour des interactions plus sûres

Par Aimee Kalnoskas | 3 septembre 2019

par Richard Berglind, ingénieur optique principal, Neonode Inc.

Les smartphones et autres produits portables ont fait du toucher l'interface homme-machine (IHM) de choix pour de nombreux autres produits. La détection tactile est facile à mettre en œuvre, facile à utiliser, fiable et rentable. Cependant, il existe de nombreuses applications et situations dans lesquelles toucher physiquement un appareil n'est pas souhaité et, dans certains cas, doit même être évité. Avant de discuter d’une solution à ces applications plus restrictives, un petit aperçu de la détection tactile s’impose.

Selon un récent rapport de marché, il existe un besoin croissant en matière de détection tactile [1]. Le rapport prévoit que le marché mondial des capteurs tactiles atteindra environ 8,4 milliards de dollars d’ici 2023, avec une croissance de 12,8 % du taux de croissance annuel composé (TCAC) sur la période de prévision 2018-2023. Les technologies de détection tactile typiques comprennent : les ondes acoustiques de surface résistives, capacitives (SAW), l'infrarouge (IR), l'imagerie optique et plus récemment la reconnaissance d'impulsions acoustiques (APR). Dans leur mise en œuvre la plus courante, ces approches nécessitent toutes un contact réel avec la surface. Cependant, il existe des applications qui ne veulent pas ou ne doivent pas éviter le contact physique et nécessitent une approche de détection plus sophistiquée.

Une possibilité serait d'utiliser une technologie de temps de vol pour identifier les interactions en vol au-dessus d'un écran tactile [2]. Le temps de vol est une technique de télémétrie qui résout la distance entre le capteur et un objet en mesurant le temps nécessaire à la lumière pour se rendre à un objet et revenir au capteur. La précision est de l’ordre de 1 cm, ce qui la rend inadaptée à des fins d’interaction tactile. Améliorer la précision signifierait généralement une fréquence d’images plus lente. De plus, ce type de capteur nécessite un étalonnage et est sensible aux changements de température.

Une autre alternative est la technologie infrarouge. Le toucher infrarouge traditionnel nécessite un cadre entourant l'écran avec des émetteurs sur deux côtés adjacents et des récepteurs sur les côtés opposés. La zone interactive tactile est surélevée de l'écran en soulevant simplement le cadre autour de l'écran. Cependant, le bord résultant autour de l'écran serait non seulement difficile à intégrer esthétiquement dans un appareil, mais il rendrait également l'écran difficile à nettoyer, irait ainsi à l'encontre de l'un des objectifs de son utilisation.

Le toucher infrarouge peut être mis en œuvre à l’aide de la technologie réfléchissante en montant un capteur le long d’un bord d’un écran. La zone d'interaction consiste en une feuille de lumière projetée hors du capteur et positionnée à une distance souhaitée au-dessus de la surface de l'écran, comme indiqué dansFigure 1.

Figure 1. Un capteur tactile IR utilisant une technologie réfléchissante a la zone d'interaction surélevée au-dessus de l'écran.

Le capteur tactile infrarouge se compose d'un ensemble d'émetteurs et de récepteurs alternatifs, comme indiqué dansFigure 2 . Les émetteurs laser sont préférés aux LED car ils sont plus faciles à collimater et génèrent moins de lumière parasite interne dans le module de capteur. Toute lumière parasite interne doit être réduite au minimum afin qu'elle n'interfère pas avec la lumière génératrice de signal réfléchie par un objet à l'extérieur du détecteur. Des lasers à émission de surface à cavité verticale (VCSEL) fonctionnant à 945 nm sont utilisés comme émetteurs et des photodiodes au silicium sont utilisées comme récepteurs. Des lentilles en polycarbonate moulé sont utilisées pour collimater la lumière des émetteurs et rétrécir le champ de vision des récepteurs.

Figure 2. Le schéma fonctionnel électrique d'un capteur tactile à technologie réfléchissante montre les émetteurs laser et les récepteurs photodiodes en alternance.

L'utilisation d'une optique partagée pour les émetteurs et les récepteurs force le champ de vision du récepteur à former un angle vers la direction de la lumière émise, comme indiqué dansFigure 3 (a) . Cet angle varie généralement entre 17 et 26 degrés en fonction du rapport hauteur/largeur de la zone de détection du capteur.

Figure 3. (a) L'émetteur et le récepteur partagent une partie de la même optique, forçant le champ de vision du récepteur à former un angle vers la lumière émise. (b) Chaque récepteur regarde à travers plusieurs faisceaux émetteurs. La partie centrale de chaque zone de chevauchement entre un faisceau sortant et le champ de vision du récepteur est marquée par un cercle plein.