Dans la technologie PCT, le fait que la matrice de fils cuivrés soit revêtue d'un isolant rend possible le dépôt des électrodes en une seule couche, donc en un seul process (à droite). Le capteur repose ainsi sur une structure transversale simplifiée, contrairement à un capteur multitactile conventionnel qui, lui, nécessite plusieurs couches d'ITO pour constituer un motif complexe d'électrodes (à gauche).

Le niveau de sophistication désormais atteint dans les interfaces machine-homme (IHM) intégrées dans le matériel industriel de haute fiabilité dépasse de loin les simples boutons poussoirs et autres claviers du passé. Les IHM tactiles avancées sont de plus en plus déployés dans un large éventail de matériels, depuis les systèmes de contrôle-commande des procédés jusqu'aux dispositifs d'automatisation des usines, en passant par la robotique et les systèmes de surveillance des machines. L'utilisation de fonctions multi-tactiles ( multi-touch en anglais) sur la scène industrielle peut amener ces IHM vers une toute autre dimension en termes de fonctionnalités et de productivité, dimension émanant de la convergence de commandes multiples en une surface unique et facilement manipulable. L'avènement de la technologie multi-tactile permet de distinguer les gestes complexes d'une simple main, notamment le balayage,lepincement-agran-dissement, la rotation, le balayage vertical à deux doigts, ou le glisser à trois doigts par exemple. Mais plusieurs scénarios peuvent nécessiter une utilisation simultanée à deux mains ou plus, comme par exemple, dans le cas où la participation de plusieurs utilisateurs ou opérateurs sur une IHM donnée est requise, pourvu que la surface de cette dernière soit suffisamment grande. En particulier les tableaux tactiles ou l'affichage mural dans la salle de contrôle d'une usine de traitement ou de production.

Grâce à l'utilisation de techniques avancées à capacitance mutuelle, la technologie PCT procure une solution multitactile plus avantageuse d'un point de vue commercial et technique que les solutions conventionnelles. Ainsi, la prochaine génération d'IHM peut être utilisée sur des systèmes d'affichage de grandes dimensions à vocation industrielle, sans consentir à de gros sacrifices.

Les ingénieurs chargés de mettre au point des IHM aussi utiles que fiables doivent prendre des décisions délicates quant à la meilleure façon de procéder, surtout lorsque ces IHM sont utilisées au sein de milieux particulièrement difficiles dans lesquels le matériel industriel est utilisé (expositions à des températures extrêmes, à des substances chimiques très agressifs, à de violentes vibrations, etc.). Ils sont alors obligés de faire des concessions susceptibles d'affecter la pérennité fonctionnelle du système ou la qualité de la fonctionnalité tactile.

Globalement, les diverses techniques tactiles couramment employées,qui permettent aux affichages de grandes dimensions de profiter de ces fonctionnalités, visent principalement une utilisation grand public (panneaux d'affichage interactifs, etc.). Et, à ce titre, la manière même dont ils sont conçus est source de problèmes qui leur sont inhérents, et qui, par conséquent, les rendent impropres à la majorité des applications industrielles. Capables de s'adapter à de grandes surfaces d'affichage, les techniques multi-tactiles à base de capteurs optiques et infrarouges dépendent toutes de l'intégration dans un cadre afin de contenir les éléments détecteurs. Cela signifie non seulement que les capteurs infrarouges peuvent être endommagés, mais également que l'accumulation de poussière ou de liquide dans les renfoncements du cadre nuira à la qualité tactile du capteur. Son utilisation en milieux industriels s'avère donc impossible.

Technologie multitactile p-cap

L'autocapacitance tirée de la détection tactile à capacitance projetée (p-cap) et le fait qu'elle permette de détecter des changements minimes de fréquence dans une matrice induite par la proximité d'un doigt n'est pas très sensible au niveau de l'axe Z. Elle est utilisée avec succès dans les IHM tactiles de haute fiabilité employées dans les milieux industriels depuis une dizaine d'années et permet de repérer avec précision un ou deux touchers en même temps, à travers un verre épais. La détection p-capàcapaci-tance mutuelle est, elle, utilisée pour détecter plus de deux touchers en présence d'un logiciel et de composants électroniques de contrôle appropriés, car elle repose sur les charges et décharges acquises à partir des nœuds entre les cellules adjacentes d'une grille XY.Malheureusement,sa sensibilité sur l'axe Z est moins bonne, d'une manière générale, que celle obtenue avec l'autocapacitance. Des problèmes peuvent alors faire leur apparition lorsqu'on l'utilise avec des couches de verre épaisses résistant aux chocs, lesquelles sont pourtant nécessaires afin de garantir une fiabilité satisfaisante d'une IHM utilisée en milieux industriels. La plupart des capteurs tactiles à capacitance mutuelle contiennent de l'oxyde d'étain et d'indium (ITO, IndiumTin Oxide ), servant de moyen de détection conducteur. Mais malgré sa conductivité, l'ITO possède une résistance électrique relativement élevée.Ainsi, la sensibilité du toucher en est-elle affectée, en particulier sur les surfaces d'affichage importantes. Sur les grands écrans, en effet, la résistance peut s'accumuler sur la longueur de la matrice de détection jusqu'à un niveau tel que les touchers ne peuvent être détectés qu'à travers seulement 1 à 2mm au total de couches de verre. Ce qui est certes plus que suffisant pour les appareils portables ultralégers grand public, de type smartphones ou tablettes numériques, mais complètement inapproprié aux environnements industriels. Au final, l'impédance cumulée sur toute la longueur d'une ligne d'ITO restreint de fait la taille maximale de l'écran tactile qu'il est possible d'atteindre avec cette technologie, car l'effet d'atténuation finit par nuire totalement à la sensibilité. En termes pratiques, le rapport signal sur bruit (SNR) diminue au point de devenir trop faible lorsque l'écran tactile dépasse les 15 pouces –à moins d'utiliser des composants électroniques plus complexes et coûteux ainsi que des techniques de juxtaposition de capteurs. Mais même dans ce cas, le recouvrement frontal en verre sera limité à 2mm.

Le capteur multitactile PCT est accompagné d'un contrôleur de toucher haute performance qui traite les touchers obtenus. L'ensemble permet de reproduire une cartographie détaillée de la variation d'énergie dans le capteur et ainsi d'établir l'emplacement précis d'un toucher, tout en rejetant le toucher de la paume de la main de l'utilisateur si celui-ci vient à la poser par inadvertance sur l'écran.

Compte tenu des limitations décrites ci-des-sus,les occasions d'utiliser la détection p-cap multitactile dans l'industrie sont apparues plutôt limitées pendant plusieurs années. Mais une nouvelle configuration récemment apparue a permis à la technologie du capacitif projeté de franchir tous ces obstacles. Ainsi, cette technique associe la sensibilité sur l'axe Z de l'autocapacitance à un nombre plus important de points de contact détectés simultanément, qui constitue le point fort des dispositifs tactiles à capacitance mutuelle. Cette solution multitactile optimisée pour l'industrie a été mise au point par Zytronic et repose sur sa technologie exclusive Projected CapacitiveTechnology (PCT). Elle peut détecter au moins 10 touchers différents et en même temps être incorporée sur des écrans de 70 pouces de diagonale et bien plus. Le capteur tactile PCT est constitué d'une matrice de condensateurs en cuivre, dont le cœur ne mesure que 10µm de diamètre, et placée dans un substrat laminé. Ce substrat de capteurs peut être mis derrière un verre frontal renforcé pouvant mesurer jusqu'à 6mm d'épaisseur.Ainsi, le niveau de protection dont peut profiter le capteur une fois installé en milieu industriel est grandement amélioré, comparé aux autres solutions multitactiles p-cap reposant sur la capacitance mutuelle ( voir figure 1 ).

Ce capteur multitactile PCT est accompagné d'un contrôleur de toucher haute performance qui traite les touchers obtenus. En suivant une approche de la capacitance mutuelle, chacun des nœuds s'entrecoupant sur la grille XY est surveillé par le contrôleur. Le transfert de l'énergie est repéré à l'intersection où les électrodes X etY se rencontrent. A partir de là, une cartographie détaillée de la variation d'énergie dans le capteur peut être reproduite, permettant ainsi d'établir l'emplacement précis d'un toucher. L'utilisation de la technologie de rejet de la paume garantit par ailleurs que l'intégrité du toucher ne soit pas affectée par un utilisateur touchant par inadvertance l'écran avec la paume de la main ( voir figure 2 ). Qui plus est, le fait que l'on puisse utiliser une main gantée est également pris en compte. Ce point peut s'avérer d'une importance capitale dans certaines utilisations telles que le médical, le contrôle de procédés ou toute application nécessitant le port de vêtements de protection par les employés. C'est là un avantage qui est en principe impossible avec d'autres techniques. Mais les avantages ne s'arrêtent pas là.Ainsi, le fait que les fils cuivrés soient revêtus d'un isolant rend possible le dépôt des électrodes en une seule couche, donc en un seul process.Ainsi, le capteur repose sur une structure transversale simplifiée. Inversement, la capacitance mutuelle reposant sur l'ITO nécessite plusieurs couches déposées pour constituer un motif complexe d'électrodes où celles en X etY doivent être isolées les unes des autres, augmentant d'autant la complexité générale et le coût d'installations de solutions tactiles de faible volume rencontrées fréquemment dans les applications industrielle ( voir figure 1 ).

La technologie p-cap à couche unique exposée dans cet article procure, grâce à l'utilisation de techniques avancées à capacitance mutuelle, une solution multitactile plus avantageuse d'un point de vue commercial et technique. Grâce à cela, la prochaine génération d'IHM peut être utilisée sur des systèmes d'affichage de grandes dimensions à vocation industrielle, sans consentir de gros sacrifices.