TouchScreen: come funziona?

Negli ultimi 5 anni questa tecnologia ha avuto un impennata formidabile. Gli sviluppatori dei primi dispositivi touch utilizzati nel campo industriale, per consentire un interfaccia friendly con l’operatore di turno, non avevano la più pallida idea dello sviluppo e la diffusione di quella tecnologia in oggetti di uso quotidiano. Eppure oggi si tende ad abbandonare la classica interfaccia a pulsante lasciando via libera al touch.

Ma come funziona in realtà un dispositivo touch?

Fondamentalmente il touch screen è un sistema di controllo costituito da 3 blocchi funzionali:

  • Blocco schermo-sensore
  • Controller
  • Driver software

Solitamente è costituito da un lunotto esterno che copre tutto il dispositivo integralmente; sullo stesso lunotto giacciono i sensori del touch.
Il lunotto esterno è ricoperto da sensori touch, i quali possono essere realizzati o con pannelli acrilici o con materiali vetrosi chiari. Tutta l’area tattile è attraversata continuamente da corrente elettrica. Quando si pigia lo schermo, la pressione provoca un cambiamento del voltaggio e quindi del segnale, che viene decodificato dall’elettronica e tradotto nella coordinata corrispondente.

Il dispositivo che preleva il segnale dai sensori e lo traduce in informazione per il sistema di controllo è il Touch Controller. Solitamente è collocato tra il display e la scheda di controllo.

Una nota importantissima deve essere dedicata al display. Di solito vengono utilizzati sistemi LCD, o AMOLED, ad eccezione che il display pensato per il touch deve avere un buon livello di attenuazione dei disturbi elettrici. Un’interferenza o un segnale di disturbo può essere individuato dal sensore, o tradotto direttamente dal controller diventando un’informazione indesiderata.

Il cervello di tutto il sistema è la sezione software del touchscreen, in effetti senza di esso il sistema non può essere utilizzato. Il software è come un direttore che in base ai segnali ricevuti in ingresso avvia le relative istruzioni al processore circa quali processi eseguire, come e per quanto tempo.

Come vengono implementati i sensori touch?

Le tecnologie in uso sono le seguenti:

  1. Sistema ad infrarossi
  2. Sistemi resistivi
  3. Sistemi capacitivi

Sistemi ad Infrarossi

Sono costituiti da una matrice di dispositivi a diodi infrarossi, che sparano raggi su tutto lo schermo. In base all’interruzione dovuta ad un oggetto solido anteposto su uno o più di questi raggi, il sistema di controllo effettua un calcolo sulle coordinate. Sono sistemi pensati per dispositivi touch sottoposti a pressioni violente, quindi in grado di resistere anche pressioni brusche e impulsive 🙂 !! Il loro svantaggio è tutto nella velocità di traduzione dell informazione.

Sistemi Resistivi
Sono sistemi abbastanza sensibili, molto resistenti e molto economici. Sono costituiti da due strati di plastica che rinchiudono uno strato di materiale conduttore separato da opportuni punti separatori. Alla pressione si stabilisce un contatto elettrico che viene inviato al Touch controller. Sono sensori attivabili con qualsiasi oggetto e solitamente la brillantezza del display è ridotta.

Sistemi Capacitivi
La tecnologia per eccellenza più comune e conosciuta, ma anche più recente è quella capacitiva. Sono costituiti da alcuni millimetri di strato vetroso o plastico che ai quattro angoli accoglie dei sensori capacitivi, ossia sensori in grado di individuare i cambiamenti di capacità al tocco. Nei dispositivi mobili vengono utilizzati i touchscreen capacitivi a proiezione.

Entrambi le tecnologie menzionate (resistive e capacitive) fanno uso di un conduttore chiamato ITO Indium-Tin-Oxide .
I pannelli resistivi sono costituiti da una livello superiore flessibile e altri due livelli di ITO sottostanti, separati da un intercapedine di aria. I livelli di ITO hanno 4,5 o 8 fili collegati sui 4 lati del display. Il tocco è individuato quando il livello superiore flessibile subisce una pressione tale che raggiunge i livelli più bassi. Quando il livello superiore entra in contatto con il livello inferiore viene avvertita la pressione sullo schermo. La misurazione della coordinata sull’asse X è misurata dai sensori posti sull’asse Y (e viceversa) tramite la variazione del potenziale tra il semipiano X destro e il semipiano X sinistro, posti originariamente ad un potenziale rispettivamente pari a 5 o 12 volt e 0 volt. Il potenziale varia per effetto della pressione sul livello superficiale che tende ad avvicinarsi ai livelli sottostanti.

La tecnologia resistiva permette di coprire schermi di dimensioni notevoli ed inoltre non ha bisogno di una pressione conduttiva per funzionare (o meglio il touch si può attivare con qualsiasi oggetto anche non conduttore). A volte però può capitare che lo strato di ITO non è uniforme e questo può causare zone di non linearità sul display.
Gli schermi capacitivi invece non avendo livelli in movimento non hanno questo tipo di problema, in effetti sono costituiti soltanto da uno strato di ITO e uno strato di vetro con il 100% di opacità.

La sensoristica dei display capacitivi è alloggiata su un livello di vetro ed costituita da un array di sensori disposti sugli assi X e Y. Quando si sfiora con il dito il display si crea un vero e proprio condensatore(da 0.5pF a 20pF), le cui armature sono il sensore e le dita. L’ array dei sensori capacitivi è strutturato in modo tale che le dita possono interagire soltanto con alcuni sensori X e alcuni sensori Y; questo abilita il software a determinare con la massima accuratezza la posizione delle dita. Dato che non sono pannelli touch destinati alla pressione sono molto più duraturi dei sistemi resistivi.

Riferimenti:

  1. EEWEB
  2. Brevetto APPLE
  3. Immagine iniziale : http://www.freedigitalphotos.net

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Vincenzo Cicogna

Editore e autore di questo blog di notte, sviluppatore software per sistemi embedded di giorno, passa il suo tempo a dilettarsi ed approfondire le dinamiche del mondo.

Appassionato di droni e tuttala, si diletta di tanto in tanto a scattare qualche foto in giro per il mondo o a leggere qualche libro.

Ama viaggiare, fotografare e condividere le sue produzioni.


By Vincenzo Cicogna | giugno 16th, 2011 | SHOW COMMENTS (2)

2 Responses

  1. Alla scoperta dei sensori | Automazione Open Source says

    […] • Potenziometri • Termoresistenze • Sensori di pressione • Sensori di deformazione • Touchscreen Partiamo dai sensori più famosi: i potenziometri. In commercio esiste un catalogo variegato di […]

    • ajithparma says

      Huge fan of your work! Thank you for educating the public! This has been topic of discussion since day one