Bien que la plupart des instruments à écran tactile n’aient pas besoin de stylets (écrans capacitifs) ou pas spécialement (écrans résistifs, fonctionnant avec ou sans stylet), certains appareils comme certaines liseuses e-Ink, ou encore les tablettes graphiques en ont obligatoirement besoin.
Aujourd’hui, on utilise des stylets actifs « EMR », qui signifie « electro-magnetic resonance », ou des stylets à résonance électromagnétique.
L’intérêt du stylet est multiple. Pour commencer, un stylet est bien plus précis qu’un doigt. Ensuite, s’il faut appuyer sur l’écran avec un stylet, ça signifie que l’on peut poser la main ou le poignet sur l’écran sans risquer les faux mouvements (comme c’est parfois le cas sur les ordinateurs portables et les pavés tactiles que l’on effleure de la main lors de la frappe au clavier).
Comment fonctionnent ces stylets actifs EMR ? C’est l’objet de cet article, avec en préambule un rappel des différentes technologies d’écrans tactiles « à doigt », comme celui d’un smartphone.
Écrans résistifs et capacitifs
Les tout premiers agendas électroniques (les PDA, ou les « Palm »), ainsi que l’écran tactile de la Nintendo DS ou de certaines vieilles tablettes Android utilisaient un écran résistif. Ces écrans peuvent fonctionner avec un stylet, le doigt ou n’importe quel objet que l’on pose dessus.
Ils sont composés d’un écran ainsi que d’une membrane tendue au-dessus (mais sans le toucher). Les deux sont électrifiés et quand on appuie dessus à un endroit, le courant circule de la membrane vers l’écran en dessous. Cet appui est détecté au niveau des bords de l’écran par la mesure de la résistance électrique à travers la membrane (en X) et de l’écran (en Y) et on en déduit alors les coordonnées du point d’appui.
Le principe d’utiliser la résistance électrique a donné le nom de « écran tactile résistif » à cette technologie. Ces écrans sont aujourd’hui largement remplacés par des écrans capacitifs qui équipent la quasi-totalité des smartphones notamment.
Sur les écrans capacitifs, l’écran est dur et en verre recouvert d’un maillage de lignes conductrices transparentes en d’oxyde d’indium-étain (alliage « ITO »). Lors d’un appui avec le doigt ou un stylet compatible, des charges électriques présentes sur l’écran sont transmises au doigt et évacuées. Cette fuite de charges est détectée sur les bords ou sur les coins de l’écran et on détermine les coordonnées X et Y du point appuyé.
Vu qu’on utilise ici des charges électriques et que l’écran et le corps agissent comme un condensateur qui s’équilibre, on appelle ces écrans les écrans capacitifs :
Outre ces deux technologiques rencontrées dans les objets grand public, il existe aussi des méthodes utilisant les infrarouges, la chaleur, ou encore l’analyse de la déformation de l’écran lors de l’appui. Ces systèmes sont rencontrés par exemple sur les bornes tactiles publiques (comme dans les gares) ou sur les écrans interactifs de grande taille.
Les stylets EMR
Les écrans des tablettes à « e-paper » qui utilisent la technologie EMR n’utilisent pas la technologie capacitive ni résistive pour connaître la position du stylet, mais totalement autre chose.
Je l’ai dit en introduction : EMR signifie « résonance électromagnétique ».
Ceci n’a rien à voir avec la résonance magnétique utilisée à l’hôpital pour l’imagerie par résonance magnétique (IRM — voir mon article sur les IRM).
Ici, l’EMR est plutôt ce que l’on retrouve dans une bobine Tesla : un phénomène de couplage électromagnétique optimal entre deux bobines.
Pour résumer, si l’on fait parcourir une bobine par un courant alternatif et que l’on place une bobine secondaire à proximité, alors la bobine secondaire va capter le rayonnement électromagnétique produit par la bobine primaire. Maintenant, la résonance apparaît lorsque la fréquence du signal alternatif du primaire correspond avec la fréquence de base de la bobine secondaire : à la fréquence de résonance, la transmission d’énergie est maximale.
Dans une bobine Tesla, on s’en sert pour faire des éclairs, mais le stylet EMR utilise cette énergie pour communiquer avec la tablette !
Avec la technologie EMR, brevetée par la société Wacom, le stylet ne comporte pas de pile ni de batterie, mais tout de même un circuit électronique. Ce circuit est alimenté à distance par la tablette.
La tablette émet de façon continue un champ électromagnétique. Sitôt que l’on place le stylet au-dessus de la tablette, une petite bobine dans le stylet capte ce rayonnement et transforme ça en courant électrique par induction électromagnétique, lequel alimente alors le circuit électronique. Enfin, ce circuit utilise à son tour la bobine comme une antenne d’où partent des signaux électromagnétiques à destination de la tablette.
Histoire de boucler la boucle : la tablette capte alors les signaux émis par le stylet et le système embarqué réagit en conséquence : tracé d’un trait par exemple, et à l’endroit où sont captés les émissions du stylet :
L’astuce générale est donc d’utiliser l’écran comme source d’énergie du stylet, sans fil et sans qu’il ne soit nécessaire de recharger le stylet à quelque moment que ce soit.
Enfin, notons que l’électronique à bord du stylet sert par exemple à mesurer l’inclinaison, la force d’appui, l’orientation dudit stylet. Ces informations sont transmises à la tablette/écran, qui effectue alors des actions variées (tracé plus ou moins épais ou plus ou moins foncé par exemple).
Le tout arrive assez bien à simuler le tracé d’un crayon sur un papier, mais au format numérique et donc triable, stockable, partageable comme n’importe quel document numérique.
Le principe est le même que la technologie « sans contact » des cartes bancaires, des badges ou clés RFID, ou encore la recharge sans fil d’un smartphone : l’énergie émise par le socle est captée par une bobine dans le téléphone qui recharge alors la batterie. La seule différence est que le stylet n’utilise pas de batterie mais consomme l’énergie en direct.
Conclusion
La technologie EMR utilise un stylet actif : ce n’est pas juste une pointe comme sur les vieux PDA ou la Nintendo DS, mais bien un stylet rempli d’électronique. Toutefois, le stylet n’est pas muni de pile qu’il faut sans cesse changer ou recharger : elle est alimentée sans fil par l’écran, qui produit autour de lui un champ magnétique au travers duquel il partage de l’énergie. Le stylet capte ces ondes et les utilise pour communiquer son état (position, orientation…) à la tablette qui effectue alors un tracé en fonction des informations reçues.
Notez que si la tablette comporte un écran de papier électronique, ces derniers utilisent une encre électrophorétique, ou « e-Ink », dont j’ai également un article pour en expliquer le fonctionnement.
Enfin, certaines tablettes sont munies, en plus de cette couche EMR, d’une couche tactile normale pour les doigts : cela permet par exemple de tourner une page ou d’effectuer des actions supplémentaires (mais prédéfinies) avec le doigt pour plus de rapidité.
Notes & autres articles
Les stylets EMR sont des stylets dits « actifs » : ils comportent un circuit électronique qui modifie la façon d’interagir avec la tablette. Par ailleurs, ces tablettes sont généralement très évoluées (autant qu’une tablette tactile style « iPad »). Elles sont comparables à une liseuse e-Ink sur lesquelles on pourrait prendre des notes.
Il existe également des ardoises numériques, beaucoup moins chères. Ces ardoises sont comme des ardoises à craies, dans le sens où l’on peut seulement écrire dessus et effacer, sans autre fonction. Ces dernières utilisent une technologie très différente à la fois des écrans LCD et de l’encre électronique.
J’ai d’ailleurs fait un article sur ces écrans-là, qui rejoint la liste des articles sur les différents types d’écrans qui existent :
- Comment fonctionne l’écran des ardoises numériques ?
- Comment fonctionne l’écran « e-Ink »
- Comment fonctionne l’écran de la Nintendo 3DS ?
(Merci à Valentin, qui m’a donné l’idée de cet article grâce à sa tablette EMR)
