Dispositif d'entrée de données et procédé de mise en œuvre du dispositif

L'invention concerne un dispositif d'entrée de données et un procédé de mise en œuvre du dispositif. On utilise de tels dispositifs notamment pour la réalisation de terminaux de communication du type permettant à un opérateur de transmettre des informations vers un processeur. L'invention trouve une application particulière pour un écran comportant une surface tactile sur laquelle un utilisateur peut poser le doigt pour saisir des données. L'écran est par exemple à cristaux liquides, à plasma, à diodes électroluminescentes ou à émission par effet de champ.

Il est connu de réaliser de tels écrans en disposant sur le dispositif une ou plusieurs plages tactiles transparentes à contact ou à effet capacitif, inductif ou équivalent. Le dispositif peut alors servir à délimiter des zones d'appuis de cette plage selon une composition désirée. L'appui sur la plage se fait habituellement par un doigt de l'opérateur. Cependant, des perturbations électromagnétiques intenses peuvent parfois altérer le fonctionnement des plages tactiles en entraînant de fausses détections.

Pour pallier ce défaut on a joint aux plages tactiles un capteur d'effort mécanique permettant de détecter un appui du doigt de l'opérateur sur la plage tactile. Une telle réalisation est par exemple décrite dans le brevet européen EP 561 669. Ce brevet décrit l'utilisation de jauges de contraintes pour mesurer un effort sur la plage tactile. Une telle réalisation pose plusieurs problèmes de mise en œuvre. Tout d'abord la conception mécanique est compliquée du fait d'un montage de la zone d'appui sur des lames flexibles sur les quelles sont fixées les jauges de contrainte. Ensuite, le traitement des informations issues des plages tactiles et des jauges de contrainte est de nature différente. On doit par exemple mesurer une variation de capacité pour détecter un contact avec la plage tactile et une variation de résistance de la jauge de contrainte pour détecter un effort de l'opérateur sur la plage tactile.

L'invention vise à pallier les inconvénients des dispositifs décrits plus haut en proposant un dispositif d'entrée de données réalisant de façon simple à la fois une détection de proximité et une détection d'effort.

A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif d'entrée de données comportant un module sensible, des moyens de détection de proximité d'un opérateur par rapport au module sensible, les moyens de détection de proximité permettant d'élaborer un premier signal fonction de la proximité de l'opérateur, et des moyens de détection d'un effort exercé par l'opérateur sur le module sensible, les moyens de détection d'effort permettant d'élaborer un second signal fonction de l'effort de l'opérateur, caractérisé en ce que les moyens de détection de proximité et les moyens de détection d'un effort sont distincts et en ce que le dispositif comporte en outre une chaîne de traitement commune des signaux émis et reçus par les moyens de détection de proximité et par les moyens de mesure d'un effort.

Le fait d'utiliser une même chaîne de traitement commune pour la détection de proximité et la détection d'effort permet de réduire les coûts de réalisation du dispositif. Le fait que les moyens de détection de proximité et les moyens de détection d'un effort soient distincts permet une mesure de l'effort indépendante de la détection de proximité.

L'invention a également pour objet un procédé de mise en œuvre du dispositif selon l'invention, caractérisé en ce qu'il mesure cycliquement la proximité de l'opérateur par rapport au module sensible et l'effort de l'opérateur sur le module sensible.

L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple, description illustrée par le dessin joint dans lequel :

La figure 1 représente schématiquement un dispositif conforme à l'invention ; les figures 2a et 2b représentent sous forme de chronogramme un exemple de signal reçu par une chaîne d'analyse commune aux moyens de détection de proximité et aux moyens de détection d'effort ; la figure 3 représente un dispositif d'affichage tactile mettant en oeuvre l'invention ; la figure 4 représente un dispositif de dalle tactile capacitive mettant en œuvre l'invention ;

Par souci de clarté, les mêmes éléments porteront les mêmes repères dans les différentes figures.

La figure 1 représente un dispositif d'entrée de données 1 comportant un module sensible 2, comme par exemple un clavier, des moyens de détection de proximité d'un opérateur 3 par rapport au module sensible 2 et des moyens de détection d'un effort exercé par l'opérateur 3 sur le module sensible 2. L'opérateur 3 est ici représenté par son doigt.

Avantageusement, les moyens de détection de proximité comportent au moins une première capacité 4 dont la valeur est modifiée par la proximité de l'opérateur 3, et les moyens de détection d'un effort comportent au moins une seconde capacité 5 dont la valeur est modifiée par l'effort de l'opérateur 3 opéré sur le module sensible 2. La première et la seconde capacité sont distinctes. Le fait que les deux capacités 4 et 5 soient distinct permet de s'affranchir de la conductibilité de l'opérateur 3.

Avantageusement, la première capacité 4 comporte une première électrode 6 et un isolant 7 solidaires tous deux du module sensible 2. L'isolant 7 recouvre l'électrode 6. Une partie conductrice de l'opérateur 3, tel que son doigt, forme une seconde électrode de la première capacité 4, la partie conductrice de l'opérateur 3 étant destinée à venir au contact de l'isolant 7 en regard de la première électrode 6. La valeur de la capacité 4 est proportionnelle à la distance entre l'électrode 6 et l'opérateur 3 pour une surface d'électrode (6 et/ou opérateur 3) donnée. Sur la figure 1 trois électrodes 6 ont été représentées. Le nombre d'électrodes peut varier en fonction du nombre de touches que comporte le dispositif 1.

Le dispositif 1 comporte un générateur haute fréquence 10 produisant un signal de préférence sinusoïdal dont la fréquence est par exemple comprise entre 100 kHz et 5 MHz.

Le signal haute fréquence est fourni à un multiplexeur 11 chargé de distribuer séquentiellement, sous le contrôle d'un processeur 12, tel que par exemple un microcontrôleur, le signal haute fréquence sur les électrodes 6. L'opérateur 3 peut être considéré comme relié à un potentiel de référence par rapport à une masse 13 du dispositif 1. La détection de proximité de l'opérateur 3 se fait par la mesure de l'atténuation du signal haute fréquence due à la variation de la valeur de la capacité 4.

Le module sensible 2 est monté souplement dans un bâti 14 et des éléments élastiques 15 permettent de réaliser un léger enfoncement du module sensible 2 dans le bâti 14 sous l'effet de l'effort exercé par l'opérateur 3 sur le module sensible 2. Avantageusement, la seconde capacité 5 comporte deux électrodes en regard 16 et 17. L'électrode 16 est solidaire du module sensible 2 et l'électrode 17 est solidaire du bâti 14. L'effort sur le module sensible 2 modifie la distance séparant les deux électrodes 16 et 17 de la capacité 5 en fonction de la raideur des éléments élastiques 15. Le signal haute fréquence est distribué à l'électrode 16 par l'intermédiaire du multiplexeur 1 1. L'électrode 17 est reliée à la masse 13 du dispositif 1. On peut aussi relier l'électrode 16 à la masse 13 et l'électrode 17 au multiplexeur 11. Les deux électrodes 16 et 17 sont séparées par un isolant 18 formé par exemple par de l'air ou par un matériau approprié recouvrant au moins une des deux électrodes 16 ou 17. La détection d'effort de l'opérateur 3 sur le module sensible 2 se fait par la mesure de l'atténuation du signal haute fréquence due à la variation de la valeur de la capacité 5. Cette variation de valeur est due à la modification de distance entre les deux électrodes 16 et 17 sous l'effet de l'effort de l'opérateur 3. Le signal haute fréquence, distribué sur les électrodes 6 et 16 par le multiplexeur 1 1 , est fourni par le générateur 10 au travers d'une capacité d'injection 20, créant ainsi un diviseur capacitif constitué de la capacité d'injection 20 d'une part, et tour à tour des capacités d'électrodes et notamment des capacités 4 et 5. La tension présente au point milieu du diviseur capacitif est prélevée au point 21. Cette tension est représentative du rapport entre la capacité d'injection 20 et l'une des capacités 4 ou 5 alimentée par le multiplexeur 11 à un instant donné.

Les tensions présentes au point 21 sont appliquées à une chaîne d'analyse 22 commune des signaux reçus des moyens de détection de proximité et des moyens de mesure d'un effort. La chaîne d'analyse 22 comporte par exemple une capacité de liaison 23, un amplificateur de mise en forme 24, un démodulateur d'amplitude 25 délivrant un signal démodulé à un convertisseur analogique numérique pouvant être intégré au microcontrôleur 12. Autrement dit, la chaîne d'analyse 22 détecte des

modifications d'un signal électrique, ici le signal haute fréquence, induit par la présence et/ou l'effort de l'opérateur 3 sur le module sensible 2.

Le microcontrôleur 12, ayant acquis les différentes valeurs de tension d'électrodes 6 et 16, procède ensuite, par un algorithme de calcul adapté, à la détermination de la présence de l'opérateur 3 et à la mesure de l'effort exercé par l'opérateur 3 par la mesure des variations entre un état de repos (opérateur 3 absent) et un état actif (opérateur 3 présent), tant pour les électrodes 6 que pour les électrodes 16.

On définit une chaîne de traitement 27 commune au moyens de détection de proximité et aux moyens de détection d'un effort. La chaîne de traitement commune comprend la chaîne d'analyse 22 ainsi que des moyens communs pour distribuer le signal électrique, ici haute fréquence, aux électrodes 6 et 16. Les moyens communs pour distribuer le signal haute fréquence comportent le générateur haute fréquence 10, la capacité d'injection 20 et le multiplexeur 11.

Avantageusement, le dispositif comporte une troisième capacité 29 de test reliée à la chaîne de traitement 27 et indépendante des moyens de détection de proximité et des moyens de détection d'un effort. La capacité de test 29 est également adressée en séquence par le multiplexeur 11 , la tension mesurée aux bornes de la capacité 29 permettant au microcontrôleur 12 d'effectuer des tests de bon fonctionnement et de calibrage automatique de la chaîne de traitement 27.

Sur la figure 1 , une seule capacité 5 a été représenté. Il est bien entendu possible de réaliser plusieurs couples d'électrodes 16 et 17. Par exemple, pour un module sensible 2 de forme rectangulaire, on peut disposer un couple d'électrodes 16 et 17 à chaque coin du rectangle pour former quatre capacités 5 que l'on pourra traiter séparément ou comme une seule capacité distribuée. Autrement dit, la capacité 5 peut être formée par plusieurs paires d'électrodes en parallèle.

Les figures 2a et 2b représentent sous forme de chronogramme un exemple de tension reçu par une chaîne de mesure 22. Les tensions sont représentées après démodulation en sortie du démodulateur 25. Le signal haute fréquence est appliqué séquentiellement à trois touches t1 , t2 et t3

formant chacune des capacités 4, puis à la capacité de test 29 et enfin à la capacité 5 de mesure d'effort.

La figure 2a représente les tensions mesurées au repos, c'est à dire en l'absence d'opérateur 3 et la figure 2b représente les mêmes tensions mais en présence d'un opérateur 3 actionnant la touche t2. L'action de l'opérateur 3 modifie les valeurs de la capacité 4 de la touche t2 et de la capacité 5. Sur la figure 2b, les valeurs de tension au repos sont reportées en trait interrompu et les valeurs de tension lorsque la touche t2 est actionnée sont représentées en trait fort. Les variations de capacités se traduisent après mise en forme et démodulation par une variation δV2 sur l'électrode 6 de la touche t2 et δVF1 ou δVF2 pour la capacité 5 permettant la mesure d'effort.

Avantageusement, les valeurs en l'absence d'opérateur 3 des capacités 5 et 6 sont du même ordre de grandeur. On entend par même ordre de grandeur par exemple le fait que les valeurs des capacités sont dans un rapport maximum de 1 à 10. Lorsque la capacité de test 29 existe, sa valeur est avantageusement également dans le même ordre de grandeur. Cela permet d'assurer une bonne sensibilité de la chaîne d'analyse 22 sans risquer de saturation. De même, les niveaux de variation des différentes capacités mesurées, δV2 pour la touche t2 et δVF1 ou δVF2 pour la capacité 5 dans l'exemple représenté, ont également des niveaux de même ordre de grandeur lors d'un appui de l'opérateur 3. Il est par exemple possible d'adapter la valeur au repos et la valeur sous effort de la capacité 5 en adaptant les dimensions des électrodes 16 et 17 ainsi que l'espacement au repos et sous effort entre les deux électrodes 16 et 17.

La figure 3 décrit un dispositif d'affichage comprenant un afficheur 30 comprenant une couche 31 de matériau présentant des propriétés électro-optique aptes à rendre visible tout ou partie de sa surface sous l'effet d'un signal d'excitation électrique, au moins une première électrode 33 disposée sur une première face de la couche, une seconde électrode 32 disposée sur une seconde face de la couche 31 en regard de la première électrode 33 de l'afficheur 30. Le signal d'excitation est appliqué entre les électrodes 32 et 33 de l'afficheur 30. Les électrodes 32 et 33 sont réalisées sur des plaques transparentes, respectivement 34 et 35, par exemple en

verre. L'électrode 33 forme l'électrode 6 de la capacité 4. L'utilisation d'une des électrodes d'affichage comme électrode de détection de présence permet de réaliser à bas coût un dispositif d'affichage associé à une détection de proximité. Le signal d'excitation, généralement basse fréquence, est mélangé avec le signal haute fréquence permettant la détection de proximité sur l'électrode 33. Un exemple de réalisation d'un tel afficheur est décrit dans la demande de brevet EP 1 565 806.

Le dispositif d'affichage comporte un module d'éclairage 36 solidaire de l'afficheur 30, un joint souple d'étanchéité 37 placé entre le bâti 14 et l'afficheur 30, un circuit imprimé 38 solidaire du bâti 14 et sur lequel sont disposés au moins les composants de la chaîne de traitement 27 ainsi que ceux nécessaires au pilotage de l'afficheur 30. Le module d'éclairage 36 comporte par exemple des diodes électroluminescentes placées sous un diffuseur et permettant d'éclairer l'afficheur 30. Avantageusement, le circuit imprimé 38 est disposé sous le module d'éclairage 36. On dispose, sur le circuit imprimé 38, les électrodes 17 sous forme de métallisation et les électrodes 16 sous le module d'éclairage 36. Cette disposition permet aux valeurs des capacités 4 et 5 d'évoluer dans le même sens lors de l'action de l'opérateur 3. Dans ce cas, l'effort opéré par l'opérateur 3 réduit la distance séparant les deux électrodes 16 et 17. Les éléments élastiques 15, sous forme de ressorts, peuvent être placés entre le module d'éclairage 36 et le circuit imprimé 38. Alternativement, on peut utiliser le joint souple 37 comme élément élastique. On peut prévoir des butés pour limiter la course du module d'éclairage 36 par rapport au circuit imprimé 38 et plus généralement pour limiter la course entre les supports des électrodes 16 et 17. Avantageusement, un revêtement isolant adapté est disposé sur les électrodes 16 et 17.

Avantageusement le module d'éclairage 36 comprend une coque 40 métallique ou métallisée extérieurement, au moins en partie, et relié à un potentiel électrique présent sur le circuit imprimé 38, par exemple au moyen des ressorts 15. La coque métallique ou son revêtement métallisé forme alors l'électrode 16. Le potentiel de l'électrode mobile 16 peut être la masse électrique 13 de la chaîne de traitement 27 ou bien le potentiel du point 21. Le module d'éclairage 36 peut être remplacé par un réflecteur métallique formant l'électrode 16. Dans ce mode de réalisation, l'effort de l'opérateur 3

réduit la distance séparant les deux électrodes 16 et 17. Dans cette disposition les capacités 4 et 5 varient dans le même sens sous l'appui de l'opérateur 3. La variation de tension est représentée δVF1 sur la figure 2b pour la capacité 5. Cela permet de réduire le domaine d'excursion de la tension en sortie du démodulateur 25 ou, si on conserve le même domaine, d'augmenter le gain pour améliorer la sensibilité aux faibles efforts de l'opérateur 3 ou la sensibilité à de petits déplacements du module sensible 2.

Si on souhaite une autre disposition du circuit imprimé 38 qui empêcherait d'y placer une électrode destinée à la détection d'effort, on peut avantageusement placer l'électrode 16 sur une des plaques 34 ou 35 en regard d'un rebord 39 du bâti 14. Le rebord 39 est électriquement conducteur et relié à un potentiel de référence comme par exemple la masse 13. Le rebord 39 forme alors l'électrode 17 destinée à la détection d'effort. Dans ce cas, l'effort opéré par l'opérateur 3 augmente la distance séparant les deux électrodes 16 et 17. Avantageusement, l'électrode 16 et les électrodes 6 sont réalisées sur un même substrat, par exemple la plaque 35. cela facilite la réalisation du dispositif en permettant la réalisation des électrodes 6 et 16 à l'aide d'un même masque. Dans ce mode de réalisation, l'effort de l'opérateur 3 augmente la distance séparant les deux électrodes 16 et 17. Dans cette disposition les capacités 4 et 5 varient en sens inverse sous l'appui de l'opérateur 3. La variation de tension est représentée δVF2 sur la figure 2b pour la capacité 5. Cela apporte au dispositif 1 une plus grande robustesse aux perturbations du fait de la variation en sens inverse des tensions relevées sur les capacités 4 et 5 après démodulation.

La figure 4 décrit un dispositif de dalle tactile capacitive comprenant un substrat 40 sur lequel sont disposées des électrodes 6 destinées à coopérer avec le doigt de l'opérateur 3 pour détecter sa proximité. Un isolant 41 peut recouvrir le substrat 40 et les électrodes 6. Une électrode 16 est également disposée sur le substrat 40 en regard du rebord 39 électriquement conducteur. Ici également, un même masque permet de réaliser les électrodes 6 et 16 sur le substrat 40.

Les électrodes 16 et 17 sont séparées par un isolant 42, constitué par de l'air ou un joint d'étanchéité semblable au joint 37 et dont l'épaisseur varie selon l'effort exercé sur la dalle par l'opérateur 3.

Un élément élastique 15 autorise un degré de liberté de la dalle avec une buté 43 solidaire du bâti 14.

Un circuit de raccordement 44 effectue la liaison électrique des électrodes 6 et 16 vers la chaîne de traitement 27 et plus précisément vers le multiplexeur 11.

On peut disposer un afficheur 45 derrière la dalle tactile pour être vu par l'opérateur 3.