Brevet FR2007433A1 — publié le 19700109

On connaît des transducteurs de position ayant la forme de plaques d'écriture comprenant un moyen de conversion de la position d'un marqueur en des signaux électriques de position. Un appareil de cette nature est utile pour fournir des entrées graphiques aux ordinateurs et comme partie des systèmes 5 de reconnaissance de caractères. Généralement, des signaux électriques sont appliqués à la surface d'écriture au moyen de couches résistives ou de résistances associées à une grille. Les signaux sont utilisés de façon que le signal détecté par une sonde, en tout point donné de la plaque d'écriture, ait une relation mesurable avec la position de la sonde. Conformément à l'art 18 antérieur, deux porteuses de même fréquence et en phase sont modulés par des signaux de mime fréquence, mais déphaséB et appliqués aux extrémités opposées d'une résistance placées selon la dimension à mesurer. Le signal de la somme, détecté par la sonde capacitive, en tout point de la dimension, a une phase qui dépend de la position de la sonde. L'une des difficultés avec l'appareil 15 de détection de phase de l'art antérieur est que la relation qui lie la phase à la position est non linéaire et ceci est difficile à corriger. De plus, pour réaliser une sortie digitale dans le système de détection de phase, il est nécessaire d'avoir une fréquence d'horloge extrêmement précise. La présente invention fournit un signal linéaire et une sortie digitale 20 précise mfime si la fréquence d'horloge change légèrement. Conformément à la présente invention, des porteuses modulées sont appliquées aux extrémités opposées d'une résistance ou d'une couche résistive. Les porteuses ont la mfime fréquence mais sont déphasées et les signaux de modulation sont des dents de scie linéaires qui varient à la même vitesse dans des directions opposées. 25 Ainsi, pendant chaque période de la fréquence en dents de scie, une ten sion nulle balaye la plaque, linéairement dans le temps, et la détection de la tension nulle à la sortie de la sonde capacitive fournit une mesure dans le temps de la position de la sonde. D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention, 30 ressortlront mieux de l'exposé qui suit, fait en référence aux dessins annexés à ce texte, qui représentent un mode de réalisation préféré de celle-ci. La figure 1 est un graphique de la distribution d'amplitude du courant alternatif le long d'une résistance. La figure 2 est une illustration d'une grille qui peut être utilisée 35 pour appliquer les signaux à la plaque. La figure 3 est un schéma d'une réalisation préférée de la présente invention. Les figures 4 et 5 sont des courbes utiles pour la compréhension du schéma de la figure 3. 40 Le graphique de la figure 1 illustre comment une tension nulle se déplace 69 08601 2 2007433 le long d'une résistance, La ligne pleine horizontale représente la longueur d'une résistance ayant des extrémités et X^. La direction verticale ou axe vertical représente l'amplitude du signal alternatif en tout point, de la résistance. Comme on peut le voir, si une tension d'amplitude est. appli-5 quée à la borne et si une tension d'amplitude A^ de polarité opposée est appliquée à la borne X2 une tension nulle sera créée en Xn et qui peut être capté par une sonde capacitive, 11 est nécessaire que des signaux de courant alternatif soient utilisés et que les deux signaux appll-15 qués aux extrémités de la résistance soient de polarités opposées (déphasés). Ce critère est satisfait, conformément à la présente invention, en appliquant aux extrémités de la résistance des porteuses en dents de scie de même fréquence, mais déphasées. Le signal appliqué a une extrémité a une amplitude alternative qui croît linéairement dans le temps pendant une période de bala-20 yage et l'autre extrémité reçoit un signal qui décroît linéairement dans le temps pendant cette période de balayage les taux de croissance et de décroissance étant identiques. Si X,j est considéré cdmme étant la position zéro sur l'axe X, la position sur l'axe X d'une sonde capacitive est alors mesurée en détectant la dlfféren-25 ce de temps entre le départ d'un balayage, lorsque le point nul est à la positi on zéro, et le temps auquel la sonde détecte un point nul. Ce raisonnement peut être étendu à une surface à 2 dimensions. Ceci peut être fait simplement en remplaçant la résistance unique par une feuille résistive et en utilisant les procédés existants pour appliquer des signaux sur 30 des axes de coordonnées, ou comme représenté sur la figure 2, en connectant une première série de lignes de la grille à une résistance de fuite d'axe X ayant des extrémités X^ et X^, et en connectant une seconde série de lignes de la grille à une résistance de fuite d'axe Y ayant des extrémités et Y^- Les deux séries de lignes de.la grille peuvent être isolées par une couche 35 isolante mince et la grille peut être isolée ds la surface d'écriture ou. de toute autre surface par une autre couche mince d'un matériau isolant..Avec deux lignes de balayage de zéro perpendiculaires l'une à l'autre, on, peut déterminer la position exacte à deux dimensions d'une sonde capacitive. En référence à la figure 3, on peut voir une réalisation préférée d'un 40 dispositif servant à réaliser un balayage à deux dimensions du point nul sur 08601 3 2007433 la lurfaoa d'une plaqua ayant un* résistance de fuite 14 d'axe X avec des lignes de grille (non représentées) et une résistance de fuite 16 d'axe Y avec des lignes de grille (non représentées). L'oscillateur de l'horloge 56 délivre une fréquence porteuse représentée dans la figure 4c, qui est appli-5 quée directement au modulateur d'amplitude 44 et par l'intermédiaire d'un inverseur 56 au modulateur d'amplitude 46. Ainsi, les fréquences porteuses appliquées aux deux modulateurs d'amplitude sont déphasées de 180° . La fréquence porteuse est aussi appliquée à un compteur 34 qui fonctionne de façon 10 connues pour compter les cycles du signal d'entrée. Un compteur binaire peut itre utilisé. Une porte ET de décodage 36, qui est conditionnée lorsque le compteur 34, est plein, fournit une sortie de restauration qui restaure le compteur 34 à zéro et qui restaure aussi un générateur de dents de scie 40. Le générateur de dents de scie 40 fournit une sortie, représentée dans 15 la figure 4a, qui est appliquée au modulateur d'amplitude 46 par l'intermédiaire d'un régleur de niveau comprenant un condensateur 60 et une diode 62. Les dents de scie sont aussi inversées dans un inverseur 42 et appliquées au modulateur d'amplitude 44 par l'intermédiaire d'un régleur de niveau comprenant un condensateur 64 et une diode 66. Les dents de scie inversée et de 20 niveau réglé sont représentées dans la figure 4b. Ainsi,' chacun des modulateurs d'amplitude identique 46 et 44 reçoit des signaux de fréquence élevé égauxe, mais déphasés de 180°, et des tensions en dents de scie de basse fréquence, qui varient dans des directions opposées à la mâme vitesse. Les modulateurs d'amplitude 46 et 44 sont d'un type qui fournira une modulation à 100% d'une 25 porteuse. Ceci est indiqué schématiquement par les circuits de oondensateurs-dlodes de réglage de niveau 60, 62 et 64,66, qui maintiennent les points minimum des signaux d'entrée à des niveaux fixes. Si les niveaux sont réglés au point où l'amplitude de la porteuse est réduite à zéro, on obtient alors sans tenir compte de l'amplitude d'entrée ou de la forme du signal modulant, une 30 modulation è 100%. Les signaux de sortie venant des modulateurs sont représentés dans les figures 4d et 4e, respectivement. Puisque la capacité du compteur binaire 34 détermine la période des dents de scie, la période des dents de soie ou le temps qu'il faut, à la tension nulle pour balayer la résistance de fuite, est un multiple entier de la période d'horloge. Puisque le compteur 35 est restauré à zéro lorsque le générateur de dents de scie démarre, le compteur contient toujours une Indication digitale du temps qui s'est écoulé depuis ce démarrage, indication qui est proportionnelle à la position instantanée de la tension nulle le long de chacun des axes. De façon è obtenir un multiplexage dans le temps du balayage au point 40 nul un étage binaire additionnel 36 est ajouté au cetspfceur binaire 34. La sortie restaurée de la porte ET de décodage 38 est connectée de façon connue 08601 4 2007433 pour restaurer tous las étages du compteur è l'exception de l'étage 36. Ainsi, pendant une période, l'une des lignsa de sortis ds l'étage 36 contiendra un niveau de tension qui peut Stre utilisé sanme tension de déclenchement, et la ligne de sortie qui contient le niveau de tension Mentionné ci-dessus sera alternée à chaque période du signal en dents de scie. Ainsi, pendant une première période, la sortie vers la porte X de l'étags 38 excite les portas analogiques 48 et 50 pour permettra l'application d'ans saule période des signaux 4d et 4e aux bornes et X^ . respectivement. Pendant les périodes alternées des signaux en dents da scie, la sertie vara la porta Y da l'étage 36 excite les portes analogiques 52 et 54 pour permettre l'application d'une période des signaux 4d et 4a aux l&mas et ûm la résistance de fuite 16. La sonda capacitive 12 est placée sur ou près de la surface da la plaqua 10' st fournît un signal ds sortis y®?3 1'amplificateur 20, la démodulateur 22 at le différentiateur 24. La sartie da la sonde 10 aura la forme d'une porteuse tabulés an asplitude ayant «n point nul à un instant dépendant de la position de la sonde capacitive. Par ax®®pla, les figures 5a, 5b et 5c illustrent des sortis» différentes d'un» asnda sspasitive pendant une période avac la sonde pleoêe an 3 points différants de la dînsnslen à mesurer. La figure 5a illustra 1® signal de sortie @a produisant lorsque la sonda capacitive ast exactement au point milieu de la dimension mesurée, at las figures 5b et 5c illustrent les signaux de sortie résultant de la sonde capacitive placée aux bornas ©ppaaiss respectivement0 «fi Isa signaux sont appliqués è la résistance de fuite. Le démodulateur 22 supprima la porteuse de fréquence élevée at fournit seulement l'enveloppe de 1s modulation d'amplitude à sa sortie. Lorsqye le champ nul passa par la sonda, l'amplitude de la porteuse diminuera puia a'jgpssntem linéairement. L'enveloppe ds l'amplitude détectée est ensuite envoyée dans un différentiateur qui fonctionne comme un circuit binaire indiquant une pente positive ou négative. Lorsque le point nul passe, provoquant un changement de polarité de la pente, le différentiateur change d'état et sa sortie à cet instant conditionne l'un des circuits ET 28 et 30. Les autres entrées des circuits ET 26 et 30 viennent des deux sorties de l'étage binaire 36. Ainsi, le circuit ET 26 fonctionnera pendant le temps où le point nul balaye la direction X de la plaque et le circuit ET 30 fonctionnera pendant le temps où le point nul balaye la direction Y de la plaque. Lorsque le point nul est détecté par le différentiateur, ce qui le fait changer d'état, une sortie du circuit ET en fonctionnement, envoie le contenu du compteur 34 soit dans le registre X 28, soit dans le registre Y 32. Les quantités digitales envoyées dans les registres « ml 1 sgtjS des mesures digitales des positions X eh Y da la s^rada, '0a plsas, la aïs- sireait ffT;, r^nS, soft -nu slpial dsîît 2a largeur 69 08601 5 2007433 d'Impulsion ast modulée et qui est porportlonnel à la position de la sonde, est intégrée par la combinaison résistance capacité 68 ou 70 pour fournir des sorties analogiques proportionnelles à la position de la sonde. Un exemple d'une enveloppe de sortie du démodulateur 22 est représenté 5 dans la figure 5d ainsi que la sortie correspondante du différentiateur, représente dans la figure 5e. Le démodulateur utilisé peut être du type de ceux qui fournissent une détection d'enveloppe soit positive, soit négative.. L'enveloppe négative est illustrée dans la figure 5d. L'un des avantages du mode de réalisation du balayage de champ nul décrit 10 ici est qu'il n'est pas trop sensible à l'amplitude du signal capté par la sonde. Ainsi, les variations de couplage n'ont pas d'effet. De mime, le signal ne doit pas passer par zéro lorsque le point nul se déplace puisque c'est seulement l'inversion de pente (ou l'inversion de phase) qui est détectée. Ainsi, un certain décalage en phase de la porteuse peut aussi être toléré. 15 Cependant, lorsque ceci se produit le point nul n'est pas réellement une tension nulle, mais un point d'inversion de pente de la t ension, ce qui est aussi satisfaisant. Bien que le balayage à deux dimensions soit mis en oeuvre dans un dispositif multiplex à division dans le temps, comme indiqué dans la figure 3, 20 il peut aussi être effectué par un dispositif multiplex en fréquence. Conformément è ce dernier, les signaux seraient appliqués aux résistances X et Y an mSme temps mais des fréquences porteuses différentes seraient utilisées et des filtres seraient fournis à la sortie de l'amplificateur 20 de façon è séparer la point nul de l'axe X du point nul de l'axe Y. 25 On notera aussi qu'en réduisant le pourcentage de modulation de la porteuse, la région balayée par le point nul est réduite d'une quantité proportionnelle. Ceci peut Stre utile, par exemple, dans les cas oû la non-linéarité de distribution de champ provoquée par les effets de bords nécessite une réduction de la région active. , 30 Bien que l'on ait décrit dans ce qui précède et représenté sur les dessins les caractéristiques essentielles de l'invention, il est évident que l'homme de l'art peut y apporter toutes modifications de forme ou de détail qu'il juge utiles sans pour autant sortir du cadre et de la portée de ladite invention. 69 08601 6 2007433 REVENDICATIONS 1.- Transducteur de position pour déterminer la position d'une sonde selon au moins une direction d'une surface caractérisé en ce qu'il comporte un premier moyen pour faire balayer périodiquement ladite surface selon ladite di-5 rection par un foint de tension nulle et un moyen destiné à recevoir la sortie de ladite sonde couplée à la dite surface pour convertir la différence de temps entre l'instant de démarrage dudit balayage et l'instant où ladite tension nulle passe par la sonde en un signal représentant la position de ladite sonde. 10 2.- Transducteur de position selon la revendication 1 dans lequel l'anplituda de la tension du signal représentant la position est proportionnelle à la dite différence de temps. 3.- Transducteur ds position selon la revendication 1 dans lequel le signal représentant la position est une quantité binaire proportionnelle à la dite 15 différence de temps. 4.- Transducteur ds position selon la revendication 1 comprenant en outre un_sqcond moyen pour faire balayer ladite surface selon une seconde direction, par un point de tension nulle et qui est multlplexé dans le temps avec le balayage de la première direction de manière à permettre une détection distinc-20 te de la sonde le long desdites première et seconde directions. 5.- Transducteur de position selon la revendication 4 dans lequel le premier moyen de balayage comprend des moyens pour engendrer une première et une seconde fréquences porteuses déphasées, un moyen pour moduler en amplitude les dites première et seconde porteuses de manière à fournir une première et une 25 seconde sorties, respectivement, dont les pentes des enveloppes des amplitudes sont de polarités opposées et d'égales valeurs, une résistance connectée à la dite surface selon la dite première direction et un moyen pour connecter les dites première et seconde sorties aux extrémités opposées de la dite résistance pendant des premières périodes. 30 6.- Transducteur de position selon la revendication 5 dans lequel le second moyen de balayage comprend une seconde résistance connectée à ladite surface selon ladite seconde direction et un moyen pour connecter leddltes première et seconde sorties aux extrémités de ladite r"sistance pendant dés secondes périodes différentes desdites premières périodes. 9 08601 7 2007433 7.- Dispositif pour traduira la position d'une sonde sur une surface, munie de résistances servant i y appliquer des signaux, en indications électriques de position caractérisé en ce qu'il comporte a. des moyens pour engendrer un premier at un second signal porteur de 5 mime fréquence mais déphasés b. un compteur binaire pour compter les cycles deBdits signaux porteurs c. des moyens qui, lorsque ledit compteur a atteint un compte prédéterminé, le raaMttent à zéro et engendrent une onde en dents de scie dont la période ast égale à l'intervalle de temps entre deux restaurations successi- 10 ves dudit compteur d. un inverseur recevant ladite onde en dents de scie et engendrant une onde en dents de scie inversée de mfime période et de mtae polarité que la dite onde en dents de scie mais de pente opposée. e. un premier moyen pour moduler en amplitude l'un desdits signaux 15 porteurs par ladite onde en dents de scie pour former une première porteuse modulée. f. un second moyen pour moduler en amplitude l'onde des dits signaux porteurs par ladite onde en dents ds scie inversée pour former une seconde porteuse modulée 20 g. des moyens pour connecter ladite première et ladite seconde porteuse modulée aux extrémités opposées desdites résistances pour créer le long de la direction comprise entre lesdites extrémités opposées une tension présentant un point nul sa propageant d'une extrémité à l'autre pendant une période de l'onde en dents de scie grâce à quoi la sonde délivre à ses sorties 25 uns porteuse dont 1'enveloppe présents un point d'inversion de pente chaque fols que ledit point de tension nulle passe par la position de ladite sonde h. des moyens sensibles à la sortie de ladite sonda pour engendrer une Impression ayant une durée égale au temps que met ledit point de tension nulle pour se propager de l'une des extrémités è la position de ladite sonde, 30 et i. des moyens sensibles è la fin de la dite impulsion pour transmettre le compte contenu dans ledit compteur vers une sortie. 8.- Dispositif selon la revendication 7 comprenant en outre des moyens pour convertir la durée de la dite impulsion en une amplitude proportionnelle à 35 ladite dorée. S.- Dispositif selon la revendication a comprenant an outra des moyens de de multiplexage dans le temps pour applique? périodiquement lesdites porteuses 69 08601 B 2007433 modulées aux extrémités d'une résistance associée à la dite surface pour faire balayer ladite surface selon une seconde direction par le dit point de tension nulle.