Brevet FR2271538A1 — publié le 19751212

La présente invention concerne les détecteurs approche à effet capacitif qui traduisent en un signal électrique toute va- riation ou création de capacité produite par le déplacement relatif dle deux surfaces conductrices formant les armatures d'un condensateur lorsqu'elles viennent en regard ltune de l'autre, l'une de Ses surfaces, liée à la structure même du détecteur,recevant une tension électrique et étant reliée un organe sensible à la variation de cette tension résultant de cette variation ou créa- tion de capacité, De tels détecteurs dlapproch'e trouvent leurs emplois les plus usuels dans les dispositifs détecteurs de proximité et de passages d'objets, de touches de commande et télécommande et dispositifs similaires0 La conception usuelle de tels détecteurs d'approche nécessite une tension d'excitation relativement élevée et(ou) d'une fréquen- ce stable ainsi qutun organe récepteur de haute performance0 Le but de 1 invention est au contraire de prévoir un détec- teur d'approche à effet capacitif dont la conception élimine de telles sujétions et qui, de plus, soit de réalisation simple et peu conteuse, ne faisant appel qutà des circuits courants de la technologie électronique, Un détecteur d'approche selon la présente invention comprend essentiellement un interrupteur électronique de commande d'alimentation d'une charge incorporant un circuit logique et ayant une entrée de déblocage connectée à une armature conductrice, reliée à une source d'impulsions, disposée pour réaliser un condensateur avec toute surface conductrice qui peut se présenter en face dtelle, Pour exposer l'invention en son détail, on se réfère aux figures jointes qui représentent::- Fig.l, un exemple de réalisation d'un détecteur d'approche selon l'invention, Fig.2, une variante d'exécution de la Figez, Fig.3, un exemple particulier de réalisation de nl1armature" de condensateur incorporée à de telles réalisations, et, Fig.4, un autre exemple d'exécution de cette armature, Ces exemples sont donnés pour la réalisation de touches de commande ou de télécommande actionnables, par effet capacitif, par l'approche du doigt d'un usager de l'armature de condensateur qut elles incorporent. I1 est clair toutefois que de ses exemples peu- vent se déduire, sans plus, toutes variantes d'exécution technoloe giques et d'exploitation pratique pour tous détecteurs d'approche mimes autres que des touches de commande et télécommande, variantes ne différant en pratique que par la constitution mécanique des11 armatures". Dans les Figs,l et 2, l'exemple de réalisation donné fait appel à un interrupteur électronique 3 constitué par un transisfor bipolaire dont le collecteur reçoit une tension positive provenant d'une batterie 9 à travers une résistance 8* Aux bornes de la charge 8 est connecté un circuit logique 10, Fig.l, 101, Fig.2, sur la nature duquel on reviendra plus loin.La base du transis- tor 3 est reliée à une armature de condensateur 1 formant "tou- che" de commande ou télécommande dans l'exemple concerné, La conc nexion entre la base du transistor et la touche est, de préférence sous gaine de blindage électrostatique 2 prolongée autour de l'ar- mature de condensateur 1.Une source d'impulsions 5, référencée à la masse* sat reliée à travers une résistance 6, qui pourrait être omise si désiré, à l'émetteur du transistor 3, à la gaine de blin- dage 2 et, à travers une résistance 4 à la connexion de l'armature re conductrice 1 à la base du transistor, Le générateur 5 délivre des impulsions dont la diode 7, à la masse, ne laisse subsister que les pointes négatives à front raide Le montage, au lieu d'exploiter un transistor bipolaire pourrait aussi bien exploiter un thyristor, un élément du type FET ou tout autre interrupteur électronique dé courant électrique de m & mes propriétés Le générateur 5 peut consister, selon l'exemple de la Fig.2, en trois circuits logiques inverseurs 11, 12 et 13 en cascades couplés capacitivement en 15 par des sorties en phase et résiste vement en 14 par des sorties en anti-phase.0 La forme d'onde rec- tangulaire de ce générateur est dérivée par la capacité 16 en série avec.le primaire d'un transformateur élévateur 17. La diode 7 est connectée aux bornes du secondaire du transformateur, d'où part la liaison vers l'in:terrupteur électronique 3 et l'armature de condensateur 1 du détecteur d'approche représenté.On doit comprendre que -"l'alimentation impulsionnelle" qui vient autre définie peut alimenter autant de montages détecteurs d'approche, formant par exemple ltensemble des touches d'un clavier de commande ou télécommande, que désiré. Le fonctionnement se conçoit de façon simple:- tant que llar- mature conductrice 1 nta pas de vis à vis, la tension de la base du transistor 3 suit, par la résistance 4, la tension de son émetteur et le transistor demeure bloqué* Lorsqu'au contraire, une surface conductrice électriquement reliée à la terre, doigt d'un usager par exemple pour une commande de touche dans l'exemple, se trouve en face de l'armature 1, créant ainsi une capacité sur la connexion de la base du transistor, en 25 sur le schéma, cette capacité est le siège d'un courant pour toute impulsion négative qui lui est appliquée.Ce courant traverse la résistance 4 et la Jonction base-émetteur de 3.Ce dernier conduit, dloù le passage d'un courant à travers la résistance 8, le développement d'une tension aux bornes de cette résistance et l'activation du circuit logique 10, ou 101, par ce signal impulsionnel dont la durée dépend de la valeur de la résistance 6:- plus cette durée est lonque, toutefois, moindre est l'amplitude du signal ,appliqué sur ce circuit logique, Comme un circuit électronique logique, et un commutateur électronique en est un, ne consomme pas beaucoup et opère sous faible tension, la tension d'excitation, celle du courant impulsionnel de la source 5, n'a pas besoin astre élevée.Comme de plus la commande de déblocage de l'interrupteur électronique est assurée par les impulsions mimes lorsqu'elles se produisent, une imw pulsion suffisant pour ce déblocage, il n'y a aucune servitude sur la stabilité de la fréquence du générateur 50La simplicité des moyens mis en oeuvre est donc évidente en soio Le circuit logique d'utilisation peut consister, par exemple, en un circuit logique à extraction de courant, délivrant à sa sortie des impulsions de tension à niveau logique constant pendant tout le temps de la présence du doigt en face de la touche.Mais il peut aussi consister en un circuit de mémorisation du genre monostable par exemple, ou #verrou". En ce dernier cas, le détecteur incorpore en fait, à cet emplacement, une temporisation qui peut entre mise à profit en l'établissant d'une durée supérieure à une période du secteur:- si, de façon générale, l'usager est relié résistivement et capacitivement à la terre, il peut se produire en certains cas, être influencé par des champs électriques environnants issus de ce secteur d'où, à l'approche de son doigt, une possibilité de modulation parasite des impulsions apparaissant aux bornes de la résistance 8. Par la temporisation établie, cette modulation n'aura aucun effet sur le circuit logique 10. Cette variante est définie par l'opérateur à "mémoires 101 de la Fiv.2* De plus, l'établissement d'un circuit logique comme élément de sortie du détecteur d'approche offre d'autres possibilités, de simulation de conditions diverses:- un simple temporisateur maintient une traduction d'un effet fugace, une bascule simulera un maintien de la condition d'approche et, si cette bascule est du type Eccles-Jordan, elle simulera une action d'enfoncement de- touche à la première approche, de relâchement de touche à la seconde, et ainsi de suite.., le déclenchement d'un multivibrateur pouvant, par exemple, simuler une action "clignotante". Pour un clavier à touches, il peut être intéressant de personnaliser chaque touche par un repère, de fonction par exemple gravé sur elle ou appliqué sur une mince couche isolante qui en reveut la surface conductrice. I1 peut aussi être porté par un cache, coloré si de besoin, placé devant la surface conductrice, comme indiqué par exemple en 19 sur la Fig.3, en laquelle de plus, la touche comporte l'armature de condensateur sous forme d'une mé-tallisation L d'un support transparent ou translucide la, dont la face arrière est aussi métallisée en 2Q pour raccordement à la gatne de blindage 2 (20 fait en fait partie du blindage).Une lampe 21 allumable par le contact 22 (qui peut entre électronique si désiré) est disposée sur ltarrière de ltensemble ci-dessus, en le- quel, bien entendus le cache 19 est transparent. La lampe peut être remplacée par un élément électroluminescent excité à partir du courant sortant de 1'élément logique 10, ou 101. L'armature 1 et la partie 20 du blindage peuvent consister en des métallisa~ tions transparentes du genre de celles des dépits d'oxydes d'étain et autres, comme connue Lorsque l'appareil commandé par le détecteur d'approche est portatif, ou de façon générale, non relié à la terre et possède seulement une "masse" locale, Fig.4, une électrode-Z3, par exemple annulaire, entoure l'armature 1 et est reliée à la dite "masse". La capacité de commande de la touche est alors constituée, comme indiqué, par les capacités 26 et 25 en série . L'armature et l'é- lectrode sont, illustrativement, appliquées sur un isolant qui peut porter-un repère de touche et indiqué en 270 R E V E N D I C A T I O N S . lo - Détecteur d'approche à effet capacitif, notamment pour la réalisation de détecteurs de proximité et de passage d'objets et de touches de commande et télécominande, caractérisé en ce qulil comporte la combinaison d'un interrupteur électronique de courant, d'une charge dont l'alimentation est commandée par cet interrt7pteur et qui incorpore un circuit logique, d une armature de condensateur reliée à une entrée de déblocage de cet interrupteur électronique et de moyens dtapplication sur cette armature et sur une entrée ae cet interrupteur dwimpulsions unidirectionnelles réferencees à la masse de l'appareil dont fait partie le détecteur d'approche, cette armature étant disposée pour réaliser un eondensateur avec toute surface conductrice qui peut se pré- senter en face d'elle et qui a une liaison avec la terre 2* - Détecteur d'approche selon la revendication 1, earaeté- risé en ce que le dit interrupteur électronique est choisi dans le groupe formé par les éléments relevant de la physique des solides présentant deux états de conduction distincts, 3. - Détecteur d'approche selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dit circuit logique est choisi dans le groupe formé par les circuits logiques à extraction de courant, délivrant un niveau logique constant, temporisateurs, verrous, bascules et multivibrateurs 4. - Détecteur d'approche selon la revendication 1, caractérisé en ce que la dite armature comprend une surface conductrice associez à un blindage électrostatique sur sa face non exposée, se prolongeant par une gaine de blindage entourant Sa connexion à l'entrée de déblocage de l'interrupteur électronique et reliée à la-masse de l'appareil dont fait partie le détecteur d'approche, 50 - Détecteur d'approche selon la revendication 4, caractérisé en ce que, lorsque la dite masse n'est pas reliée à la terre dans cet appareil, cette surface conductriee est, nour partie au moins, entouree a étroite proximité drune seconde surface conduc trice reliée à la masse de l'appareil et sensiblement dans le même plan que la surface conductrice reliée audit interrupteur. 6. - Détecteur d'approche selon la revendication 4 ou selon la revendication 5, caractérisé en ce que ltarmature est est oralisée par métallisation, de préférence au moins translucide, d'une surface de plaquette isolante ayant sa face opposée métallisée pour la formation du blindage. 7î - Détecteur d'approche selon la revendication 4 ou selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'un diélectrique isole de l'atmosphère la dite surface conductrice d1armature. 8. - Détecteur d'approche selon la revendication 4 ou selon la revendication 6 ou selon la revendication 7, caractérisé en. ce qu'un repère d'identification est associé à la dite armature de condensateur et porté par un élément de sa constitution ou. protection, 9 - Détecteur d'approche selon la revendication 1, caracté- risé en ce que les dites impulsions unidirectionnelles sont formées à partir d'un générateur d'impulsions bipolaires à la sortie duquel une dérivation unidirectionnelle à la masse de l'équipement supprime les impulsions d'une des deux polarités 10. - Détecteur d'approche selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit générateur consiste en un montage de circuits logiques délivrant une forme d'onde rectangulaire, d'un circuit dérivateur de cette forme d'onde et d'un transformateur élévateur au secondaire duquel est établie la dite dérivation et à partir duquel peuvent être alimentés plus d'un ensemble interrupteur électronique/armature de condensateur0