Brevet FR2376399A1 — publié le 19780728

La présente invention concerne une tablette capacitive à une seule couche conductrice d'électrode, pour la détermination d'un point quelconque de la surface de la tablette à l'aide d'un stylet. Dans le brevet français No. 76 13463 déposé le 29 avril 1976 par la demanderesse se trouve la description d'une tablette capacitive qui possède des couches conductrices séparées pour les électrodes de la dimension X et de la dimension Y, et dont les informations de base peuvent aider à-la compréhension de cette invention. La tablette capacitive de ce brevet comprend un réseau de fils selon la composante X et un réseau de fils selon la composante Y qui peuvent etre connectés sélectivement à un oscillateur qui envoie une tension alternative de forme particulière sur les fils de la composante choisie. (Les désignations: dimension X et dimension Y sont, bien entendu, arbitraires; les termes: droite, gauche, haut et-bas, pourraient tout aussi bien etre attribués aux quatre côtés de la tablette). Les deux réseaux de fils sont situés dans deux plans rapprochés, séparés par une mince couche de matière de support isolante. Le fonctionnement séparé des fils selon la composante X et des fils selon la composante Y s'effectue en détermizant les composantes en X et en Y de l'adresse de position du stylet. Les deux réseaux de fils et les circuits correspondants sont exactement identiques, sauf leur disposition. On comprendra le fonctionnement de la tablette en considérant seulement ltéquipement selon X, dont on peut imaginer les fils reliant le bord supérieur au bord inférieur de la tablette.Dans une méthode de localisation du stylet selon la composante X, le fil de l'extreme gauche est à la masse, le fil d'extreme droite reçoit une tension alternative d'amplitude maximum, et les fils selon X entre ces extremes reçoivent des tensions alternatives de valeurs intermédiaires, selon une distribution que lton peut représenter comme une rampe montant de gauche à droite de la tablette.Le stylet qui est placé sur la tablette reçoit une tension alternative dont l'amplitude dépend de sa position selon la composante X et qui peut etre traitée pour servir d'adresse en X. (Le signal de stylet dépend également du couplage capacitif entre le stylet et les fils, et les variations de cette valeur liées aux variations de la hauteur du stylet au-dessus des fils, peuvent etre compensées en envoyant la valeur maximum aux fils de selon les X, de sorte que le stylet détecte le côté droit, ou point maximum, de la tampe sans tenir compte de sa position réelle. La position du stylet sur la tablette sur les X est fonction du rapport du premier signal au second). Selon une technique de distribution de tension aux conducteurs le long de la rampe, les fils sont reliés à différents points d'une résistance, dont l'extrémité gauche et le fil le plus à gauche sont à la masse, et dont I'extrémité droite et le fil le plus à droite reçoivent la tension alternative.D'après une autre technique de distribution de tension sur la rampe, les fils sont reliés à des plots capacitifs individuels disposés en haut et en bas de la tablette, et une électrode triangulaire recouvre ces plots capacitifs, de sorte que le couplage capacitif entre ltélectrode triangulaire et les plots individuels varie progressivement du plot le plus à gauche, qui est recouvert par une faible portion de ltélectrode triangulaire, au plot capacitif le plus à droite, qui est recouvert par toute la largeur de ltélectrode triangulaire. Dans les tablettes capacitives conventionnelles, les fils selon X ou Y étant places respectivement dans des plans séparés par une couche isolante, une technique de fabrication soignée est indispensable. Des erreurs dans les signaux de position de stylet se produisent s'il y a des variations de ltécartement entre les deux couches, ou stil y a un mauvais fonctionnement entre les électrodes correspondantes des deux couches. Un des objets de cette invention est donc de simplifier les exigences de fabrication de la tablette capacitive en créant une nouvelle tablette capacitive améliorée qui emploie seulement une couche pour les électrodes des dimensions X et Y. Une tablette d'inscription s'utilise habituellement avec un affichage. La tablette d'inscription peut etre placée sur un dispositif d'affichage tel qu'un panneau à gaz, pour avoir les inscriptions d'entree et de sortie sur un meme appareil. Cependant, la structure multi-couches d'une tablette capacitive conventionnelle rend difficile la fabrication d'un tel appareil, et réduit sérieusement la luminosité de l'affichage. Un autre objet de l'invention est donc de créer une nouvelle tablette capacitive perfectionnée qui puisse être associée à un dispositif d'affichage. L'objet de cette invention est une tablette capacitive qui a une seule couche d'électrodes dans la surface active. Cette tablette est plus facile à fabriquer et permet un meilleur passage de la lumière lorsqu'elle est installée sur un dispositif d'affichage. La couche conductrice unique possède une paire d'électrodes complémentaires de forme triangulaire pour chacune des nombreuses positions selon la composante X. Une de ces électrodes part d'une source de tension située sur le bord inférieur de la tablette et va vers le haut, et l'autre électrode part d'une source de tension située sur le bord supérieur de la tablette et va vers le bas. (Ces deux électrodes seront appelées respectivement: électrode inférieure et électrode supérieure). Les deux OFLectrodes triangulaires d'une meme paire sont placées tout près 1' une de l'autre sur toute la surface active de la tablette.Pour détecter la position du stylet selon la composante Y lorsqu'il est placé au-dessus des deux électrodes d'une paire, les électrodes inférieures sont mises à la masse et les électrodes supérieures reçoivent une tension alternative de la meme amplitude prédéterminée. Le signal de stylet dépend de la valeur de sa position en Y de la meme façon générale que la tension d'un plot capacitif dépend de sa position sous l'électrode triangulaire, dans la tablette capacitive décrite dans la partie précédente de la spécification. (Quelques différences spécifiques seront soulignées ultérieurement). Une paire d'électrodes est placée à chaque position sur l'axe des X. Les électrodes voisines de paires adjacentes s'adaptent exactement et agissent de la meme manière e que deux électrodes d'une meme paire pour envoyer un signal selon Y au stylet proche. Pour la détermination de la composante X de la position du stylet, les deux électrodes d'une paire reçoivent le meme potentiel alternatif et des paires différentes reçoivent des potentiels alternatifs différents, ce qui engendre une rampe - de tension pour les X à travers la tablette. Ainsi, pour le fonctionnement selon la composante X, la tablette de cette invention devient équivalente, électriquement, aux fils de la composante X d'une tablette conventionnelle à deux couches conductrices, et le signal de stylet est traité similairement pour élaborer une adresse de position de stylet. D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront 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 une vue en plan de la tablette préconisée selon cette invention, qui montre le circuit d'excitation des électrodes. La figure 2 est une vue en plan de la tablette préconisée selon cette invention montrant un second circuit d'excitation des électrodes. La figure 3 est une vue de profil de la tablette de la figure 2. La figure 4 montre quelques électrodes de la tablette et illustre le couplage capacitif entre les électrodes et le stylet. La figure 5 montre une autre disposition des électrodes de la tablette. La tablette de la figure 1 comprend la base 12 et les électrodes 14a, 14b à 24a, 24b. Les électrodes dont la référence est "a" seront appelées électrodes supérieures et les électrodes dont la référence est "b", seront appelées électrodes inférieures. La base 12 est en verre et les électrodes sont en cuivre ou en matière conductrice transparente. La technique pour établir un circuit conducteur précis sur un support non conducteur est bien au point et la base 12 ainsi que les électrodes peuvent etre en n'importe quelle matière appropriée. La base et les électrodes sont transparentes si l'on doit voir le sujet à travers la tablette, ou opaques si l'on n'a pas besoin de voir le sujet à travers la tablette. Une résistance 27 est placée le long du bord supérieur de la base 12 entre les bornes 28 et 29, et un branchement 30 est établi entre chacune des électrodes supérieures 14a à 24a et un point de prise sur la résistance 27. La résistance 27 peut etre constituée par le montage en série de résistances séparées, mais il est préférable de l'obtenir par dépot d'une couche résistante sur la base 12, cette couche étant de meme nature que les électrodes ou en toute autre matière de résistivité appropriée. Il est recommandé de faire les branchements 30 en la meme matière que les électrodes et de fabriquer le tout en un seul bloc: les électrodes, les branchements 30 et la résistance 27. De la meme façon, la résistance- 32 est disposée le long du bord inférieur de la base 12 entre les bornes 33 et 34. Les branchements 35 relient les électrodes inférieures 14b à 24b aux points de prise sur la résistance 32. Les éléments d'electrodes de la figure 1 ne sont pas à l'echelle et ont une largeur exagérée pour mieux montrer leur forme triangulaire. Les électrodes ont une longueur de dimension Y qui détermine une hauteur de tablette pratique, les hauteurs pratiques pour une tablette conventionnelle allant de 30 à 60cm. La largeur d'une paire d'electrodes entre les lignes 58 et 59 de la figure 1 est d'environ 3,2mu. L'ecartement entre deux électrodes adjacentes, tel qu'entre les lignes 62 et 63 de la figure 1, est, de préférence, entre 0,25 et 0,4mm. Un interrupteur 36 est relié à la commande 37 par un moyen indiqué par la ligne pointillée 38, pour connecter sélectivement la borne 28 de la résistance supérieure 27 au point 40, qui est à la masse, ou au point 41 qui reçoit la tension alternative produite par l'oscillateur 42. L'oscillateur 42 produit, de préférence, un signal carré ou une sortie numérique, comme représenté sur le dessin schématiaue, mais il peut également produire un signal sinusoRal ou tout autre signal approprie à composante alternative. De même, l'interrupteur 45 relié à la commande 37 par un moyen représenté par la ligne pointillée 46, connecte la borne d'interrupteur 29 de la résistance 27, à un point à la masse ou a un point qui reçoit la tension de l'oscillateur 42. Les interrupteurs 49 et 50 et leurs composants associés 51 à 56 commandent, de la meme manière, le potentiel des bornes 33 et 34 de la résistance 32. Il est préférable que les interrupteurs 36, 45, 49 et 50 soient à semi-conducteurs. Par exemple, l'interrupteur 36 peut avoir, en configuration commune, une résistance et un transistor dont ltémetteur est relié à la masse au point 40 > la borne 28 étant reliée au point de connexion commun de la résistance et du collecteur du transistor, l'autre borne de la résistance étant reliée au point 41 et la ligne provenant de la commande 37 étant reliée à la base du transistor. On comprendra facilement les diverses façons d'équiper la commande 37 après la description du fonctionnement de la tablette. Dans une première phase de fonctionnement qui détermine la composante X de la position du stylet, les interrupteurs 36, 45, 49 et 50 sont disposés pour relier les bornes 28, 29, 33 et 34 à la sortie de I'oscillateur 42. (Cette position des interrupteurs est indiquée figure 1). Chaque électrode est alors au potentiel de l'oscillateur 42 et le stylet reçoit un signal qui est indépendant de sa position en X et en Y, mais qui est fonction de son couplage capacitif avec les électrodes de la tablette. Ce signal de stylet est appelé par convention: signal de référence. Puisque les bornes opposées des deux résistances 27 et 32 sont au même potentiel, les seules chutes de tension par rapport à la masse dans les résistance proviennent des courants passant dans les électrodes. On donne aux résistances 27 et 32 une conductance suffisante pour que ces chutes de tension soient réduites à une valeur négligeable. Dans une seconde phase pour trouver la composante X de la position du stylet, les interrupteurs 36 et 49 sont positionnés pour mettre le bord gauche des résistances 27 et 32 à la masse et les interrupteurs 45 et 50 sont positionnés pour connecter la sortie de l'oscillateur 42 à l'extremite droite des résistances. Avec l'interrupteur dans cette position, une différence de tension apparaît dans chaque résistance et une tension différence est appliquée à chaque branchement 30 des électrodes supérieures et à chaque branchement 35 des électrodes inférieures.Les deux électrodes qui se complètent dans une paire (telles les électrodes 14a et l4b) sont exactement au même potentiel, de sorte qu'une paire d'électrodes est électriquement équivalente à une seule électrode rectangulaire en chaque position de la dimension X, et le fonctionnement de la tablette pour détecter la composante X de l'adresse est semblable au fonctionnement d'une tablette capacitive qui aurait une électrode à chaque position de X. La distribution de tension sur la tablette a la forme d'une rampe croissant de la masse (paire d'électrodes 14a et 14b du bord gauche) à la valeur de référence (paire d'électrodes 24a et 24b du bord droit). La position du stylet selon X est proportionnelle à la valeur du signal qu'il détecte lorsque la rampe est sous-tension par rapport au signal de référence. Par exemple, supposons que l'amplitude de l'oscillateur soit de ;0 volts. Les électrodes 24a et 24b sont chacune à 10 volts et les électrodes 14a et l4b sont à zéro volt. Puisqu'il y a onze paires d'électrodes figure 1, les électrodes 15a et 15b sont à un volt, les électrodes 16a et 16b sont à deux volts et ainsi de suite. Supposons que le stylet reçoive un signal de un volt pendant le fonctionnement qui établit la valeur de référence, et reçoive un signal de 0,3 volt par la distribution de tension de la rampe.Il est évident que le marqueur se trouve dans le voisinage de la quatrième paire d'electrodes à partir de la gauche, les électrodes 17a et 17b. Cette tablette a un avantage sur les autres tablettes capacitives: c'est que la tension de la rampe est une fonction linéaire de la position du stylet et que des tensions intermédiaires apparaissent entre des positions de conducteurs séparées. Dans cet exemple, une tension de stylet de 2,6 volts indiquerait une position de stylet aux 6/10ème de la distance entre la ligne médiane des électrodes 16a et 16b et la ligne médiane des électrodes l7a et 17b ou, ce qui revient au meme, aux 26/l00ième de la distance entre le bord gauche et le bord droit de la tablette. Le fonctionnement de la rampe de tension qui vient d'être décrit peut naturellement s'effectuer avec le bord droit de la tablette a la masse et le bord gauche à la tension de l'oscillateur. De plus, les signaux de fonctionnement provenant de la rampe peuvent permettre de déterminer la tension de référence, au lieu du fonctionnement qui vient d'etre décrit, dans lequel chaque conducteur est à la tension de l'oscillateur. Dans la description de la composante Y de l'adresse, les interrupteurs 36 et 45 sont positionnes pour envoyer la tension de l'oscillateur 42 aux bornes 28 et 29 de la résistance 27, comme indiqué sur le dessin, et les interrupteurs 49 et 50 sont positionnes pour relier les bornes 33 et 34 de la résistance 32 aux points 51 et 54 qui -sont à la masse. Pour les raisons déjà expliquées, chaque point le long de la résistance 27 est au potentiel de l'oscillateur et chaque point le long de la résistance 32 est à la masse. Ainsi, il y a une difference de potentiel entre chaque électrode et les deux électrodes adjacentes.Puisque le stylet est séparé de la couche conductrice par la couche de protection 25 (figure 3), il est influence par ltélectrode sous-jacente ainsi que par les électrodes situées de chaque coté. Le couplage capacitif est fonction de la taille des électrodes capacitives, de sorte que le stylet detecte une tension nulle sur le bord inférieur de la tablette et il détecte la valeur de référence de la tension alternative sur le bord supérieur de la tablette. Entre ces positions, le stylet détecte des valeurs intermédiaires que l'on peut considérer comme la composante Y de l'adresse, de la même façon déjà décrite pour la composante X. Cette opération est décrite, figure 4. L'emplacement de quatre électrodes adjacentes, 14a et 14b, 15a et 15b est represente par un trait mince et les connexions à l'oscillateur 42 et à la masse sont représentées pour indiquer que les électrodes supérieures 14a et 15a sont à la tension de l'oscillateur et que les électrodes inférieures 15a et 15b sont à la masse. Dans cette représentation des électrodes, deux graphiques de tension sont superposés. Chacune des lignes 60 et 61 détermine l'abscisse du graphique et indique également une ligne sur la tablette où les tensions mesurées sont celles de cet exemple. La figure 4 montre également le stylet en circuit avec les électrodes 14a et 14b, de surfaces différentes sur les deux lignes 60 et 61.Une courbe sur chaque graphique montre la tension moyenne qui serait mesurée si le stylet était en contact avec ltélectrode. Pour chaque emplacement 60 ou 61, cette tension d'électrode atteint la valeur de la tension de l'oscillateur sur une électrode supérieure et descend au potentiel de la masse sur une électrode inférieure. En position supérieure 60, la tension d'électrode est représentée comme un signal rectangulaire ayant des zones larges de grande amplitude et des zones etroites de tension nulle. Sur la ligne 61, le signal horizontal a des zones étroites de grande amplitude et des zones larges de tension nulle Le stylet est séparé des électrodes par une couche isolante et il est au potentiel réel des électrodes.La séparation entre le stylet et les électrodes est suffisante pour rendre moyennes les tensions d'électrodes, de sorte que la tension du stylet est à une valeur effectivement uniforme pour chaque position Y, comme l'indique la figure 4. La figure 5 montre les électrodes supérieures 65a et 66a et les électrodes inférieures 65b et 66b. (Les branchements aux résistances correspondantes ne sont pas indiquées sur la figure 5). Ces électrodes sont de formes triangulaires symétriques. La figure 5 illustre une configuration, exactement équivalente électriquement, mais choisie pour des raisons particulières telle que la facilité de fabrication. D'un point de vue général, les formes des électrodes associent différemment le stylet à l'ensemble supérieur ou à l'ensemble inférieur en fonction de la composante Y. Les figures 2 et 3 montrent une modification apportée à la tablette de la figure 1. La base 12, la partie triangulaire des électrodes 14a et b à 24a et b, ainsi que les interrupteurs sont semblables aux composants de la figure 1 et sont numérotés identiquement. Les tablettes des figures 2 et 3 diffèrent de la-tablette de la figure 1 par l'emploi d'une disposition de plaques de condensateur triangulaires 70 à 73, qui déterminent un diviseur de tension pour exciter les plots capacitifs 75 formes par le prolongement de chaque électrode. Comme indiqué figure 3, les plaques capacitives triangulaires sont séparées des électrodes par les couches isolantes 77 et 78. L'épaisseur de ces couches est fortement agrandie figure 3 et la couche isolante de protection d'une tablette conventionnelle n'est pas indiquée. Pour l'établissement de la tension de référence, les quatre interrupteurs sont places comme indiqué sur le dessin, pour envoyer la tension de l'oscillateur à chaque plaque capacitive triangulaire 70 à 73. Ainsi, chaque électrode triangulaire 14a et b à 24a ét b reçoit la meme tension de l'oscillateur par couplage capacitif entre les plots 75 et les plaques capacitives triangulaires 70 à 73. Pour le fonctionnement selon la composante X, les interrupteurs 4S et 50 sont placés dans la position indiquée sur le dessin et les interrupteurs 36 et 49- sont reliés aux prises de masse 40 et 51.L'interrupteur étant en cet état, les électrodes 24a et b du bord droit de la tablette sont fortement couplées par capacité à l'oscillateur par la vaste surface de recouvrement entre les plaques triangulaires 71 et 73- et les plots capacitifs de ces électrodes. Inversement, les électrodes triangulaires 14a et b du bord gauche de la tablette reçoivent une faible tension de l'oscillateur car leurs plots 75 recouvrent seulement une faible surface des plaques capacitives triangulaires. Les autres paires d'électrodes reçoivent des valeurs de tension de l'oscillateur qui sont intermédiaires et la tension de la rampe crolt de la gauche à la droite de la tablette. Un fonctionnement identique pourrait utiliser une rampe de tension qui croîtrait de la droite à la gauche de la tablette. Pour fonctionner en composante Y, les interrupteurs supérieurs 36 et 45 sont positionnés, comme indiqué sur le dessin, pour envoyer la tension de l'oscillateur à chacune des plaques capacitives triangulaires 70 et 71, de sorte que chacune des électrodes triangulaires supérieures 14a à 24a reçoit la tension de l'oscillateur. Les interrupteurs 49 et 50 sont reliés aux prises de masse 51 et 54, de sorte que chaque électrode triangulaire inférieure l4b à 24b est à peu près à la masse. Une rampe de tension croissante va du bas vers le haut de la tablette, comme il a été expliqué dans la description du fonctionnement de la tablette de la figure 1. On pourrait identiquement produire une rampe de tension croissante du haut vers le bas de la tablette. La relation linéaire de tension qui a été décrite en correspondance avec la figure 4 est établie lorsque ltépaisseur de la couche 25 est approximativement égale au moins à la largeur d'une paire d'électrodes (entre les lignes 58 et 59 de la figure 1). Les électrodes l4a et b,a' 24a et b peuvent etre de forme quelconque entre les lignes 62 et 63, mais on recommande la somple forme triangulaire dans la plupart des réalisations. Pour une tablette utilisant le codage de phase, les électrodes et les plaques triangulaires de la figure 2 peuvent etre en forme d'S pour compenser les non-linéarités de la tablette. Bien que l'on ait décrit dans ce qui précède et représenté sur les dessins les caractéristiques essentielles de l'invention appliquées à un mode de réalisation préféré de celle-ci, 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 de ladite invention. REVENDICATIONS 1.- Tablette capacitive à une seule couche conductrice permettant de déterminer la position d'un point quelconque de la surface de la tablette, caractérisee en ce quelle comprend: un support plan isolant, une pluralité de paires d'électrodes formes sur ledit support, chaque paire déterminant une ligne équipotentielle relativement étroite lorsque les deux électrodes sont soumises à un même potentiel électrique, lesdites paires d'électrodes entant proches les unes des autres de façon à former un réseau parallèle de lignes équipotentielles sur ledit support; et les deux électrodes de chaque paire ayant une forme complémentaire de façon à établir un gradient de potentiel le long de chacune desdites lignes, lorsque les deux électrodes sont soumises à des potentiels électrior différents, des moyens électriques pour soumettre les électrodes à des potentiels électriques de façon que l'on puisse déterminer la position d'un point de la surface de la tablette par le potentiel en ce point. 2.- Tablette capacitive selon la revendication 1 dans laquelle lesdites électrodes ont une forme triangulaire. 3.- Tablette capacitive selon la revendication 2 dans laquelle lesdites lignes détennindes par les électrodes s'etendent selon la composante Y entre les bords supérieur et inférieur de la tablette, et lesdits moyens électriques appliquent un potentiel électrique alternatif aux électrodes dont la base du triangle se trouve sur le bord supérieur et appliquent un potentiel nul aux électrodes dont la base du triangle se trouve sur le bord inférieur de sorte que le gradient de potentiel le long de chacune desdites lignes a une valeur de rampe qui croit du bord inférieur au bord supérieur de ladite tablette. 4.- Tablette capacitive selon la revendication 2 ou 3 dans laquelle lesdits mcyens électriques comprennellt: une première résistance positionnée près du bord supérieur de la tablette et connectée aux électrodes dont la base du triangle se trouve sur ledit bord superieur, une deuxième résistance positionnée près du bord inférieur de la tablette et connectée aux électrodes dont la base du triangle se trouve sur ledit bord inférieur, un oscillateur et un moyen de commutation pour connecter sélectivement l'extremite droite ou gauche de chaque résistance à l'oscillateur et 1' autre extrémité à la masse, de façon à ce que le potentiel des paires d'électrodes ait une valeur de- rampe qui croit d'une extrémité à l'autre. 5.- Tablette capacitive selon la revendication 2 dans laquelle: les électrodes gauches desdites paires d'électrodes sont prolongées par des plots capacitfs sur un des bords de la plaquette, et les électrodes droites desdites paires d'électrodes sont prolongées par des plots capacitifs sur l'autre bord de la tablette, deux paires de plaques capacitives triangulaires sont positionnées respectivement sur le bord inférieur et le bord supérieur de la tablette de façon à former un couplage capacitif avec lesdits plots capacitifs des électrodes, lorsqu'elles sont soumises a un potentiel électrique alternatif par lesdits moyens électriques. 6.- Tablette capacitive selon la revendication 4 dans laquelle lesdites première et deuxième résistances sont formées du même matériau que lesdites électrodes. 7.- Tablette capacitive selon l'une quelconque des revendications précédentes dans laquelle la position d'un point de la surface de la tablette est déterminée par un stylet dont l'extremite forme un couplage capacitif avec lesdites électrodes. -8.- Tablette capacitive selon la revendication 7 dans laquelle une couche diélectrique ayant une épaisseur au moins égale à la largeur desdites paires d'électrodes recouvre lesdites électrodes.