Brevet FR2438874A1 — publié le 19800509

L'invention a pour objet un dispositif d'inscription et de traduction informatique d'un tracé par effet capacitif entre la pointe d'un stylo à bille et un réseau de barres conductrices excitées séquentiellemento Le principe de la détection capacitive de signaux sur des barres conductrices excitées séquentiellement,pour obtenir la traduction informatique d'un tracé est connu, l'invention se proposant d'en fournir l'application pratique sous la forme d'une "tablette XY" de faibles dimensions, facile à réaliser et portative munie de circuits de traitement simples et efficaces Suivant l'invention, les circuits d'excitation d'une telle tablette, comportent des registres à décalage excités par une horloge de manière à effectuer une excitation séquentielle régulière et cyclique de l'ensemble des barres à une fréquence élevée par rapport à la vitesse de déplacement du stylo, tandis que lesdits circuits de traitement sont agencés pour détecter les positions des maxima d'amplitude des signaux captés par le stylo et pour mesurer le déphasage entre lesdites positions et lesdits signaux prélevés sur les barres Xo et Yo qui définissent l'origine des coordonnéeso Suivant une autre particularité de l'invention, les barres X et les barres Y ont toutes une largeur identique et lesdits circuits d'excitation sont agencés pour obtenir.le réglage des amplitudes relatives des impulsions respectivement appliquées sur les barres X et sur les barres Y. L'invention a encore pour objet un stylo inscripteur et détecteur destiné à faire partie d'un tel dispositif, caracté- risé en ce qu'il comporte des moyens dtétablir un. court-circuit entre sa pointe métallique et un blindage extérieur qui le recouvre, chaque fois que ladite pointe n'est pas au contact du papier. D'autres particularités, ainsi que les avantages de l'invention, apparaîtront clairement à la lumière de la description ci-apres. Au dessin annexé : La figure 1 est une vue d'ensemble éclatée d'un dispositif d'inscription et de traduction informatique d'un tracé conforme à un mode de réalisation préféré de l'invention; La figure 2 représente schématiquement une forme d'exécution d'un stylo inscripteur et détecteur de tracé que comporte un tel dispositif; La figure 3 est un schéma de principe de la surface sensible que comporte un tel dispositif et de ses circuits d'excitation; La figure 4 est un schéma de principe des circuits de traitement des signaux captés par le stylo détecteur; La figure 5 est un diagramme représentant les formes d'ondes des signaux captés et issus du traitement; et La figure 6 représente un détail des circuits d'excitation, selon un mode d'exécution préféré Le dispositif de la figure 1 se présente comme une tablette comportant un premier circuit imprimé 1 qui joue le rôle de surface active, un deuxième circuit imprimé qui comporte les circuits d'interface et d'alimentation du dispositif, un socle 3 en tôle d'aluminium de support de l'ensemble et un capot de protection 4 en matière plastique. Un stylo détecteur 5 est relié aux circuits d'interface par un câble blindé souple 6 d'une trentaine de centimètres. Le capot 4 est muni d'une fenêtre 40 à travers laquelle un papier, introduit et placé sur la surface active, sert a' à ture à l'aide du stylo. Celui-ci, représenté à la figure 2, remplit en effet à la fois la fonction d'écriture traditionnelle par trace visible sur le papier et une fonction de captage capacitif de signaux d'excitation appliqués à la surface active, fonction gui sera exposée plus loin. I1 est constitué par une cartouche d'un stylo a' bille du commerce, dont la partie 50 qui contient l'encre est isolante et se termine par une coque de laiton contenant une bille d'acier. C'est la pointe métallique d'écriture 51 qui est reliée au câble blindé 6 susvisé : on voit qu'a' cet effet, le conducteur central du câble 6 est directement raccordé en 52, par soudure ou colle conductrice Le conducteur extérieur 60 du câble 6 est pincé et collé entre le corps du stylo et l'anneau enjoliveur 53. Un blindage électrique 54, réalisé à I'extérieur du corps du stylo par une peinture conductrice, est en contact avec les mains de I'opérateur et relie au blindage 60 par une languette de court-circuit 550 De cette façon, les signaux captés par le stylo ne sont pas perturbés par des parasites provenant, soit desmans de l'opé- rateur, soit de rayonnements électro-magnétiques ambiants. Le mécanisme de rétraction usuel, non figuré, est conservé. Dans le mode d'exécution figuré, une languette de courtcircuit 56 est, en outre, prévue entre le blindage extérieur 54 et la collerette 510 de la pointe 51. Le court-circuit entre cette dernière et le blindage 54 ne se reproduit que lorsque le stylo n'est pas en contact avec la tablette. Lorsqu'il est en contact avec la tablette, la pointe étant légèrement rétractée, la collerette n'est plus au contact de la languette 56O Dans ce mode d'exécution, aucun signal n'est pris en compte par le stylo tant qu'il n'est pas matériellement au contact du papier. Ainsi, les traînées qui pourraient exister entre les lettres ou signes inscrits si le stylo n'est pas suffisamment écarté de la surface d'écriture, se trouvent supprimées et la sensation d'écrire avec un stylo traditionnel est retrouvée. A la figure 1, on voit que le circuit imprimé 1 a la forme d'une carte rectangulaire ayant par exemple, une épaisseur de 1,6 mm, une longueur de 288 mm et une largeur de 200 mm, imprimée sur ses deux faces pour constituer des barres conductrices couvrant, sur chaque face, une surface de 210 x 160 mm. La face extérieure porte par exemple 34 barres verticales dont les axes sont distants entre eux de 6,35 mm et sont représentés au dessin par des lignes en trait plein 10, 11... Ces barres ont par exemple 0,5 mm d'épaisseur. La face intérieure porte, dans l'exemple décrit, 26 barres horizontales dont les axes sont distants entre eux de 6, 35 mm et sont représentés au dessin par des lignes en pointillés 34, 35... Ces barres ont par exemple 2,54 mm d'épaisseur. Suivant une particularité de l'invention, les barres horizontales et les barres verticales ont toutes la même largeur. Dans ltexemple considéré, celle-ci est comprise entre 0,8 et 2, 4 mm. La face extérieure de la carte 1 est en outre munie de touches de fonction et, en particulier, C (Curseur); G (Gomme); EF (Effacement) dont le role sera expliqué dans la suite. La face intérieure de la carte 1 comporte des circuits logiques intégrés qui permettent d'exciter successivement les barres verticales, puis les barres horizontales. Ces circuits logiques ont été représentés schématiquement à la figure 3, où les barres sont simplement figuréespar des traits verticaux numérotés de O à 33 pour les barres verticales et de 34 à 59 pour les barres horizontales. On voit que les barres xrert.i.ca]es sont reJ e. a a premier registre à décalage 7 a 34 bascules, dont la sortie est reliée à un second registre à décalage à 26 bascules 8, lequel excite les barres horizontales. Le registre 7 est alimenté par une horloge 9 de 250 Ktrz. Un diviseur de frequence par 64, relié à l'horloge 9 attaque une entrée 71 du registre 7 de telle sorte que, toutes les 64 impulsions d'horloge, un état 1 est imposé sur la première sortie d registre, c'est-à-dire sur la barre verticale 0. Cet état t est transferé sur les barres verticales, puis sur les barres horizontales successives, au rythme d'une transition toutes les 4 microsecondes, le cycle complet d'excitation du réseau de barres durant finalement 256 te. La carte de circuit imprimé 2 comporte le schéma de principe de la figure 4 : outre, un dispositif d'alimentation non figuré, un ensemble électronique de traitement des signaux captés par le stylo, des chronomètres mesurant la durée des signaux Kx et Ky, représentatif des coordonnees du point détecté, un microprocesseur et ses circuits d'interface. L'ensemble électronique de traitement comprend un am- plificateur passe-bas 11 relié au câble 6, un premier dérivateur 12 lui-même suivi d'un amplificateur passe-bas 13, un comparateur 14 à un niveau de référence de Ov, un second dérivateur 15 et un comparateur 16 à un seuil réglable au moyen d'un potentiomètre 17. Les signaux de sortie des comparateurs 14 et 16 sont appliqués à une porte ET 18 dont la sortie est appliquée aux deux entrées R de bascules type D, respectivement 19 et 20 dont le rôle est d'élaborer les signaux Kx et Ky, qui sont appliqués à des chronomètres 24 et 25, comme on l'expliquera dans la suite. Ces bascules, ainsi que deux autres bascules te D, respectivement 21 et 22, qui élaborent un signal Z indiquant que le stylo coopère avec un point d'une zône restreinte de la surface active, dénommée zône utile, comme on l'expliquera ci-après, re çoivent par ailleurs des signaux Xo, Yo, XM et YN qui sont pré- levés directement sur deux barres horizontales et deux barres verticales particulières, comme on va maintenant l'expliquer en se référant à la figure 1. On voit que ces quatre barres particulières délimitent un rectangle ayant par exemple 130 x 170 mm et c'est la surface de ce rectangle qui constitue la zône utile, qui est celle dans laquelle aucun effet de bord n'introduit de non linéarité appréciable des signaux Kx et Ky en fonction des coordonnées réelles x et y du point défini par la pointe du stylo. Le signal Xo est donc présent lorsque le stylo coopère avec un point de la barre désignée Xo, etc... Revenant à la figure 4, on voit que la sortie du comparateur 16 est encore reliée à un circuit 23, qui est un monostable à déclenchement qui, comme on l'expliquera dans la suite, fournit un signal "TOUCH" lorsque le stylo se trouve à une faible distance prédéterminée de la surface d'écriture. Les signaux Z, TOUCH et les durées des signaux 24 et 25 sont appliqués à un microprocesseur 26 qui, par l'intermédiaire de circuits d'interface série non figurés, attaque un processeur graphique 27 apte à reproduire les signes écrits sur la surface active. On va maintenant expliquer le fonctionnement de l'appareil, en se référant au diagramme de la figure 5. On considérera d'abord un mode d'exécution dans lequel la languette de court-circuit représentée en 56 à la figure 2 n'est pas prévue. Lorsque la pointe du stylo est à proximité de la surface active, elle se trouve séparée des barres verticales les plus proches par une certaine épaisseur de diélectrique (papier et matière isolante du capot) et des barres horizontales, par une épaisseur plus grande de diélectrique, puisque la carte 1 est en matière isolante. On peut considérer que le stylo se trouve ainsi couplé à cinq barres verticales et à cinq barres horizontales par des capacités qui joueront un rôle non négligeable dans la formation du signal capté. Celui-ci est représenté, à la figure 5, Sla lorsque le stylo est positionné en face d'une barre (coordonnées xi, yj), en Slb lorsqu'il est positionné entre deux barres (coordon - - Yi+ll, jt1). - nees comprises entre si et si un voit que ie signai comporte une marche d'escalier pour chacune des cinq barres verticales, ces marches formant un escalier à double pente dont le sommet correspond, dans tous les cas, à l'abscisse x (le facteur k dépend de la durée de l'impulsion d'excitation). Un autre escalier à double pente a son sommet correspondant à I'ordonnée y.Les origines des coordonnées sont définis par les signaux Xo et Yo, ce qui supprime tout effet de bord. Pour mesurer Kx et Ky, le signal S1 (ctest-à-dire Sla ou S1b) est filtré et amplifié en 11, ce qui donne le signal S2, figure 5, puis dérivé en 12 et amplifié en 13, ce qui donne S3 dont le zéro correspond au maximum de Sl. Le comparateur 14 fournit un signal S4 qui comporte un front raide à chaque passage de s3 par zéro. Ce signal est dérivé en 15 et la dérivée seconde est comparée en 16 à un seuil réglable 50 défini par le potentiomètre 17 auquel est appliquée une tension de référence S. Le signal de sortie S6 du comparateur 16 et le signal S4 sont appliqués à la porte 18 qui en fait la somme logique S7. I1 vagit d'un signal composé d'impressions dont les fronts arrières définissent Kx et Ky avec une bonne précision, Le réglage du seuil So est modifié en fonction de l'épaisseur du papier, dont dépend l'amplitude du signal; ce réglage agit sur la sensibilité de l'appareil. On notera quvil est important, si l'on veut éviter une instabilité dans la mesure (gitter"), que l'amplitude des signaux en en x et y soit identique. Ce résultat pourrait être obtenu en donnant aux barres horizontales une largeur plus grande que celle des barres verticales (pour compenser l'effet de ltépaisseur de diélectrique supplémentaire). Toutefois, cette solution est difficile à mettre en oeuvre en pratique, car il faudrait tenir compte, pour déterminer le rapport des largeurs adéquat, de ltépaisseur de l'isolant de la carte 1, de la largeur des barres verticales (qui font écran vis-à-vis des barres horizontales) et de ltépais- seur de diélectrique séparant la pointe du stylo des barres verticales. Suivant une caractéristique de l'invention, l'on préfère prévoir un moyen de réglage des amplitudes relatives des impulsions d'excitation respectivement appliquées aux barres verticales et horizontales. A cet effet, au lieu de relier directement les barres aux sorties des registres 7 et 8, figure 3, on interpose entre lesdites sorties et les barres, le montage représenté à la figure 6. On voit que les barres horizontales sont excitées à travers des amplificateurs tampon 590, 580... tandis que les barres verticales sont excitées à travers des amplificateurs tampons 100, 101.. Pour régler le gain relatif des deux groupes d'amplificateurs tampons, il suffit par exemple d'alimenter normalement le premier groupe (590...) sous 5 v, et d'alimenter le second groupe (100..) sous une tension ajustable par défaut, entre 3,5 et 50 par exemple, au moyen d'un pont réglable de résistances R1, R2 alimentant un condensateur C. Le réglage de R1 permet d'obtenir un signal S1 dont les maxima en x et en y sont identiques. Revenant à la figure 4, le signal S7, après inversion, est appliqué à l'entre de remise au zéro des bascules 19 et 20 qui reçoivent Xo et Yo sur leurs entrées de déclenchement. Les entrées d'horloge reçoivent respectivement XM et YM. Il en résulte que la bascule 19 est forcée à 1 par lo et passe à 0 par S7 si le point (x y) appartient à la zone utile, et par XM si le point (x y) est en dehors de la zone utile. De même, la bascule 20 est forcée à 1 par Yo et passe à 0 par S7 ou par YM. Kx et Ky sont les signaux ainsi définis, aux sorties q des deux bascules respectives. Le signal Z est obtenu de la manière suivante La bascule 21 est mise à 0 par un signal dtinitiali- sation INIT et passe à 1 sur le front montant de XM si Kx est alors retombé à O (ce qui est une première condition pour que le point soit dans la zône utile). La bascule 22, dont l'entrée de remise à zéro est reliée à la sortie q de la bascule 21, passe à 1 si # de 21 est passée à i et si Ky = 0 lors du front montant de YM (ce qui implique que le point soit dans la zône utile). Une diode photo-luminescente 220 s'allume lorsque le signal Z, obtenu à la sortie # de la bascule 22, est au niveau 1 L'opérateur est ainsi averti qu'il explore la zone utile. A la sortie du comparateur 16, le signal S6 est appli qué à un monostable 23 qui est déclenché, par le premier front montant de S6, pour une durée, 300 micro-secondes par exemple, supérieure au cycle d'excitation. Il en résulte que, tant que le stylo reste à proximité de la surface active et que, par conséquent, un signal S6 est cycliquement engendré, la sortie TOUCH du monostable est maintenue dans l'ôtant 1. Dans le mode d'exécution du stylo illustré par la figure 2, les signaux Z et TOUCH sont évidemment au niveau 0 tant que la pointe du stylo n'est pas en contact avec la surface d'écriture. Revent à la figure 4, les chronomètres 24 et 25 qui donnent respectivement les valeurs numériques de Kx et Ky sont des compteurs binaires alimentés par des horloges. Le microprocesseur 28 effectue, de façon connue en soi, la lecture cyclique des coordonnées et la validation des résultats lorsque Z = 1. Il effectue également un filtrage numérique des données qui lui sont appliquées, afin de stabiliser la mesure, et leur transmission au processeur graphique 27, par l'intermédiaire d'une ligne à trois filso Enfin, le microprocesseur execute les fonctions commandées par les touches. La fonction gomme consiste à effacer 1'inscription faite par le processeur graphique autour d'un point de coordonnées déterminées de la surface active, désigné par le stylo. La mise en oeuvre du traitement informatique nécessaire à l'exécution de cette fonction originale est à la portée de l'homme du métier. La fonction curseur est obtenue en utilisant un stylo non muni d'un organe de court-circuit entre pointe et blindage extérieur, c'est-à-dire, fournissant un premier signal dès que sa pointe se trouve à proximité du papier et en agençant les circuits de traitement pour qu'un deuxième signal, distinct du premier, soit obtenu lorsqu'il y a contact du stylo avec le papier. Lorsque le second signal est engendré, le stylo inscrit et le dispositif reproduit le tracé sur l'ôcran du processeur graphique. Lorsque le premier signal est engendré, aucune inscription n'a lieu et le dispositif ne reproduit aucun tracé. Par contre, il montre un curseur sur ltécran aux points désignés par le stylo. Il va de soi que diverses modifications pourront être apportées au dispositif décrit et représenté, sans s'écarter de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'inscription et de traduction informatique d'un tracé, comportant : une surface sensible essentiellement composée d'un support diélectrique muni sur ses deux faces de barres conductrices X et Y, respectivement parallèles à deux axes de coordonnées rectangulaires; des circuits d'excitation séquentielle des barres X, puis des barres Y successives par des impulsions décalées les unes par rapport aux autres; un stylo comportant une pointe conductrice et encreuse, apte à effectuer une inscription sur un papier appliqué sur la surface sensible du côté des barres X et des circuits de traitement, connectés à ladite pointe et agencés pour comparer les signaux captés par le stylo en chaque point de la surface sensible avec lequel il coopère, à deux signaux prélevés sur deux barres XO et YO qui définissent une origine des coordonnées et pour en déduire les coordonnées dudit point, caractérisé en ce que lesdits circuits d'excitation comportent des registres à décalage excités par une horloge de manière à effectuer une excitation séquentielle régulière et cyclique de l'ensemble des barres à une fréquence élevée par rapport à la vitesse de déplacement du stylo, tandis que lesdits circuits de traitement sont agencés pour détecter les positions des maxima d'amplitude des signaux captés par le stylo et pour mesurer le déphasage entre lesdites positions et lesdits signaux prélevés sur les barres XO et Y0 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les barres X et les barres Y ont toutes une largeur identique et que lesdits circuits d'excitation sont agencés pour obtenir le réglage des amplitudes relatives des impulsions respectivement appliquées sur les barres X et sur les barres Y. 3. Dispositif selon les revendications l ou 2, caractérisé en ce que les barres origines XO et YO sont situées à une certaine distance respectivement de la première barre verticale et de la première barre horizontale attaquées par les circuits d'excitation au cours de chaque cycle et par deux barres extrêmes XM et YM également situées à une certaine distance respective de la dernière barre verticale et de la dernière barre horizontale attaquées par les circuits d'excitation au cours de chaque cycle, des signaux XM et YM étant prélevés sur les barres extrêmes par les circuits de traitement, ces derniers comportant des moyens d'engendrer un signal de validation des coordonnées 4.Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les circuits de traitement définissent lesdits maxima par comparaison à un seuil de référence et comportent des moyens d'engendrer, lorsque ledit seuil de référence est atteint pendant une succession ininterrompue de cycles d'excitation, un signal indicatif de la proximité du stylo par rapport à la surface active. 5. Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé par des moyens de réglage dudit seuil de référence. 6. Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les circuits de traitement sont agencés pour former successivement la dérivée première et la dérivée seconde des signaux captés par le stylo, pour détecter les passages par zéro de la dérivée première et les passages de la dérivée seconde par un seuil de référence et pour engendrer le produit logique de chaque passage par zéro et de chaque passage correspondant par le seuil de référence. 7. Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ledit stylo est constitué d'un stylo à bille dont la pointe métallique est raccordée au conducteur central d'un câble blindé souple qui en effectue la liaison avec les circuits de traitement, un blindage électrique de préférence réalisé par une peinture conductrice, recouvrant l'ensemble du stylo et étant relié au conducteur extérieur dudit câble blindé. 8. Dispositif suivant la revendication 7, caractérisé par des moyens d'établir un court-circuit entre ledit blindage extérieur et la pointe métallique, chaque fois que celle-ci n'est pas au contact du papier. 9. Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que lesdits circuits de traitement comprennent un microprocesseur apte à effectuer un filtrage numérique des données dérivées desdits signaux et à les transmettre à un processeur graphique par l'intermédiaire d'un interface série, et à exécuter des tâches de fonctions sous la commande de touches. 10o Dispositif suivant la revendication 9, caractérisé en ce que lesdites fonctions comportent une fonction gomme" ayant pour effet d'effacer l'affichage effectué par le processeur graphique autour de chacun des points désignés par le stylo. 11. Dispositif suivant la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que lesdites fonctions comportent un "curseur", le stylo et le dispositif de traitement étant, à cet effet, agencés pour fournir un premier signal lorsque le stylo est à proximité du papier et un second signal lorsque le stylo est au contact du papier, le second signal entrainant la reproduction du tracé sur l'écran du processeur graphique, tandis que le premier signal entraînant l'affichage d'un curseur sur l'écran aux points désignés par le stylo.