Brevet FR2521330A1 — publié le 19830812

Ia présente invention concerne un dispositif sensi- ble au toucher prévu pour l'utilisation avec une source lumi- neuse synchronisée, telle qu'un tube à rayons cathodiques (TRO), dans le but d'identifier automatiquement la position d'une partie touchée du dispositif. On conna t de façon générale des dispositifs sensi- bles au toucher Un dispositif de ce type utilise un élément transparent et rigide qui recouvre la trame d'un dispositif d'affichage du type à balayage La lumière provenant de la trame passe normalement à travers l'élément, vers un observa- teur Cependant, lorsqu'on touche une partie de l'élément, la lumière est réfléchie vers l'arrière dans l'élément et le long de celui-ci, vers un détecteur de lumière Du fait que l'image affichée est écrite par une technique de balayage, l'instant de détection de la lumière au cours de chaque cycle de balaya- ge identifie la position exacte des moyens d'écriture, et donc la position du toucher sur la trame du dispositif d'affichage. Dans une variante d'une telle configuration, on utilise un élément flexible qui recouvre l'élément transparent pour aug- menter la quantité de lumière qui est réfléchie dans l'élément. De tels dispositifs connus soulèvent cependant un problème qui consiste en ce que, du fait de la quantité rela- tivement faible de lumière qui est réfléchie sous l'effet du toucher, seul un signal faible atteint le détecteur de lumiè- re, ce qui rend difficile une reconnaissance correcte du si- gnal lumineux. Conformément à l'invention, l'élément rigide et trans- parent des dispositifs connus antérieurement est remplacé par se PoçPooqd Bop sied eqloe Ijq P lsq elle 19 Ot 1-uemg Tg#T OP pjoq 5 ç OT BJOA 92 l Bd O Zd 98 OPUUOOTJCI Me e-lqktut IL 944 GO 'lUGM 9 T 9 lffl op -Mo Tagi-UTIT ' equaoa Tidme 4 se ejq TMT UT op lq e=oepp ou 01 luemq Tq T ep 9-Tne Tjpgxe eolajine -el 6 (t em 2-çj n T ine 9 exqluou Ol 97 ld Me X 9 u O rusod la T 'q ot z Tq Tuode Tp ai 9 aluoo eould jae adjoo ea%,nv un no 12 Top uog-nbajol oç. 6 K a Tu Tej:q GT le OL l-uem 9 T 94 T luaue 9 ouoo OTTM 49 P sep qqade -ço weànoxq U O O -IT 138 T op Tn Teo N zne Tagdne lze 01 1-ufflipil op UOTI-oluj:p-i ep eo Tpu Tij 0111 np ulajoq T %o ot j-u"uq T 4 T Oxu O O a-çmsp Goladge un lTUT;gp Ja Tuaep 90 19 41 qçLL Tqàl un *Tdmexe imd lu Gmeoiedse 4 p luqmq-lq un aànoxqos (t 4-1261 OEPTPST 1-9 OUI 'ap usjop#l OalUK elvoooeulxn T Imaop 4 l op 4 ulau -O Aoa:d O Mr MT MT josig Aujl l-ned eub oëtttvàe seolajins sep "úla got go Tqmio;pp no e Tduon Un 'ap uluopel -ouoi 4 oe Tpop nisooom ua -ilad eqal up u-e Topi,l op et&TT sied eu STI Swúu,l-eq un les (enuuoo eaq Tu-au aunip) sep-qo- çj:j:ia luo 9 oe"im-ç sep loubel mm oe (OUI) seub Tpoqlno suokei -q eqnl m oo &-a q 9 Tj Tlu qlv 99 pjd *a lffl 12 o TlUe AUT 4 T op ZTI- Toodu Tp el 4 L ein 9 W vu -me pqonol 4-vlqj T auep 4 e pqpnol uou qwlqj swap uo-çlkue Au T,-r op j:TI-Tooda-çp el lueme &-çiloedoex luiixquov sonb g -T; lmp-qoo sep luos ç le Z oerag'çZ ee T 1-e f VOTI- Ug Au Ti T op i Ti-Tuodo Tp el J"d J Je Anooga OUI op Vi Biop un ealuom t eau 9 Tj VI : q Tenbee T ana opxeuuv BUTO 99 P xnla lu I 3 jqjqj os ue le uo TI -ee TT" 9 x op epom unp ea &Tne uà Tub uwpdlçxoee'p 01 Vl op einq-09 T la T -q eiy-çzclmoo xne Tm laies VO Tllxe &UTII *e ZqkmlIL OP a Ugl 091 9 P UR O Je-& luemp-196 T op SUOT el ea Tmou 13 al lqe equuou Tadme e Iq Tm,l "J "el: -Vlol euzequ-ç uo-çxe Tj:qi ilad opuuoa- çxdme l 99 -eaq-pm-r la T 1:onbel sulap 'luqmq Tq&T au-op epon J:JTPOJ Iga qse e 2 ffl J-J:-eip J:TlTqoclfrçp ap a Ti-jud 'q q-uempigi T 9 jq &Ia Jl 'q egagid gangtl Tv ama lT Szes Tub e Tq Tm-l is T ep eg Ae Tp uoçI zodojd eun aunip lej Zqjj Emog pqonol lse IT,,nbazol quiojpp eji# mod e Tduos %uemmiffl Tj:j:ns le-rq 1 mzoj:gp le I Ueleouajll lUexq-rq un 0 ú ú L z S z 101, oe qui produit un signal de sortie utilisable pour déter- miner la position du toucher la détermination effective de la position de toucher est accomplie en déterminant la posi- tion du faisceau d'électrons à l'instant du signal de sortie. On conna t des moyens pour effectuer ceci, et on peut voir par exemple à ce titre le brevet US 4 305 071 On peut utiliser de nombreux types connus différents de détecteurs de signal, dont certains ne sont m 4 me pas reliés physiquement à l'élément 10, pour déterminer si de la lumière a été emprisonnée ou non. Bn considérant la figure 2, on voit le faisceau d'électrons 13-du TRC qui tombe sur la surface avant du TRO 20 et les rayons lumineux 21 provenant de la surface luminescente traversent l'espace d'air 30 défini par le treillis 31 et tra- versent les surfaces parallèles 14 et 15 de l'élément 10 pour 'sortir dans l'air la plupart des rayons lumineux sont trans- mis vers l'extérieur, en direction de l'utilisateur Du fait que l'indice de réfraction de l'élément 10 est supérieur à ce- lui de l'air qui se trouve de part et d'autre de l'élément, certains des rayons lumineux sont réfléchis en arrière, chaque fois que les rayons lumineux atteignent une surface frontière. Cependant, la majeure partie des rayons se propagent dans une direction presque perpendiculaire à la surface, ce qui fait qu'un grand nombre de réflexions sont nécessaires pour que les rayons atteignent les détecteurs 101 et la majeure partie de la lumière réfléchie est perdue Bien qu'un signal soit ainsi généré par la photodiode 101 sous l'effet de cette lumière diffusée de façon interne, ce signal est relativement faible. On voit sur la figure 3 un doigt qui touche la sur- face supérieure 14 de l'élément 10 Comme il est représenté, ce toucher produit une déformation de la surface extérieure, ce qui modifie la configuration géométrique de la structure intérieure de l'élément 10 en créant une surface 32 courbée vers l'intérieur Cette surface courbée agit alors de façon à diffuser et à rétroréfléchir la lumière qui tombe sur elle. Le treillis 31 empêche le contact entre l'élément 10 et le TRO ce qui maintient l'espace d'air entre eux, grace à quoi les rayons lumineux dirigés vers l'arrière ne tendent pas à ren- trer dans le TRO. Certains des rayons, comme le rayon 33, sont réflé- chis avec un angle de réflexion supérieur à l'angle critique. Ils demeurent ainsi emprisonnés à l'intérieur des surfaces de l'élément 10 et tombent finalement sur les photodiodes 101, en donnant un signal de sortie qui est supérieur au signal de lumière diffusée ambiante On conna Xt les détails concernant l'importance de l'angle critique de la réflexion de la luminè- re en ce qui concerne l'emprisonnement de la lumière et le guidage de la lumière dans un élément transparent (voir par exemple le brevet US 4 346 376) Du fait que l'invention constitue un perfeotionnement dans les moyens destinés à cap- turer la lumière provenant du dispositif d'affichage d'image, on ne décrit pas ici ces détails, qui sont maintenant connue. On peut supprimer le treillis 31 Cependant, comme il a été indiqué, il réduit la perte de lumière dirigée vers l'arrière et on l'utilise done de préférence pour augmenter la quantité de lumière emprisonnée sous l'effet du toucher. Le perfectionnement apporté par l'invention est le suivant Avec la plaque rigide de l'art antérieur, la quantité de lumière dirigée vers l'arrière dépend de la taille du point touché et de la réflectivité lumineuse de l'objet qui touche, par exemple le doigt de l'utilisateur Ces deux facteurs sont très variables Par exemple, la réflectivité lumineuse dépend dans une certaine mesure de l'humidité du doigt de l'utilisa- teur et de la taille et de l'épaisseur de la pellicule d'humi- dité qui est ainsi déposée sur la surface touchée. Avec l'élément déformable 10 de l'invention, la sur- face courbée 32 qui résulte du toucher procure une surface réfléchissante beaucoup plus grande, en comparaison de celle qu'on obtient dans le système à plaque rigide, et la courbure de la surface 32 augmente considérablement la quantité de lu- mière dirigée vers l'intérieur et le long de l'élément 10. Pris ensemble, ces facteurs augmentent considérablement la quantité de lumière emprisonnée par l'élément 10 sous l'ef- fet du toucher. L'élément déformable 10 peut 4 tre en n'importe quel- le matière souple, se déformant facilement, transparente à la lumière et transmettant la lumière, comme par exemple une ma- tière thermoplastique connue telle qu'un élastomère aux sili- cones connu, dont il existe une grande variété A titre d'exemple d'une matière appropriée, on peut citer l'élastomè- re aux silicones appelé résine "Sylgard 184 " et vendu par Dow Corning Co, E U A Cette matière a un indice de réfrac- tion d'environ 1,5 et on peut lui donner un état très souple et flexible, dans lequel elle présente par exemple une dureté mesurée au duromètre (appareil de mesure Shore A) de 20 et moins L'épaisseur de l'élément 10 n'est pas critique, et des épaisseurs comprises entre 3 et 6 mm sont caractéristiques. Le treillis 31 peut consister en diverses matières transparentes connues semblables à un tamis ou à un tissu, du type connu pour l'utilisation dans les applications indus- trielles de tamisage et de filtration Des exemples de treil- lis appropriés sont décrits dans le document suivant: General Catalog N 2000, de Tetko, Ine, Elmaford, New York, B U A On utilise une ouverture de maille relativement grande, pour as- surer la transparence à la lumière, et on utilise de préféren- ce une couleur noire pour améliorer le contraste de l'image en réduisant la réflexion de la lumière résultant de l'éclai- rage ambiant De plus, si la source de lumière est un TRO ou un dispositif similaire, le treillis 31 est de préférence con- ducteur "e l'électricité pour réaliser un blindage électrosta- tique de la dalle du TRO On peut obtenir une telle conducti- vité électrique par l'utilisation de fibres métalliques dans le treillis 31 ou par l'utilisation d'un revêtement conduc- teur de l'électricité sur ce treillis On peut également uti- liser pour le treillis 31 des pellicules métalliques soumises à une opération d'attaque. Un exemple de treillis présente les caractéristiques suivantes z matière z fil de Nylon carbonisé; diamètre du fil z 53 microns; poids du treillis: 34 g/cm 2; motif de tissage: carré;nombre de mailles par centimètre: 57; ou- verture nominale: 130 microns; pourcentage de l'aire des ouvertures: 49 %. Bien que dans ce mode de réalisation de l'invention, on ait montré des flèches sur les rayons lumineux pour indi- quer une direction de propagation particulière, les chemins de propagation de la lumière sont toujours réversibles, et on peut donc construire un dual du dispositif décrit ici, en remplaçant l'écran d'affichage balayé par un réseau de photo- déteoteurs balayés. Le dispositif sensible à la position du toucher qui est décrit peut détecter une force du fait que l'enfoncement (et par conséquent la quantité de lumière emprisonnée) aug- mente lorsque la force augmente De plus, lorsque la force augmente, la partie inférieure de la région enfoncée se rap- proche de la source de lumière, ce qui augmente également la quantité d'énergie lumineuse emprisonnée. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent Stre apportées au dispositif décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Dispositif sensible au toucher destiné à être utilisé en association avec une source de signal, caractérisé en ce qu'il comprend des surfaces ( 14, 15) mutuellement espa- cées qui sont disposées de façon que des signaux ( 33) soient introduits entre ces surfaces de manière i être emprisonnés à l'intérieur du dispositif par réflexion interne totale entre les surfaces, sous l'effet d'une déformation d'une première ( 14) des surfaces du dispositif, par rapport à la seconde surface ( 15), lorsqu'on touche la première surface, et des moyens d'utilisation de signal ( 101) conçus de façon à pro- duire un signal de sortie distinctif lorsque lesdits signaux sont introduits entre les surfaces. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une partie des signaux ( 21) traverse les surfaces ( 14, 15). 3 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les surfaces ( 14, 15) sont pratiquement mutuellement parallèles avant le toucher et en ce que le c 8 té intérieur de la surface déformée ( 14) forme une surface convexe ( 32) par rapport aux signaux. 4 Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens des- tinés à coordonner la position du signal sur les surfaces du dispositif avec le signal de sortie distinctif pour déterminer la position exacte du toucher sur la surface. Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 4, caractérisé en ce que la source de signal est un tube à rayons cathodiques ( 20) et en ce que les signaux qui sont introduits dans le dispositif sont des signaux lumineux provenant du tube à rayons cathodiques. 6 Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'espacement ( 31) qui sont positionnés entre le dispositif et le tube à rayons cathodi- ques ( 20) pour assurer la présence d'un espace d'air ( 30), m 4 me lorsqu'on touche ladite surface. 7 Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens d'espacement ( 31) consistent en un treil- lis transparent ( 31). 8 Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 6 ou 7, caractérisé en ce que les moyens d'espacement ( 31) sont oonducteurs de l'électricité. 9 Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 5 à 8, caractérisé en ce que les moyens d'utilisation de signal ( 101) comprennent au moins une diode de détection de lumière. Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 5 à 8, caractérisé en ce que les moyens d'utilisation de signal ( 101) comprennent des fibres optiques.