Brevet FR2520498A1 — publié le 19830729

La présente invention concerne un procédé pour déterminer les coordonnées d'un point sur une surface en le désignant par le contact d'un objet avec la surface. L'invention concerne également un dispositif permettant notamment la mise en oeuvre de ce procédé. Les procédés connus de ce genre font générale- ment appel à une division préalable de la surface en un certain nombre de zones matérialisées ou non et sensibles sélectivement au contact de l'objet. Certains procédés, qui tendent en fait à réali- ser des claviers de commande, utilisent des touches capa- citives réparties en damier sur la surface Chaque touche constitue un condensateur dont le diélectrique varie par attouchement de l'objet, qui peut par exemple être le doigt d'un opérateur L'infrastructure électronique est rela- tivement légère, mais la précision de localisation est assez faible, car les touches sont mises en place une fois pour toutes suivant un pas relativement grand. Une meilleure précision est obtenue par les procédés utilisant un objet électriquement actif, connu sous le nom de "crayon de lumière", qui coopère avec une surface réalisée sous la forme d'écran cathodique de visualisation La localisation du point de contact résulte de l'interaction de l'objet avec le balayage électronique de l'écran Les dispositifs impliqués par ces procédés font appel à des étages électroniques impor- tants et complexes, qui sont essentiellement du domaine de l'informatique. La présente invention vise à réaliser un pro- cédé et un dispositif de détermination de coordonnées qui concilie une bonne précision de localisation avec une infrastructure électronique simple. Ce problème est résolu, conformément à 1 l'inven- tion, en effectuant les opérations suivantes: a) on dispose sur la surface un certain nombre de bandes conductrices résistantes émettrices montées en parallèle avec un générateur de tension, et un cer- tain nombre de bandes conductrices réceptrices isolées imbriquées entre les précédentes; b) on touche la surface avec un objet conduc- teur de dimensions telles qu'il établisse un pont élec- trique entre deux bandes contiguës; c) on détermine laquelle des bandes isolées a vu son potentiel varier, pour en déduire l'une des coordonnées du point de contact; d) on mesure cette variation de potentiel pour en déduire l'autre coordonnée du point de contact. L'objet n'est pas électriquement actif Il lui suffit d'être conducteur pour établir une connexion entre deux bandes voisines, l'une émettrice et l'autre récep- trice Cet objet peut dès lors être constitué par un doigt d'un opérateur Toute infrastructure électronique liée à l'objet est donc supprimée. D'autre part, on évite le découpage de la sur- face suivant un quadrillage de touches établies une fois pour toute et l'on peut ainsi obtenir une excellente définition de la position du point en jouant sur la finesse et le pas des bandes, dans une mesure compatible avec les dimensions de la surface de contact de l'objet avec la surface. Suivant une réalisation préférée du procédé, on explore le potentiel des bandes réceptrices cyclique- ment jusqu'à détecter sur l'une de ces bandes un poten- tiel différent de celui des autres bandes, et l'on arrête alors l'exploration pour effectuer une mesure de ce poten- tiel. Cette disposition permet de se contenter d'un seul appareillage de mesure. Suivant une première variante de réalisation du procédé, on applique à une extrémité de chaque bande émettrice un potentiel continu, l'autre extrémité de chaque bande étant mise à la masse. Après une mesure de potentiel, on inverse la polarité des bandes émettrices pour effectuer une nou- velle mesure, et l'on répète ce cycle un certain nombre de fois. Ces opérations permettent d'éliminer certains éléments constants inconnus, tels que la résistance de l'objet, ou certains éléments éventuellement variables tels que la tension d'alimentation. Suivant une seconde variante de réalisation du procédé, on applique à une extrémité de chaque bande émettrice un potentiel alternatif d'environ 1 k Hz, l'au- tre extrémité de chaque bande étant mise à la masse, et l'on filtre la tension mesurée. On élimine ainsi les tensions parasites indui- tes par l'environnement, notamment à la fréquence indus- trielle de 50 Hz ou 60 Hz. De la même manière que précédemment, on effec- tue successivement un certain nombre de mesures de poten- tiel, on intervertit ensuite le potentiel alternatif et la masse, et l'on effectue à nouveau le même nombre de mesures. Dans tous les cas, on calcule la moyenne des potentiels mesurés au cours des mesures successives pour. minimiser les erreurs fortuites éventuelles. Enfin, on recommence l'exploration quand tou- tes les bandes émettrices sont revenues au même potentiel. Suivant un autre aspect de l'invention, le dis- positif pour déterminer les coordonnées d'un point sur une surface formée de zones distinctes sensibles sélecti- vement au contact d'un objet est caractérisé en ce qu'il comprend, sur la surface, un certain nombre de bandes conductrices résistantes émettrices ayant chacune une borne d'extrémité pour liaison à la masse et une borne d'extrémité pour liaison à un générateur de tension, et un certain nombre de bandes conductrices réceptrices imbriquées entre les bandes émettrices et ayant chacune une borne d'extrémité pour liaison en parallèle avec un appareil de mesure de potentiel. D'autres particularités et avantages de l'in- vention ressortiront encore de la description détaillée qui va suivre. Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemple non limitatif: la figure 1 est une vue de face, semi- schématique, de la disposition des bandes sur la surface, conformément à l'invention; la figure 2 est une vue partielle de la figure 1, destinée à expliquer la mesure électrique du potentiel; la figure 3 est une vue en perspective mon- trant l'utilisation d'un dispositif conforme à l'inven- tion; la figure 4 est un schéma d'ensemble du dis- positif; la figure 5 est un organigramme fonctionnel temporel du système de traitement des mesures; la figure 6 représente des variantes de réa- lisation des bandes conductrices. En référence à la figure 1, le dispositif com- prend une surface transparente 1 en verre sodo calcique qui constitue un écran de visualisation cathodique Sur cette surface sont disposées un certain nombre de bandes émettrices parallèles El à E 5 en oxyde d'étain Sn O 2 dopé au fluor déposées par pyrolyse Ces bandes sont conduc- trices et on leur donne une épaisseur telle que la résis- tance d'un tronçon de bande d'une longueur égale à sa lar- geur soit de l'ordre de l OOà 200 n. Les extrémités 10 des bandes sont neutralisées par une bordure 2 de la surface et servent de connexions électriques avec des bandes collectrices 3, 4. Des bandes réceptrices Ri à R 4 sont embriquées entre les bandes émettrices El à E 5 et sont constituées sensiblement de la même façon et comportent chacune une extrémité neutralisée formant borne de connexion 11. Pour plus de clarté, les parties neutralisées des bandes et les bandes collectrices ont été hachurées Dans l'exemple décrit, la largeur de chaque bande est de 3,5 met la distance d'une bande à la bande voisine est également de 3,5 mm La présence de ces bandes n'affecte pratiquement pas la visibilité à travers la surface transparente l. Les bandes collectrices 3,4 sont reliées à un commutateur 5 qui permet soit de relier la bande 3 à un générateur de tension 6 et la bande 4 à la masse M (figure 1), soit, inversement, de relier la bande 3 à la masse et la bande 4 au générateur 6 Ce commutateur est actionné par une commande 7 qui sera précisée plus loin. Les bandes réceptrices RL à R 4 sont reliées à un étage d'exploration 8 qui connecte successivement ces bandes à un voltmètre V. L'utilisation de l'appareil dont le principe vient d'être décrit consiste à déterminer les coordonnées X et Y d'un point de la surface que l'on matérialise par le contact d'un objet conducteur 9 (figure 1) qui peut être un doigt 9 a d'un opérateur (figure 3) L'objet doit avoir des dimensions telles qu'il recouvre deux bandes voisines par exemple E 2 et R 2 (figure 1), établissant un pont électrique P entre ces deux bandes. Dans l'exemple représenté sur la figure 1, la bande réceptrice R 2 est portée, du fait du contact de l'objet, à un certain potentiel détecté par le voltmètre V, et l'on convient que l'ordonnée Y est donnée par le numéro d'ordre de cette bande. Le calcul de l'abscisse X s'effectue à partir du schéma de la figure 2, sur laquelle on a supposé que le générateur de tension était un générateur 6 a d'une tension continue U, d'environ 15 V. Si L est la longueur utile d'une bande récep- trice, on a, du fait de la forte résistance interne du voltmètre V: X = U L, en appelant u la tension mesurée par le voltmètre. Si on répète l'opération en intervertissant le générateur 6 a et la masse M, on mesure une nouvelle ten- sion u', et l'on a: L-X = L D'o: X u L u+u' On constate que ce procédé rend la mesure indépendante de la tension d'alimentation U dont des variations accidentelles pourraient fausser la mesure. On va maintenant décrire en référence à la figure 4, l'infrastructure électronique du dispositif, et compléter la description du procédé. Sur cette figure, les bandes ont été représen- tées en plus grand nombre que sur la figure 1, mais ce nombre est essentiellement variable en fonction des dimen- sions de la surface 1 Les éléments déjà décrits ont été reproduits avec les mêmes numéros de référence Ces élé- ments sont essentiellement le commutateur 5 d'inversion de l'alimentation, le générateur 6, l'étage d'exploration 8 et le voltmètre V qui est un voltmètre numérique. Un étage de commande 12 d'un bloc de calcul 13 est relié à l'étage d'exploration 8 pour commander l'ex- ploration cadencée des bandes réceptrices Dans l'exemple décrit, cette cadence est de 5 ms d'une bande à la bande voisine. Le voltmètre V est relié à un étage d'entrée 14 du bloc 13 pour transmettre à cet étage un message TAD comprenant la valeur numérique de la tension mesurée et l'adresse de la bande réceptrice o cette mesure a été effectuée. Une autre liaison permet la transmission d'un signal FC de fin de conversion analogique/numérique. L'étage de commande 12 est lui aussi relié au voltmètre V pour lui envoyer un signal CC de commande de conversion. Enfin l'étage d'exploration 8 est placé sous la commande de l'étage 12 qui lui envoie un signal EX de cadencement d'exploration, et le commutateur 5 est placé,par l'intermédiaire de la ligne 7, sous la commande du même étage 12 qui lui envoie un signal INV. Le bloc de calcul 13 comprend encore un étage de codage 15 relié à un dispositif de visualisation 16 indiquant les coordonnées X et Y mesurées. On va maintenant décrire, en référence notam- ment à la figure 5, le fonctionnement d'ensemble du dis- positif et le procédé de mesure Sur le diagramme de la figure 5, la séquence de mesure se déroule du haut en bas de la figure. Initialement, l'étage d'exploration 8 balaye successivement les bandes réceptrices à la cadence de ms d'une bande à la suivante et, en l'absence de l'objet 9, mesure à chaque fois un potentiel nul ou, plus préci- sément, inférieur à un seuil prédéterminé S. Dès que l'objet vient au contact de la surface 1, un potentiel supérieur au seuil S est détecté, ce qui provoque l'émission d'un signal D vers le bloc de calcul 13 Le numéro de la bande réceptrice o la détection a été faite est alors stocké pour fournir l'ordonnée Y. Puis, l'étage de commande 12 envoie l'ordre INV pour inverser la polarité appliquée aux bandes émettrices, suivi d'un ordre CC de mesure de tension et de conversion en numérique Lorsque la conversion est terminée, l'étage 8 émet un ordre FC qui provoque le stockage ST de la mesure u convertie. Par un nouvel ordre INV, la polarité des bandes émettrices est inversée et une nouvelle mesure u' est effectuée et stockée. On répète cinq fois ce processus Puis on éli- mine la première mesure de chaque polarité, en vue de s'affranchir des phénomènes transitoires Enfin, on cal- cule la moyenne des mesures u et la moyenne des mesures u' pour en déduire l'abscisse X au moyen de la formule indiquée plus haut. Les résultats sont enfin affichés sur le dis- positif de visualisation 16. Le processus de calcul est alors arrêté, et le balayage par l'étage 8 ne reprend que lorsque le poten- tiel de la bande réceptrice détectée est revenu au- dessous du seuil S, c'est-à-dire quand l'objet 9 n'est plus au contact de la surface. Tout ce qui vient d'être dit s'applique en cas o le générateur 6 est un générateur de tension continue. En variante, on peut utiliser un générateur de tension alternative d'une fréquence de 1 k Hz On dispose alors, entre l'étage d'exploration 8 et le voltmètre V, un filtre actif passe-bande 17 correspondant à la bande de l k Hz suivi d'un redresseur actif 18 qui fournit une tension continue à l'entrée du voltmètre. Le processus de mesure est sensiblement le même, sauf qu'on effectue cinq mesures de suite avec le généra- teur d'un côté et la masse de l'autre, puis à nouveau cinq mesures de suite après avoir interverti le généra- teur et la masse. L'avantage du courant alternatif est, grâce au filtrage, d'éliminer les composantes de 50 Hz ou 60 Hz induites par l'environnement, ainsi que les parasites éventuellement créés par des thyristors situés dans le voisinage. Dans tous les cas, l'invention permet, par une désignation du doigt, de définir les coordonnées d'un point quelconque d'une image fixe ou mouvante projetée sur la surface 1, et de répéter cette opération à inter- valles rapprochés La précision obtenue est excellente, et est en rapport avec la surface de l'objet de contact utilisé, par exemple du doigt L'appareil est également très str, puisque, si une salissure se produit sur la surface, le court-circuit qu'elle provoque fera apparaî- tre des coordonnées en l'absence de l'objet et permettra de la déceler immédiatement. L'invention prévoit encore, en vue d'un usage conversationnel par visualisation, de prédéterminer les abscisses des zones de contact en ménageant des parties élargies sur les bandes (figure 6) Par exemple, des élargissements 21 peuvent être placés sur les bandes émettrices E, pour définir des touches correspondant à des valeurs alphanumériques. Suivant une autre disposition la bande émet- trice peut être dédoublée suivant E' et E" de part et d'autre de la bande réceptrice R' et comporter des élargissements 22 ' et 22 ". Bien entendu, l'invention;n'est pas limitée aux exemples décrits mais couvre de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art Par exemple, les bandes pourraient ne pas être rectilignes, mais être les unes circulaires et concentriques et les autres rayonnantes pour définir un point par ses coordonnées polaires. REVEND ICAT IONS 1 Procédé pour déterminerles coordonnées (X,Y) d'un point sur une surface ( 1) en le désignant par le contact d'un objet ( 9) avec la surface, caractérisé en ce qu'on effectue les opérations suivantes: a) on dispose sur la surface un certain nombre de bandes conductrices résistantes émettrices (El à E 5), montées en parallèle avec un générateur de tension ( 6) et un certain nombre de bandes conductrices réceptrices (RI à R 4) isolées imbriquées entre les précédentes; b) on touche la surface ( 1) avec un objet con- ducteur ( 9) de dimensions telles qu'il établisse un pont électrique (P) entre deux bandes contiguës; c) on détermine laquelle des bandes isolées a vu son potentiel varier, pour en déduire l'une (Y) des coordonnées du point de contact; d) on mesure cette variation de potentiel pour en déduire l'autre coordonnée (X) du point de contact. 2 Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'on explore le potentiel des bandes réceptrices cycliquement jusqu'à détecter sur l'une de ces bandes un potentiel différent de celui des autres bandes, et en ce qu'on arrête alors l'exploration pour effectuer une mesure de ce potentiel. 3 Procédé conforme à la revendication 2, caractérisé en ce qu'on applique à une extrémité de chaque bande émettrice un potentiel continu, l'autre extrémité de chaque bande étant mise à la masse. 4 Procédé conforme à la revendication 3, caractérisé en ce que, après une mesure de potentiel, on inverse la polarité des bandes émettrices pour effec- tuer une nouvelle mesure, et en ce qu'on répète ce cycle un certain nombre de fois. Procédé conforme à la revendication 2, caractérisé en ce qu'on applique à une extrémité de 252049 g chaque bande émettrice un potentiel alternatif d'environ 1 k Hz, l'autre extrémité de chaque bande étant mise à la masse, et en ce qu'on filtre la tension mesurée. 6 Procédé conforme à la revendication 6, caractérisé en ce que l'on effectue successivement un certain nombre de mesures de potentiel, en ce qu'on intervertit ensuite le potentiel alternatif et la masse, et'en ce qu'on effectue à nouveau le même nombre de mesu- res. 7 Procédé conforme à l'une des revendications 2 à 6, caractérisé en ce qu'on calcule la moyenne des potentiels mesurés au cours des mesures successives. 8 Procédé conforme à l'une des revendications 2 à 7, caractérisé en ce qu'on recommence l'exploration quand la bande réceptrice détectée est revenue à un potentiel inférieur au seuil (S). 9 Dispositif pour déterminer les coordonnées (X,Y) d'un point sur une surface ( 1) formée de zones dis- tinctes sensibles sélectivement au contact d'un objet ( 9), caractérisé en ce qu'il comprend, sur la surface ( 1), un certain nombre de bandes conductrices résistantes émet- trices (El à E 5) ayant chacune une borne d'extrémité pour liaison à la masse (M) et une borne d'extrémité pour liaison à un générateur de tension ( 6), et un certain nombre de bandes conductrices réceptrices (Rl à R 4) imbriquées entre les bandes émettrices et ayant chacune une borne d'extrémité ( 11) pour liaison en parallèle avec un appareil (V) de mesure de potentiel. Dispositif conforme à la revendication 9, caractérisé en ce que les bandes émettrices et récep- trices sont rectilignes, parallèles et équidistantes. 11 Dispositif conforme à l'une des revendica- tions 9 ou 10, caractérisé en ce qu'il comprend un étage d'exploration ( 8) pour commuter successivement les ban- des réceptrices (Ri à R 4) avec l'appareil (V) de mesure de potentiel. 12 Dispositif conforme à la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comprend un bloc de calcul avec la surface ( 1). 13 Dispositif conforme à la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comprend un générateur de tension continue ( 6 a) relié en parallèle à l'une des bornes ( 10) de chaque bande émettrice (El à E 5). 14 Dispositif conforme à la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comprend un générateur de tension alternative relié en parallèle à l'une des bornes ( 10) de chaque bande émettrice (El à E 5). Dispositif conforme à la revendication 14, caractérisé en ce qu'il comprend un étage de filtrage ( 17) et un étage de redressement ( 18) intercalés entre l'étage d'exploration ( 8) et l'appareil (V) de mesure du potentiel - 16 Dispositif conforme à l'une des revendica- tions 9 à 15, caractérisé en ce qu'il comprend un étage d'inversion ( 5) relié au bloc de calcul ( 13} pour inter- vertir, sur les bandes émettrices (El à E 5), la liaison avec la masse (M) et la liaison avec le générateur de tension ( 6). 17 Dispositif conforme à l'une des revendica- tions 1 à 16, caractérisé en ce que les bandes présen- tent des portions élargies ( 21,22 ',22 ") situées en des emplacements prédéterminés. 18 Dispositif conforme à l'une des revendica- tions 1 à 17, caractérisé en ce que la surface ( 1} est un écran cathodique de visualisation.