Brevet FR2570849A1 — publié le 19860328

La présente invention concerne un dispositif pour la détection, la saisie automatique et la transmission des coordonnées X,r définissant le positionnement d'un point ou d'une pluralité de points dé Finissant un tracé sur un écran graphique et la sélection auto:natique de fonctions spécifiques à partir du dispositif. L'invention présente de nombreuses applications1 notamment dans la conception et la fabrication assistées par ordinateur; le dispos i- tif de l'invention permettant la réalisation de systèmes de saisie extrêmement simples, facilement maniable, recevra de nombreuses ap applications nouvelles tant sur le plan graphique de la saisie directe des données, que dans le domaine de la micro-informatique familiale. L'invention vise en premier lieu à permettre le positionnement et le déplacement d'un point sur le moniteur de visualisation relié à un ordinateur sans utilisation d'une table, d'une tablette graphique ou d'une manette dite "Joystick". On connait des dispositifs qui permettent de repérer matérielle:int la positionnement d'un point, par exemple sur un dessin, par application d'une pointe sèche ou traçante et le point ainsi identifié matériellement est repéré par ses coordonnées X et ï lans la surface à deux dimensions constituée par la console, la table 7 dessin ou la tablette. Des dispositifs de ce genre sont connus et utilisent des procédés divers. Dans un procédé mécanique, la pointe est suivie mécaniquement dans son déplacement par un Jeu de leviers et les déplacements des positionnements desleviers sont repérés par des dispositifs électroniques, convertissant en signaux informatiques les données transmises par les leviers et correspondant aux positionnements successifs -Re la pointe de repérage. Ces dispositifs ne bénéficient que d'une durée de vie limitée liée au phénomène d'usure par frottement et ils présentent par tailleurs l'inconvénient d'une certaine inertie dans leur manipulation. Des dispositifs par induction ont été aussi utilisés non sans dif- ficultés par suite du bruit engendré par des champs de dispersion et autres interférences. D'autres procédés à système corollaires ont éte utilisés pour obtenir des coordonnées X et Y. Tous présentaient des problèmes de résolution et d'uniformité engendrant une information incorrecte, Des procédés plus récents sont constitués de tables d'application monobloc équipées intérieurement de réseaux matriciels de conducteurs X et Y, le mouvement d'un stylet sur la table permettant la lecture des coordonnées de celui-ci. Ce procédé est croûteux parce qu'il nécessite toute une réalisation mobilière fixe et encombrante comportant de nombreux dispositifs électroniques nécessaires à l'interprétation des coordonnées de la position du stylet. L'utilisation de dispositifs de coordonnDes ^ > transducteur sonique nécessite l'emploi de plaque de transmission acoustique en contact avec un stylet vibrant. Du fait que le stylet doit rester en permanence en contact direct avec l'agent de transmission acoustique (généralement une plaque de verre) le fonctionnement d'un tel procédé est handicapé par le fait qu'une simple feuille de papier ne peut s'intercaler. Par ailleurs, la nécessité de capteurs piezoélectriques accordés, couplés acoustiquement par la plaque de verre, conduit à une réalisation très compliquée. On connait également des dispositifs optiques qui procèdent par pro Jection d'un réseau matriciel de faisceaux lumineux respectivement selon des colonnes verticales et des rangées horizontales, chaque faisceau étant reçu à l'extrémité opposée de la table ou de la console par un récepteur optoélectronique, lepositionnement d'une pointe de repérage sur la console ou l'écran interrompant un faisceau vertical et un faisceau horizontal et permettant ainsi de déterminer le positionnement dudit point; de tels dispositifs sont décrits par exemple dans la demande de brevet français nO 80 26567. On comprend que les dispositifs optiques ne sont mubrt ntilisahles que dans le cadre d'un repérage et de l'analyse des coordonnSes d'un point repère'. et positionné par rapport à un écran cathodique; le pro csdé serait en effet difficilement utilisable par exemple dans le cadre du repérage d'un dessin en cours de traçage sur une console puisque les quatre côtés du plan ou dessin doivent être dégagés afin de permettre le libre passage des faisceaux lumineux, ce qui est in compatible avec le travail du dessinateur dont la main est en appui sur la console supportant le document en cours d'exctio. On connaît également des dispositifs de commande dits "joystick", composés d'une manette dont les déplacements provoquent des variations de grandeurs électriques caractéristiques de la position de celle-ci (brevets 6008, 16886 et 41281). Les brevets 2903663, 3984628, 2847661, 3541541, 3659284 concernent également des dispositifs destinés à repérer un point sur un écran de visualisation par la manoeuvre de la manette centrale. Le brevet 2544225 décrit un pantographe pour la reproduction d'un dessin tracé manuellement grâce à une transformation en grandeurs électriques dudit dessin commandant des moteurs qui actionnent un traceur. Le brevet 3436476 concerne un enregistreur graphique commandé par radio et susceptible de repérer un point sur un plan à l'aide de deux bras orientables associés a' un marqueur commun et chacun à un potentiomètre. Les dispositifs utilisant le calcul des variations de grandeurs électriques de potentiomètres sont particulièrement imprécis et encore empiriques, quelque soit la précision des potentiomètres. L'adjonction inévitable de circuits électroniques en font des dispositifs très coûteux et peu performants. Ces brevets décrivent donc des dispositifs mécaniques destinés au repérage de points et dans lesquels le "joystick" est, soit actif en ce sens qu'il est actionné manuellement et donne les ordres à un appareil recevant des impulsions électriques, soit passif en ce sens qu'il reçoit les ordres sous forme de grandeurs électriques et issues d'un organe extérieur. Tous ces dispositifs sont forcément limités mécaniquement parlant, et ne peuvent contrôler que les directions Nord, Sud, Est et Ouest, et accessoirement les directions intermédiaires Nord-Est, Nord-Ouesi Sud-Est, Sud-Ouest. I1 est bien évident que si la manette est poussée dans la direction Nord, elle ne pourra pas, en même temps être positionnée au Sud. L'utilisation de ces dispositifs est donc limitée à 8 directions. au maximum. Enfin tous les systèmes décrits sont volumineux, relativement épais et les appareils les moins coûteux ne sont adaptés que pour relever des coordonnées dans un plan. Un développement intéressant de l'invention qui sera exposé dans le présent mémoire descriptif, compte tenu de ses caractéristiques technologiques alliant minceur, robustesse pour un coût très peu élevé permet d'introduire naturellement des fonctions supplémentaires qui recevront de multiples applications, voire originales ainsi la composition d'un numéro de téléphone à partir d'une matrice de codage collée sur un bureau et le mémoriser, ou bien encore l'allumage et l'extinction de plusieurs points lumineux à partir d'une matrice de codage collée contre un mur. A cet effet l'invention concerne un procédé pour la détection, la saisie automatique et la transmission des coordonnées X, Y définissant le positionnement d'un point ou d'une pluralité de points succédants définissant un tracé sur un écran de visualisation et de sélectionner des fonctions d'exécutions particulières à partir du dispositif selon l'invention ; le dispositif est caractérisé en c qu'une matrice de codage équipée de contacts individuels transmet sous forme numérique et sans ambiguité les informations nécessaires à leur traitement par calculateur. De préférence dans le cadre du procédé ci-dessus la matrice de codage est constituée d'un seul réseau homogène sans aucun composant électronique, ce qui la rend si mince (0,6 à 1 mm.) et si légère qu'elle peut être réalisée dans les dimensions d'une carte de crédit, et le dispositif est caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif matriciel capable d'analyser de transmettre des fonctions multiples - directionnelles : Nord, Sud, Est, Ouest, Nord-Est, Nord-Ouest, Sud-Est, Sud-Ouest. - fonctionnellies utilisant les voies qui ne pouvaient être déve loppées par un appareil mécanique du type "Joystick". On comprend que le dispositif de l'invention est ainsi apte, en utilisant des moyens très simples - d'une part à définir et à transmettre des signaux directionnels indspenJants les uns des autres. - d'autre part à transmettre des "ordres" de fonction, utilisables dans les domaines les plus divers. Ainsi, et selon une première application, le dispositif est prévu pour la itermination du positionnement, c'est à dire la définition des coordonnées d'une pluralité de points dans un plan materialisé par un écran graphique et le dispositif comporte une matrice de codage reliée à un calculateur. Avantageusement, le dispositif selon l'invention est relié au calculateur par un nombre limité de conducteurs de sortie pour la mise sous forme numérique. Ainsi un dispositif à 16 touches qui devrait en toute logique comporter 17 fils de sortie, n'en comporte que 6. Selon une forme particulière de réalisation la matrice de codage est terminée par une languette extérieure souple enfichable sur un connecteur mâle. Selon une variante du dispositif, les fonctions sélectionnables peuvent être graphiques et appeler des sous-programmes, par exemple tracer un point, un cercle, une ellipse, remplir une surface fermée de couleur, gommer, etc Avantageusement le dispositif selon l'invention permet de sélection ner des fonctions autres que graphiques dans les domaines les plus divers et les ordres envoyés permettent ainsi de sélectionner des fichiers, positionner un curseur en des endroits précis d'écran, cr er des notes de musique, et d'une façon plus générale appeler tous ordres préprogrammés. A cet effet, les fonctions codées peuvent être couplées à tout un éventail de matériels et de machines utilisées pour de nombreuses applications industrielles, machines de gestion, matériel de divertissement, commande d'appareils ménagers, aérospatiale, aviation. L'invention concerne encore un dispositif matriciel de codage à contact tactile qui n'est sensible qu'à la pression. Sous sa forme de base, le codage agit comme des contacts d'interconnexions déposés entre deux couches de film plastique / polycarbonate ou polyester / qui sont imprimés avec une encre conductrice pour former des circuits séparés. Les films sur lesquels les circuits sont déposés sont séparés par une troisième couche qui agit en entretois Toute pression exercée sur une surface délimitée fait varier la résistance ohmique existant entre les deux armatures elles-mêmes conductrices contenues dans cette surface. La variation de cette résistance est très importante puisqu'elle passe de plusieurs mégohms à quelques dizaines d'ohms seulement. De préférence, et selon une forme plus particulière de l'invention les contacts et les interconnexions de la matrice de codage sont réalisés avec une-encre conductrice à base d'argent. Mais l'argent, l'or, l'étain-plomb ou une combinaison de ceux-ci convient également. Selon une variante du dispositif de l'invention la matrice de codage comporte des contacts et des interconnexions en argent déposés en un seul circuit sur une feuille de polyester repliée en deux. Une feuille d'écartement avec ouvertures pour la mise en contacts est intercalée et scellée entre les deux moitiés du circuit. Selon un autre dispositif de l'invention, on peut fixer un plastron graphique à la face supérieure de la matrice de codage en choisissant un revêtement offrant une excellente résistance à toutes sortes de produits chimiques, y compris les acides dilués, les huiles de pétroles et les alcools (polyester, polycarbonate par exemple). Ce plastron graphique permet de plus d'obtenir des effets graphiques particuliers. De préférence dans le cadre ci-dessus la matrice de codage comporte un panneau arrière rigide scellé, fournissant un ensemble encapsulé, donc protégé contre l'environnement. Avantageusement et selon le dispositif de l'invention la matrice de codage ainsi conçue se manipule par simple pressiond'un doigt ne nécessitant qu'un effort de manoeuvre de 60 à 240 grammes pour une course de 0,12 à 0,2 mm, la touche de choc étant précisemment de 50 grammes au point d'impact le long de chaque axe. Lors de la manoeuvre, l'écart entre les contacts de la partie à membrane diminue Jusqu'à ce que les deux contacts en argent se touchent pour fermer le circuit. Avantageusement encore la matrice de codage, en raison de sa faible dissipation énergétique et de sa commutation au niveau logique permet de nombreuses applications industrielles en particulier les systèmes à microprocesseurs, les télécommunications, l'électronique automobile, et convient tout particulièrement à l'entrée de données à la plupart des familles de logiques, y compris les ECL, toutes les variantes TTL, MOS complémentaire, MOS, etc... Selon une variante du dispositif de l'invention les contacts et les interconnexions peuvent être constitués plus simplement encore de particules extrêmement minces, déposées par électrolyse sur une feuille de polyester Un autre aspect selon le dispositif de l'invention porte sur un procédé de fabrication des contacts et des interconnexions précedemment mentionnés, et ce procédé consiste à revêtir le circuit avec une résine photosensible; à exposer la résine photosensible à une distribution lumineuse qui correspond à un motif de grille choisi à l'avance; à développer la résine photosensible et à faire disparaitre les parties de la résine photosensible qui n'ont pas été exposées. Avantageusement les matrices de codage correspondant à l'invention peuvent permettre de réaliser une surface passive, sensible en certains endroits à une faible pression exercée par un doigt, un crayon ou une pointe sèche, cette surface laissant voir un dispositif d'affichage à travers elle. Cesmatrices de codage peuvent hêtre intégrées avec des dispositifs d'affichage existants. Selon une variante du dispositif de l'invention plus particulièrement apte à matérialiser l'information recueillie, celle-ci peut être affichée sur un substrat placé au dessous de la matrice de codage. On peut alors créer une liaison entre les coordonnées d'un contact et l'information affichée, ce qui établit une communication dialoguée entre l'opérateur et le matériel auquel est raccordé la matrice de codage. De même, et selon une autre variante du dispositif de l'invention, des diodes à lueurs peuvent être montées sur la partie arrière. De même un revetement et un circuit sur membrane supérieure peuvent être combinés avec une plaquette de circuit imprimé rigide, ce qui permet d'incorporer également des diodes à lueurs. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui suit et qui est donné en rapport avec les formes de réalisation présentées à titre d'exemple non limitatifs. La figure 1 représente une vue schématique des différentes fonctions utilisées dans le cadre du dispositif selon l'invention. La figure 2 illustre un exemple de présentation extérieure du dispositif suivant l'invention. La figure 3 représente un exemple de disposition des différentes couches composant une matrice de codage repliable, suivant le procédé et le dispositif de l'invention. La figure 4 représente à titre d'exemple.une vue en plan d'un dessin des contacts et des interconnexions , repliable. La figure 5 représente le détail de la couche qui agit en entretoise entre les faces repliées de l'exemple qui précède. En considérant la figure 1 on peut analyser le principe du dispositif comme un système branché en périphérie d'un calculateur. Dans le cas de la figure 1, on a représanté schématiquement la matrice de codage 31 reliée par un cablage 32 à un calculateur 33 à la prise "joystick" 34, le calculateur 33 étant lul-meme relié à un écran de visualisation 35 d'une part, et au secteur 36 d'autre part. La figure 2 montre à titre d'exemple la presentation extérieure de la matrice de codage qui se présente sous forme de carte (20) sur laquelle figurent des symboles qui contrôlent des contacts tactiles. I1 suffit donc d'appuyer avec le doigt, avec un crayon ou une pointe sèche à l'intérieur de la surface délimitant un de ces contacts pour établir un contact de transmission. Ces contacts sont de deux ordres différents - directionnels : 1 = nord, 2 = sud, 4 = est,8 = ouest : 5 = nord-est, 9 = nord-ouest, 6 = sud-ouest, 10 = sud-ouest. - de fonction : 11 = point, 3 = trait, 15 = tracé 14 = cercle, 7 = box 12 = gomme, 13 = index Les ordres directionnels 1, 2, 4, 8, 5, 9, 6, 10 sont, comme leur nom l'indique facteurs d'exécution d'ordres déplaçant un curseur d'écran, pixel par pixel sur l'écran de visualisation (fig. 1, 35) du calculateur (fig. 1, 33). Les ordres de fonctions, également reliés à l'écran de visualisation du calculateur sont facteurs d'ordres d'exécution qui sont ici présentés pour des fonctions graphiques et qui pourraient tout aussi bien être facteurs d'ordre de toutes sortes : écrire un texte, de la musique, commander l'extinction ou l'éclairage de lampes etc Le contact tactile 16 correspond au bouton-poussoir, facteur d'ordre de fonction combinable aussi bien avec les ordres directionnels que les ordres de fonction. L'arrivée 16 est une arrivée de masse, indispensable pour faire fonctionner individuellement chacun des contacts. La figure 3 représente un exemple de la disposition des différents étages constitutifs de la matrice de codage (fig. 1, 31) L'étage essentiel, situé au coeur du complexe est constitué d'un film plastique, polycarbonate ou polyester 42 comportant des contacts 43 reliés par des interconnections 44 .Ces contact 43 et interconnexions 44 représentent un circuit imprimé réalisé avec une encre conductrice de préférence à base d'argent ou d'or. Le circuit ainsi imprimé est ensuite replié sur lui-même à la pliure 46 pour constituer deux parties 709 71 se superposant. Bien entendu il est possible de remplacer le circuit imprimé par deux circuits indépendants 70, 71 positionnés face contre face pox assurer de la même façon et suivant le même principe les contacts 43 reliés par les interconnexions 44 Quelque soit le choix retenu, le ou les circuits sont terminés par une languette de sortie 47 comportant un nombre limité de conducteurs 48 pour la mise en forme numérique. Ces conducteurs 48, imprimé s sur la languette souple 47 en prolongement du circuit im- primé sont enfichables sur connecteur mâle 50 pour etre reliés directement par le cable (fig. 1, 32) à la prise "Joystick" (fig. 1, 34) du calculateur (fig. 1, 33). Une feuille d'écartement en polyester non conducteur 60 avec ouvertures 61 pour les contacts 43 est intercalée entre les parties superposées 70, 71, et scellée entre les deux moitiés du circuit 70, 71. Un plastron graphique 62 de revêtement est scellé sur la face supérieure du circuit imprimé de lamatrice de codage 70 permettant un repérage visuel des surfaces de contacts. Un panneau arrière rigide 63 également scellé sur la face inférieure du circuit imprimé de la matrice de codage 71 apporte de la rigidité à l'ensemble et surtout encapsule l'ensemble et le protège contre l'environnement. La figure 4 montre à titre d'exemple une vue en plan d'un film en polyester 42 comportant les contacts 43, fig. 2 et les connections 44, fig. 2 destinés à une matrice de dessin graphique. Les contacts 1, 2, 4, 8 créent des déplacements respectivement au Nord, Sud, Est, Ouest Les contacts 5, 9, 6, 10 créent des déplacements respectivement au Nord-Est, Nord-Ouest, Sud-Est, Sud-Ouest Le contact 11 affiche un point Le contact 3 affiche un trait 15 exécute un tracé " 14 exécute un cercle 7 7 dessine un rectangle " 12 gomme " 13 affiche un index Le contact 16 est un contact de masse et il est combinable avec toutes les autres fonctions. La figure 5 montre à titre d'exemple une vue en plan de la couche d'écartement 60 en polyester non conductible avec ouvertures 61 pour la mise en contacts 43 qui s'intercale et se scelle entre les deux moitiés du circuit 70 et 71. L'invention permet de nombreux développements en dehors de son application préférentielle qui sera la conception (dessin, musique, électronique, etc...! assistée par ordinateur. Notamment sur le plan commercial, l'invention permet de mettre directement à la disposition des utilisateurs des bibliothèques de symboles leur permettant de projeter, de simuler toutes les formes de combinaisons d'éléments, notamment modulaires. On peut grâce à l'invention réaliser un ensemble micro-informatiqu permettant d'examiner, déplacer, agrandir, reporter et visualiser les simulations réalisables à partir d'éléments fichier. Préalablement, le dispositif de l'invention permet de mettre en me- moire très rapidement les coordonnées, par conséquent les images correspondantes, de toutes sortes d'éléments dessinés. L'invention permet également de développer des instruments périphériques d'ordinateur utilisant les fonctions à d'autres fins, par exemple une calculette, un instrument de report et de positionnemer de calculs comptables ou de textes à intégrer dans des ensembles. Dans le domaine éducatif, créer simplements facilement des des sins, les stocker, les répéter, les colorier, les agrandir, les modifier, les déplacer 9 devrait faire de l'invention un appareil pédagogique apprécié des professeurs et des utilisateurs, les enfants REVE. > DICATIONS 1 - Dispositif pour la détection, la saisie automatique et la transmission des coordonnées X, Y définissant le positionnement d'un point ou d'une pluralité de points succédants définissant un tracé sur un écran graphique et la sélection automatique de fonctions spécifiques à partir du dispositif caractérisé en ce qu'une matrice de codage 31 équipée de contacts individuels 43 transmet sous forme numérique et sans ambiguité les informations nécessaires à leur traitement sur calculateur 33. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'absence de composants électroniques rend la matrice de codage 31 si mince et si légère qu'elle peut être réalisée dans les dimensions d'une carte de crédit et qu'un seul réseau homogène de contacts 41 et d'interconnexions 42 suffit pour transmettre à un calculateur des fonctions multiples de nature / soit directionnelle (1,2,4,5,6,S,9,10)/ soit fonctionnelle (3,7,11, 12, 13, 14,15) par simple pression d'un doigt, d'un crayon ou d'une pointe sèche sur les contacts indépendants les uns des autres. 3 - Dispositif selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le circuit de la matrice de codage 31 est terminé par une languette extérieure souple 47 n'utilisant qu'un nombre limité de conducteurs de sortie 48, directement enfichables sur un connecteur mâle 50 de liaison au calculateur 33. 4 - Dispositif selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que les fonctions sélectionnables (1 à 16) sur la matrice de codage 31 sont directement transmises au calculateur 33, indépendamment les unes des autres, sous forme numérique. 5 - Dispositif selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que sous sa forme de base le codage de la matrice 31 agit comme des contacts 43 d'interconnexions 44 multiples déposés entre deux couches de film plastique /polycarbonate ou polyester/ qui sont imprimés avec une encre conductrice à base d'argent, d'or, d'étain-plomb ou une combinaison de ceux-ci, pour for mer des circuits séparés (70,71)test en ce que les films sur lesquels les circuits sont déposés sont séparés par une feuille d'écartement en polyester non conducteur 60 avec ouvertures pour la mise en contacts,qui agit en entretoise et qui est scellée entre les deux circuits de façon telle que toute pression exercée sur une surface délimitée ( 1 à 16) fait varier la résistance ohmique existant entre les deux armatures elles-mêmes conductrices contenues dans cette surface. 6 - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que la matrice de contacts 31 est composée de contacts 43 et d'interconnexions 44 en argent déposés en un seul circuit 42 sur une feuille de polyester repliée en deux 70, 71. 7 - Dispositif selon les revendications 1, 5, 6, caractérisé en ce qu'on peut sceller d'une part un plastron graphie que 62 à la face supérieure de la matrice de codage 42, d'autre part un panneau arrière 63 également scellé, fournissant ainsi un ensemble encapsulé de protection contre l'environnement. 8 - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les contacts 43 et les interconnexions 44 peuvent être constitués de particules extrêmement minces déposées par électrolyse sur une feuille de polyester. 9 -Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les contacts 43 et les interconnexions 44 sont revêtus d'une résine photosensible qui, exposé à une distribution lumineuse correspondant à un motif de grille choisi à l'avance, puisdéveloppée et nettoyée des parties de.résine photosensi ble qui n'ont pas été exposées, permet de réaliser une surface pas sive, sensible en certains endroits à une faible pression exercée par un doigt, un crayon ou une pointe sèche, cette surface laissan voir un dispositif d'affichage à travers elle. 10 - Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que la matrice de codage 31 peut etre intégrée à des dispositifs d'affichage existants, ou affichée sur un substrat placé au dessous d'elle, ce qui permet alors de créer une liaison entre lescoordonnées d'un contact et l'information affichée et établir ainsi une communication dialoguée entre l'opérateur et le matériel auquel est raccordé la matrice de codage; ou bien encore disposer des diodes à lueurs qui peuvent etre montées sur la partie arrière ou sur un circuit membrane en partie supérieure, ou encore combiné avec une plaquette de circuit imprimé incorporant des diodes à lueurs.