Brevet FR2593303A1 — publié le 19870724

Ecran tactile émulant un photostyle. L'invention concerne des dispositifs de communication avec des matériels informatiques, usuellement dénommés écrans tactiles" Ces écrans permettent d'introduire des données dans un ordinateur en approchant ou en touchant avec un doigt, un crayon, ou un autre corps passif un écran de visualisation. Ils sont susceptibles de très nombreuses applications dans des domaines aussi différents que la pédagogie, les terminaux utilisables par le public, ou le contrôle de navigation aérienne. Ils sont particulièrement adaptés chaque fois que les messages qui sont communiqués à l'ordi- nateur sont déterminés à l'avance selon un certain schéma logique ou que les personnes qui communiquent avec le système informatique n'ont pas de préparation particulière. I1 existe de nombreux procédés pour réaliser des écrans tactiles. Encore faut-il distinguer entre le phénomène physique qui est utilisé, et les moyens électroniques de traitement qui permettent de déterminer la position de l'endroit où l'on touche l'écran. Les phénomènes physiques utilisés dans la réalisation d'écrans tactiles sont variés. Le plus connu est sans doute l'utilisation d'ondes lumineuses infrarouges. On a également pensé à se servir d'ondes acoustiques ou de phénomènes de variation de conductibilité électrique ou de variation de capacité. On décrira ci-après quelquesuns des principes de réalisation connus. Usuellement, les systèmes utilisant le rayonnement infrarouge sont construits de la façon suivante : on dispose, horizontalement et verticalement, des diodes photo-émissives face à des éléments opto-électroniques de réception. En général,il existe une double rangée verticale de diodes photo-émissives et d'éléments de réception, et de même une double rangée horizontale. Le rayonnement infrarouge des diodes photo-émissives se propage parallèlement à l'écran. Si l'on place un corps opaque à proximité de l'écran, il se produit une interruption du signal reçu par les éléments opto-électroniques, ce qui permet de repérer facilement l'abscisse et l'ordonnée du point de contact sur l'écran.Dans une variante de ce système, on utilise un balayage de l'écran parallèlement à celui ci, grâce à un dispositif de miroir actionné mécaniquement et qui renvoie le rayon produit par une diode photoluminescente placée dans un coin de l'écran. Dans cette variante, au lieu de disposer d'une abscisse et d'une ordonnée pour repérer le point désigné de l'écran, on dispose de deux angles. Les systèmes utilisant des ondes acoustiques ultrasonores sont construits sur des principes analogues. On dispose verticalement et horizontalement deux rangées d'émetteurs d'ultrasons de façon à ce que la propagation des ondes se fasse parallèlement à l'écran et dans des directions verticales et horizontales. Face aux lignes d'émetteurs sont disposées verticalement et horizontalement deux rangées de récepteurs acoustiques. L'interposition d'un corps placé au voisinage de l'écran tactile permet, comme dans le cas des ondes lumineuses infrarouges, de déterminer, grâce à l'affaiblissement du signal acoustique reçu, l'abs cisse et l'ordonnée du point désigné sur l'écran. On connait également d'autres systèmes. Par exemple, on sait réaliser un film transparent, constitué de deux feuilles séparées par une couche d'isolant semi-perméable. Sur chacune des feuilles sont disposées face à face horizontalement et verticalement des bandes métallisées étroites, très minces et donc également transparentes, qui viennent en contact si l'on effectue une pression sur le film. L'ensemble du dispositif est placé en face de l'écran de visualisation. On peut ainsi repérer le point de contact par l'existence d'un courant sur la ligne t sur la colonne correspondantes au point qui a été touché. Cette technique permet d'obtenir une résolution supérieure à celle des diodes photoluminescentes, avec cependant l'inconvénient que la transparence, et donc la luminosité de l'écran, sont moins bonnes. Dans tous les écrans tactiles tels qu'on les a décrits existent des moyens électroniques de traitement, Ces moyens consistent essentiellement en des circuits de décodage permettant de connaître l'abscisse et l'ordonnée du point de contact. On peut trouver également, soit pour diminuer la consommation, soit pour améliorer la précision du repérage, un multiplexage de l'émission. Dans tous les cas, l'écran tactile fournit en sortie deux indications spatiales, en générale l'abscisse X et l'ordonnée Y du point de contact. Ceci nécessite en aval, du côté de l'ordinateur de traitement, une logique spécifique adaptée au traitement de ce type d'informations. Or, on sait que de nombreux ordinateurs, et notamment des micro-ordinateurs, sont munis de circuits d'utilisation d'appareils photostyles, encore appelés crayons optiques. Ces appareils, comme les écrans tactiles, permettent de désigner un point sur un écran de visualisation. Mais ils sont actifs (photorécepteur) et nécessitent un cordon de raccord entre l'instrument qui est utilisé pour désigner le point de l'écran (le photostyle lui-même) et l'écran. Cela les rend fragiles, donc difficilement utilisables pour des terminaux accessibles au public. La présente invention a pour but principal de permettre le raccordement direct d'un écran tactile, quel que soit son mode de réalisation physique, à un circuit d'utilisation d'un photostyle. L'invention concerne un dispositif électronique du genre écran tactile, qui comprend un écran de visualisation, opérant en mode à balayage de trame, des moyens électroniques aptes à localiser un corps situé dans le voisinage immédiat ou au contact de l'écran, comportant des organes émetteurs et des organes récepteurs coopérants, situés à proximité de l'écran, de manière que la localisation du corps soit obtenue grâce à la variation d'un phénomène physique tel que ondes électromagnétiques, ondes acoustiques, conductibilité, entre les organes émetteurs et récepteurs, et des moyens de traitement électronique des signaux ainsi obtenus. Selon un premier aspect de l'invention, le dispositif comprend des moyens de commande pour exciter les organes émetteurs selon une séquence temporelle prédéterminée en fonction de l'exploration spatiale de l'écran, de telle sorte que la variation ou l'interruption des signaux de réception détermine une information temporelle définissant une indication de position du corps sur l'écran. Usuellement, il existe deux groupes de moyens électroniques de localisation, par exemple l'un correspondant aux lignes de l'écran et l'autre aux colonnes de façon que les signaux reçus sur chacun des groupes des organes récepteurs définissent ensemble une information temporelle reliée à la position du corps sur l'écran. Très avantageusement, les moyens de commande pour produire la séquence temporelle prédéterminée utilisée pour exciter des organes-émetteurs sont initialisés à chaque balayage de trame par le signal de début de trame de l'écran de visualisation. Selon un autre aspect de l'invention, les moyens de commande comprennent au moins un compteur associé à des circuits de décodage, lesquels excitent sélectivement les organes émetteurs. Le compteur peut utiliser des impulsions provenant de circuits de mise en forme logique des signaux de synchronisation de l'écran de visualisation. I1 est également possible que le compteur utilise les impulsions provenant d'une horloge à quartz. Selon un autre aspect de l'invention, les moyens comprennent deux compteurs, associés chacun à des circuits de décodage, chacun des compteurs et de ces circuits de décodage coopérant avec un groupe d'organes émetteurs. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, les moyens de commande comprennent un seul compteur, associé à des circuits de décodage, de telle façon que la partie basse du compteur contienne l'adresse de colonne et la partie haute l'adresse de ligne des émetteurs excités. Très avantageusement, la détection des signaux sur un groupe de récepteurs correspondant aux lignes utilise un circuit de mémoire du type bascule et la détection des signaux sur l'autre groupe de récepteurs, correspondant aux colonnes,est connectée, de meme que la sortie du circuit de mémoire, à un circuit ET logique. I1 est également possible que les moyens de traitement du dispositif comprennent deux comparateurs permettant de comparer les signaux émis et reçus pour une ligne et une colonne donnée et un circuit ET logique connecté à ces deux comparateurs. Selon l'invention, les moyens de traitement du dispositif électronique sont directement connectables à des circuits d'utilisation d'un appareil photostyle. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront à l'examen de la description détaillée ciaprès, ainsi que des dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 représente un premier mode de réalisation de l'invention, avec deux compteurs, et des circuits de mise en forme logique des signaux de synchronisation de l'écran de visualisation; - la figure 2 représente un autre mode de réalisation de l'invention, avec un seul compteur, et une horloge à quartz; - la figure 3 est un schéma décrivant le fonctionnement temporel d'un dispositif tel que décrit sur la figure 1. - la figure 4 est un schéma de principe montrant l'application du dispositif selon l'invention. Les dessins doivent être considérés comme faisant partie intégrante de la description et pourront, le cas échéant, servir à la compléter aussi bien qu'à définir l'invention. I1 est maintenant fait référence à la figure 1. En 1 est amené le signal vidéo composite appliqué à l'écran de visualisation. Ce signal composite comprend des signaux de synchronisation tels que début de trame, début de ligne. Le bloc 2 est un bloc de détection de début de trame utile. Par début de trame utile, on entend le début de l'image visible sur l'écran. Le début de trame utile peut se déduire du début de trame de balayage par un retard convenable. Le bloc 31 effectue une mise en forme logique des signaux de synchronisation de lignes. Le bloc 32 effectue une mise en forme logique des signaux de colonne. I1 peut s'agir par exemple d'un oscillateur déclenché au début de chaque ligne et ayant une fréquence dépendant de la définition (nombre de colonnes) souhaitée. Cet oscillateur n'a pas besoin d'une grande stabilité. Ceci peut également être fait en utilisant l'intervalle de temps entre deux signaux de début de ligne en le divisant par une base de temps convenable. Les compteurs de lignes et de colonnes 41 et 42 évoluent au rythme des impulsions délivrées par les sorties des blocs 31 et 32 respectivement. Les contenus de ces compteurs 41 et 42 sont appliquées à des décodeurs de commande de lignes eut de colonnes 61 et 62, respectivement. Lorsque le bloc 2 détecte un signal de début de trame utile, les compteurs 41 et 42 sont remis à zéro par leurs entrées 51 et 52. A chaque ligne balayée, le circuit 31 fait avancer d'un cran le comptage du compteur 41. Lorsque ce comptage atteint une valeur choisie, correspondant par exemple à la première ligne utile du balayage,le décodeur 61 excite le photoémetteur PL1 qui émet dans la direction de cette première ligne utile. Pendant ce temps1 le circuit 32 fait avancer le compteur 42 à la cadence des colonnes. En fonction de ce comptage, les photoémetteurs PCl, PC2 et PC3, qui émettent dans la direction des colonnes successives définies sur l'écran sont excités séquentiellement, par l'intermédiaire du décodeur 62. Ce processus se répète pour les lignes suivantes, avec les photoémetteurs PL2 à PL4. Les blocs 2, 31, 32 ainsi que les compteurs 41 et 42 définissent l'ensemble des moyens de commande MC. I1 est important que cette excitation des photoémetteurs de ligne PL et de colonne PC suive le déplacement effectif du spot de balayage sur l'écran VI, avec une précision qui dépend de la résolution souhaitée pour que la localisation de l'objet que l'on approche de l'écran. Cela est obtenu ici en ajustant en conséquence les éventuels retards des circuits 2, 31, 32, et/ou l'interconnexion procurée par les décodeurs entre les compteurs 31 et 32 d'une part, les photoémetteurs de ligne PL et de colonne PC d'autre part. Ainsi, l'écran tactile est décomposé en zones d'analyse : dans une ligne donnée (ou un groupe de lignes donné) les colonnes sont interrogées les unes après les autres; et les lignes (ou groupes de lignes) sont interrogées successivement les unes après les autres.Cette analyse est synchrone du balayage de l'écran pour visualisation. Du côté de la réception, les récepteurs de ligne RL1 à RL4 ont leurs sorties réunies en une jonction 71 qui définit une fonction OU : la jonction 71 est excitée si l'un quelconque des récepteurs RL perçoit la lumière émise. I1 en est de même pour les récepteurs de colonne RC1 à RC3, avec la jonction OU 72. La jonction 71 est reliée à une bascule-mémoire 81, remise à zéro à chaque fin de ligne grâce à l'entrée 91 connectée à une sortie convenable du compteur de lignes à l'émission 41, sortie qui peut être celle appliquée au décodeur 61. La jonction 71 et la sortie de la bascule 81 sont appliquées à une porte ET 100, dont la sortie 110 délivre un signal dont la position temporelle est liée à la position spatiale d'un objet sur l'écran. Cet ensemble définit les moyens de traitement EP. La figure 3 illustre le fonctionnement du dispositif selon la figure 1. Sur cette figure, sont portés, en fonction du temps, les signaux obtenus en différents points du dispositif. La courbe 200 correspond au signal composite appliqué à l'écran de visualisation. En 201, est représenté un signal de début de trame. De même, en 202, apparait le signal correspondant au début de trame suivante, c'està-dire au début de l'image suivante. En 211, 212, 213, sont figurées trois impulsions de colonnes définies dans la première ligne de balayage; de même en 221, 222, 223, trois impulsions de colonne correspondant à la deuxième ligne de balayage; et ainsi de suite. En 210 est figuré le signal de retour de ligne de la première ligne, en 220 le signal de retour ligne de la deuxième ligne, en 230 le signal de retour ligne de la troisième ligne.La ligne 200 correspond donc à une analyse de l'écran tactile selon trois colonnes et quatre lignes. En pratique, le nombre de lignes et de colonnes de l'écran tactile sera bien supérieur, selon la résolution souhaitée. En 300, est figuré le signal tel que reçu sur la jonction 72; il est normalement de niveau haut (photorécepteur excité), et ne passe au niveau bas que lorsqu'un corps est interposé sur le faisceau lumineux de la colonne correspondante, comme illustré en 312, 322, 332, 342. Ici, le corps de contact est situé sur la deuxième colonne. En 400 est figuré le signal reçu sur la jonction 71 correspondant aux récepteurs de lignes de l'écran. On constate que l'on obtient un signal en 420 correspondant à un corps situé sur la deuxième ligne de l'écran. La courbe 400' correspond au signal 420' tel que disponible à la sortie de la mémoire 81, à savoir le signal 420 mémorisé jusqu'au début de la ligne suivante. La courbe 500 correspond au signal 522 disponible à la sortie du ET logique 100, en 110. Ce signal 522 définit bien une information de temps qui est en correspondance avec le point qui est désigné par le corps sur l'écran. Cette information est définie par l'écart temporel entre le point O et le signal désigné par 522 sur la ligne 500. I1 est maintenant fait référence à la figure 2, qui présente un autre mode de réalisation de l'invention. Le signal de balayage de l'écran de visualisation VI arrive au dispositif selon l'invention en 1-1. Le bloc 21, le compteur 40-1 et l'horloge 41-1 constituent les moyens de commande MC. Le bloc 2-1 est un bloc de détection de début de trame utile, comme précédemment. La sortie de ce bloc est appliquée à l'entrée de remise à zéro 50-1 du compteur 40-1. Le compteur 40-1 est pulsé par des impulsions provenant d'une horloge à quartz 41-1. La partie basse (poids faibles) du compteur 40-1 adresse le dispositif de décodage 62-1, ce qui permet l'excitation de celui des organes émetteurs PC dont le numéro de colonne est contenu dans la partie basse du compteur.De même, la partie haute (poids élevés) du compteur 40-1 adresse le dispositif de décodage 61-1, ce qui permet l'excitation de celui des organes émetteurs PL correspondant à la ligne dont le numéro est contenu dans la partie haute du compteur. Les sorties des récepteurs de ligne RL et de colonne RC sont réunies à des circuits de codage d'adresse 71-1 et 72-1 respectivement, qui fournissent les adresses des éléments de réception sur lesquels un signal est reçu. Dans un système à rayonnement infrarouge, il s'agira d'une absence d'excitation. Dans ce cas, par exemple, si le n-ième récepteur de ligne n'est pas excité, le circuit 71-1 transmet l'adresse n. Tout comme le décodage d'adresse, le codage d'adresse peut se faire à l'aide de portes logiques ET/OU, comme le sait l'homme de l'art. Dans les moyens de traitement EP, les adresses de lignes appliquées aux photoémetteurs PL sont comparées à celles reçues des photorécepteurs RL, dans un comparateur numérique 101-1. Un second comparateur numérique 102-1 fait de même pour les adresses de colonnes. Les sorties des deux comparateurs sont appliquées à une porte ET 100-1, qui, comme précédemment, fournit en 110-1 un signal de sortie dont la position temporelle, par rapport au début de trame, est directement reliée à l'emplacement de l'écran où l'on approche un corps. Une variante consisterait à appliquer aux comparateurs 101-1 et 102-1 d'un côté les sorties des décodeurs 61-1 et 62-1, de l'autre les sorties directes des photodétecteurs RL et RC. Ce procédé nécessite d'avoir des comparateurs ayant des entrées plus nombreuses, respectivement égales au nombre de lignes, et de colonnes de l'écran. On peut également considérer une autre variante pour une réalisation de l'invention selon la figure 2. Cette variante consiste à ce que les diodes électroluminescentes à infrarouges PL et PC émettent en permanence. Dans ce cas, il nty a évidemment pas à sélectionner les diodes à l'émission, et les circuits de décodage 61-1 et 62-1 n'ont plus leur raison d'être. L'homme de l'art sait que l'on peut réaliser, par une logique combinatoire très simple, les circuits qui donnent de façon statique la position qui est pointée sur l'écran. Ces circuits 71-1 et 72-1 fournissent donc une valeur binaire correspondant à la position pointée, laquelle valeur est comparée à celle du compteur 40-1. Lorsqu'il y a égalité, une impulsion est délivrée en 110-1 comme dans la variante précédente. Cette solution a l'avantage d'alléger la logique en supprimant les décodeurs 61-1 et 62-1. La logique de détection est purement statique, ce qui peut poser certains problèmes de cadrage. En outre, la consommation peut être supérieure du fait que les diodes électroluminescentes à infrarouges sont allumées en permanence. Sur la figure 4, on retrouve en VI l'écran de visualisation, qui comprend un circuit intégré (tel que le modèle Signetics 2672 vendu par la Société R?C) propre à gérer directement les informations issues d'un photostyle, pour donner des indications de position correspondantes à un microordinateur ou autre processeur MO. De manière connue, le contrôleur CV pilote l'écran VI pour lui faire produire l'image définie par le processeur MO. Cette image comporte des zones, dont une partie au moins correspond à l'analyse de l'écran en lignes et colonnes par les photoémetteurs PL, PC, et les photorécepteurs RL, RC. Le dispositif selon l'invention est le bloc MCT. I1 reçoit le signal composite du contrôleur CV (ligne 1 ou 1-1). I1 pilote les photoémetteurs et récepteurs PL, PC, RL, RC, incorporés à l'écran VI. Enfin, il renvoie le signal temporel disponible en 110 ou 110-1 au contrôleur CV, qui l'exploite comme s'il s'agissait d'un photostyle. Le signal disponible en 110 ou 110-1 est en effet identique à celui que fournirait un photostyle, sous réserve du maintien du synchronisme entre le balayage du spot qui constitue l'image, et l'analyse de celle-ci par les photoémetteurs et photorécepteurs. La tolérance temporelle sur ce synchronisme correspond au temps mis par le spot pour parcourir la ligne ou, en fait, le groupe de lignes qui correspondent à une paire PL-RL (PLl-RLl par exemple). Par ailleurs, dans les modes de réalisation décrits, une re-synchronisation est effectuée à chaque début de trame. Dans le cas de la figure 1, les signaux de commande des photorécepteurs ligne et colonne 1 sont obtenus directement à partir du signal de synchronisation image, en tenant compte de sa stabilité, et des possibilités de la dynamique de resynchronisation du moniteur (tube cathodique) de visualisation. Dans le cas de la figure 2, intervient surtout la stabilité de l'horloge à quartz 41-1. Une variante de l'invention consisterait à effectuer une synchronisation physique sur le spot du tube cathodique lui-même, en un point prédéterminé, tel que les coins supérieur gauche et/ou inférieur droit de l'écran. Le signal ainsi obtenu servirait à la remise à zéro des compteurs 41 et 42 (fig. 1) ou du compteur 40-1 (fig. 2). Revendications. 1. Dispositif électrpnique du genre écran tactile, du type comprenant un écran de visualisation (VI), opérant en mode balayage de trame, des moyens électroniques aptes à localiser un corps situé dans le voisinage immédiat ou au contact de l'écran, comportant des organes émetteurs (PL,PC) et des organes récepteurs (RL,RC) coopérants, situés à proximité de l'écran, de manière que la localisation du corps soit obtenue grâce à la variation d'un phénomène physique tel que ondes électromagnétiques, ondes acoustiques, conductibilité entre les organes émetteurs et récepteurs, et des moyens de traitement électronique (EP) des signaux ainsi obtenus, caractérisé en ce que le traitement des signaux reçus par les organes récepteurs (RL,RC) est effectué selon une séquence temporelle prédéterminée en fonction de l'exploration spatiale de l'écran de telle sorte que la variation ou l'interruption des signaux de réception détermine une information temporelle définissant une indication de position du corps sur l'écran. 2. Dispositif électronique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de commande (MC) pour exciter les organes émetteurs (PL,PC) selon la même séquence temporelle prédéterminée en fonction de l'exploration spatiale de l'écran. 3. Dispositif électronique selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce qu'il existe deux groupes de moyens électroniques de localisation (PL,PC,RL,RC), par exemple l'un correspondant aux lignes de l'écran, et l'autre aux colonnes, de façon que les signaux reçus sur chacun des groupes des organes récepteurs définissent ensemble une information temporelle reliée à la position du corps sur l'écran. 4. Dispositif électronique selon l'une des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que les moyens de commande pour produire la séquence temporelle prédéterminée utilisée pour exciter les organes émetteurs sont initialisés à chaque balayage de trame par le signal de début de trame utile de l'écran de visualisation (2;2-1). 5. Dispositif électronique selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de commande comprennent au moins un compteur (41,42;40-1), associé à des circuits de décodage (61,62;61-1,62-1), lesquels excitent sélectivement les organes émettéurs (PL,PC). 6. Dispositif électronique selon la revendication 5, caractérisé en ce que le compteur utilise des impulsions provenant de circuits de mise en forme logique des signaux de synchronisation de l'écran de visualisation (2,31,32;2-1). 7. Dispositif électronique selon la revendication 5, caractérisé en ce que le compteur utilise des impulsions provenant d'une horloge à quartz (41-1). 8. Dispositif électronique selon la revendication 3 et selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que les moyens de commande comprennent deux compteurs (41,42) associés chacun à des circuits de décodage (61,62), chacun des compteurs et de ses circuits de décodage coopérant avec un groupe d'organes émetteurs (PE,PC). 9. Dispositif électronique selon la revendication 2 et selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que les moyens de commande comprennent un seul compteur (40-1), associé à des circuits de décodage (61-1,62-1), de telle façon que la partie basse du compteur contienne l'adresse de colonne (PC), et la partie haute l'adresse de ligne des émetteurs excités (PL). 10. Dispositif électronique selon la revendication 6 prise en dépendance de la revendication l ou de la revendication 2, caractérisé en ce que la détection des signaux sur un groupe de récepteurs correspondant aux lignes utilise un circuit de mémoire (81) de type bascule, et en ce que les signaux sur l'autre groupe de récepteurs, correspondant aux colonnes, sont appliqués, de même que la sortie du circuit de mémoire, à un circuit ET logique (100). 11. Dispositif électronique selon la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens de traitement dudit dispositif comprennent deux comparateurs (101-1,101-2) permettant de comparer les signaux émis et reçus pour une ligne et une colonne données et un circuit ET logique (100-1) connecté aux sorties de ces deux comparateurs. 12. Dispositif électronique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de traitement dudit dispositif sont directement connectables à des circuits d'utilisation d'un appareil photostyle.