Brevet FR2635887A1 — publié le 19900302

La présente invention se rapporte de façon générale aux dispositifs d'affichage visuel, comme des écrans de télévision et concerne plus particulièrement des dispositifs d'affichage visuel qui permettent éga- lement l'entrée des données ; plus particulièrement encore, elle concerne des dispositifs d'affichage ayant des possibilités d'entrée de données produites optiquement, destinés à des environnements aéronautiques dans lesquels la lumière ambiante et les niveaux parasites électromagnétiques peuvent être extrêmes. Avec les frontières de l'espace et de l'aé- ronautique toujours en croissance et avec les aéronefs modernes qui circulent maintenant à des altitudes qu'il était impossible d'imaginer il y a seulement quelques décennies, il devient de plus en plus important de résoudre certains problèmes introduits par le vol à haute altitude. Aux altitudes élevées, la lumière ambiante est souvent très brillante et peut nuire au fonctionnement d'un équipement aéronautique optique. Un type particulier d'équipement aéronautique dans lequel la lumière ambiante élevée pose des problèmes difficiles est l'utilisation d'écrans à toucher optiques pour l'entrée directe de données sur des écrans de visualisation. Pour l'essentiel, les écrans à toucher optiques peuvent fonctionner comme des dispositifs d'entree de données en détectant la mise en place d'un doigt humain dans une position précise sur un écran de visualisation. La détection implique généralement l'interruption, par le doigt du pilote, de faisceaux lumineux invisibles qui se croisent, émanant d'émetteurs localises à la surface de visualisation. Lorsqu'un doigt interrompt les faisceaux lumineux qui se croisent, des capteurs qui sont également placés autour de la périphérie de la surface de visualisation, avec le reste du système, sont & même de repérer sa position. De nombreux écrans à toucher optiques ont été utilisés dans l'industrie avec des degrés de succès variables. Par exemple, des écrans à toucher ressemblant à la description faite dans le brevet U.S. 3 764 813, intitulé "Coordinate Detection System", délivré à Clement et al., ce brevet étant incorporé ici à titre de référen- ce, ont été utilisés. Une autre réalisation est décrite dans le brevet U;S. 4 791 710, intitulé "Ambient Light Electro Magnetic Noise Reduction Circuit", délivré au nom de Komadina et al., ce brevet étant également incorpore ici à titre de référence. Bien que ces réalisations ou leurs variantes aient trouvé un usage satisfaisant dans le passé, elles posent de sérieux inconvénients. Un inconvénient majeur pose par les réalisations de Clement et Komadina est que les niveaux élevés de lumière ambiante peuvent entrainer une dégradation des performances. En général, les capteurs dans ces réalisations sont saturés par la lumière ambiante brillante et sont incapables de délivrer un signal fiable en réponse à la réception des faisceaux lumineux. Quand les détecteurs sont saturés par la lumière ambiante élevée, ils produisent généralement un signal de sortie qui contient beaucoup de parasites ou de signaux indésirables. La conception de Clement ne resoud que peu ce problème tandis que la réalisation de Komadina vise ce problème mais avec une solution plus conventionnelle.Komadina tente de réduire les parasites dans le signal de sortie d'un détecteur par une combinaison de filtrage et d'annulation. Mais, à des niveaux élevés de lumière ambiante, comme ceux qui apparaissent couramment dans un aéronef à haute altitude, ces solutions s' avè- rent moins que complètement suffisantes. Le besoin existe donc d'une amélioration et de progrès dans la réalisation des dispositifs d'entrée de données à écran à toucher optique pour être utilisés dans des environnements de lumière ambiante élevée et de parasites électromagnétiques importants. Un but de l'invention est de proposer des dispositifs d'entrée de données optiques destinés à des environnements de lumière ambiante élevée. Une caractéristique de l'invention est d'inclure des émetteurs lumineux pulses à une fréquence prédéterminée. Un avantage de l'invention est de différentier entre la lumière ambiante et les impulsions lumineuses provenant des émetteurs, à la fréquence prédéterminée. Un autre but de l'invention est de proposer un dispositif d'entrée de données optique destine à des environnements de parasites électromagnétiques élevés. Une autre caractéristique de l'invention est d'inclure un circuit de photodétection à même de detecter un signal de sortie à haute fréquence provenant d'un photodétecteur. Un autre avantage de l'invention est de différentier entre la sortie d'un photodétecteur qui peut être attribuée à des parasites électromagnëtiques et la sortie d'un photodétecteur qui résulte de lumière pulsée à haute fréquence incidente sur le photodétecteur. Un autre but encore de l'invention est d'utiliser des photodetecteurs qui ne sont pas saturés à des niveaux élevés de lumière ambiante. Une autre caractéristique encore de l'invention est d'utiliser des photodiodes, comme photodetecteurs et de commander les photodiodes dans l'un de deux états : un état sélectionné, avec une polarisation inverse complète ou non sélectionné avec une polarisation directe complète. Un autre avantage encore de l'invention est de permettre l'élimination des signaux indésirables dans les lignes de signaux de détection, spécialement dans des configurations de photodiodes multiplexées par polarisation directe des photodiodes qui ne sont pas directement opposées aux émetteurs activés. L'invention concerne donc un appareil à écran à toucher optique qui est conçu pour satisfaire les besoins précités, produire l'objet proposé précédemment, ayant les avantages décrits ci-dessus et permettant d'obtenir les avantages déjà indiqués. L'invention est mise en oeuvre dans une solution "faisceau non continu", dans le sens qu'aucun faisceau continu provenant de chaque émetteur n'est utilisé. Au contraire, les émetteurs de lumière sont encore activés individuel le- ment mais avec chaque émetteur fonctionnant dans une série d'impulsions à haute fréquence. Cette série d'impulsions à haute fréquence se comporte comme une signature qui distingue cette lumière de celle provenant d'une autre source. L'invention concerne donc un appareil d'entrée de données à écran à toucher optique dans lequel les émetteurs lumineux sont autorisés, un à la fois, avec chaque émetteur produisant une série d'impulsions de lumière à une fréquence prédéterminée, cet émetteur étant ensuite inhibe avant que l'émetteur de lumière suivant soit autorisé. Egalement, les détecteurs de lu mière sont adaptés spécialement pour être à même de discriminer entre des impulsions lumineuses à la fréquence prédéterminée et une autre lumière telle que la lumière ambiante. L'invention peut être beaucoup mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre d'un mode préféré de réalisation et conjointement avec les dessins annexés sur lesquels la figure 1 est une représentation schématique d'un écran à toucher optique de l'invention dans un exemple d'environnement aéronautique, la figure 2 est une représentation schématique éclatée de l'écran à toucher optique de l'invention, conjointement avec un dispositif d'affichage typique et les doigts d'un opérateur, la figure 3 est un schéma synoptique de l'ecran à toucher optique de l'invention, les figures 4A, 4B, 4C, 5A, 5B, 5C, 6A, 6B, 6C, 7A, 7B, SA et 8B sont des schémas de parties d'un écran à toucher optique préféré de l'invention, la figure 9 est un diagramme expliquant la position appropriée des parties des schémas des figures 4, 5, 6, 7 et 8, et la figure 10 est un schéma synoptique d'un dispositif de communication de données selon l'invention. La figure 1 représente donc un écran à toucher optique selon l'invention, dans un environnement aéronautique courant. L'aéronef est désigné globalement par 100, comprenant une région d'habitacle 102 pour recevoir le pilote 110. Ce dernier est représenté en face d'un dispositif de visualisation, désigné globalement par 120 qui peut être un tube à rayon cathodique CRT, un dispositif de visualisation LCD, TFEL, un dispositif de visualisation au plasma ou tout autre dispositif similaire de visualisation. Le dispositif d'affichage 120 comporte une bague 122 disposée autour de sa peri phérie. La bague 122 est constituée par un côté superieur d'émetteurs 124, un côté droit d'émetteurs 126, un côté inférieur de détecteurs 128 et un côté gauche de détecteurs 130.Une représentation schématique de lumière ambiante provenant du soleil 140 apparait avec un premier rayon lumineux 142 qui s'étend vers le dispositif de visualisation et qui rencontre un détecteur sur le côté gauche du détecteur 130 avec un second rayon lumineux 144 qui est dirige et qui rencontre un détecteur dans le côté inférieur des détecteurs 128. Cette lumière ambiante importante entraine souvent des difficultés pour détecter de la lumière émise par des émetteurs correspondants 124 et 126. La figure 2 est une représentation schématique éclatée d'un dispositif de visualisation courant avec l'appareil selon l'invention. Cette figure montre un dispositif de visualisation 202 ayant une surface de visualisation 204. Plusieurs émetteurs supérieurs 206 sont disposés le long du côté supérieur 208 de la surface de visualisation 204. Sur le côté droit 210 de la surface de visualisation 204 se trouvent plusieurs émetteurs 212 de côté droit qui sont connectés, avec les émetteurs supérieurs 206, au dispositif de commande d'émetteur 214. Sur le côté inférieur 216 de la surface de visualisation 204 se trouvent plusieurs détecteurs 218. Sur le côté gauche 220 de la surface de visualisation 204 se trouvent des détecteurs de gauche 222.Les détecteurs inférieurs 218 et les détecteurs de gauche 222 sont con nectés au dispositif de commande de détecteurs désignés globalement par 224 qui comporte un réseau de multiplexage de photodiodes 262 et des circuits de détection de photodiodes 264 et 266. Le dispositif de commande d'émetteurs 214 et le dispositif de commande de détecteurs 224 sont connectés à une CPU 226. En fonctionnement, lorsque le doigt d'un pilote 228 est positionné en un point 230 sur la surface de visualisation 204, l'appareil à écran à toucher optique de l'invention est à même de détecter la position du doigt du pilote et d'introduire la position précise comme une donnée d'entrée. Les émetteurs supérieurs 206 et les émetteurs de droite 212 sont activés dans une séquence dans laquelle un seul émetteur est à même d'être activé à un instant donné. Pendant le temps ou l'émet- teur est activé, il fonctionne dans une série d'impulsions à haute fréquence, produisant ainsi un courant d'impul sions lumineuses à haute fréquence qui émane de l'émet- teur et qui se propage en travers de la surface de visualisation 204, jusqu'à un détecteur associé et activé sur le côté opposé de la surface de visualisation 204. Chaque émetteur est autorisé, un à la fois, et pendant son état d'autorisation, il est pulse à la fréquence élevée tandis que tous les autres émetteurs parmi ceux supérieurs 206 et ceux de droit 212 sont inhibes. Comme les émetteurs sont commandés rapidement en séquence, un détecteur associe opposé à l'émetteur est active et autorisé pendant que les détecteurs voisins sont tous inhibés. Le dispositif de commande de détecteurs 224, en coopération avec le dispositif de commande d'émet- teurs 214 et la CPU 226 multiplexe les détecteurs dans une séquence de manière qu'un détecteur soit autorisé à un instant qui correspond avec précision à l'autorisation d'un émetteur qui se trouve directement en travers de la surface de visualisation 204. Il en résulte qu'un seul émetteur et un petit nombre de détecteurs repartis sont autorisés à un instant donné.Les détecteurs sont à même de produire un signal de sortie en réponse à la réception de lumière entrante provenant de l'émetteur. Pendant un même cycle de balayage, dans lequel tous les émetteurs et les détecteurs sont activés séquentiellement, un point précis d'interruption peut être déterminé lorsque deux lignes d'interruption sont détectées. Si une paire d'un émetteur et d'un détecteur verticalement opposés est obstruée et Si une paire d'un émetteur et d'un détecteur horizontalement opposes est obstruée, un point précis d'obstruction peut être détermine, qui correspond au point d'intersection de deux lignes d'obstruction. La figure 3 représente un schéma synoptique de l'invention. La CPU 226 (figure 2), également représentée plus en détail sur les figures 5A, 5B et 5C, conjointement avec le dispositif de commande d'émetteurs 214 et la figure 6B coopèrent pour commander le multiplexage des réseaux 206 et 212 qui sont représentés plus en détail sur les figures 8A et 8B. La CPU 226 et le dispositif de commande 214 coopèrent également pour commander les impulsions de chaque LED individuelle activée. Les réseaux de LED 206, 212 émettent des impulsions à haute fréquence qui traversent la surface génératrice de visualisation 204. Les impulsions sont reçues par des réseaux de photodiodes 218 et 222 qui sont egale- ment représentées plus en détail sur les figures 7A et 7B.Le réseau de multiplexage de photodiodes 262, qui est également représenté plus en détail sur la figure 6C, en coopération avec la CPU 226, assure le multiplexa- ge des réseaux 222 et 218. Les circuits détecteurs de photodiodes 264 et 266, également représentés plus en détail sur les figures SA et 6A coopèrent avec la CPU 226 et un convertisseur analogique-numérique 268 égale- ment représenté plus en détail sur les figures 4A, 4B et 4C pour détecter les signaux provenant des photodiodes qui correspondent à la réception d'impulsions de lumière produites par les émetteurs. La figure 9 montre plusieurs groupes de schémas synoptiques indiquant la position relative de chaque figure 4, 5, 6, 7 et 8 de manière qu'une liaison appropriée de ces figures puisse être faite plus facilement. La figure 10 représente un dispositif de communication de données qui comporte une CPU 1001, un récepteur 1003 couple avec la CPU 1001 et également avec un dispositif de visualisation 1005. Un écran à toucher optique 1007 est couple avec l'émetteur 1009 qui est également couple avec la CPU 1001. il y a lieu de penser que l'appareil à écran à toucher optique et le dispositif de communication de données de la présente invention, ainsi qu'un grand nombre de leurs avantages associés seront compris en regard de la description faite ci-dessus, et il apparait que diverses modifications peuvent être apportées dans la forme, la réalisation et la disposition des éléments sans sortir du cadre ni de l'esprit de 1 'in- vention ou sans sacrifier tous leurs avantages materiels, les formes décrites ci-apres n'étant simplement que des exemples de réalisation. REVENDICATIONS 1. Appareil d'entrée de données à écran à toucher optique, caractérisé en ce qu'il comporte une surface génératrice d'affichage (204) destinée à afficher visuellement des informations sous une forme qui est perceptible par l'oeil humain, plusieurs moyens (206,212) d'émission d'un rayonnement électroma gnetique, disposés près de ladite surface génératrice d'affichage, plu5iellrs moyens (218,222) de détection d'un rayonnement électromagnétique, disposes près de ladite surface génératrice d'affichage, des moyens (214) pour commander l'un au moins desdits plusieurs moyens d'émission d'un rayonnement électromagnétique de manière que des impulsions de rayonnement électromagnétique traversent ladite surface génératrice d'affichage avec une fréquence prédéterminée, et des moyens (224) pour commander l'un au moins desdits plusieurs moyens de détection d'un rayonnement électroma gnetique de manière que lesdites impulsions de rayonnement électromagnétique avec une certaine fréquence prédéterminée puissent être distinguées d'un autre rayonnement électromagnétique. 2. Appareil selon la revendication 1, carac térise en ce que lesdits plusieurs moyens (206,211) d'émission d'un rayonnement électromagnétique consistent en plusieurs diodes électroluminescentes. 3. Appareil selon la revendication 2, carac terse en ce que lesdits plusieurs moyens (218,222) de détection consistent en plusieurs photodiodes. 4. Appareil selon la revendication 3, carac terse en ce que ladite surface génératrice d'affichage (204) consiste en un tube à rayonscathodiqueb 5. Appareil selon la revendication 3, carac térisé en ce que ladite surface génératrice d'afficha ge (204) consiste en un affichage à cristaux liquides. 6. Appareil selon la revendication 3, carac térisé en ce que ladite surface génératrice d'affichage (204) consiste en un affichage TFEL.