Brevet FR2773894A1 — publié le 19990723

i INTERFACE INTERACTIVE La présente invention est relative au domaine des interfaces pour ordinateurs, et plus particulièrement aux dispositifs permettant à une personne de communiquer avec un ordinateur afin d'obtenir de ce dernier un résultat souhaité. Depuis l'invention du premier outil, l'homme a toujours prêté une attention toute particulière à la façon dont il pouvait tirer le meilleur parti de l'outil. Un des champs d'application est la façon dont l'homme peut interagir avec l'outil lui même. Cela comprend entre autre la prise en main, la maniabilité, mais aussi et surtout la facilité avec laquelle l'outil peut être manié afin d'obtenir le résultat souhaité. De plus 0 il ne suffit pas d'avoir un outil pouvant être utilisé facilement pour obtenir un résultat escompté, encore faut il que tout un chacun puisse l'utiliser facilement et simplement sans la nécessité d'un apprentissage long et laborieux. Cet aspect du problème est devenu ces dernières années particulièrement sensible avec le développement massif des systèmes électroniques en général et des ordinateurs en particulier. Il y a en effet peu de chose que l'on puisse trouver en commun entre le flot d'électrons caractérisant le fonctionnement de toute électronique et les qualités interactives d'un être humain. Néanmoins de nombreuses interfaces ont été développées dans ce but la plus part d'entre elles permettent une interaction mécanique générée par l'homme qui se transforme en signal électrique à travers 2 0 l'interface. On peut citer comme exemple les différents boutons de type poussoir fonctionnant comme des interrupteurs de courant, les boutons rotatifs ou à glissière, permettant de faire varier le débit des électrons en fonction de leur position. D'autres systèmes plus sophistiqués ont été développés afin de permettre une utilisation plus simple voir même à distance. De tels systèmes ont utilisé le principe de déclenchement au bruit ou de la détection d'objet à proximité d'un détecteur. Il existe même un type d'interface faisant directement appel à un courant électrique transmis de l'utilisateur vers le dispositif électronique communément appelé interrupteur sensitif. Dans ce type de dispositif, l'utilisateur transmet un faible courant électrique à une surface métallique. Ce courant est amplifié, puis utilisé afin de créer l'action désirée. L'application la plus connue est un interrupteur variateur pour lampes à incandescence ou halogène dans les applications domestiques. En ce qui concerne les ordinateurs, depuis leur création il y a environ un demi siècle, de nombreuses interfaces on été crées afin d'essayer de permettre à l'homme d'interagir de façon de plus en plus simple avec ces machines qui deviennent dans le même temps de plus en plus complexes. On peut classer ces interfaces en deux catégories: la première que l'on appelle couramment interface passive fournit une information à l'utilisateur par exemple sous forme visuelle ou sonore, la seconde appelée interface interactive permet de fournir des informations à l'ordinateur afin qu'il puisse réagir suivant le souhait de l'opérateur. La première interface interactive qui est utilisée de façon très répandue est le clavier électronique. Directement copié des machines à écrire, le clavier possède l'énorme avantage de pouvoir être utilisé facilement par une personne sachant "taper" afin de transmettre des ordres à la machine. Néanmoins, un utilisateur novice sera confronté à deux problèmes lors de ces premières utilisations d'une telle interface. Tout d'abord, il va devoir apprendre laborieusement à "taper", c'est-à- dire apprendre o se trouve chacune des touches sur le clavier et comment les presser de façon efficace. Ensuite, il va devoir apprendre le jeu d'instructions que l'ordinateur est capable de reconnaître et quels sont les paramètres qui peuvent être associés à chaque commande. Après ce double apprentissage très spécifique, l'utilisateur sera alors à l'aise avec son interface, pour autant qu'il l'utilise de façon régulière et donc qu'il n'en oublie pas le maniement d'une part, ni la syntaxe d'autre part. Il pourra alors tirer le meilleur parti de son système. Un exemple bien connu de ce type d'interface sont les systèmes d'exploitation de disque de type DOS ou UNIX. D'autres interfaces sont ensuite apparues sur le marché pour simplifier l'interaction homme/machine et rendre son apprentissage plus aisé et plus intuitif. Parmi ces interfaces interactives on trouve les écrans tactiles ou les "souris" qui permettent de sélectionner diverses fonctions possibles affichées visuellement par l'ordinateur sur un écran et que l'opérateur désigne du doigt ou en déplaçant un pointeur afin de sélectionner la fonction voulue. Ce type d'interface interactive nécessite non seulement une présentation visuelle de l'information, mais aussi une 2 5 compréhension de la fonction que l'ordinateur va exécuter lorsque le choix aura été réalisé. Lorsque de nombreux choix sont possibles, la fonction obtenue par l'ordinateur doit être explicitée soit par un message soit dans un manuel. On trouve aussi les manettes de jeux, appelées aussi "joystick", dont les fonctions sont adaptées aux choix plus ou moins limités fourni par l'ordinateur. Ce 3 0 type d'interface interactive présente en général une commande de déplacement obtenue soit par un levier articulé soit par des boutons indépendants et une commande d'action obtenue en général par des boutons. L'utilisateur doit donc apprendre le fonctionnement de l'ensemble de ces boutons, qui suivant les jeux peuvent produire des effets différents. Dans les cas o l'on préfère obtenir une approche plus intuitive que réfléchie, le choix du fonctionnement de l'ordinateur est difficilement affichable sur l'écran puisque c'est l'affichage du résultat du choix qui montre à l'opérateur le type de fonctionnement déclenché. Dans le cas des écrans tactiles l'affichage des choix disponibles prend en général beaucoup de place, ce qui présente un inconvénient majeur pour l'affichage du résultat. Sauf pour l'écran tactile, toutes ces interfaces interactives présentent des organes mobiles dont le fonctionnement finit par être défectueux. Toutefois les doigts des utilisateurs de tels écrans laissent des traces sur les écrans qui à la longue peuvent empêcher leur fonctionnement correct. On a donc besoin d'une interface interactive ne présentant pas d'organes mobiles et ayant un fonctionnement qui ne nécessite pas de contact, afin de les rendre plus fiables. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit faite en référence au dessin annexé dans lequel: la figure 1 représente un mode de réalisation d'une interface interactive suivant l'invention; la figure 2 représente le mode de réalisation de l'interface interactive représentée à la figure 1 dans lequel une partie a été arrachée pour faire apparaître l' intérieure de cette interface interactive; la figure 3 représente un autre mode de réalisation de l'interface interactive 2 0 telle que représentée à la figure 2; la figure 4 représente encore un autre mode de réalisation d'une interface interactive telle que représentée à la figure 2; la figure 5 représente une autre forme extérieure pour un mode de réalisation d'une interface interactive suivant l'invention; la figure 6 représente sous forme de diagramme une électronique d' interfaçage possible pour les modes de réalisation d'une interface interactive suivant l'invention. Comme on le voit sur la figure 1, l'interface suivant l'invention comprend une partie 1 pratiquement sphérique disposée sur un socle 2. Cette forme présente l'avantage pour un être humain de faire penser à une boule de cristal. Par association d'idées la personne parvenant au voisinage de cette interface a automatiquement envie de promener ses mains autour de cette surface pratiquement sphérique pour faire apparaître quelque chose de magique. La figure 2 représente l'intérieur de l'interface interactive. Le socle est muni d'un capteur 3 permettant de fournir un signal qui est fonction de la position des 3 5 mains de l'utilisateur devant la partie sphérique. Dans un premier mode de réalisation le capteur est sensible à des longueurs d'ondes comprises entre 400 nm et 700 nm. Ces capteurs peuvent être constitués de photodiodes ou de phototransistors bien connus de l'homme de l'art. L'interface est située dans un environnement éclairé et reçoit un rayonnement qui est transformé en un signal électrique par le capteur. L'interposition des mains d'un opérateur devant la partie sphérique modifie l'éclairement reçu par le capteur qui fournit alors un signal modifié. Ce signal est transmis à un dispositif électronique d'interfaçage 20 du type de celle représentée à la figure 6 et que l'on décrira plus en détail par la suite. Le signal est numérisé par le dispositif électronique d'interfaçage puis transmis à un ordinateur dans lequel il est utilisé pour modifier l'affichage produit sur son écran. Dans un autre mode de réalisation, le capteur 3 est un détecteur pyroélectrique sensible à un rayonnement compris entre 1 xm et 18 um et plus particulièrement entre 1 /m et 10/um, par exemple un détecteur fabriqué par la société Murata sous la référence IRA-E700STO. Dans ce cas, la chaleur des mains d'un opérateur sert de source et suivant leurs positions et leurs distances permet de faire varier l'énergie fournie au détecteur. Les variations d'énergie permettent d'engendrer un signal qui est numérisé par le dispositif électronique d'interfaçage puis transmis à un ordinateur dans lequel il est utilisé pour modifier l'affichage produit sur son écran. Dans un autre mode de réalisation préférentiel, le capteur est sensible au rayonnement infrarouge compris entre 650 nm et 1100 nm. Dans ce mode de réalisation préféré le capteur est une photodiode munie d'un filtre infrarouge, tel que par exemple le capteur fabriqué par la société Siemens et vendu sous la référence SFH205. Ce capteur travaille en mode photovoltaïque. La figure 3 représente un autre mode de réalisation suivant l'invention dans lequel le dispositif comprend deux capteurs analogues à ceux décrits dans les modes de réalisation précédents. L'orientation ou la position de chacun des capteurs permet de définir deux canaux pratiquement distincts sensible à des variations qui se produisent dans des angles solides différents.Ceci peut être obtenu soit par des orientations différentes soit par des masques. De cette manière, l'un des capteurs est plutôt sensible à la position ou au mouvement de la main droite tandis que l'autre des 3 0 capteurs est plutôt sensible à la position ou au mouvement de la main gauche. La figure 4 représente le mode de réalisation préféré suivant l'invention. En plus des deux capteurs 3, on a introduit à l'intérieur du socle 2 une source 4 qui produit un rayonnement dont la longueur d'onde est adaptée à la sensibilité du (ou des) capteur(s) 3. Il est évident que la position de la source doit être telle que le rayonnement issu de cette source n'interfère pas de manière trop importante avec le flux réfléchi par l'environnement extérieur et permette une détection des variations de ce flux réfléchi. Dans le mode de réalisation préféré la source est une diode électroluminescente connue sous la dénomination Opto-diode OD8811 qui fournit un rayonnement de longueur d'onde 880 nm avec un angle d'émission de 60 . Il est évident que la source 4 peut être constituée d'une pluralité de sources pour couvrir un angle plus important et/ou pour obtenir un flux plus grand. La figure 5 représente une autre forme possible pour l'interface interactive suivant l'invention dans laquelle on a représenté la source par deux opto-diodes 4 inclinées l'une par rapport à l'autre pour créer deux angles solides distincts permettant d'engendrer deux canax distincts. Il est évident que l'interface interactive suivant l'invention peut prendre une forme externe quelconque telle que par exemple une courbe fermée concave mais que visuellement une forme sphérique ou pratiquement sphérique est plus agréable pour la majorité des utilisateurs potentiels. De plus, la forme sphérique suggère plus facilement pour la majorité des personnes une boule de cristal; ce qui amène ces personnes à promener leurs mains au voisinage immédiat de cette interface interactive. La figure 6 représente un schéma possible pour transformer le flux reçu par les capteurs en signaux numériques transmis vers un ordinateur. Dans le mode de réalisation représenté, le dispositif électronique d'interfaçage 20 présente deux canaux distincts référencés A et B. La source infra rouge 4A, de type OD8811, est basculée par exemple vers la gauche de la figure 5 tandis que la source 4B, de type OD8811, est basculée vers la droite. De cette manière la source 4A éclaire de préférence la main gauche tandis que la source 4B éclaire la main droite d'une personne située devant l'interface interactive représentée à la figure 5. Il est évident que ceci n'est donné qu'à titre d'exemple non limitatif. Dans un mode de réalisation préféré le circuit comprend une base de temps 12 fournissant un signal d'horloge de fréquence déterminée. Ce signal d'horloge est envoyé à des amplificateurs de puissance 11A, 1 lB reliés au diodes électroluminescentes 4A, 4B pour les déclencher à une fréquence déterminée. Le flux émis respectivement par chaque source 4A, 4B est réfléchi par les mains d'un opérateur pour être reçu par le capteur respectif 3A et 3B, de type SFH205, associé à chaque source. Un convertisseur courant/tension 10A, 10B reçoit le signal produit par chaque capteur 3A, 3B pour adapter ce signal à l'entrée d'un amplificateur 13A, 13B du type à détection synchrone afin d'être transmis à un convertisseur analogique/numérique 14A, 14B. Il est évident que le signal d'horloge transmis aux amplificateurs de puissance 1l1A, l1iB est aussi transmis à l'amplificateur respectif 13A, 13B de manière à synchroniser la détection du signal et pouvoir ainsi discriminer le flux réfléchi par les mains d'un opérateur de l'éclairement parasite fourni par l'environnement. Avantageusement la fréquence de chacun des canaux est égale à 1 kHz. Le signal issu de chacun des amplificateurs 13A, 13B est envoyé à un convertisseur analogique/numérique 14A, 14B respectif, de manière à numériser le signal issu de chaque capteur 3A, 3B et à l'envoyer dans un registre à décalage 15. Dans un mode de réalisation préféré chaque convertisseur analogique/numérique 14A, 14B fournit un signal comprenant 12 bits. Le fonctionnement de chaque convertisseur analogique/numérique est déterminé par la base de temps 12 au moyen d'un autre signal d'horloge dont la fréquence est par exemple 1,2 MHz. Avantageusement les bases de temps fournies aux canaux A et B sont synchrones et déphasées de 90 . Il est évident que l'on pourrait aussi utiliser des bases de temps différentes pour chaque canal, mais l'électronique serait un peu plus complexe. Il est évident que l'on peut aussi utiliser des longueurs d'ondes différentes pour chacun des canaux. Ce type de fonctionnement permet de diminuer ou supprimer les interférences entre les canaux. En effet, le rayonnement reçu par l'une des mains d'un opérateur est renvoyé non seulement vers le capteur associé à cette main mais aussi vers l'autre main qui à son tour réfléchit le flux vers son capteur correspondant. Les signaux issus de chaque convertisseur 14A, 14B sont envoyés en parallèle vers un registre à décalage 15 de manière à pouvoir être transmis au moyen d'un autre signal d'horloge vers un port de sortie soit parallèle soit série. Dans un mode de réalisation on a utilisé une interface 16 de type RS232C. Il est évident qu'on peut utiliser tout autre système de transmission de données tel que par exemple l'émission de signaux infra rouge ou l'émission de signaux de fréquence radio RF. Il est évident que le circuit décrit à la figure 6 peut être modifié et adapté par l'homme de l'art pour tenir compte des circuits intégrés utilisés, des fonctionnalités souhaitées ou du type de capteurs. Il est évident que le dispositif électronique d'interfaçage 20 a été décrit en liaison avec un convertisseur analogique/numérique 14 mais que l'on peut aussi fournir à l'ordinateur des signaux analogiques que ce dernier se chargera de transformer pour pouvoir les traiter. REVENDICATIONS 1. Interface interactive, permettant d'engendrer une pluralité de signaux utilisables par un ordinateur, ne comportant aucun élément mobile et comprenant: un socle (2); un capteur (3) fonctionnant dans une plage de longueur d'onde déterminée et fournissant un signal électrique ou présentant une variation de caractéristique électrique dont l'amplitude est fonction de l'intensité du rayonnement reçu par le capteur; un dispositif (1) délimitant un volume disposé au- dessus du socle, ce dispositif étant transparent ou translucide aux rayonnements situés dans la plage déterminée; un dispositif électronique d'interfaçage (20) produisant des signaux de sortie de cette interface fonction de l'information produite par le capteur. 2. Interface selon la revendication 1, dans laquelle le capteur est sensible à des longueurs d'ondes comprises entre 1 jum et 10 Àm. 3. Interface selon la revendication 1, dans laquelle le capteur est sensible à des longueurs d'ondes comprises entre 650 nm et 1,1 /m. 4. Interface selon la revendication 1, dans laquelle le capteur est sensible à des longueurs d'ondes comprises entre 400 nm et 700 nm. 5. Interface selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle le dispositif délimite une sphère. 6. Interface selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle le dispositif délimite une surface de révolution dont la génératrice est une courbe fermée concave. 7. Interface selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans laquelle le dispositif électronique d'interfaçage fournit un signal analogique. 8. Interface selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans laquelle le dispositif électronique d'interfaçage fournit un signal numérique soit sous forme parallèle soit sous forme série. 9. Interface selon l'une quelconque des revendications 7 ou 8, dans laquelle le signal est transmis par une liaison infra rouge ou RF. 10. Interface selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, comprenant au moins une source de rayonnement (4) adaptée au capteur. 11. Interface selon la revendication 10, dans laquelle chaque source est modulée en amplitude (12, 11) et associée à une détection synchrone (12, 13) du signal du capteur. 12. Interface selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, comprenant plusieurs voies de mesure. 13. Interface selon la revendication 11, comprenant deux voies, chacune associée à une source distincte.