Brevet FR2799915A1 — publié le 20010420

ENSEMBLE 'INTERFACE ENTRE UN UTILISATEUR ET UN DISPOSITIF ELECTRONIQUE La présente invention est relative à un ensemble d'interface entre un utilisateur et un dispositif électronique comportant une logique de commande et un écran cathodique à balayage rectangulaire. Un tel écran cathodique est balayé par un spot lumineux occupe successivement tous les points l'écran selon un cycle de balayage prédéterminé. L'invention s'applique en particulier télécommandes pour commander le fonctionnement d' télévision ou d'un magnétoscope. La commande du fonctionnement de ces dispositifs au moyen des télécommandes habituellement rencontrées est fastidieuse dans la mesure où les fenêtres d'option de commande doivent être successivement affichées à l'écran pour qu'un utilisateur puisse sélectionner l'un des modes de fonctionnement de télévision du magnétoscope. La présente invention a pour but de remédier inconvénients précités en fournissant un ensemble d'interface qui permette une commande aisée d'un dispositif électronique et ce, par des moyens simples, efficaces et peu coûteux. A cet effet, selon l'invention, un ensemble d'interface du genre en question est essentiellement caractérise en ce que l'ensemble comprend un boîtier de commande comportant - pointeur directionnel qui vise un point de l'écran et qui comprend au moins un capteur optique, - au moins un masque qui comporte au moins une ouverture de forme géométrique fixe et qui est interposé entre le spot lumineux et ledit au moins un capteur optique de sorte tout point de l'écran, et un point chacun des quatre bords de l'écran soient visualisables ledit au moins capteur optique lorsque l'utilisateur déplace le pointeur pour pointer un point quelconque de l'écran, - au moins un détecteur d'éclairement adapté au balayage de 'écran par le spot lumineux, - moyens de traitement analogiques du signal du au moins détecteur pour produire des impulsions en nombre suffisant correspondant à des points remarquables de la projection de l'ouverture sur l'écran et au moins égal à trois, - moyens de traitement logiques et arithmétiques desdites moins trois impulsions pour calculer les coordonnées de la position du point visé et d'en déduire la position de 'ouverture par rapport à l'écran, - chaîne de transmission du boîtier vers le dispositif électronique, le dispositif comprenant une logique adaptée pour être modifiée par les informations reçues, en ce que le boîtier de commande est placé à distance de l'écran cathodique, et en ce que le boîtier de commande et le dispositif électronique possèdent respectivement un émetteur et un récepteur d'informations. Ainsi, grâce à ces dispositions, l'ensemble d'interface permet facilement à distance de désigner un point ou de sélectionner un objet sur un écran cathodique. Dans des modes de réalisation préférés de l'ensemble d'interface selon la présente invention, on a recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes - le boîtier de commande comprend un masque et capteur optique, le masque comportant deux ouvertures rectilignes formant une croix; - le boîtier de commande comprend deux masques disposés cote à côte et deux capteurs optiques d'axes parallèles, les masques comportant chacun une ouverture rectiligne , - pendant un cycle de balayage de l'écran, au moins trois impulsions sont transmises aux moyens de traitement logiques et arithmétiques, ces impulsions correspondant intersections des projections sur l'écran des ouvertures avec au moins l'un des bords verticaux de l'écran et l'un des bords horizontaux de l'écran ; - selon la position des ouvertures par rapport à l'écran, les moyens de traitement analogiques transmettent aux moyens de traitement logiques un ou plusieurs des signaux parmi un signal indiquant un seul éclairement ligne d'écran, un signal indiquant deux éclairements rapprochés par ligne d'écran et un signal indiquant éclairement de longue durée ; - le dispositif électronique comprend en outre moyens de commande de l'écran pour afficher à l'écran effet graphique en une position en relation avec le point visé ; - le boîtier de commande transmet des informations au dispositif électronique lorsque la position du point visé a changé d'une valeur minimale prédéterminée ; - le boîtier de commande comprend des moyens positivement actionnables par l'utilisateur et dont le résultat de l'action est transmis au dispositif électronique par le boîtier ; - les moyens de commande sélectivement actionnables sont choisis parmi des touches, des capteurs pression, une commande vocale et un manche à balai ; - le boîtier de commande comprend outre des moyens d'identification adaptés pour que le dispositif electronique reconnaisse.-le boîtier de commande, ces moyens identification générant sélectivement données d'identification du boîtier envoyées dispositif électronique ; - plusieurs boîtiers de commande communiquent avec le dispositif électronique et les moyens de commande du dispositif de chaque boîtier de commande transmettent un certain nombre de fois leurs informations au dispositif électronique pour augmenter la probabilité que le dispositif électronique reçoive les informations émises par chaque boîtier sans interférence avec les informations émises par les autres boîtiers ; - le dispositif électronique comporte des moyens qui provoquent la transmission de nouvelles informations par au moins l'un desdits boîtiers de commande ; - les moyens provoquant la transmission de nouvelles informations consistent en ce que l'écran n'émette pas d'image pendant un intervalle de temps prédéterminé ; - l'émetteur et le récepteur communiquent par ondes; - et l'émetteur et le récepteur sont reliés par un câble de transmission. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de- la description détaillée suivante de plusieurs de ses formes de réalisation, données à titre d'exemples non limitatifs, en regard des dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est une vue schématique avec schéma- blocs de l'ensemble d'interface selon la présente invention; - les figures 2 et 3 sont des vues de face du masque du boîtier de commande de l'ensemble de la figure 1, selon des première et deuxième formes de réalisation ; - les figures 4 et 5 sont des vues schématiques du masque la figure 2 superposé à l'écran de l'ensemble d'interface de la figure 1, respectivement dans deux positions différentes ; la figure 6 est une vue schématique des éclairements du capteur optique par le spot lumineux de l'écran ; - la figure 7 est une vue schematique de la projection de la forme géométrique sur 'écran rendant possible calcul de la position du centre cette forme ; - la figure 8 est une vue schématique de la projection de la forme géométrique sur l'écran ne rendant pas possible le calcul de la position précise du centre de cette forme. L'ensemble d'interface selon la présente invention prend par exemple la forme d'un boîtier de télécommande 1 destiné à être utilisé par un opérateur pour commander le fonctionnement d'un dispositif électronique 2 qui est associé à un écran cathodique à balayage 3. dispositif électronique 2 permet d'afficher des informations sur l'écran à tube cathodique 3 telles qu'une image vidéo fixe ou animée, des textes, ou des menus ou analogues A partir des informations affichées sur l'écran cathodique 3, l'opérateur effectue un choix et/ou saisit des données à l'aide du boîtier de commande 1 placé à distance de l'écran 3 et qui va être décrit ci-après. Le boîtier de commande 1 comprend un pointeur directionnel 5 qui permet viser un point P de l'écran 3 et qui possède au moins capteur optique 6 telle qu'une photodiode. Ce capteur reçoit la lumière émise par l'écran cathodique 3 et plus particulièrement par le spot lumineux qui crée l'image sur cet ecran en occupant successivement tous les points de l'écran selon un cycle de balayage prédéterminé. Les écrans cathodiques habituellement rencontrés sont de forme sensiblement rectangulaire et comportent par exemple environ 625 lignes sur leur largeur et 800 points par ligne. Le spot lumineux se déplace successivement sur tous les points de chaque ligne et parcourt toutes les lignes les unes après les autres, à une vitesse de balayage de l'ordre de 50 microseconde par ligne par exemple. Afin de déterminer le point visé sur l'écran, le boîtier de commande 1 possède, dans le premier mode de réalisation, un seul masque et un seul capteur optique 6. Le masque 7 est interposé entre le spot lumineux et le capteur optique 6 et possède au moins une ouverture 8 de forme géométrique fixe. La forme géométrique est constituée par exemple par des fentes rectilignes (fenetres rectangulaires) 9 et 10 qui délimitent sensiblement des droites séquentes pour former une croix. Ces droites sont de préférence perpendiculaires et sont séquentes en un point 11 appelé centre du motif géométrique. Le point P vise l'écran 1 est la projection de ce centre géométrique l'écran. Dans un deuxième mode de réalisation (figure 3), le boîtier de commande 1 possède deux masques 12 et 13 qui sont placés sensiblement côte à cote et qui sont chacun associés à un capteur optique. masques 12 et 13 sont respectivement munis d'une ouverture rectangulaire 14,15 définissant sensiblement une fente. Les axes des deux pointeurs ainsi formés doivent être parallèles et proches pour pouvoir définir le point visé sur l'écran. Dans les deux modes de réalisation, la surface du masque associé est telle que, pour un utilisateur placé à une distance normale de l'écran, les projections des fentes sur le plan de l'écran cathodique 3 rencontrent les bords verticaux gauche 20, droit 21 et horizontaux superieur -22, inferieur 23 de cet écran. Les projections ont pour centre la surface active du détecteur d'éclairement qui est considérée comme étant réduite à un point, sa surface de quelques millimètres-carré étant très faible par rapport aux dimensions des fentes. On entend par distance normale par rapport à l'écran, une distance égale à une valeur comprise entre environ trois et cinq fois la valeur de la diagonale de 'écran, et de préférence une valeur sensiblement égale à environ quatre fois la diagonale. Ainsi, lorsque le spot lumineux parcourt successivement tous les points de l'écran du tube cathodique, il rencontre une ou plusieurs fois (comme cela sera décrit ci-après) les projections des droites définies par les fentes, ce qui provoque un ou plusieurs éclairements du ou des capteurs optiques. C'est à partir de ces éclairements que la position du point visé sur l'ecran (qui correspond au centre 11 de la croix 8) est reconstituée. C' pourquoi la forme de la croix est très importante. Le boîtier de commande possède en outre un détecteur d'éclairement 18 qui convertit les éclairements signaux logiques qui sont envoyés ensuite à un microprocesseur 19 contenant des moyens de traitement de ces impulsions pour calculer les coordonnées du point visé. Pour détecter les éclairements, le détecteur d'éclairement 18 possède en outre un amplificateur, un filtre passe-haut nécessaire pour pouvoir éliminer éclairements ambiants ou les parasites, des moyens détection des variations d'amplitude du signal et/ou détection de l'une des fréquences émise par le balayage de l'écran par le spot, des moyens de génération de signaux logiques associés aux évènements de détection précédents, ainsi qu'éventuellement un circuit diviseur qui ne transmet qu'une partie des signaux logiques. Comme le montrent plus particulièrement les figures 5 4, 1a croix 7 peut occuper une position particulière dans laquelle les fentes 8 et 9 sont parallèles et perpendiculaires aux bords de l'écran 3 et une position différente de cette position particulière, dans laquelle fentes 8 et 9 forment un angle par rapport aux bords de écran. Ainsi, selon les cas de figures, les éclairements correspondant au balayage d'une ligne de l'écran peuvent génerer - un seul éclairement bref quand une ligne l'écran rencontre une seule des projection des fentes en point 30 ; - deux éclairements brefs quand une ligne de l'écran rencontre deux des projections des fentes en deux points 31 et 32 relativement éloignés l'un de l'autre dans le temps ; - deux éclairements brefs quand une ligne de l'écran rencontre deux des projection des fentes en deux points 33, 34 très rapprochés dans le temps ; - deux éclairements brefs quand une ligne de l'écran rencontre deux des projection des fentes en deux points 35 et 36 trop proches pour pouvoir être distingués (' sont alors très proches du centre 11 du motif géométrique ; et - un éclairement long 38 (figure 5) qui correspond au passage du spot lumineux devant la projection d' fente 9 sensiblement horizontale. Dans la mesure où le balayage d'une ligne d'un écran habituellement rencontré ne prend que 50 microsecondes, les écarts dans le temps entre deux éclairements brefs proches 'un de l'autre peuvent être inférieurs à tris microsecondes par exemple. Toutefois, afin de minimiser la capacité des moyens de traitement des impulsions, seule une partie des impulsions est éventuellement transférée par le détecteur d'éclairement aux moyens de traitement. Pour cela, on distingue trois types de signaux logiques - les signaux de type I qui correspondent à un éclairement bref ; - les signaux de type II qui correspondent deux éclairements brefs et rapprochés ; et - les signaux de type III qui indiquent un éclairement de longue durée. En ce qui concerne les signaux de type I, seul un signal sur trois est par exemple transmis aux moyens de traitement. Ce cas de figure correspond à celui est représenté à la figure 6. Le spot lumineux provoque effet deux éclairements par ligne d'écran 3. Seul le premier d'entre eux puis un sur trois est envoyé sous forme de signal (matérialisés par des points sur la figure les cercles correspondants aux signaux non envoyés . La réduction du nombre de signaux transmis est facilement réalisable au moyen d'un circuit de division. En ce qui concerne les signaux de type II et les signaux de type III, ils indiquent que le centre 11 de la croix est proche. Les moyens de .traitement calculent les coordonnées de la position du point visé en mémorisant l'instant d'apparition de certains signaux de type I, des premier et dernier signaux de type et du premier signal de type III, et en particulier mémorisant les instants d'apparition du signal correspondant aux intersections des projections de la fente 8 avec le bord supérieur 22 de l'écran, de la fente 9 avec le bord gauche 20 et avec le bord droit 21 et de la fente 8 avec le bord inférieur 23. La position de l'ouverture portant la forme en croix par rapport à l'écran est par exemple reconstituée à partir des coordonnées de cinq points remarquables. Ces points sont les points d'intersection A, B, D, E des projections des fentes de la croix avec les quatre bords 20 à 23 de l'écran (figure 7) ainsi que la projection C du centre du motif en forme de croix. Les coordonnees de ces points sont calculées dans un repère (O,x,y) dont l'origine est par exemple le point haut gauche de l'écran, la droite d'abscisses s'étend horizontalement en direction du bord droit et la droite d'ordonnées s'étend verticalement en direction du bord inférieur. Dans la suite, on entend par instant d'éclairement d'un point, la mesure du temps pour lequel le spot lumineux qui parcourt l'écran, passe la position dudit point. Dans le cas où le boîtier de commande possède deux masques, les instants d'éclairement des points remarquables peuvent facilement être distingués. Par contre, lorsque ce boîtier comprend un seul masque, un traitement supplémentaire est nécessaire pour distinguer ces éclairements - les éclairements points B et D sont distingués en remarquant que le passage du spot par le point B augmente le nombre d'éclairements mesurés durant le temps de balayage d'une ligne de l'écran et le passage du spot par D diminue ce nombre ; et - l'éclairement du point C est distingué en remarquant que le passage du spot par ce point est précédé par des éclairements rapprochés qui sont de plus en plus rapprochés dans le temps puis qui sont de plus en plus éloignés dans le temps. Suivant la position de la projection de la croix sur l'écran, plusieurs cas de figures sont possibles en fonction de la position de certains points remarquables dans des zones d'ombre. On envisage ici deux cas typiques. Dans un premier cas, instants d'éclairement des points A, B et C sont connus. calcul des coordonnées du point C est le suivant Y (C) = ( T (C) -T (A) ) / ( Tligne x Nligne ) X(C)= [( T(C)-T(B) ) Modulo(Tligne)J / Tligne sachant que Nligne est le nombre de lignes de l'écran, Tligne est la durée de balayage d'une ligne par le spot, (T)Modulo(Tligne) est le reste de la division de T par Tligne, et X (C) et Y (C) varient entre 0 et 1, (0,0) étant l'origine située au coin supérieur gauche de l'écran et (1,1) étant le coin inférieur droit. Les calculs sont voisins si on connaît les instants d'éclairement des points E, B et C ou A, D et C. Dans un deuxième cas, les instants éclairement des points A, B et E sont connus. Le calcul coordonnées de ces points est le suivant Y (A) = 0 X(A)= [Tligne-[(T(B)-T(A)) Modulo(Tligne)]] / Tligne Y(E)= 1 X(E)= [( T(E)-T(B) ) Modulo(Tligne) / Tligne Y(B)= ( T(B)-T(A) ) / ( Tligne x Nligne) X(B)= 0 Les coordonnées du point C sont déduites de ces coordonnées par un simple calcul de géométrie puisque le point est la projection orthogonale du point B sur la droite Les calculs sont voisins si on connaît l'instant d'éclairement du point D au lieu de B. On réalise les mêmes calculs si on connaît les instants d'éclairement des points B, A et D B, D et C. La figure 8 montre que le calcul précis n'est pas possible lorsque la projection de la forme géométrique ne rencontre pas un bord horizontal et un bord vertical de l'écran. Un calcul approché est toutefois possible. La capacité des moyens de traitement logiques et arithmétiques est minimisée par la réduction du nombre de signaux qui leur est transmis et par la réduction du nombre d'informations émises vers le dispositif électronique pour matérialiser les coordonnées du point visé par un curseur 40 (figure 1). Ceci permet encore de minimiser la consommation d'énergie utilisée par ces moyens de traitement. Par exemple, il n'y a pas d'émission d'informations vers le dispositif électronique si la position du point visé n'a pas varié d'un pourcentage prédéterminé. curseur peut prendre la forme tout effet graphique visualisable par l'utilisateur, que par exemple changement de couleur ou de forme d' objet. boîtier de commande selon la présente invention possède outre des moyens de commande dispositif électronique associé à l'écran pour permettre ' l'opérateur de sélectionner une fonction associée à la position du point visé. Il s'agit de moyens positivement actionnables par l'utilisateur tels que des touches, des capteurs -de pression, une commande vocale ou bien encore un manche à balai permettant à l'utilisateur de provoquer un effet différent à l'écran. Lorsque le dispositif électronique correspond par exemple à un jeu vidéo, il s'agit de simuler un tir ou bien encore, lorsque le dispositif correspond à une télévision, il s'agit pour l'opérateur de sélectionner à distance une option d'un menu d'émissions de télévision. En variante, plusieurs boîtiers de commande peuvent être associés à un seul dispositif électronique, en particulier lorsque plusieurs joueurs utilisent simultanement le même jeu vidéo. I1 est alors nécessaire que chacun boîtiers de commande possède des moyens d'identification pour permettre au dispositif électronique de reconnaître chacun de ces boîtiers. De plus, chacun des boîtiers de commande peuvent en outre comporter des moyens de réémission des informations à transmettre au dispositif électronique pour minimiser la probabilité que deux boîtiers de commande émettent simultanément et donc pour augmenter la probabilité que l'information soit correctement reçue par le dispositif électronique. Le boîtier de commande et le ou les dispositifs électroniques possèdent respectivement un émetteur et un récepteur d'information qui communiquent par un câble ou par ondes telles que des ondes électromagnétiques (notamment infrarouges ou radio), ou ondes acoustiques (notamment ultrasons . ailleurs, le dispositif peut comporter des moyens d'indication à l'un au moins des boîtiers de commande que les signaux émis par .ce boîtier ne sont pas compréhensibles. Ce cas de figure survient lorsque plusieurs boîtiers émettent simultanément. Les moyens d'indication peuvent par exemple consister en une non émission d'image par le tube cathodique et ce, pendant un intervalle temps prédéterminé. Cet intervalle de temps peut être suffisamment bref pour qu'il n'y ait pas de suppression d'image pour l'oeil humain, mais peut être suffisamment long pour que cette suppression soit détectable par les boîtiers de commande. L'intervalle de temps peut par exemple correspondre à une non émission d'image pendant 1/501@me de seconde. Le dispositif de commande 2 provoque alors à nouveau une émission d'informations de la part de 'un au moins des boîtiers. REVENDICATIONS 1. Ensemble d'interface entre un utilisateur et un dispositif électronique (2) comportant une logique de commande et un écran cathodique à balayage rectangulaire où un spot lumineux occupe successivement tous les points l'écran (3) selon un cycle de balayage prédéterminé, l'écran (3) comportant quatre bords (20 à 23), caractérisé en ce que l'ensemble comprend un boîtier de commande (1) comportant - un pointeur directionnel (5) qui vise un point P de l'écran (3) et qui comprend au moins un capteur optique, - moins un masque (7;12,13) qui comporte au moins une ouverture (8;14;15) de forme géométrique fixe et qui interposé entre le spot lumineux et ledit au moins capteur optique de sorte que tout point de l'écran, et un point de chacun des quatre bords de l'écran (3) soient visualisables par ledit au moins un capteur optique lorsque l'utilisateur déplace le pointeur pour pointer un point quelconque l'écran, - moins un détecteur d'éclairement adapté au balayage de l'écran (3) par le spot lumineux - moyens de traitement analogiques du signal du au moins détecteur pour produire des impulsions en nombre suffisant correspondant à des points remarquables de la projection de l'ouverture sur l'écran et au moins égal à trois, - moyens de traitement logiques et arithmétiques desdites moins trois impulsions pour calculer les coordonnées de la position du point P visé et d'en déduire la position de l'ouverture (8;14,15) par rapport à l'écran, - une chaîne de transmission du boîtier (1) vers le dispositif électronique (2), le dispositif comprenant une logique adaptée pour être modifiée par les informations reçues, en ce le boîtier de commande (1) est placé à distance de l'écran cathodique (3), et en que le boîtier de commande (1) et le dispositif électronique (2) possèdent respectivement un émetteur et un récepteur d'informations. 2. Ensemble d'interface selon la revendication 1, dans lequel le boîtier de commande (1) comprend un masque (7) et un capteur optique, le masque comportant deux ouvertures rectilignes (8,9) formant une croix. 3. Ensemble d'interface selon revendication 1, dans lequel le boîtier de commande comprend deux masques (12,l3) disposés côte à côte deux capteurs optiques d'axes parallèles, les masques comportant chacun une ouverture rectiligne (14,15). Ensemble d'interface selon la revendication 2 ou 3, dans lequel, pendant un cycle de balayage de l'écran, au moins trois impulsions sont transmises aux moyens de traitement logiques et arithmétiques, impulsions correspondant aux intersections des projections sur l'écran des ouvertures avec au moins l'un (20) des bords verticaux de l'écran (3) et l'un (22) des bords horizontaux de l'écran. . Ensemble d'interface selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, dans lequel selon position des ouvertures (8,9;14,15) par rapport à l'écran 3), les moyens de traitement analogiques transmettent aux moyens de traitement logiques un ou plusieurs des signaux parmi un signal (A) indiquant un seul éclairement par ligne d'écran, un signal (B) indiquant deux éclairements rapprochés par ligne d'écran et un signal (C) indiquant un éclairement longue durée. 6. Ensemble d'interface selon la revendication 4 5, dans lequel le dispositif électronique (2) comprend outre des moyens de commande de l'écran pour afficher l'écran un effet graphique (40) en une position en relation avec le point P visé. 7. Ensemble d'interface selon la revendication--6 dans lequel le boîtier de commande (1) comprend des moyens positivement actionnables par l'utilisateur et dont le résultat de l'action est transmis au dispositif électronique (2) par le boîtier (1). 8. Ensemble d'interface selon la revendication 7, dans lequel les moyens de commande sélectivement actionnables sont choisis parmi des touches, des capteurs de pression, une commande vocale et un manche à balai. 9. Ensemble d'interface selon l'une quelconque des revendication 6 à 8, dans lequel le boîtier de commande (1) transmet des informations au dispositif électronique (2) lorsque la position du point P visé a changé d'une valeur minimale prédéterminée. 10 Ensemble d'interface selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, dans lequel le boîtier de commande (1) comprend en outre des moyens d'identification adaptés pour que le dispositif électronique (2) reconnaisse le boîtier commande, ces moyens d'identification générant sélectivement des données d'identification du boîtier (1) envoyées dispositif électronique (2). 11. Ensemble d'interface selon la revendication 10, dans lequel plusieurs boîtiers de commande (1) communiquent avec le dispositif électronique (2) et les moyens de commande du dispositif de chaque boîtier de commande transmettent un certain nombre de fois leurs informations au dispositif électronique (2) pour augmenter la probabilité que le dispositif électronique reçoive les informations émises par chaque bottier sans interférence avec les informations émises par les autres boîtiers. 12. Ensemble d'interface selon la revendication 11, dans lequel le dispositif électronique (2) comporte des moyens qui provoquent la transmission de nouvelles informations par au moins l'un desdits boîtiers de commande (1). 13. Ensemble d'interface selon la revendication 12, dans lequel les moyens provoquant la transmission de nouvelles informations consistent en ce que l'écran (3) n'émette pas d'image pendant intervalle de temps prédéterminé. 14. Ensemble d'interface selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, dans lequel l'émetteur et le récepteur communiquent par ondes. 15. Ensemble d'interface selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, dans lequel l'émetteur et le récepteur sont reliés par un câble transmission.