Brevet FR2829317A1 — publié le 20030307

La présente invention concerne un capteur de présence de type capacitif. Un capteur de ce type mesure la variation de capacitance d'une électrode pour détecter l'approche ou le toucher d'une personne. La présente invention concerne plus particulièrement un capteur capacitif disposé en regard d'une surface conductrice. L'invention peut être appliquée à un capteur capacitif dit d'approche ou dit tactile. Classiquement, un capteur capacitif, dit tactile, détecte le toucher d'une personne. Un capteur capacitif, dit d'approche, détecte l'approche d'une personne. Ces deux sortes de capteurs fonctionnent de manière similaire. Simplement, le capteur d'approche a une sensibilité plus élevée. Afin de mieux illustrer l'invention de la demanderesse, on a choisi de représenter un capteur capacitif connu et de présenter ses inconvénients. Ainsi, la figure 1 représente une modélisation schématique d'un capteur capacitif P selon l'art antérieur disposé en regard d'une surface conductrice S. Typiquement, un capteur capacitif comporte une capacité de charge Cc de capacitance connue en série avec une électrode de capacité Ce. Ces capacités Cc et Ce sont reliées à une alimentation Vbatt par l'intermédiaire d'un interrupteur de charge 11. De plus, deux capacités dites parasites Cp1 et Cp2, résultant de la construction du circuit, sont reliées d'une part à la capacité de charge Cc et d'autre part à une masse M. Par ailleurs, l'ensemble de ces capacités est relié à une masse M par l'intermédiaire d'un interrupteur de décharge 12. Une résistance Rp, correspondant à diverses résistances induites par le circuit, est disposée entre la capacité de charge Cc et la capacité de l'électrode Ce. En outre, un interrupteur 13 permet de court-circuiter la capacité de charge Cc. On connaît, notamment par document WO 00/31553, des capteurs capacitifs qui fonctionnent selon un principe de comptage du nombre de phases dans un cycle de chargement de la capacité de charge Cc. Pendant la durée d'un cycle, l'interrupteur 13 est ouvert. Les interrupteurs de charge 11 et de décharge 12 se ferment et s'ouvrent périodiquement avec la même période T, par exemple égale à 4 micro-secondes. Cependant, ces deux interrupteurs sont toujours en opposition, c'est-à-dire, lorsque l'interrupteur de charge 11 est ouvert, l'interrupteur de décharge 12 est fermé. La figure 3 représente la tension VI l à la sortie de l'interrupteur de charge 11. Elle présente un rapport cyclique de un demi. Dans une première phase, l'interrupteur de charge 11 est fermé et l'interrupteur de décharge 12 est ouvert. Les capacités de faible capacitance Cp1, Cp2, et Ce, d'une capacitance d'environ 10 pico-farads, se chargent. La capacité de charge Cc ne se charge pas car elle présente une capacitance bien supérieure à la capacitance des capacités Cp1, Cp2, et Ce. En effet, les capacités parasites ainsi que la capacité de l'électrode présentent une capacitance d'une dizaine de pico-farad tandis que la capacité de charge possède une capacitance dizaine de nano-farads. De plus, le temps de charge, égale à T/2, est trop court pour charger la capacité de charge Cc. Le premier graphe de la figure 3 montre la tension à la sortie de l'interrupteur de charge Vi1. Dans une seconde phase, l'interrupteur de charge 11 est ouvert et l'interrupteur de décharge 12 est fermé, les charges accumulées dans les capacités Cp1, Cp2 et Ce se déchargent dans la capacité de charge Cc. Ainsi, comme visible sur la figure 3, la tension Vc aux bornes de la capacité de charge Cc augmente à chaque phase de décharge des capacités Cp1, Cp2 et Ce. Les phases de charge et de décharge des capacités Cp1, Cp2, Ce se succèdent ainsi jusqu'à ce que la tension Vc, aux bornes de la capacité de charge Cc, ait atteint une valeur seuil A. Alors, l'interrupteur 13 est fermé, la capacité de charge Cc se décharge et un nouveau cycle de comptage commence. Au cours de chaque cycle, un microcontrôleur compte et mémorise le nombre de phases de charge des capacités Cp1, Cp2, Ce nécessaire à atteindre la valeur seuil A. Lorsqu'un utilisateur s'approche ou touche la surface de détection en regard de l'électrode, une capacité supplémentaire Cx est ajoutée en parallèle aux capacités Cp1, Cp2 et Ce. Dans ce cas, le nombre de phases de charge sera inférieur au nombre de phases de charge compté au cours du cycle précédent. Ainsi, quand le microcontrôleur observe une variation, en valeur absolue, du nombre de phases de chargement de la capacité de charge Cc, il génère un signal de détection de la présence d'un individu. Cependant, lorsqu'une surface conductrice est disposée au-dessus de l'électrode du capteur capacitif, la sensibilité du capteur capacitif est fortement diminuée. En conséquence, la présence d'un individu n'est pas toujours détectée. Ceci est particulièrement gênant, notamment dans un système de verrouillage/déverrouillage d'un véhicule de type mains-libres. Dans un système de ce type, l'électrode du capteur capacitif est disposée dans la poignée d'un ouvrant de sorte que, lorsqu'un utilisateur s'approche de la poignée, le capteur détecte sa présence et déclenche un procédé d'identification de l'utilisateur. Cependant, lorsque la poignée est recouverte d'un apprêt conducteur, facilitant le procédé de peinture de la poignée, l'électrode ne détecte plus la présence d'un utilisateur et ne déclenche pas le procédé d'identification et de déverrouillage du véhicule. Généralement, une surface conductrice S, telle qu'un apprêt ou une pellicule d'eau peut être schématiquement représentée par un réseau composé de nombreux circuits RC en parallèle, dans lequel les résistances sont non nulles. Ainsi, comme illustré sur la figure 1, une surface conductrice S recouvrant la poignée est représenté par le réseau R1 C1, R2C2, etc. De plus, la capacité Ca représente la capacité formée par la surface de l'électrode et la surface conductrice de la poignée. Lors du procédé de comptage des phases de charge des capacités Cp1, Cp2 et Ce, toutes les capacités Ca, C1, C2,... de la surface conductrice vont également être chargées et déchargées. En conséquence, compte tenu du grand nombre de ces capacités, une mesure précise de l'apparition d'une capacité supplémentaire Cx, correspondant à la présence d'une main autour de la poignée ou au toucher d'un doigt, ne pourra plus être détectée. En outre, la zone de détection de la main de l'utilisateur n'est plus clairement délimitée car le champ électromagnétique émis par l'électrode s'étale sur toute la surface peinte de la poignée. De plus, son intensité est fortement diminuée. Or, généralement, on souhaite avoir une zone de détection précisément délimitée. Ainsi, par exemple dans un système d'accès de type mains-libres, un capteur d'approche, disposé sur la face cachée de la poignée, détecte le mouvement d'ouverture de la portière. Et, un capteur tactile, disposé sur la face visible de la poignée, détecte le toucher d'un doigt pour obtenir le verrouillage du véhicule. Lorsque ces zones ne sont plus clairement définies, l'unité centrale du véhicule confond ces deux demandes. Un but de la présente invention est donc de fournir un capteur capacitif peu coûteux et de faible encombrement permettant la détection d'un individu dans une région précise d'une surface conductrice. A cet effet, l'invention a pour objet un capteur de présence, disposé en regard d'une surface conductrice, comportant une capacité de mesure Cm dont la capacitance est apte à être modifiée suite à la détection de la présence d'un utilisateur, une capacité de charge Cc et une alimentation V apte à charger cycliquement, pendant des durées T prédéfinies, la capacité de charge Cc ainsi que la capacité de mesure Cm de manière à mesurer une modification de la capacitance de celle-ci, pour détecter la présence d'un utilisateur, caractérisé en ce qu'un commutateur M est apte à être interposé entre la capacité de charge Cc et la capacité de mesure et en ce que ce commutateur M est agencé de manière qu'il est fermé pendant une durée t1 égale au temps de chargement de la capacité de mesure pour que les charges électriques fournies par l'alimentation se propagent uniquement sur une zone limitée et prédéfinie de la surface conductrice. Le capteur de présence selon l'invention peut comporter en outre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - la capacité de mesure Cm comporte un ensemble capacitif comprenant : - une première capacité Ce formée par une électrode, - une deuxième capacité Ca formée par ladite surface conductrice et ladite électrode, - une troisième capacité Cx formée par ladite surface conductrice et un utilisateur. - la durée t1 est comprise entre 50 et 200 nano-secondes et, est de préférence, égale à 100 nano-secondes. - il comporte un moyen de commande de l'ouverture et de la fermeture du commutateur. - le moyen de commande de l'ouverture et de la fermeture comporte un circuit RmCm composé d'une résistance et d'une capacité en série, alimenté par la tension cyclique V. - une diode Dm est reliée en parallèle au commutateur C de sorte que les capacités Ca, Ce, Cx de l'ensemble capacitif sont aptes à se décharger dans la capacité de charge Cc. - le commutateur est un composant MOSFET. - la diode Dm est formée par le composant MOSFET. La présente invention a également pour but un système de verrouillage/déverrouillage d'un véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comporte un capteur de présence tel que précédemment décrit. L'invention sera mieux comprise au cours de la description explicative détaillée qui va suivre en référence : - à la figure 1 qui représente une vue schématique d'un capteur capacitif disposé en regard d'une surface conductrice selon l'art antérieur, - à la figure 2 qui représente une vue schématique d'un capteur capacitif disposé en regard d'une surface conductrice selon la présente invention, - à la figure 3 qui représente schématiquement la variation de la tension en différents points du circuit. La présente invention va à présent être décrite en liaison avec la figure 2. Les composants électroniques du capteur capacitif, identiques aux composants électroniques selon la présente invention, gardent les mêmes références. Selon la présente invention, un commutateur M est disposé entre la capacité de charge Cc et la capacité de l'électrode Ce. Ce commutateur M est fermé lorsque l'interrupteur de charge 11 est fermé. Cependant, la durée de fermeture t1 de ce commutateur M est très inférieure à la durée de fermeture T de l'interrupteur 11. En particulier, la durée de fermeture t1 est égale au temps de chargement de l'ensemble capacitif Ce, Ca, Cx de sorte que les charges électriques n'ont pas le temps de se propager le long de la surface conductrice de la poignée. La durée t1, pendant lequel le commutateur M est fermé, est comprise entre 50 et 200 nano-secondes et est, de préférence, égale à 100 nanosecondes. Ce commutateur M est commandé par un moyen de commande, par exemple un circuit RmCm, composé d'une résistance Rm et d'une capacité Cm en série. Ce circuit est avantageusement relié à la sortie de l'interrupteur de charge 11 de sorte que la fermeture de l'interrupteur de charge 11 et du commutateur M est concomitante. Ainsi, avantageusement, ce commutateur et son moyen de commande sont peu encombrants. De plus, ils permettent d'éviter l'utilisation d'un microcontrôleur de haute performance à coût élevé. Selon la présente invention, ce commutateur M est un composant MOSFET En outre, une diode Dm passante dans le sens des capacités Ce et Ca, est disposée aux bornes du commutateur C, de sorte que l'ensemble capacitif Ca, Ce et Cx est apte à se décharger sur la capacité de charge Cc. Préférentiellement, on choisit un composant MOSFET permettant le passage des charges électriques pendant la phase de décharge des capacités Ce, Ca et Cx. Dans ce cas, la diode Dm n'est plus nécessaire au fonctionnement du capteur capacitif, de sorte que le capteur de présence est moins coûteux et plus compact. Le MOSFET joue alors le rôle d'interrupteur en phase de chargement des capacités Ce, Ca et Cx, et, de diode Dm en phase de déchargement de celles-ci. Revendications 1. Capteur de présence, disposé en regard d'une surface conductrice, comportant une capacité de mesure Cm dont la capacitance est apte à être modifiée suite à la détection de la présence d'un utilisateur, une capacité de charge Cc et une alimentation V apte à charger cycliquement, pendant des durées T prédéfinies, la capacité de charge Cc ainsi que la capacité de mesure Cm de manière à mesurer une modification de la capacitance de celle-ci, pour détecter la présence d'un utilisateur, caractérisé en ce qu'un commutateur M est apte à être interposé entre la capacité de charge Cc et la capacité de mesure et en ce que ce commutateur M est agencé de manière qu'il est fermé pendant une durée t1 égale au temps de chargement de la capacité de mesure pour que les charges électriques fournies par l'alimentation se propagent uniquement sur une zone limitée et prédéfinie de la surface conductrice. 2. Capteur de présence, selon la revendication 1, caractérisé en ce que la capacité de mesure Cm comporte un ensemble capacitif comprenant : - une première capacité Ce formée par une électrode, - une deuxième capacité Ca formée par ladite surface conductrice et ladite électrode, - une troisième capacité Cx formée par ladite surface conductrice et un utilisateur. 3. Capteur de présence selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la durée t1 est comprise entre 50 et 200 nano-secondes et est, de préférence, égale à 100 nano-secondes. 4. Capteur de présence selon l'une des revendications 1 ou 3, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen de commande de l'ouverture et de la fermeture du commutateur. 5. Capteur de présence selon la revendication 4, caractérisé en ce que le moyen de commande de l'ouverture et de la fermeture comporte un circuit RmCm composé d'une résistance et d'une capacité en série, alimenté par la tension cyclique V. 6. Capteur de présence selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une diode Dm est reliée en parallèle au commutateur C, de sorte que les capacités Ca, Ce, Cx de l'ensemble capacitif sont aptes à se décharger dans la capacité de charge Cc. 7. Capteur de présence selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le commutateur est un composant MOSFET. 8. Capteur de présence selon la combinaison des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que la diode Dm est formée par le composant MOSFET. 9. Système de verrouillage/déverrouillage d'un véhicule automobile caractérisé en ce qu'il comporte un capteur de présence selon l'une des revendications 1 à 8.