Brevet FR2831319A1 — publié le 20030425

La présente invention concerne une surface sensible au toucher. De plus en plus souvent, des touches de commande ne comportent plus de bouton ou de curseur mais une surface sensible au toucher permettant ainsi d'obtenir un système de commande tactile. La taille des surfaces sensibles au toucher utilisées dépend de l'application choisie. La surface sensible peut être limitée à une surface sensiblement équivalente à celle d'un doigt mais elle peut aussi être aussi grande qu'un écran d'ordinateur ou même encore plus grande. De telles surfaces sensibles sont généralement constituées de deux films sur lesquels sont réalisés des dépôts conducteurs. Les deux films sont placés l'un sur l'autre, les dépôts conducteurs se faisant face. Au repos, les deux films sont maintenus à distance l'un de l'autre de telle sorte que les dépôts conducteurs ne se touchent pas. Lorsqu'un utilisateur vient alors effleurer le film accessible, les dépôts conducteurs viennent localement au contact l'un de l'autre fermant ainsi un circuit électrique. L'utilisation de telles surfaces sensibles permet de réaliser des commandes tactiles sensibles à un appui ponctuel du doigt d'un utilisateur mais aussi pour des commandes sensibles à un déplacement de ce doigt au niveau de la surface de la commande. Dans ce cas, au moins une zone résistive est prévue au niveau des films. Ainsi, lorsque le doigt de l'utilisateur se déplace sur la surface sensible, une variation de résistance du circuit électrique créée par l'appui du doigt est réalisée. La mesure de cette résistance permet alors de connaître la position du doigt et un mouvement peut ainsi être détecté. La présente invention concerne plus particulièrement les surfaces sensibles permettant de détecter la position d'un point d'appui. Pour réaliser alors une zone résistive, il est connu de réaliser un réseau de pistes conductrices résistives parallèles sur chacun des films. Les deux films sont alors montés de telle sorte que les pistes conductrices se fassent face et que les réseaux soient croisés, de préférence à 90 . Pour connaître alors la position du point d'appui sur la surface sensible, on mesure une coordonnée de la position sur un réseau de pistes parallèles et l'autre coordonnée de position sur l'autre réseau de pistes parallèles. L'avantage d'un tel dispositif réside dans le fait de n'avoir que des pistes conductrices, semblables à celles existantes sur des circuits imprimés utilisés en électronique. Le prix de revient de telles surfaces sensibles est peu élevé mais de nombreuses connexions sont nécessaires pour identifier la position du point de contact. Toutefois, cette technologie bon marché ne peut pas être mise en oeuvre lorsque l'on souhaite une surface sensible transparente, par exemple pour recouvrir un écran. Pour réaliser les surfaces sensibles transparentes, on utilise des films transparents sur lesquels on dépose une fine couche métallique résistive. Cette couche est assez fine pour être transparente. Le matériau classiquement utilisé ici est un oxyde d'indium. L'inconvénient de ces surfaces sensibles est leur coût élevé. En effet, pour pouvoir réaliser une mesure relativement précise du point d'appui sur la surface sensible, il faut que le dépôt métallique soit uniforme. Ceci est difficile à réaliser et provoque le rebut de nombreuses pièces. La présente invention a alors pour but de fournir une surface sensible au toucher, qui peut être transparente sans toutefois être d'un prix de revient trop élevé. A cet effet, elle propose une surface sensible au toucher, comportant deux films se faisant face ainsi que des moyens permettant de maintenir ces deux films à distance l'un de l'autre lorsque aucune pression n'est exercée sur la surface. Selon l'invention, chaque film présente sur sa face tournée vers l'autre film une bande résistive à laquelle sont reliées des pistes conductrices, chaque piste conductrice ne touchant pas les pistes conductrices voisines. Cette solution permet d'éviter de n'avoir que des pistes conductrices dont la résistance (faible) importe peu. Le coût pour réaliser ces pistes est relativement peu élevé. La mesure de la position d'un point de contact entre les deux films se fait par mesure d'une résistance et est facilement réalisable. Il suffit de prévoir deux connexions pour chaque bande résistive. Dans une forme de réalisation préférée, la bande résistive de chaque film est réalisée sur un bord de ce film. De même, les pistes conductrices forment de préférence sur chaque film un réseau de lignes sensiblement parallèles. Dans ce dernier cas, on prévoit avantageusement que les deux films sont disposés l'un par rapport à l'autre de telle sorte que les lignes d'un film soient sensiblement perpendiculaires aux lignes de l'autre film. Il est alors possible de travailler avec des coordonnées cartésiennes, ce qui facilite le traitement des mesures effectuées. La bande résistive est par exemple une bande en carbone et les pistes conductrices sont par exemple réalisées par dépôt d'une fine couche d'oxyde d'indium. Une surface sensible selon l'invention est particulièrement adaptée au cas où les films sont des films transparents. Dans le cas notamment où les films sont transparents, on peut prévoir qu'un composant électronique, notamment une diode électroluminescente, soit intégré entre les pistes conductrices (des secondes pistes conductrices sont alors prévues sur les films pour l'alimentation du composant électronique). Dans une forme de réalisation d'une telle surface sensible intégrant un composant électronique, un bossage peut être prévu sur un film pour assurer le contact électrique avec le composant électronique. La présente invention concerne aussi un procédé de réalisation d'une surface sensible au toucher, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : a) dépôt métallique sur un film de manière à réaliser un premier réseau de pistes conductrices indépendantes les unes des autres, b) dépôt métallique sur un film de manière à réaliser un second réseau de pistes conductrices indépendantes les unes des autres, c) sérigraphie d'une bande résistive de manière à relier les pistes conductrices du premier réseau, d) sérigraphie d'une bande résistive de manière à relier les pistes conductrices du second réseau, e) mise en regard l'un de l'autre des deux réseaux de pistes conductrices de telle sorte que les pistes d'un réseau croisent celles de l'autre réseau, des moyens étant prévus pour maintenir un espacement entre les pistes conductrices des deux réseaux tant qu'aucune pression n'est exercée sur un film supportant ces réseaux. Dans un tel procédé, les deux réseaux de pistes conductrices sont éventuellement réalisés sur une même face d'un même film et à l'étape e) le film est alors replié le long d'une ligne de pliage prédéterminée. En variante, le procédé peut aussi comporter les étapes suivantes, réalisées de préférence avant l'étape e) : - mise en place d'un composant électronique entre les pistes d'un réseau de pistes conductrices, et - réalisation de pistes conductrices pour l'alimentation du composant électronique entre les pistes des deux réseaux de pistes conductrices. Les détails et avantages de la présente invention ressortiront mieux de la description qui suit, faite en référence au dessin schématique annexé sur lequel : Figure 1 est une vue de dessus éclatée d'une surface sensible selon l'invention, Figure 2 est une vue de dessus d'un film pour la réalisation d'une surface sensible selon un second mode de réalisation de l'invention, Figure 3 est une vue de côté à échelle agrandie du film de la figure 2 repliée, et Figures 4a et 4b illustrent un procédé de mesure de position avec une surface sensible selon l'invention. La figure 1 montre deux films se faisant face, un film supérieur 2 et un film inférieur 4. Sur sa face tournée vers le film inférieur 4, le film supérieur 2 présente un ensemble de lignes 6 parallèles s'étendant sur quasiment toute la longueur du film supérieur 2. Ces lignes 6 sont équidistantes les unes des autres et sont toutes identiques. Elles sont réalisées par dépôt d'une fine couche d'oxyde d'indium. Ces lignes sont donc conductrices. L'épaisseur d'oxyde d'indium déposé est relativement faible de telle sorte que les lignes 6 sont translucides. Ainsi, si on souhaite réaliser une surface sensible transparente, il suffit de réaliser les films supérieur 2 et inférieur 4 dans une matière synthétique transparente. Sur sa face tournée vers le film supérieur 2, le film inférieur 4 présente un ensemble de colonnes 8 parallèles. Ces colonnes 8 s'étendent sur quasiment toute la largeur du film inférieur 4 et sont équidistantes les unes des autres. Toutes les colonnes 8 sont identiques. De même que les lignes 6, elles sont réalisées par dépôt d'oxyde d'indium et peuvent être utilisées pour la réalisation d'une surface sensible transparente. Comme montré au dessin, les colonnes 8 sont orientées de telle sorte qu'elles soient perpendiculaires aux lignes 6. Dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 1, les lignes et colonnes sont parfaitement rectilignes. Toutefois, d'autres formes de réalisation sont envisageables. Les extrémités des lignes 6 situées à droite sur la figure 1 sont toutes reliées par l'intermédiaire d'un élément résistif 10 à une bande résisitive12. Ces éléments résistifs 10 et la bande résistive 12 sont par exemple réalisés par sérigraphie. Le matériau utilisé pour ces éléments résistifs 10 et la bande résistive 12 est par exemple du carbone. De même, sur le film inférieur 4, les extrémités des colonnes conductrices 8, situées sur la figure 1 vers le bas, sont toutes reliées par l'intermédiaire d'un élément résistif 14 à une bande résistive 16. Ici aussi, ces éléments résistifs 14 et la bande résistive 16 sont réalisés en carbone par sérigraphie. La bande résistive 12 est équipée à chacune de ses extrémités d'une patte de liaison 18,20 permettant notamment de la relier à un dispositif de mesure de potentiel Vm (voir aussi figures 4a et 4b). De même, la bande résistive 16 est munie de pattes de liaison 22,24 à chacune de ses extrémités. Les deux films 2,4 sont de dimensions identiques. Pour former la surface sensible, ces deux films sont superposés en maintenant toutefois un léger espace entre eux, lorsque ucune pression n'est exercée sur l'un ou l'autre film. Des billes d'espacement réparties dans l'espace séparant les deux films 2,4 permettent de maintenir les lignes 6 distantes des colonnes 8 lorsque aucune pression n'est exercée sur les films 2,4. Lorsque le film inférieur 4 est placé sur un support et qu'une pression est exercée localement, par exemple en venant toucher le film supérieur 2 avec un index d'un utilisateur, une ligne 6 vient au contact d'une colonne 8. On peut alors détecter qu'il y a eu contact et on peut également déterminer la position du point de contact comme décrit ci-après. Les figures 4a et 4b illustrent un procédé de mesure permettant de déterminer au niveau de quelle colonne 8 le contact a été réalisé. Sur cette figure, on a schématisé les bandes résistives 12 et 16 les pattes de liaison 18,20, 22 et 24. On suppose que chaque bande résistive 12,16 présente une résistance totale r tandis que chaque élément résistif 10,14 présente une résistance R. Dans un premier temps, le procédé de détermination de la position du doigt selon l'invention (figure 4a) consiste à : - Placer sous une tension V, la bande résistive verticale (12). - Déconnecter (NC) la patte de liaison 24 de la bande résistive horizontale (16). - Mesurer sur la patte de liaison 22 à forte impédance une différence de potentielle Vm. En fonction de la valeur de cette différence de potentielle Vm, on détermine quelle est la position verticale du doigt. Dans l'exemple représenté à la figure 4a, la différence de potentielle Vm mesurée est par exemple 3V/5. Dans ce cas on en déduit que le doigt de l'utilisateur est posé sur l'une des positions 1 à 4. Dans un second temps (figure 4b), c'est sur la bande résistive verticale (12) que l'on vient mesurer Vm (au niveau de la patte 20-la patte 18 étant non connectée (NC)) et c'est sur la bande résistive horizontale 16 que l'on vient mesurer la différence de potentielle Vm. Dans le cas illustré à la figure 4b si la différence de potentielle Vm mesurée est 4V/5, alors on en déduit que le doigt de l'utilisateur est posé sur l'une des positions 5 à 8. En croisant les positions trouvées lors de ces deux mesures on détermine la position (en abscisse et en ordonnées) du doigt de l'utilisateur. Dans le cas représenté le doigt de l'utilisateur est dans la position 4 représentée à la figure 4a (intersection de la ligne et de la colonne trouvées). On notera que du fait de la forte impédance au niveau de la patte de liaison 22,20 (respectivement figures 4a et 4b) la valeur de la résistance R n'influe pas sur la mesure effectuée. La valeur de la tension Vm est directement proportionnelle à la position du point de contact (1 à 8) par rapport à la bande résistive 12 ou 16. De ce fait : x = VmN Les figures 2 et 3 montrent une variante de réalisation d'une surface sensible selon l'invention. Pour cette variante, on a conservé les mêmes références pour les éléments similaires à ceux représentés à la figure 1. Dans cette forme de réalisation, les films supérieur 2 et inférieur 4 sont réalisés sur un même film qui est par la suite replié autour d'une ligne de pliage 41. On retrouve dans cette forme de réalisation des lignes 6 et colonnes 8 reliées par l'intermédiaire d'un élément résistif 10 ou 14 à une bande résistive 12 ou 16. Des pattes de liaison 18,20, 22 et 24 sont également prévues. Sur les figures 2 et 3 ont également été représentées des billes d'espacement 28 qui n'apparaissaient pas sur la figure 1. La variante de réalisation des figures 2 et 3 intègre deux diodes 30 électroluminescentes. Comme on le remarque sur la figure 3, le film inférieur 4 est fixé sur un support 32. Dans ce dernier, un logement 34 est réalisé pour accueillir chaque diode 30. Comme montré au dessin, un jeu fonctionnel est prévu pour permettre un faible déplacement de la diode lorsqu'une pression est exercée sur le film supérieur 2. Le film supérieur 2 est solidaire d'une face avant 36 réalisée dans une matière synthétique souple et transparente, laissant notamment passer les faisceaux lumineux 38 générés par les diodes 30. La face avant 36 peut comporter des symboles et/ou graphiques opaques ou translucides. Pour pouvoir positionner les diodes 30 sans être gêné par les lignes 6 et colonnes 8, on peut prévoir une déformation locale de ces lignes et colonnes. Cette modification de formes des pistes conductrices ne modifie pas le fonctionnement de la surface sensible. Pour l'alimentation des diodes 30, des pistes de liaison 40 sont prévues. Ces pistes de liaison 40 sont réalisées de telle sorte qu'elles ne viennent pas au contact des pistes conductrices 6 et 8. Ces pistes de liaison sont réalisées sur le film inférieur 4 et sur le film supérieur 2. Sur le film supérieur 2, une piste de liaison 40 est connectée directement aux diodes 30 tandis que sur le film inférieur 4, une piste de liaison 40 permet de commander le fonctionnement de ces diodes 30. Sur la forme de réalisation représentée au dessin, on a prévu pour chaque diode 30 un bossage 42 permettant d'établir le contact électrique entre une piste de liaison 40 correspondante du film inférieur 4 et une diode 30 ou bien entre une piste de liaison 40 du film inférieur 4 et une piste de liaison 40 du film supérieur 2. Il existe d'autres moyens permettant de connecter les diodes 30. On peut ainsi par exemple déformer localement un des films et ainsi une piste de liaison réalisée sur le film inférieur est en contact permanent avec une piste de liaison du film supérieur 2. On peut également envisager de réaliser une soudure entre une piste de liaison 40 du film supérieur 2 et une piste de liaison 40 du film inférieur 4. Sur la figure 2, on a représenté des éléments résistifs 14 d'une forme différente. Ceci illustre qu'il y a plusieurs manières de réaliser les éléments résistifs 10 et 14. Ces éléments résistifs sont en fait optionnels. Comme on a pu le remarquer plus haut, ces éléments résistifs ne rentrent pas en ligne de compte pour le calcul de la position d'un point de contact. Toutefois, si deux appuis simultanés en deux endroits d'une même piste sont réalisés, on réalise un courtcircuit pouvant entraîner un surcourant. Les éléments résistifs 10,14 assurent alors une protection à l'encontre de tels courts-circuits. On pourrait également prévoir la présence d'un limiteur de courant électronique pour résoudre ce problème. Comme il ressort de la description ci-dessus, le fonctionnement d'une surface sensible selon l'invention est comparable au fonctionnement d'une surface tactile dite analogique. Elle présente les avantages d'une telle surface tactile, à savoir un prix de revient peu élevé et une gestion électronique relativement simple avec peu de connexions. L'invention permet également de réaliser une surface sensible transparente pour le même coût que des surfaces sensibles opaques de l'art antérieur. De plus il est possible d'intégrer à ces surfaces sensibles, sans surcoût important, un ou plusieurs composants électroniques, tels par exemple des diodes électroluminescentes, ce qui est difficilement envisageable avec les surfaces sensibles de l'art antérieur. En effet, lorsqu'un film est recouvert en continu d'une couche de métal, l'alimentation d'un composant électronique placé au milieu de la surface n'est guère possible. La présente invention ne se limite pas aux formes de réalisation préférentielles décrites à titre d'exemples non limitatifs. Elle concerne également toutes les variantes de réalisation à la portée de l'homme du métier dans le cadre des revendications ci-après. Ainsi par exemple, les matériaux indiqués (carbone, oxyde d'indium, feuille transparente, etc...) peuvent être remplacés par d'autres matériaux équivalents. La présente invention est particulièrement adaptée à des surfaces sensibles transparentes. Toutefois des surfaces opaques peuvent utiliser la même structure. Les moyens pour maintenir à distance les deux films, constitués par des billes d'espacement isolantes, peuvent être remplacés par d'autres moyens connus de l'homme du métier. Une forme de réalisation préférée prévoit des pistes (lignes et colonnes) conductrices parallèles. Toutes formes peuvent être données aux pistes et on peut imaginer différentes positions relatives de celles-ci. Ces pistes pourraient ainsi être placées en éventail, ou être disposées parallèlement mais avec un espacement irrégulier entre deux pistes, etc.... De préférence, les bandes résistives sont réalisées au bord du film sur lequel elles sont sérigraphiées. Une autre position peut toutefois être adoptée. Cette bande ne relie pas non plus forcément les extrémités des pistes (lignes et colonnes) conductrices. Ainsi, on peut imaginer une bande résistive disposée selon une ligne médiane ou même en diagonale. REVENDICATIONS 1. Surface sensible au toucher, comportant deux films (2,4) se faisant face ainsi que des moyens (28) permettant de maintenir ces deux films à distance l'un de l'autre lorsque aucune pression n'est exercée sur la surface, caractérisée en ce que chaque film (2,4) présente sur sa face tournée vers l'autre film une bande résistive (12,16) à laquelle sont reliées des pistes conductrices (6,8), chaque piste conductrice ne touchant pas les pistes conductrices voisines. 2. Surface sensible selon la revendication 1, caractérisée en ce que la bande résistive (12,16) de chaque film (2,4) est réalisée sur un bord de ce film. 3. Surface sensible selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que les pistes conductrices (6,8) forment sur chaque film (2,4) un réseau de lignes sensiblement parallèles. 4. Surface sensible selon la revendication 3, caractérisée en ce que les deux films (2,4) sont disposés l'un par rapport à l'autre de telle sorte que les lignes d'un film soient sensiblement perpendiculaires aux lignes de l'autre film. 5. Surface sensible selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la bande résistive (12,16) est une bande en carbone. 6. Surface sensible selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que les pistes conductrices (6,8) sont réalisées par dépôt d'une fine couche d'oxyde d'indium. 7. Surface sensible selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que les films (2,4) sont des films transparents. 8. Surface sensible selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'un composant électronique (30), notamment une diode électroluminescente, est intégré entre les pistes conductrices (6,8) et en ce que des secondes pistes conductrices (40) sont prévues sur les films (2,4) pour l'alimentation du composant électronique (30). 9. Surface sensible selon la revendication 8, caractérisée en ce qu'un bossage (42) est prévu sur un film (4) pour assurer le contact électrique avec le composant électronique (30). 10. Procédé de réalisation d'une surface sensible au toucher, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : a) dépôt métallique sur un film (2) de manière à réaliser un premier réseau de pistes conductrices (6) indépendantes les unes des autres, b) dépôt métallique sur un film (4) de manière à réaliser un second réseau de pistes conductrices (8) indépendantes les unes des autres, c) sérigraphie d'une bande résistive (12) de manière à relier les pistes conductrices (6) du premier réseau, d) sérigraphie d'une bande résistive (16) de manière à relier les pistes conductrices (8) du second réseau, e) mise en regard l'un de l'autre des deux réseaux de pistes conductrices (6,8) de telle sorte que les pistes d'un réseau croisent celles de l'autre réseau, des moyens (28) étant prévus pour maintenir un espacement entre les pistes conductrices des deux réseaux tant qu'aucune pression n'est exercée sur un film supportant ces réseaux. 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que les deux réseaux de pistes conductrices (6,8) sont réalisés sur une même face d'un même film et en ce qu'à l'étape e) le film est replié le long d'une ligne de pliage (41) prédéterminée. 12. Procédé selon l'une des revendications 10 ou 11, caractérisé en ce qu'il comporte aussi les étapes suivantes, réalisées de préférence avant l'étape e) : - mise en place d'un composant électronique (30) entre les pistes (8) d'un réseau de pistes conductrices, et - réalisation de pistes conductrices (40) pour l'alimentation du composant électronique (40) entre les pistes (6,8) des deux réseaux de pistes conductrices.