Brevet FR2925714A1 — publié le 20090626

CIRCUIT ELECTRONIQUE D'ANALYSE A ALTERNANCE DE MESURE CAPACITIVE/RESISTIVE POUR CAPTEUR TACTILE MULTICONTACTS A MATRICE PASSIVE La présente invention concerne un circuit électronique d'analyse à alternance de mesure capacitive/résistive pour capteur tactile multicontacts à matrice passive. 10 La présente invention concerne le domaine des capteurs tactiles multicontacts à matrice passive. Ce type de capteur est muni de moyens d'acquisition simultanée de la position, la pression, la taille, la forme et le déplacement de plusieurs doigts sur sa 15 surface, afin de commander un équipement, de préférence par l'intermédiaire d'une interface graphique. Lesdits capteurs peuvent être utilisés, de manière non limitative, en tant qu'interfaces pour des ordinateurs 20 personnels, portables ou non, des téléphones cellulaires, des guichets automatiques (banques, points de ventes, billetterie), des consoles de jeu, des lecteurs multimédias portatifs (baladeurs numériques), du contrôle d'équipements audiovisuels ou 25 électroménagers, du contrôle d'équipements industriels, des navigateurs GPS. On connaît dans l'état de la technique des capteurs tactiles transparents multicontacts. Un tel capteur 30 est constitué par une surface d'interaction tactile présentant deux réseaux non parallèles. Chaque réseau est constitué par un ensemble de pistes généralement parallèles. Ces réseaux définissent entre eux des noeuds situés à la projection de l'intersection 35 d'un réseau sur l'autre. À ces noeuds sont prévus des moyens de mesure physique délivrant une information fonction de la présence sur la zone de contact correspondante. Ces capteurs permettent de connaître l'état de plusieurs zones de contact simultanément. La mesure effectuée sur chaque noeud correspond à une mesure de tension ou de capacité aux bornes des deux éléments de réseaux associés au noeud considéré. On procède au balayage de chaque réseau de manière séquentielle et rapide afin de recréer une image du capteur plusieurs fois par seconde. Afin d'assurer un temps de réponse convenable, il est impératif de pouvoir mesurer l'activité d'un doigt avec une latence maximale de 20 millisecondes. On a proposé dans l'état de la technique une solution décrite dans le brevet FR 2,866,726 visant un dispositif de contrôle par manipulation d'objets graphiques virtuels sur un afficheur tactile multicontacts. Ledit dispositif comprend en outre un circuit électronique d'analyse permettant d'acquérir et d'analyser les données du capteur avec une fréquence d'échantillonnage de 100 Hertz. Le capteur peut être divisé en plusieurs zones afin d'effectuer un traitement parallèle sur lesdites zones. Il comporte une matrice de pistes conductrices, ladite matrice comportant des moyens d'alimentation sur l'un des deux axes, et des moyens de détection des caractéristiques électriques sur l'autre axe, aux intersections entre les deux axes. La caractéristique électrique effectivement mesurée peut être la résistance ou la capacité. On parlera alors respectivement de capteur résistif ou capacitif. Le choix d'une caractéristique électrique parmi la résistance et la capacité engendre des inconvénients rendant la solution retenue inadaptée pour diverses applications. Plus particulièrement, la mesure de la capacité restreint le contact aux doigts - ou autre objet spécifique aux capteurs capacitifs - tout en offrant une meilleure sensibilité au contact, la présence d'un doigt pouvant être mesurée avant que ce dernier n'ait touché physiquement le capteur. La mesure de la résistance présente une sensibilité inférieure, mais s'adresse à tout type d'objet de contact, doigt, stylet, ou tout objet rentrant en contact avec la surface du capteur. Le choix de l'une ou de l'autre de ces deux caractéristiques électriques rend impossible l'obtention d'un capteur tactile multipoints à matrice passive présentant une sensibilité suffisante ainsi qu'un panel d'éléments de contact à disposition. Le but de la présente invention est de remédier à cet inconvénient, en proposant un circuit électronique d'analyse pour capteur tactile transparent multicontacts à matrice passive, ce circuit électronique d'analyse étant apte à la réalisation de mesures de capacité et de résistance. Un capteur tactile multipoints comportant un tel circuit électronique d'analyse peut fournir une information optimale et complète en toutes circonstances. Dans ce but, la présente invention propose un circuit électronique d'analyse pour capteur tactile multicontacts à matrice passive comportant des moyens d'alimentation électriques de l'un des deux axes de la matrice, et des moyens de détection des caractéristiques électriques selon l'autre axe de la matrice, aux intersections entre les deux axes, caractérisé en ce que la caractéristique électrique mesurée est alternativement la capacité et la résistance. Selon des modes particuliers de réalisation de l'invention : -l'alternance de la caractéristique électrique mesurée est périodique, -l'alternance de la caractéristique électrique mesurée s'opère à chaque cycle de balayage. Un capteur tactile multipoints comportant un tel circuit électronique d'analyse intègre les avantages de la mesure capacitive, c'est-à-dire une sensibilité élevée permettant de détecter l'approche du doigt sans nécessairement de contact physique avec le capteur, ce qui fournit un contact anticipé, donc plus subtil. Ce capteur intègre également les avantages de la mesure résistive, soit la fiabilité du signal mesuré avec n'importe quel outil de contact. Selon d'autres modes particuliers de réalisation de l'invention : -l'alternance de la caractéristique électrique mesurée est conditionnée par la détection d'au moins un artefact, - la caractéristique électrique mesurée est la résistance dans le cas d'une détection d'au moins un artefact.35 Un capteur tactile multipoints comportant un tel circuit électronique d'analyse présente l'avantage d'éviter tout problème d'apparition d'artefact pouvant survenir régulièrement. Dans un tel cas, la mesure opérée est la mesure résistive, qui offre une plus grande fiabilité de l'information mesurée par rapport à la mesure résistive. Ce capteur est ainsi apte à s'adapter en fonction du contexte pour fournir la meilleure information tactile possible. Selon un autre mode particulier de réalisation de l'invention, l'alternance de la caractéristique électrique mesurée est conditionnée par la réception d'un signal de commande. Un capteur tactile multipoints comportant un tel circuit électronique d'analyse permet de bénéficier d'une adaptation par exemple au type d'outil de contact de l'utilisateur. En effet, dans le cas d'une mesure avec un outil de contact autre qu'un doigt (par exemple un stylet), la mesure résistive sera préférée. Dans le cas d'une mesure avec un doigt, la mesure capacitive fournira l'information optimale. Ainsi lorsque l'utilisateur se sert par exemple d'un stylet, il peut activer un signal de commande délivrant une information en direction du capteur tactile multipoints afin que ce dernier fonctionne selon un mode de mesure résistive. S'il utilise en revanche un doigt, aucun signal ne sera délivré et le capteur tactile multipoints fonctionnera selon un mode de mesure résistive. La présente invention concerne également un capteur tactile à matrice passive multicontacts comportant des moyens d'alimentation électriques de l'un des deux axes de la matrice, et des moyens de détection de caractéristiques électriques selon l'autre axe de la matrice, aux intersections entre les deux axes, ledit capteur tactile comportant également un circuit électronique d'analyse conforme à l'un quelconque des modes de réalisation ci-dessus. Un tel capteur présente ainsi trois modes de fonctionnement présentant chacun des avantages différents : un mode périodique, un mode conditionné par la détection d'artefact et un mode conditionné par la réception d'un signal de commande. Ces trois modes peuvent être combinés de façon à profiter des avantages de chaque mode. Dans chaque cas, des priorités sont instaurées entre les modes. Plus particulièrement, le mode conditionné par la réception d'un signal de commande peut être prioritaire sur le mode conditionné par la détection d'artefact, lui-même pouvant être prioritaire sur le mode périodique. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée d'un exemple non-limitatif de réalisation, accompagné de figures annexées représentant respectivement : - la figure 1, une vue d'un afficheur tactile multicontacts à matrice passive, - la figure 2, un diagramme d'un procédé d'acquisition des données sur l'ensemble du capteur tactile, mis en oeuvre par un circuit électronique selon la présente invention, - la figure 3, un diagramme d'un procédé d'analyse des données, mis en oeuvre par un circuit électronique selon la présente invention, - la figure 4, un diagramme d'un procédé d'acquisition et d'analyse mis en oeuvre par un circuit électronique conforme à un premier exemple de réalisation de la présente invention, ledit procédé comportant une alternance capacitif/résistif périodique, - la figure 5, un diagramme d'un procédé d'acquisition et d'analyse mis en oeuvre par un circuit électronique conforme à un deuxième exemple de réalisation de la présente invention, ledit procédé comportant une alternance capacitif/résistif conditionnée par la détection éventuelle d'un artefact, et - la figure 6, un diagramme d'un procédé d'acquisition et d'analyse mis en oeuvre par un circuit électronique conforme à un troisième exemple de réalisation de la présente invention, ledit procédé comportant une alternance capacitif/résistif conditionnée par la réception d'un signal de commande. Un circuit d'analyse électronique conforme à l'invention vise à s'intégrer dans un capteur tactile multicontacts à matrice passive. La figure 1 représente une vue d'un dispositif électronique tactile comprenant : - un capteur tactile matriciel 1, - un écran de visualisation 2, - une interface de capture 3, - un processeur principal 4, et - un processeur graphique 5. Le premier élément fondamental dudit dispositif tactile est le capteur tactile 1, nécessaire à l'acquisition - la manipulation multicontacts - à l'aide d'une interface de capture 3. Cette interface de capture 3 contient les circuits électroniques d'acquisition et d'analyse. Ledit capteur tactile 1 est de type matriciel. Ledit capteur peut être éventuellement divisé en plusieurs parties afin d'accélérer la captation, chaque partie étant scannée simultanément. Les données issues de l'interface de capture 3 sont transmises après filtrage, au processeur principal 4. Celui-ci exécute le programme local permettant d'associer les données de la dalle à des objets graphiques qui sont affichés sur l'écran 2 afin d'être manipulés. Le processeur principal 4 transmet également à l'interface graphique les données à afficher sur l'écran de visualisation 2. Cette interface graphique peut en outre être pilotée par un processeur graphique 5. Le capteur tactile est commandé de la façon suivante : on alimente successivement, lors d'une première phase de balayage, les pistes d'un des réseaux et on détecte la réponse sur chacune des pistes du second réseau. On détermine en fonction de ces réponses des zones de contact qui correspondent aux noeuds dont l'état est modifié par rapport à l'état au repos. On détermine un ou plusieurs ensembles de noeuds adjacents dont l'état est modifié. Un ensemble de tels noeuds adjacents définit une zone de contact. On calcule à partir de cet ensemble de noeud une information de position qualifiée au sens du présent brevet de curseur. Dans le cas de plusieurs ensembles de noeuds séparés par des zones non actives, on déterminera plusieurs curseurs indépendants pendant une même phase de balayage. Cette information est rafraîchie périodiquement au cours de nouvelles phases de balayage. Les curseurs sont créés, suivis ou détruits en fonction des informations obtenues au cours des balayages successifs. Le curseur est à titre d'exemple calculé par une fonction barycentre de la zone de contact. Le principe général est de créer autant de curseurs qu'il y a de zones détectées sur le capteur tactile et de suivre leur évolution dans le temps. Lorsque l'utilisateur retire ses doigts du capteur, les curseurs associés sont détruits. De cette manière, il est possible de capter la position et l'évolution de plusieurs doigts sur le capteur tactile simultanément. La caractéristique électrique effectivement mesurée peut être la résistance ou la capacité. Lorsque l'on veut savoir si une ligne a été mise en contact avec une colonne, déterminant un point de contact sur le capteur 1, on mesure les caractéristiques électriques - tension, capacitance ou inductance - aux bornes de chaque noeud de la matrice. Le processeur principal 4 exécute le programme permettant d'associer les données du capteur à des objets graphiques qui sont affichés sur l'écran de visualisation 2 afin d'être manipulés. La figure 2 représente un diagramme du procédé 11 d'acquisition des données sur l'ensemble du capteur tactile, mis en oeuvre par le circuit électronique, avec les colonnes comme axe d'alimentation et les lignes comme axe de détection. Le capteur comprend M lignes et N colonnes. Ce procédé a pour fonction de déterminer l'état de chaque noeud du capteur matriciel 1, à savoir si ledit noeud est activé ou pas. Ledit procédé correspond à la mesure de tous les noeuds d'une matrice � tension �. Ladite matrice est une matrice [N,M] contenant à chaque point (I,J) la valeur de la tension mesurée aux bornes du point d'intersection de la ligne I et de la colonne J, avec 1 L'axe des colonnes constitue l'axe d'alimentation et l'axe des lignes constitue l'axe de détection. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, l'axe des lignes constitue l'axe d'alimentation et l'axe des colonnes constitue l'axe de détection. Le procédé 11 balaye d'abord la première colonne. Elle est alimentée par exemple en 5 Volts. Pour ladite colonne, le circuit électronique mesure une caractéristique électrique au point d'intersection entre ladite colonne et chacune des lignes de 1 à N. Lorsque la mesure a été effectuée auprès de la N-ième ligne, le procédé passe à la colonne suivante et recommence les mesures de caractéristiques électriques à l'intersection de la nouvelle colonne considérée et de chacune des lignes de 1 à N. Lorsque toutes les colonnes ont été balayées, les caractéristiques électriques de chacun des points du capteur matriciel 1 ont été mesurées. Alors le procédé est terminé, et le circuit électronique peut procéder à l'analyse de la matrice � tension � obtenue.35 La figure 3 représente un diagramme du procédé d'analyse 21 des données mises en oeuvre par le circuit électronique. Ledit procédé 21 est constitué d'une série d'algorithmes réalisant les étapes suivantes : - un ou plusieurs filtrages 22, - la détermination 23 des zones englobantes de chaque zone de contact, - la détermination 24 du barycentre de chaque zone de contact, - l'interpolation 25 de la zone de contact, - la prédiction 26 de la trajectoire de la zone de contact. Une fois terminé le procédé d'analyse 21, le logiciel est apte à appliquer aux objets graphiques virtuels du dispositif électronique tactile les différents traitements spécifiques afin de rafraîchir ledit dispositif électronique tactile en temps réel. Des zones englobant les zones de contact, détectées lors de l'étape d'acquisition 11 des données, sont également définies. La figure 4 représente un diagramme d'un procédé 31 d'acquisition et d'analyse mis en oeuvre par un circuit électronique conforme à un premier exemple de réalisation de la présente invention. Ledit procédé 31 est un procédé d'alternance de mesure capacitive/résistive, ladite alternance étant périodique. Selon ce mode de réalisation, le circuit électronique exécute l'étape 32 correspondant à la succession des étapes d'acquisition 11 et d'analyse 21 avec la capacité comme caractéristique électrique mesurée. Consécutivement à l'étape 32, une nouvelle étape 33 est effectuée, cette étape 33 correspondant à la succession d'étapes d'acquisition 11 et d'analyse 21 avec cette fois-ci la résistance comme caractéristique électrique mesurée. Le procédé 31 réalise une boucle comprenant la succession des étapes 32 et 33. Celle-ci permet ainsi d'alterner les mesures de caractéristiques électriques choisies parmi la capacité et la résistance. Dans une autre variante de ce mode de réalisation, le procédé réalise K fois la première étape 32, puis L fois la deuxième étape 33, K et L étant des entiers dont au moins un est strictement supérieur à 1. A titre d'exemple, la fréquence de rafraîchissement est de l'ordre de 100Hz. La figure 5 représente un diagramme d'un procédé 41 d'acquisition et d'analyse mis en oeuvre par un circuit électronique conforme à un deuxième exemple de réalisation de la présente invention. Ledit procédé 41 est un procédé d'alternance de mesure capacitive/résistive, ladite alternance étant conditionnée par la détection éventuelle d'un artefact. Selon ce mode de réalisation, le procédé 41 réalise les étapes 32 et 33. Le passage de l'une à l'autre des étapes 32 et 33 est conditionné par la détection éventuelle d'un artefact résultant de chacune des étapes d'analyse 21 réalisées dans les étapes 32 et 33. À chaque fin d'étape 21, mise en oeuvre lors de l'étape 32 ou 33, le circuit électronique détermine si un phénomène parasitaire de type artefact est présent sur au moins une partie du capteur matriciel 1 dont les données d'état de chacun des noeuds ont été acquises et analysées. Si aucun artefact n'est détecté en sortie de l'étape 32 ou 33, alors le procédé reboucle sur la même étape. Si un artefact a été détecté, alors le procédé alterne l'étape. Par exemple, si un artefact n'est pas détecté en sortie de l'étape 32, le procédé reboucle sur ladite étape 32, mais si un artefact est effectivement détecté, le procédé alterne sur l'étape 33. La figure 6 représente un diagramme d'un procédé 51 d'acquisition et d'analyse mis en oeuvre par un circuit électronique conforme à un troisième exemple de réalisation de la présente invention. Ledit procédé 51 est un procédé d'alternance de mesure capacitive/résistive, ladite alternance étant conditionnée par un signal de commande. Selon ce mode de réalisation, le procédé réalise les étapes 32 et 33. Le passage de l'une à l'autre des étapes 32 et 33 est conditionné par un signal de commande. À chaque fin d'étape 21, mise en oeuvre lors de l'étape 32 ou 33, le circuit électronique détermine s'il a reçu un signal de commande entre ladite étape et la précédente. Si aucun signal de commande n'a été reçu, alors le procédé reboucle sur la même étape. Si un signal de commande a été reçu, alors le procédé alterne l'étape. Par exemple, si un signal de commande a été reçu en sortie de l'étape 32, le procédé reboucle sur ladite étape 32, mais si un signal de commande a été effectivement reçu, le procédé alterne sur l'étape 33. Un tel signal de commande peut par exemple être opéré par l'utilisateur du dispositif électronique tactile multipoints. En effet, cet utilisateur ne peut utiliser la mesure capacitive que dans le cas où son outil de contact est un doigt. Dans le cas contraire, il est contraint d'utiliser une mesure résistive. Ainsi lorsque l'utilisateur se sert par exemple d'un stylet, il peut activer un signal de commande délivrant une information en direction du capteur tactile multipoints 1 afin que ce dernier fonctionne selon un mode de mesure résistive. Un afficheur tactile multipoints intégrant un circuit électronique d'analyse conforme à l'un quelconque des modes de réalisation précédemment décrits présente l'avantage de combiner les avantages d'une mesure capacitive û meilleure sensibilité du � toucher � - et d'une mesure résistive û adaptation à tout type d'outil de contact û sans être contraint par les inconvénients respectifs. Un tel afficheur tactile multipoints est donc capable de fournir en toutes circonstances une information optimale et complète. Les modes de réalisation précédemment décrits de la présente invention sont donnés à titre d'exemples et ne sont nullement limitatifs. Il est entendu que l'homme du métier est à même de réaliser différentes variantes de l'invention sans pour autant sortir du cadre du brevet.30 REVENDICATIONS 1 ù Circuit électronique d'analyse pour capteur tactile multicontacts (1) à matrice passive comportant des moyens d'alimentation électriques de l'un des deux axes de la matrice, et des moyens de détection des caractéristiques électriques selon l'autre axe de la matrice, aux intersections entre les deux axes, caractérisé en ce que la caractéristique électrique mesurée est alternativement la capacité et la résistance. 2 ù Circuit électronique d'analyse selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'alternance de la caractéristique électrique mesurée est périodique. 3 ù Circuit électronique d'analyse selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'alternance de la caractéristique électrique mesurée s'opère à chaque cycle de balayage. 4 ù Circuit électronique d'analyse selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'alternance de la caractéristique électrique mesurée est conditionnée par la détection d'au moins un artefact. 5 ù Circuit électronique d'analyse selon la revendication 4, caractérisé en ce que la caractéristique électrique mesurée est la résistance dans le cas d'une détection d'au moins un artefact. 6 ù Circuit électronique d'analyse l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'alternance de la caractéristique électrique mesurée est conditionnée par la réception d'un signal de commande. 7 ù Capteur tactile à matrice passive multicontacts (1) comportant des moyens d'alimentation électriques de l'un des deux axes de la matrice, et des moyens de détection de caractéristiques électriques selon l'autre axe de la matrice, aux intersections entre les deux axes, ledit capteur tactile (1) comportant également un circuit électronique d'analyse conforme à l'une quelconque des revendications précédentes.