Brevet FR2924495A1 — publié le 20090605

L'invention concerne un transducteur capacitif de position, de préférence celui fonctionnant à l'aide d'une technique dite de transfert de charges, en particulier pour déterminer une position longitudinale d'un objet de référence, par exemple, d'un doigt se déplaçant le long du transducteur. Une information sur ladite position du doigt peut ensuite être exploitée, par exemple, par une interface � homme-machine � pour afficher un curseur sur un écran d'ordinateur, pour réguler une intensité d'une installation produisant de l'air conditionné, etc. Plus précisément, l'invention concerne un transducteur capacitif de position, tel que celui de l'état de l'art partiellement illustré sur la figure 1 et décrit, par exemple, dans la demande de brevet aux Etats-Unis US 2003 / 0 028 346 Al, comprenant un substrat 4 présentant un axe longitudinal OX et comportant au moins deux électrodes 11, 12 disposées tête-bêche sur une surface 40 du substrat 4, ces électrodes 11, 12 présentant deux bords internes respectifs 110, 120 s'étendant selon l'axe longitudinal OX, les bords internes 110, 120 étant disposés en regard l'un de l'autre symétriquement par rapport à un axe de symétrie EF perpendiculaire à ladite surface 40. D'après US 2003 / 0 028 346 Al, les électrodes 11, 12 sont de forme triangulaire et délimitées par les bords internes 110, 120 droits et parallèles tout le long de l'axe longitudinal OX. Une technique dite de transfert de charges est préconisée pour déterminer la position longitudinale Xi du doigt 5 lors de son glissement longitudinal le long des électrodes 11, 12 (de gauche à droite sur la figure 1, comme l'indique une flèche correspondante de l'axe AB). Ce transducteur capacitif de position présente une résolution des mesures insuffisante, en particulier, dans des zones limitrophes 7 et 6 représentatives des 25 extrémités longitudinales des électrodes 11 et 12 respectivement. La présente invention, qui s'appuie sur cette observation originale, a principalement pour but de proposer un transducteur capacitif de position visant au moins à réduire une limitation précédemment évoquée. A cette fin, le transducteur capacitif de position, par ailleurs conforme à la 30 définition générique qu'en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement 2 caractérisé en ce que les bords internes sont courbes. Grâce à cet agencement, on observe un signal du type : Capacité d'un condensateur "Doigt / Electrode" = f (longueur d'électrode) Ce signal est produit par le transducteur capacitif de position et permet d'identifier la position longitudinale du doigt le long des électrodes présente moins de zones, dites d'incertitude de position, où un rapport signal/bruit est proche de l'unité. Ce cas peut être observé lorsqu'une courbe du signal présente une asymptote à un axe, par exemple à celui de la longueur d'électrode, en particulier dans les zones limitrophes des électrodes. La résolution des mesures s'améliore en conséquence. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : La figure 1 représente de manière schématique respectivement en vue simplifiée de dessus un doigt se déplaçant longitudinalement à proximité de deux électrodes de surface triangulaires connues disposées tête-bêche sur une surface d'un substrat, Les figures 2 et 3 représentent de manière schématique, en vue simplifiée respectivement de dessus et de côté, un doigt se déplaçant longitudinalement à proximité de deux électrodes de surface selon l'invention disposées tête-bêche sur une surface d'un substrat et présentant respectivement deux bords internes courbes en regard l'un de l'autre, La figure 4 représente un schéma électronique simplifié partiel d'un transducteur capacitif de position comprenant un circuit électronique selon l'invention permettant de mesurer une capacité variable à l'aide d'une technique de transfert de charges, La figure 5 illustre schématiquement un algorithme des mesures de la capacité variable selon l'invention à l'aide de la technique de transfert de charges. La figure 1, présentant l'état de l'art, a déjà été discutée ci-dessus et n'est pas décrite de nouveau ici. Comme annoncé précédemment et illustré sur les figures 2-5, l'invention concerne un transducteur capacitif de position destiné à déterminer une position longitudinale Xi d'un objet de référence, par exemple d'un doigt 5, en particulier, de forme cylindrique de diamètre d, se déplaçant le long du transducteur, de préférence, perpendiculairement à la surface 40. Le transducteur comprend un substrat 4 (par exemple, réalisé en matériau diélectrique) présentant un axe longitudinal OX et comportant au moins deux électrodes 21, 22 disposées (au moyen d'un collage, par voie électrolytique...) tête-bêche sur une surface 40 du substrat 4. Ces électrodes 21, 22 présentent deux bords internes respectifs 210, 220 s'étendant selon l'axe longitudinal OX. Les bords internes 210, 220 sont disposés en regard l'un de l'autre symétriquement par rapport à un axe de symétrie EF perpendiculaire à ladite surface 40. Selon l'invention, les bords internes 210, 220 sont courbes (figure 2). Comme le montre la figure 4, le transducteur comporte au moins un circuit électronique L; lié avec une source de tension Ve; et comportant au moins : un commutateur K;, un condensateur de capacité fixe Cs;, par exemple, à deux plaques, un moyen de mesure M1; de tension Vs; du condensateur de capacité fixe Cs; monté en parallèle avec ce condensateur, un moyen comparateur M2; de la tension Vs; du condensateur de capacité fixe Cs; avec une tension de consigne Vso. La source de tension Ve; est du type continu et présente une borne de polarité positive (+) et une borne de polarité négative (-). Cette dernière est liée avec une masse Ti. La source de tension Ve; est montée en parallèle avec le condensateur de capacité fixe Cs; par l'intermédiaire du commutateur K. Le circuit électronique L; est lié avec l'une des deux électrodes 21, 22 par l'intermédiaire du commutateur K. Le moyen comparateur M2; est lié avec le moyen de mesure M1; de tension Vs; du condensateur de capacité fixe Cs;. Le commutateur K; peut disposer d'au moins trois bornes a;, pi, y; et comprendre un interrupteur d'entrée K1; et un interrupteur de sortie K2; montés en série. Dans l'exemple sur la figure 4, une première borne a;, dite d'entrée du commutateur K;, lie l'interrupteur d'entrée K1; avec, par exemple, la borne de polarité positive de la source de tension Ve;. Une deuxième borne pi, dite de sortie 3 du commutateur K;, lie l'interrupteur de sortie K2; avec, par exemple, l'une des plaques du condensateur de capacité fixe Cs;. Une autre plaque dudit condensateur de capacité fixe Cs; peut être liée, par exemple directement, à la borne de polarité négative de la source de tension Ve; et/ou à la masse Ti. Une troisième borne y;, dite de passage du commutateur K;, est disposée entre l'interrupteur d'entrée K1; et l'interrupteur de sortie K2. et lie ces derniers avec l'une des deux électrodes 21, 22. Grâce à ces agencements, en présence du doigt 5 à proximité (figure 3), voire en contact direct (cas non illustré sur les figures), avec les électrodes 21, 22, chacune d'elle peut former, avec ledit doigt 5, un condensateur de capacité variable Ce;, étant entendu que le doigt 5 est lié à son tour à la borne � négative � de la source de tension Ve; et/ou à la masse Ti. Ladite capacité variable Ce; peut être décrite comme suit : Ce;EXs~, D où D est une distance (en mètres) entre le doigt 5 et le moyen conducteur (figure 3), Si est une surface (en mètres carrés) de projection du doigt 5 sur l'électrode correspondante (voir les zones hachurées référencées S21 et S22 pour respectivement les électrodes 21 et 22 sur la figure 2) ; E est une constante diélectrique absolue (en farad par mètre) d'un matériau isolant 3 entre le doigt 5 et les électrodes 21, 22. Dans un cas simplifié d'électrodes 21, 22 métalliques non recouvertes par un plastique protecteur, lorsque le doigt 5 ne touche pas les électrodes 21, 22 : E = EAIR ; lorsque le doigt 5 glisse sur les électrodes 21, 22 : E = EPEAU DU DOIGT- Généralement, les déplacements du doigt 5 le long de l'axe longitudinal OX s'opèrent parallèlement à la surface 4. La distance D restant pratiquement inchangée, la variation de la capacité Ce; à tout point j lors des déplacements longitudinaux du doigt 5 dépend linéairement de la surface de projection Si qui, à son tour, dépend de la position longitudinale Xi du doigt 5 par rapport aux électrodes 21, 22 comme suit : =f (E2) x') [Cei Pour obtenir l'information sur la position Xi du doigt 5 le long des électrodes 21, 22, il suffit de mesurer la capacité Ce; à tout point j lors du déplacement longitudinal du doigt 5 en utilisant une technique de transfert de 5 charges mise en oeuvre à l'aide des circuits électroniques décrits ci-dessus. La mesure de la capacité Ce; s'opère de manière instantanée (par un calculateur non représenté) à chaque point j du déplacement du doigt 5 le long de l'axe OX à l'aide d'un algorithme illustré sur la figure 5. Ce dernier est basé sur des mesures du nombre Ni de commutations générées par des cycles T d'ouverture/fermeture correspondantes des interrupteurs d'entrée K1; et/ou de sortie K2;, nécessaires pour transférer les charges, d'abord de la source de tension Ve;, à travers l'interrupteur d'entrée K1; en position � fermée � (l'interrupteur de sortie K2; étant en position � ouverte � pour couper le circuit), vers le condensateur à capacité variable Ce;, puis de ce dernier, à travers l'interrupteur de sortie K2; en position � fermée � (l'interrupteur d'entrée K1; étant en position � ouverte � pour couper le circuit), vers le condensateur de capacité fixe Cs; (telle que Cs; � Ce;), jusqu'à ce que ce dernier affiche une tension de consigne Vso; prédéterminée. Une fois le nombre Ni de commutations mesuré, le condensateur de capacité fixe Cs; est déchargé à l'aide des moyens de décharge (non représentés sur les figures) du condensateur de capacité fixe Cs; commandés par le calculateur. L'invention tire partie du fait que le rapport entre le nombre Ni de commutations (mesuré dans le point j) et la capacité variable Ce; est non linéaire et est décrit par une équation logarithmique suivante : VSO ln 1 N' = Ve; , ln 1+ Ce' CS'1 ( (E3) Au vu des équations E2 et E3, la position longitudinale Xi recherchée peut être décrite comme suit : (E4) 6 où F est une fonction non linéaire (c'est-à-dire, ne pouvant en aucun cas être décrite par un polynôme de premier ordre) du nombre Ni de commutations mesuré dans chaque point j du déplacement du doigt 5 le long de l'axe OX. De préférence, chacun des dits bords internes 210, 220 présente un profil 5 exponentiel. Grâce à cet agencement, il est possible, grâce au profil exponentiel des bords internes 210, 220, de corriger davantage la non linéarité de la fonction F de l'équation E4, voire de compenser complètement cette non linéarité, de manière à ce qu'une nouvelle fonction FI ainsi obtenue (Xi = F1([N;]i) soit linéaire (c'est-à-dire, 10 pouvant être décrite par un polynôme de premier ordre). En absence des zones avec des asymptotes affleurant le zéro, en particulier, dans des zones limitrophes 9 et 8 représentatives des extrémités longitudinales des électrodes 21 et 22 (figure 2), le signal peut être distingué du bruit de manière plus aisée ce qui améliore ladite résolution de mesures. 15 De préférence, les électrodes de surface 21, 22 présentent respectivement des aires identiques. Grâce à cet agencement, il est possible d'améliorer ladite résolution de mesures en comparant à l'aide du calculateur les signaux produits par deux circuits électroniques respectivement associés aux deux électrodes 21, 22. 20 De préférence, le transducteur capacitif de position comprend au moins deux circuits électroniques L; (i = 21 pour un premier circuit lié avec l'électrode 21 et i = 22 pour un deuxième circuit lié avec l'électrode 22) liés respectivement avec les deux électrodes 21, 22 et comportant les condensateurs de capacité fixe Cs; identique. Cela facilite davantage la comparaison des signaux produits par les 25 deux circuits électroniques parfaitement identiques par le calculateur. REVENDICATIONS 1. Transducteur capacitif de position comprenant un substrat (4) présentant un axe longitudinal (OX) et comportant au moins deux électrodes (21, 22) disposées tête-bêche sur une surface (40) du substrat (4), ces électrodes (21, 22) présentant deux bords internes respectifs (210, 220) s'étendant selon l'axe longitudinal (OX), les bords internes (210, 220) étant disposés en regard l'un de l'autre symétriquement par rapport à un axe de symétrie (EF) perpendiculaire à ladite surface (40), caractérisé en ce que les bords internes (210, 220) sont courbes. 2. Transducteur capacitif de position selon la revendication 1, caractérisé en ce 10 que chacun des dits bords internes (210, 220) présente un profil exponentiel. 3. Transducteur capacitif de position selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les électrodes de surface (21, 22) présentent respectivement des aires identiques. 4. Transducteur capacitif de position selon l'une quelconque des revendications 15 précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un circuit électronique (L;) lié avec une source de tension (Ve;) et comportant un commutateur (K;), un condensateur de capacité fixe (Cs;), un moyen de mesure (M1;) de tension (Vs;) du condensateur de capacité fixe (Cs;) monté en parallèle avec ce condensateur, un moyen comparateur (M2;) de la tension (Vs;) 20 du condensateur de capacité fixe (Cs;) avec une tension de consigne (Vso;), en ce que la source de tension (Ve;) présente une borne de polarité positive (+) et une borne de polarité négative (-) liée avec une masse (Ti), en ce que la source de tension (Ve;) est montée en parallèle avec le condensateur de capacité fixe (Cs;) par l'intermédiaire du commutateur (K;), en ce que le circuit 25 électronique (L;) est lié avec l'une des deux électrodes (21, 22) par l'intermédiaire du commutateur (K;), et en ce que le moyen comparateur (M2;) est lié avec le moyen de mesure (M1;) de tension (Vs;) du condensateur de capacité fixe (Cs;). 5. Transducteur capacitif de position selon la revendication 4 combinée à la 30 revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux circuitsélectroniques (L;) liés respectivement avec les deux électrodes (21, 22) et comportant les condensateurs de capacité fixe (Cs;) identique.