Brevet FR2944351A1 — publié le 20101015

La présente invention a pour objet un dispositif qui permet de détecter par effet capacitif la présence d'un corps conducteur à proximité d'une zone de détection déterminée. Elle concerne notamment, mais non exclusivement, un dispositif permettant de détecter la proximité de l'extrémité d'un doigt ou d'un stylet avec une zone de détection constituée par une surface conductrice 15 s'étendant sous un corps isolant dont la face supérieure constitue la partie visible d'une touche sensitive. On sait qu'il existe des touches sensitives qui comprennent chacune un corps isolant sous lequel s'étend une surface conductrice constituant une zone de 20 détection, qui est reliée à un circuit électronique de mesure de variation de capacité. De cette manière, le rapprochement d'un doigt ou plus généralement d'un corps conducteur de la surface conductrice provoque une variation de la capacité du condensateur dont les deux armatures et le diélectrique sont constitués respectivement par le doigt, la surface conductrice et le corps 25 isolant. En outre, les claviers comportant des touches sensitives du type susdit sont souvent associés à un système d'affichage pouvant consister en des cellules à cristaux liquides éclairées par un moyen de rétroéclairage, ce système 30 d'affichage et ce moyen de rétroéclairage, qui ont généralement une épaisseur 1 de l'ordre de deux à dix millimètres, étant disposés sous ladite surface conductrice. Cependant, la liaison électrique entre la surface conductrice constituant une zone de détection et le circuit électronique de mesure de variation de capacité doit être réalisée en tenant compte de la hauteur de ce système d'éclairage et de ce moyen de rétroéclairage, ainsi que de l'éventuelle déformation des touches sensitives lors du contact du doigt de l'utilisateur avec la face apparente dudit corps isolant. L'invention a donc plus particulièrement pour but de résoudre ce problème en proposant un dispositif de détection par effet capacitif de la proximité d'un corps conducteur d'au moins une zone de détection déterminée, cette dernière étant reliée à un circuit électronique de mesure de variation de capacité de façon à garantir la continuité électrique et l'absence de contact entre le système d'affichage et le corps isolant sous lequel s'étend la zone de détection. À cet effet, elle propose un dispositif de détection par effet capacitif de la proximité d'un corps conducteur d'une zone de détection déterminée, ce 20 dispositif de détection comprenant : • au moins une touche sensitive qui comporte un corps isolant sous lequel s'étend une surface conductrice constituant la zone de détection ; • un circuit électronique de mesure de variation de capacité relié à la surface conductrice, ce circuit électronique étant compris dans un 25 support ; et caractérisé en ce que : • la surface conductrice est solidaire du corps isolant ; • le support comprend au moins une piste conductrice reliée au circuit électronique ; 30 • la surface conductrice est connectée à une piste conductrice au moyen d'au moins une entretoise, distincte de ladite surface conductrice et de la piste conductrice, prenant appui sur ledit support, constituée au moins en partie d'une matière conductrice, compressible, et qui permet d'assurer une connexion électrique par contact avec au moins ladite surface conductrice tout en compensant les éventuelles différences de hauteur entre le corps isolant et ledit support. De cette façon, la compressibilité de ce conducteur électrique permet d'assurer la connexion électrique entre la surface conductrice et le circuit électronique tout en garantissant l'absence de contact direct entre le corps isolant et un système d'affichage du type susdit. En outre, de manière avantageuse, la touche sensitive selon l'invention permet de satisfaire aux contraintes d'étanchéité et d'isolement électrique. De plus, de manière avantageuse, ce dispositif selon l'invention permet de dissocier la fonction d'affichage de la fonction de détection de variation capacitive. En effet, les touches sensitives à effet capacitif comprennent généralement un dispositif d'affichage de type LCD ("Liquid Crystal Display") disposé sous le corps isolant, qui comporte des cellules qui sont chacune encadrées par deux surfaces conductrices s'étendant longitudinalement, l'une d'entre elles étant au contact du corps isolant. De cette façon, le contact d'un doigt ou d'un stylet conducteur avec la face apparente de la touche sensitive provoque une variation du champ électrique existant entre ces deux surfaces conductrices qui sont reliées à un circuit électronique apte à détecter cette variation. Ainsi, lorsque le dispositif selon l'invention comporte un système d'affichage compris dans l'espace délimité par le corps isolant et le circuit électronique, celui - ci ne participe pas à la fonction de détection de variation capacitive. En outre, le dispositif selon l'invention permet avantageusement une meilleure 30 aération du système d'affichage qui n'est plus au contact direct du corps isolant. Selon une variante d'exécution préférentielle de l'invention, l'armature constituée par ladite surface conductrice est réalisée par la sérigraphie d'une encre conductrice qui permet de supprimer la présence d'air entre le corps isolant et cette surface conductrice. Avantageusement, la touche sensitive est considérée comme étant activée lorsque la variation de capacité est supérieure à un seuil prédéterminé dont la valeur a été définie de manière à ce que la variation de capacité résultant du contact d'un doigt de l'utilisateur avec la face apparente du corps isolant soit supérieure à ce dit seuil. Ainsi, préférentiellement, en l'absence de contact avec cette face apparente, cette valeur de seuil n'est pas dépassée, ce qui permet d'éviter l'activation intempestive des touches sensitives. La détermination de ce seuil est établie préférentiellement en fonction d'une valeur moyenne de capacité du condensateur, ce qui permet de compenser les dispersions dues à la fabrication, à l'évolution des composants dans le temps, et à l'environnement (la température et l'humidité). Des modes d'exécution de l'invention seront décrits ci-après, à titre d'exemples 20 non limitatifs, avec référence aux dessins annexés, dans lesquels : La figure 1 est une représentation schématique, vue de côté, du dispositif selon l'invention. 25 La figure 2 est une représentation schématique, vue de dessus, du dispositif selon une variante d'exécution de l'invention, la surface conductrice comportant plusieurs sous - parties. Dans cet exemple, tel que cela est représenté sur la figure 1, le dispositif selon 30 l'invention comporte : • au moins une touche sensitive 1 qui comporte un corps isolant 2 sous lequel s'étend une surface conductrice 3 constituant la zone de détection ; • un circuit électronique 4 de mesure de variation de capacité relié à la surface conductrice 3. Le corps isolant 2 peut être constitué par exemple de matière plastique telle que du polycarbonate, ou de verre, ce corps isolant 2 étant de préférence constitué d'une matière transparente. Selon une variante d'exécution préférentielle de l'invention, tel que cela est représenté sur la figure 2, des touches sensitives 1 comprennent chacune une surface conductrice 3 qui comporte au moins deux sous ù parties 3', 3" s'étendant sur la face inférieure du corps isolant 2. De cette façon, la touche sensitive 1 est considérée comme étant activée lorsque la variation de capacité des deux condensateurs correspondant respectivement aux deux sous ù parties 3', 3" est supérieure à un seuil déterminé, ce qui réduit les risques d'activation intempestive de cette touche 1. Avantageusement, tel que cela est représenté sur la figure 2, les touches sensitives 1 peuvent être disposées en étoile 20 de manière à constituer un potentiomètre. Selon une autre variante d'exécution de l'invention, tel que cela est représenté sur la figure 2, les touches sensitives 1 peuvent être disposées en colonne 21 à laquelle est associé un indicateur de niveau 22 adjacent (à chaque touche 1 correspond un niveau déterminé), cet ensemble constituant un barregraphe. Avantageusement, la juxtaposition de touches sensitives 1 ou de sous ù parties 30 3', 3" du type susdit peut permettre de détecter le mouvement d'un corps conducteur 6, tel qu'un doigt. De manière préférentielle, cette surface conductrice 3 est réalisée par la sérigraphie d'une encre conductrice qui permet de supprimer la présence d'air entre le corps isolant 2 et cette surface conductrice 3, ce qui permet d'éviter une dégradation des performances du diélectrique 2 et de préserver l'étanchéité de la touche sensitive 1. De cette façon, lorsqu'un corps conducteur 6, tel qu'un doigt d'un utilisateur, s'approche ou se trouve au contact de la face apparente du corps isolant 2, l'ensemble comprenant la touche sensitive 1 et le corps conducteur 6 constitue un condensateur, les armatures et le diélectrique étant constitués respectivement par le corps conducteur 6, la surface conductrice 3 (ou une sous - partie 3', 3" de la surface conductrice) et le corps isolant 2, chacune des sous û parties 3', 3" constituant avec le corps conducteur 6 et le corps isolant 2, un condensateur. Ainsi, à titre d'exemple, le contact de l'extrémité d'un doigt avec une touche sensitive de 1 cm2 provoque, lorsque le corps isolant 2 a quelques millimètres d'épaisseur, une variation de capacité de l'ordre de 1 à 5 pico û Farads. La variation de capacité résultant du contact ou de la proximité du corps conducteur 6 avec la face apparente du corps isolant 2 est mesurée par le circuit électronique 4 de mesure de variation de capacité qui est constitué par un circuit imprimé pouvant être compris dans un support 7, tel qu'un boîtier. Ce support 7 comprend au moins une piste conductrice 11, en l'espèce deux pistes 11, reliée au circuit électronique 4, chacune de ces pistes 11 s'étendant de manière à être en regard de la surface conductrice 3 ou d'une sous û partie 3', 3" correspondante de la surface conductrice 3. Ce circuit électronique 4 peut comprendre notamment : • une unité centrale de traitement (UCT) ; • des moyens de mémoire tels que de la mémoire volatile (RAM) ; • une horloge. L'unité centrale de traitement du circuit électronique 4 calcule ladite variation de capacité et détermine si elle est supérieure à une valeur - seuil prédéfinie. Ainsi, la touche sensitive 1 est considérée comme étant activée lorsque la variation de capacité est supérieure audit seuil prédéterminé. La valeur - seuil peut être prédéfinie de manière à ce que seul le contact du 10 doigt de l'utilisateur avec la face apparente du corps isolant 2 provoque une variation de capacité supérieure à cette valeur - seuil. En outre, le dispositif selon l'invention peut également comporter un système d'affichage 8 pouvant consister en des cellules à cristaux liquides (LCD : 15 "Liquid Crystal Display") éclairées par un moyen de rétroéclairage 10. Ce système d'affichage 8 et ce moyen de rétroéclairage 10, qui ont généralement une épaisseur de l'ordre de deux à dix millimètres, sont disposés dans l'espace compris entre le corps isolant 2 et le circuit électronique 4, le moyen de rétroéclairage 10 reposant en l'espèce sur le support 7 du circuit électronique 20 4. De plus, la surface conductrice 3 et le circuit électronique 4 sont reliés au moyen d'au moins une entretoise 5 constituée d'une matière conductrice et élastique. 25 En l'espèce, chaque surface conductrice 3 ou chaque sous ù partie 3', 3" de la surface conductrice 3 est reliée au circuit électronique 4 au moyen d'une entretoise 5 axée sensiblement perpendiculairement à l'axe longitudinal du corps isolant 2, l'extrémité supérieure et inférieure de chaque entretoise 5 étant 30 au contact respectivement de la surface conductrice 3 ou d'une sous û partie 3', 3" respective de la surface conductrice 3, et d'une piste conductrice 11 respective du support 7 du circuit électronique 4. Préférentiellement, chaque entretoise 5 est constituée d'un élastomère conducteur à bandes conductrices pouvant être de type ZEBRA�, dont la compressibilité et l'élasticité permettent avantageusement de compenser les éventuelles différences de hauteur entre le circuit électronique 4 et le corps isolant 2, d'éviter tout contact entre le système d'affichage 8 et le corps isolant 2, et d'amortir les chocs résultant d'une frappe sur la touche sensitive 1. En outre, l'utilisation d'une entretoise 5 conductrice du type susdit présente les avantages suivants : • l'assemblage de chaque entretoise 5 s'effectue par simple pression du support 7 contre les sous ù parties 3', 3" de la surface conductrice 3, les jeux étant rattrapés par la compression desdites bandes conductrices ; • aucune adjonction de capacité parasite n'est créée ; • le coût de réalisation du dispositif selon l'invention est optimisé. Selon une variante d'exécution préférentielle, le dispositif selon l'invention peut également comporter des moyens de guidage et de fixation 12 permettant de maintenir en position les entretoises 5. Ces moyens de guidage et de fixation 12 peuvent ainsi être disposés de part et d'autre de chaque entretoise 5 et être reliés, à titre d'exemple non limitatif, au niveau de chacune de leurs extrémités au support 7 et à la face inférieure du corps isolant 2. Ces moyens de guidage et de fixation 12 qui sont constitués préférentiellement de matière plastique, ont une longueur inférieure à celle de l'entretoise 5 en position détendue et comprennent à chacune de leurs extrémités une cale (non représentée) venant en butée contre le support 7 et contre la face inférieure du corps isolant 2 lorsque l'entretoise 5 est comprimée, ce qui permet de contrôler la profondeur de l'enfoncement de la touche sensitive 1. En outre, le dispositif selon cette variante d'exécution de l'invention peut comprendre des moyens mécaniques d'assemblage 13 reliant le corps isolant 2 et le support 7, qui permettent d'exercer une pression entraînant la compression des entretoises 5, et assurant ainsi le contact électrique avec la surface conductrice 3. Revendications1. Dispositif de détection par effet capacitif de la proximité d'un corps conducteur (6) d'une zone de détection (3) déterminée, ce dispositif de 5 détection comprenant : • au moins une touche sensitive (1) qui comporte un corps isolant (2) sous lequel s'étend une surface conductrice (3) constituant la zone de détection • un circuit électronique (4) de mesure de variation de capacité relié à la 10 surface conductrice (3), ce circuit électronique (4) étant compris dans un support (7) ; et caractérisé en ce que : • la surface conductrice (3) est solidaire du corps isolant (2) ; • le support (7) comprend au moins une piste conductrice (11) reliée au 15 circuit électronique (4) ; • la surface conductrice (3) est connectée à une piste conductrice (11) au moyen d'au moins une entretoise (5), distincte de ladite surface conductrice (3) et de la piste conductrice (11), prenant appui sur ledit support (7), constituée au moins en partie d'une matière conductrice, 20 compressible, et qui permet d'assurer une connexion électrique par contact avec au moins ladite surface conductrice (3) tout en compensant les éventuelles différences de hauteur entre le corps isolant (2) et ledit support (7). 25 2. Dispositif de détection selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'armature constituée par la surface conductrice (3) est réalisée par la sérigraphie d'une encre conductrice qui permet de supprimer la présence d'air entre le corps isolant (2) et cette surface conductrice (3). 10 30 3. Dispositif de détection selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que chaque touche sensitive (1) comprend une surface conductrice (3) qui comporte au moins deux sous ù parties (3', 3") s'étendant sur la face inférieure du corps isolant (2) ; de cette façon, la touche sensitive (1) est considérée comme étant activée lorsque la variation de capacité des deux condensateurs correspondant respectivement aux deux sous ù parties (3', 3") est supérieure à un seuil déterminé, ce qui réduit les risques d'activation intempestive de cette touche (1). 4. Dispositif de détection selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le circuit électronique (4) comprend : • une unité centrale de traitement (UCT) ; • des moyens de mémoire ; 15 • une horloge ; la variation de capacité résultant du contact ou de la proximité du corps conducteur (6) avec la face apparente du corps isolant (2) étant mesurée par ce circuit électronique (4) de mesure de variation de capacité ; l'unité centrale de 20 traitement du circuit électronique (4) calcule ladite variation de capacité et détermine si elle est supérieure à une valeur - seuil prédéfinie, la touche sensitive (1) étant considérée comme étant activée lorsque la variation de capacité est supérieure audit seuil prédéterminé ; le circuit électronique (4) est constitué par un circuit imprimé compris dans le support (7). 25 5. Dispositif de détection selon la revendication 3 et 4, caractérisé en ce que la piste conductrice (11) reliée au circuit électronique (4) s'étend de manière être en regard de la surface conductrice (3) ou d'une sous ù partie (3', 3") correspondante de la surface conductrice (3). 30 6. Dispositif de détection selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un système d'affichage (8) éclairé par un moyen de rétroéclairage (10), ce système d'affichage (8) et ce moyen de rétroéclairage (10) étant disposés dans l'espace compris entre le corps isolant (2) et le circuit électronique (4). 7. Dispositif de détection selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que l'extrémité supérieure et inférieure de chaque entretoise (5) est au contact respectivement d'une surface conductrice (3) ou d'une sous ù partie (3', 3") respective de la surface conductrice (3), et d'une piste conductrice (11) respective du support (7) du circuit électronique (4). 8. Dispositif de détection selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque entretoise (5) est constituée d'un élastomère conducteur à bandes conductrices dont la compressibilité et l'élasticité permettent de compenser les éventuelles différences de hauteur entre le circuit électronique (4) et le corps isolant (2), et d'éviter tout contact entre le système d'affichage (8) et le corps isolant (2). 9. Dispositif de détection selon l'une des revendications 3 à 8, caractérisé en ce que l'assemblage de chaque entretoise (5) s'effectue par simple pression du support (7) contre les sous ù parties (3', 3") de la surface conductrice (3), les jeux étant rattrapés par la compression desdites bandes conductrices. 10. Dispositif de détection selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte : • des moyens de guidage et de fixation (12) permettant de maintenir en position les entretoises (5), ces moyens de guidage et de fixation (12) 30 pouvant être disposés de part et d'autre de chaque entretoise (5) et êtrereliés, au niveau de chacune de leurs extrémités au support (7) et à la face inférieure du corps isolant (2) ; et • des moyens mécaniques d'assemblage (13) reliant le corps isolant (2) et le support (7), qui permettent d'exercer une pression entraînant la compression des entretoises (5), et assurant ainsi le contact électrique avec la surface conductrice (3).