Brevet FR3009099A1 — publié le 20150130

Dispositif tactile capacitif multi surfaces tactiles Le domaine de l'invention est celui des surfaces tactiles ou « touchscreen » à détection capacitive et plus particulièrement des surfaces tactiles dites multitouches ou « multitouch » permettant la détection de deux appuis simultanés. Cette fonction est essentielle pour réaliser par exemple des « zooms » ou des rotations d'image. Le domaine plus particulier de l'invention est celui de la robustesse aux pannes de ladite surface tactile. Cette invention peut s'appliquer dans différentes utilisations mais elle est particulièrement bien adaptée aux contraintes du domaine aéronautique et des planches de bord d'aéronef où la détection et la correction des dysfonctionnements est essentielle pour assurer la sécurité des vols. La détection capacitive dite « projetée » consiste à réaliser une matrice de détection composée de lignes et de colonnes conductrices agencées de façon à détecter les variations locales de capacité introduites par la proximité des doigts de l'utilisateur ou de tout autre objet de désignation à condition qu'il soit électriquement conducteur. La technologie dite capacitive projetée se décline en deux variantes principales qui sont - Détection « Self capacitive » qui consiste à lire les lignes puis les colonnes du réseau de touches de la matrice ; - Détection dite « Mutual capacitive » consistant à lire chaque intersection du réseau de touches de la matrice. Le principe de fonctionnement d'une dalle tactile d'un système de détection d'appui en mode « self-capacitance » est le suivant. Lorsque l'on excite une ligne ou une colonne de cette dalle tactile à une fréquence déterminée, on mesure la capacitance vue sur cette ligne ou cette colonne. Dans le cas d'un appui, la capacité de mode commun sur la ligne ou la colonne est très légèrement augmentée. Cette très légère variation est détectée grâce à un algorithme ayant mémorisé la situation au repos tout en éliminant les bruits ambiants. Dans ce type de système de détection d'appui par self capacitance, on balaye successivement les lignes puis les colonnes. Un des inconvénients de ce type de dispositif est que la perte d'une ligne ou d'une colonne entraîne la perte de fonctionnalité du dispositif complet. Lorsqu'un tel dispositif tactile est monté sur un écran de visualisation de planche de bord d'aéronef qui ne comporte qu'un nombre limité d'écrans de visualisation, la perte d'un dispositif tactile et donc de l'écran de visualisation correspondant pose des problèmes importants ce disponibilité. Pour résoudre ce problème, la solution classique consiste à séparer une grande surface tactile en deux surfaces tactiles totalement indépendantes. Ainsi, en cas de perte d'une des deux surfaces tactiles, la seconde surface reste opérationnelle et peut éventuellement être reconfigurée pour assurer en partie ou en totalité les tâches de la surface tactile en panne. Cependant, cette technique souffre d'un inconvénient important. Les surfaces tactiles de l'art antérieur ne sont pas immunisées contre les champs électriques générés par un dispositif tactile voisin, ce qui impose de maintenir une distance minimale entre deux écrans et interdit de fait la réalisation d'un écran unique sécurisé disposant de deux zones tactiles ségréguées fonctionnant aux mêmes fréquences ou à des fréquences voisines de mesure. Cet inconvénient est illustré en figure 1 qui représente deux surfaces tactiles T1 et T2 côte à côte. Si l'on injecte un signal d'émission/réception S à une certaine fréquence dans la surface tactile T1, les moyens de réception de la surface tactile T2 son parasités par un signal SP à ladite fréquence. Le dispositif selon l'invention ne présente pas cet inconvénient. Il permet l'utilisation simultanée de deux surfaces tactiles, y compris réalisées sur le même substrat tout en conservant l'avantage d'utiliser des fréquences voisines de mesure. A cette fin, le dispositif selon l'invention met en oeuvre des signaux émis à des fréquences orthogonales et une démodulation synchrone utilisant cette propriété. Plus précisément, l'invention a pour objet un dispositif à écran tactile comprenant au moins deux dalles tactiles matricielles, chaque dalle tactile comportant une pluralité de lignes conductrices et de colonnes conductrices, lesdites dalles étant reliées à un ensemble électronique comprenant des moyens d'émission et de réception de signaux électriques de mesure périodiques, les moyens d'émission générant au moins un premier signal d'émission à une première fréquence destiné à la première dalle tactile et un second signal d'émission à une seconde fréquence destiné à la seconde dalle tactile, les moyens de réception agencés de façon à traiter un signal de réception comportant la première fréquence et la seconde fréquence ; Caractérisé en ce que, à la première fréquence étant associée une première période égale à l'inverse de ladite première fréquence, à la seconde fréquence étant associée une seconde période égale à l'inverse de ladite seconde fréquence, les valeurs des fréquences sont telles qu'il existe deux nombres entiers non multiples l'un de l'autre tels que le produit du premier nombre entier par la 'première pétiode est égal au produit du second nombre entier par la seconde période et, les moyens de réception comportent une démodulation d'amplitude synchrone agencée de façon à réaliser la multiplication du signal de réception par quatre fonctions périodiques différentes en sinus et cosinus, les deux prernières fonctions à la première fréquence et les deux secondes fonctions à la seconde fréquence, les quatre signaux multipliés obtenus étant intégrés pendant une durée identique correspondant audit produit, les signaux ainsi intégrés étant représentatifs d'un premier signal de réception à la première fréquence et uniquement à la première fréquence et d'un second signal de réception à la seconde fréquence et uniquement à la seconde fréquence. Avantageusement, les deux dalles tactiles du dispositif sont réalisées sur un même substrat transparent. Avantageusement, deux dalles tactiles du dispositif sont réalisées 25 sur deux substrats transparents différents. Avantageusement, les moyens d'émission génèrent une pluralité de signaux d'émission à des fréquences différentes, à chaque fréquence étant associée une période égale à l'inverse de ladite fréquence, les valeurs des fréquences sont telles qu'il existe une pluralité de nombres entiers non 30 multiples entre eux, chaque nombre étant associé à une fréquence et à la période correspondante tels que le produit de chaque nombre entier par la période associée est un produit constant, et les moyens de réception comportent une démodulation d'amplitude synchrone agencée de façon à réaliser la multiplication du signal 35 de réception par une pluralité de fonctions périodiques différentes en sinus et cosinus représentatives de chaque fréquence, les signaux multipliés obtenus étant intégrés pendant une durée identique correspondant audit produit constant, chaque signal ainsi intégré étant représentatif d'un signal de réception à une fréquence déterminée et uniquement à cette fréquence. Avantageusement, le dispositif à écran tactile comporte au moins un dispositif de visualisation associé aux dalles tactiles matricielles. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre donnée à titre non 10 limitatif et grâce aux figures annexées parmi lesquelles : La figure 1 déjà commentée représente un dispositif à deux surfaces tactiles selon l'art antérieur ; La figure 2 représente le synoptique des moyens de réception dans un dispositif selon l'invention 15 Les figures 3 et 4 représentent le principe des fréquences orthogonales. Comme il a été dit, l'objet de l'invention est de pouvoir faire fonctionner deux dalles tactiles disposées très près l'une de l'autre ou 20 réalisés sur le même substrat sans que le fonctionnement électronique de la première dalle perturbe celui de la seconde. Si les deux dalles doivent fonctionner simultanément, il est nécessaire, bien entendu, que les signaux d'émission soient émis à des fréquences différentes et il est également nécessaire que le système de réception puisse parfaitement séparer les 25 signaux reçus à ces différentes fréquences. Pour réaliser cette fonction, le dispositif met en oeuvre des signaux émis à des fréquences dites « orthogonales » et les moyens de réception comportent une démodulation d'amplitude synchrone fonctionnant avec un temps d'intégration spécifique. Le principe de fonctionnement du dispositif est illustré sur la figure 30 2 dans le cas simple où les signaux d'émission de la première dalle tactile sont émis à une première fréquence F0 et les signaux d'émission de la seconde dalle à une seconde fréquence FI. On notera également To la période associée à la première fréquence F0 et T, la période associée à la seconde fréquence F, avec les relations classiques : 35 To =1/F0 et TI = 1/FI Bien entendu, ce principe se généralise sans difficultés à une pluralité de fréquences. Le signal d'émission SO sur la première dalle vaut : SO = CO sin(2tFot) Le signal d'émission SI sur la seconde dalle vaut : SI = CI sin(2irFit) CO et Cl étant des constantes Le signal reçu U(F0,F1) par les moyens de réception du dispositif tactile comporte à la fois un signal à la première fréquence et un signal à la seconde fréquence. Il est donc de la forme : U(Fo,F1) = AO sin(2irFot) + Ai sin(2rFit) Ce signal reçu est transmis à une démodulation d'amplitude synchrone DAS. Comme représenté en figure 2, celle-ci comporte des premiers moyens électroniques MEI agencés de façon à réaliser la multiplication du signal de réception par quatre fonctions périodiques différentes en sinus et cosinus, la fréquence des deux premières fonctions est égale à la fréquence Fo et la fréquence des deux dernières fonctions est égale à la fréquence Fi. A titre d'exemple, la multiplication par la fonction sin(2itFot) donne le produit Sos qui vaut : Sos U.sin(2nFot) = Ao sin2(27rFot) + Ai sin(2nFit) sin(2nFot) Soit encore Sos = A0/2 - A0/2 cos(4ic Fot)] Ai /2 cos[214 Fo - Fi)t] - Ai /2 cos[27c( Fo + Fi)t] Ainsi, le produit Sos comporte un premier terme constant proportionnel à l'amplitude Ao du signal reçu à la fréquence Fo et des termes périodiques aux fréquences (Fo - Fi) et (Fo + FI). La partie intéressante du produit est, bien entendu, le terme constant. On calcule de la même façon les produits Soc, Sis et Sic. La démodulation d'amplitude synchrone DAS comporte des seconds moyens électroniques ME2 agencés de façon à réaliser l'intégration des produits obtenus pendant un intervalle de temps identique T. Il est clair que l'intégration des produits de type Sos n'est intéressante que si l'intégrale des termes variables est nulle ou quasi-nulle. On sait que l'intégrale d'une fonction trigonométrique en sinus ou cosinus est nulle à la condition que l'intégrale porte sur une durée égale à un nombre entier de périodes. On obtient donc la condition pour que les produits Sos, Soc, Sis et Sic ne dépendent que d'une et une seule fréquence. Cette condition est la suivante: NoTo = = T No et Ni étant des nombres entiers Par conséquent, il faut choisir les fréquences d'émission de façon 5 qu'elles vérifient cette condition simple. A partir de cette équation, on calcule facilement la différence minimale de fréquence M devant séparer deux fréquences d'émission et qui correspond à une différence d'une unité entre les nombres No et Ni. Elle vaut M = 1fT. Ainsi, si le temps d'intégration T vaut 100 Fis, l'intervalle minimal 10 entre deux fréquences d'émission vaut 10 kHz. Le choix des fréquences d'émission est donc simple. Connaissant un temps d'intégration T retenu, les différentes fréquences f sont choisies de telle façon que le produit f.T soit un nombre entier, chaque fois différent et jamais multiples entre eux. 15 A titre d'exemple, la figure 3 représente deux signaux So et Si émis à deux fréquences fo et fi selon l'invention de période respective To et T1 en fonction du temps t. Le temps d'intégration vaut T, les nombres entiers No et Ni et les périodes To et T1 vérifient respectivent : 8 To = 7 T1 T 20 Les signaux émis pendant les durées d'intégration ont une répartition fréquentielle représentée sur la figure 4 qui représente l'amplitude A du signal fréquentiel en fonction de la fréquence f. Cette répartition fréquentielle correspond à la transformée de Fourier du signal. C'est un sinus cardinal dont la largeur du pic central vaut 1/T. Le premier sinus cardinal SC0 25 est centré sur la fréquence sinus cardinal SC1 et le second sinus cardinal SCi est centré sur la fréquence fi. Comme on le voit sur la figure 4, à la fréquence fo, le sinus cardinal SC1 est parfaitement nul et réciproquement, montrant ainsi qu'il n'y aucun signal parasite d'une fréquence sur l'autre. 30 Généralement, le dispositif à écran tactile comporte un dispositif de visualisation unique associé aux dalles tactiles matricielles selon l'invention. Ces dispositifs de visualisation sont utilisés, par exemple, sur des planches de bord d'aéronef. REVENDICATIONS1. Dispositif à écran tactile comprenant au moins deux dalles 5 tactiles matricielles, chaque dalle tactile comportant une pluralité de lignes conductrices et de colonnes conductrices, lesdites dalles étant reliées à un ensemble électronique comprenant des moyens d'érnission et de réception de signaux électriques de mesure périodiques, les moyens d'émission générant au moins un premier signal d'émission (S0) à une première 10 fréquence (F0) destiné à la première dalle tactile et un second signal d'émission (SI) à une seconde fréquence (Fi) destiné à la seconde dalle tactile, les moyens de réception agencés de façon à traiter un signal de réception U(F0,F1) comportant la première fréquence et la seconde fréquence ; 15 Caractérisé en ce que, à la première fréquence étant associée une première période (To) égale à l'inverse de ladite première fréquence, à la seconde fréquence étant associée une seconde période (Ti) égale à l'inverse de ladite seconde fréquence, les valeurs des fréquences sont telles qu'il existe deux nombres 20 entiers (No, Ni) non multiples l'un de l'autre tels que le produit du premier nombre entier par la première période est égal au produit du second nombre entier par la seconde période, et les moyens de réception comportent une démodulation d'amplitude synchrone (DAS) agencée de façon à réaliser la multiplication du 25 signal de réception par quatre fonctions périodiques différentes en sinus et cosinus, les deux premières fonctions à la première fréquence et les deux secondes fonctions à la seconde fréquence, les quatre signaux multipliés obtenus étant intégrés pendant une durée (T) identique correspondant audit produit, les signaux ainsi intégrés étant représentatifs d'un premier signal de 30 réception à la première fréquence et uniquement à la première fréquence et d'un second signal de réception à la seconde fréquence et uniquement à la seconde fréquence. 2. Dispositif à écran tactile selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux dalles tactiles du dispositif sont réalisées sur un même substrat transparent. 3. Dispositif à écran tactile selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux dalles tactiles du dispositif sont réalisées sur deux substrats transparents différents. 4. Dispositif à écran tactile selon l'une des revendications 10 précédentes, caractérisé en ce que les moyens d'émission générant une pluralité de signaux d'émission à des fréquences différentes, à chaque fréquence étant associée une période égale à l'inverse de ladite fréquence, les valeurs des fréquences sont telles qu'il existe une pluralité de nombres entiers non multiples entre 15 eux, chaque nombre étant associé à une fréquence et à la période correspondante tels que le produit de chaque nombre entier par la période associée est un produit constant, et les moyens de réception comportent une démodulation d'amplitude synchrone agencée de façon à réaliser la multiplication du signal 20 de réception par une pluralité de fonctions périodiques différentes en sinus et cosinus représentatives de chaque fréquence, les signaux multipliés obtenus étant intégrés pendant une durée identique correspondant audit produit constant, chaque signal ainsi intégré étant représentatif d'un signal de réception à une fréquence déterminée et uniquement à cette fréquence. 25 5. Dispositif à écran tactile selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un dispositif de visualisation associé aux dalles tactiles matricielles. 30