Brevet FR3034538A1 — publié le 20161007

/Mar/20116 12:21:23 Vele° 01 48 84 54 65 34538 1 Dispositif et procédé de détection capacitive et Interface utilisateur L'invention concerne un dispositif de détection capacitive pour Interface d'utilisateur, notamment pour véhicule automobile. L'invention concerne également une interface utilisateur et un procédé de détection capacitive. Dans l'habitacle d'un véhicule, on utilise des interfaces permettant à l'utilisateur de commander des systèmes embarqués du véhicule. Certaines interfaces sont en outre pourvues de capteurs capacitifs pour détecter l'approche du doigt de l'utilisateur à proximité de l'interface. Cette détection peut permettre d'activer l'interface avant que l'utilisateur ne contacte l'interface. Cependant, la détection est réalisée avec un champ de détection relativement large, qui peut ne pas être suffisamment précis si l'on souhaite détecter l'approche du doigt dans un faisceau étroit de détection, par exemple dans une zone uniquement située en face d'un ou plusieurs organes de commande. On souhaite en effet éviter les détections parasites, c'est-à-dire éviter d'activer l'interface lorsque l'utilisateur déplace son doigt à proximité de l'interface mais en dehors de la zone face aux organes de commande, pour réaliser une autre opération par exemple. Cette détection parasite peut survenir par exemple lorsque l'utilisateur 20 souhaite activer un organe de commande parmi plusieurs au sein d'une interface et qu'Il ne souhaite pas activer les autres organes de commande ou s'il souhaite accéder à un module de commande au sein d'une même interface sans activer les autres modules de commande ou s'il souhaite accéder à une interface parmi plusieurs interfaces sans activer les autres interfaces. 25 A titre d'exemple, un module de commande peut comprendre un ensemble d'organes de commandes en ligne, tels que des touches, dont on souhaite commander le rétroéclairage par détection capacitive afin de faciliter le choix de la touche par exemple en conduite de nuit. On cherche alors à éviter une fausse détection par exemple de l'utilisateur accédant à la boite à gants. 30 Par ailleurs, l'interface est généralement pourvue de pièces décoratives chromées qui, par leur présence, peuvent perturber le champ électrique autour du capteur capacitif et peuvent donc perturber la détection du doigt de l'utilisateur. 3D/Mar/2016 1221:23 Valsa 01 48 84 54 65 A934538 2 Un des buts de la présente invention est de proposer un dispositif de détection capacitive pour interface, amélioré, A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de détection capacitive pour interface utilisateur destiné à détecter la présence d'un objet au voisinage 5 ou au contact d'une façade du dispositif de détection capacitive, caractérisé en ce que le dispositif de détection capacitive comporte : - au moins deux électrodes espacées l'une de l'autre, - au moins une unité d'excitation électriquement connectée aux électrodes, la au moins une unité d'excitation étant configurée 10 pour exciter simultanément au moins deux électrodes par des signaux d'excitation sensiblement identiques. En excitant simultanément les électrodes par un signal d'excitation sensiblement identique, on réduit le couplage parasite entre les électrodes. Le champ électrique est affaibli entre les deux électrodes excitées au même 15 potentiel. En outre, les lignes de champ électrique entre les électrodes se repoussent de sorte que le couplage entre les deux électrodes est évité. Le doigt de l'utilisateur peut ainsi être détecté par l'une des électrodes, sans couplages parasites entre les électrodes. La dynamique du signal mesuré et la résolution spatiale peuvent ainsi être augmentées. Selon une ou plusieurs caractéristiques du dispositif de détection capacitive, prise seule ou en combinaison : - la au moins une unité d'excitation est configurée pour exciter simultanément toutes les électrodes par des signaux d'excitation sensiblement identiques, - le dispositif de détection capacitive comporte une pluralité d'électrodes espacées les unes des autres, l'unité d'excitation étant configurée pour exciter simultanément les électrodes proches d'au moins une électrode dont on mesure un paramètre capacitif, l'unité d'excitation est configurée pour exciter les électrodes situées à une distance inférieure à 50 millimètres d'au moins une électrode dont on mesure un paramètre capacitif, - l'unité d'excitation est configurée pour mesurer un paramètre 30/Mar/2016 1221:23 Vele° 01 48 84 54 65 8./31934538 3 capacitif d'une seule électrode à la fois, le dispositif de détection capacitive comporte au moins un élément conducteur additionnel connecté à l'unité d'excitation, l'unité d'excitation étant en outre configurée pour exciter simultanément 5 l'élément conducteur additionnel par un signal d'excitation sensiblement identique à celui des électrodes. L'invention a aussi pour objet une interface utilisateur comportant un dispositif de détection capacitive tel que décrit précédemment et au moins un organe de commande et/ou le dispositif de détection capacitive étant configure 10 pour détecter un contact pour commander un système embarqué du véhicule automobile, L'interface utilisateur peut comporter un écran d'affichage dont au moins un paramètre d'affichage est contrôlable par le au moins un organe de commande et/ou par le dispositif de détection capacitive. 15 L'invention a aussi pour objet un procédé de détection capacitive de la présence d'un objet au voisinage ou au contact d'une interface utilisateur pour véhicule automobile comportant un dispositif de détection capacitive comportant au moins deux électrodes espacées l'une de l'autre, caractérisé en ce qu'on excite simultanément au moins deux électrodes du dispositif de détection 20 capacitive par des signaux d'excitation sensiblement identiques. Selon une ou plusieurs caractéristiques du procédé de détection capacitive, prise seule ou en combinaison, on excite simultanément toutes les électrodes par des signaux d'excitation sensiblement identiques, 25 - on excite simultanément les électrodes proches d'au moins une électrode dont on mesure un paramètre capacitif, on modifie l'affichage d'un écran d'affichage et/ou on éclaire les régions de rétro-éciairage de la façade lorsque la présence d'un objet au voisinage ou au contact de la façade est prise en compte. 30 D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante donnée à titre uniquement non limitatif et qui se réfère aux figures annexées dans lesquelles : 30/Mar/2016 12:21:23 Valeo 01 48 84 54 65 131934538 4 la figure 1 représente une vue schématique d'une interface utilisateur, la figure 2 est un schéma électrique montrant les couplages électriques de deux électrodes d'un dispositif de détection capacitive avec la main d'un utilisateur, et 5 la figure 3 montre une représentation graphique de l'amplitude et de la direction des lignes de champ électrique pour les deux électrodes et la main de l'utilisateur de la figure 2. Sur ces figures, les éléments identiques portent les mêmes numéros de référence. 10 Les réalisations suivantes sont des exemples. Sien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement quo chaque référence concerne le même mode de réalisation, ou que les caractéristiques s'appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent 15 également être combinées ou interchangées pour fournir d'autres réalisations. Dans la suite de la description, la face avant désigne la face visible depuis l'habitacle du véhicule automobile. La figure 1 représente un exemple de réalisation d'une interface utilisateur 20 1. L'interface utilisateur 1 peut être agencée dans un habitacle de véhicule automobile, par exemple dans le tableau de bord, dans une console centrale du véhicule, ou encore au plafonnier ou dans un ouvrant. L'interface utilisateur 1 peut comporter au moins un organe de commande 25 2, six dans l'exemple, et un dispositif de détection capacitive 10. L'organe de commande 2 comporte par exemple un commutateur, tel qu'un interrupteur è bascule ou un bouton poussoir, ou un pavé tactile tel qu'un pavé tactile de type réels& ou capacitif, ou encore un bouton rotatif ou une touche ou une barrette de touches ou une dalle tactile transparente ou un écran 30 doté d'une dalle tactile. L'organe de commande 2 permet à l'utilisateur conducteur ou passager qui l'actionne, de commander au moins un système embarqué du véhicule tel que le système de climatisation, de radio, de musique, du téléphone, de ventilation ou de navigation. 30/Mar/2016 12:21:23 valsa 01 48 84 54 65 13134538 5 L'interface utilisateur 1 peut en outre comporter un écran d'affichage 4, permettant notamment à l'utilisateur de visualiser les commandes sélectionnées ou à sélectionner par exemple par l'organe de commande 2. Des paramètres d'affichage de l'écran d'affichage 4, tels que la sélection d'un élément dans un 5 menu ou la validation d'une sélection, peuvent ainsi être contrôlés par manipulation d'au moins un organe de commande 2. Le dispositif de détection capacitive 10 permet de détecter la présence ou le contact d'un objet, tel qu'un ou plusieurs doigts ou la paume de la main de l'utilisateur 14, à proximité de l'interface utilisateur 1, et notamment à proximité 10 de l'organe de commande 2. Le dispositif de détection capacitive 10 peut comporter une façade 11 comprenant une zone de commande par exemple réalisée par une ouverture ménagée dans la façade 11, donnant accès à l'utilisateur à au moins un organe de commande 2 de l'interface utilisateur 1. 15 La façade 11 est rigide, par exemple réalisée en matière plastique. Elle a notamment une fonction décorative. La façade 11 peut comporter en outre des régions de rétro-éclairage 13 de symboles ou pictogrammes situées par exemple à proximité d'au moins un organe de commande 2 respectif. Les symboles ou pictogrammes des régions 20 de rétro-éclairage 13 sont par exemple translucides ou transparentes. Elles laissent passer la lumière de sources lumineuses de l'interface utilisateur 1 agencées à l'arrière de la façade 11, telles que des diodes électroluminescentes. Le dispositif de détection capacitive 10 comporte en outre au moins une première et une deuxième électrodes El, E2, ES, E4, E6 espacées l'une de 25 l'autre, cinq dans l'exemple, et au moins une unité d'excitation 12 électriquement connectée aux électrodes El-E6. Les électrodes El-H peuvent être portées par la façade 11. Elles peuvent être agencées à proximité d'un ou de plusieurs organes de commande 2, par exemple à l'arrière, à côté ou autour d'un ou plusieurs organes de 30 commande 2. Les électrodes E1-E5 sont par exemple des fils ou rubans conducteurs, par exemple transparents, par exemple en rro (oxyde Indium - étain). Les électrodes E1-E5 peuvent en outre être surmoulées dans la façade 11. 30/Mar/2016 12:21:23 Valeo al 48 84 54 65 ?i134538 6 Les électrodes E1-E5 peuvent être agencées sur une face arrière de la façade 11 (ou face interne), non visible, pour être protégées d'éventuelles décharges électrostatiques. L'unité d'excitation 12 peut être configurée pour mesurer un paramètre 5 capacitif d'une électrode E1-E5 telle qu'une variation de capacité, une variation de constante de temps et/ou une variation de fréquence d'oscillation. Une mesure de variation de capacité peut être réalisée par transfert de charges. Pour cela, l'unité d'excitation 12 peut comporter au moins une capacité de référence pouvant être connectée à une électrode E1-E5 préalablement 10 excitée per un signal d'excitation $, par exemple en fermant un interrupteur. Le transfert de charges de l'électrode E1-E5 chargée vers la capacité de référence permet de mesurer une capacité qui varie si un objet est situé au voisinage de l'interface 1. Avec au moins deux électrodes E1-E5, on peut déterminer avec plus de 15 précision si un objet est positionné dans le champ des électrodes E1-E5 en comparant les signaux mesurés aux électrodes E1-E5. Ainsi, lorsqu'un objet, tel que le doigt ou la main d'un utilisateur 14 approche de la façade 11, une variation de capacité peut être détectée aux électrodes E1-E5, qui dépend de la capacité de couplage entre chaque électrode E1-E5 et l'objet. On peut ainsi éviter de 20 fausses détections de l'utilisateur qui déplace sa main à proximité de la façade 11 pour une autre action, par exemple pour accéder à la boite à gants. Selon un exemple de fonctionnement, l'unité d'excitation 12 est configurée pour comparer une variation d'un paramètre capacitif d'une électrode E1-E5 avec au moins un seuil, pour déterminer la présence d'un objet au 25 voisinage de la façade 11 ou le contact de la façade 11 par un objet. Par exemple, lorsque la variation mesurée aux bornes d'une électrode E1-E5 est inférieure à Lin premier seuil, on considère qu'aucun objet n'est détecté. En revanche, si la variation mesurée franchit ce premier seuil, alors on considère qu'un objet est détecté. 30 Lorsque cette variation mesurée est comprise entre ledit premier seuil et un deuxième seuil supérieur au premier, on considère avoir détecté la présence d'un objet au voisinage de la façade 11. Si en revanche, cette variation mesurée dépasse le deuxième seuil alors on considère que l'objet a touche » la façade 11. 30/Mar/2016 12:21:23 Vele° 01 48 84 54 65 iefe4538 7 Dans ce dernier cas, le dispositif de détection capacitive 10 peut être configure pour activer la commande d'un système embarqué du véhicule automobile. La au moins une unité d'excitation 12 est configurée pour exciter 5 simultanément au moins deux électrodes E1-E5 par des signaux d'excitation S sensiblement identiques (figure 2). En excitant simultanément les électrodes E1-E5 par des signaux d'excitation S sensiblement identiques, les capacités parasites C12 entre les électrodes E1-E5 ne peuvent pas se charger, ce qui permet de réduire le 10 couplage parasite entre les électrodes E1-E5 lorsque l'on réalise une acquisition. L'électrode E1-E5 dont on mesure un paramètre capacitif se retrouve alors « isolée ». Par sensiblement identiques, on entend que les signaux d'excitation S sont identiques ou faiblement décalés temporellement, comme décalés 15 temporellement d'une durée inférieure à 1 microseconde. Les signaux d'excitation S sensiblement identiques peuvent également présenter des écarts d'amplitudes inférieures à 20% lorsqu'ils ne sont pas décalés temporellement, le couplage parasite apparaissant progressivement avec l'augmentation de ces différences entre les signaux d'excitation S. 20 Les signaux d'excitation comportent par exemple une succession de puises, telle qu'une succession de puises rectangulaires, carrés ou en forme de sinus, les signaux d'excitation S pouvant être alternatifs, Les signaux d'excitation S en forme de créneaux présentent l'avantage de pouvoir éliminer l'effet parasite dus à la présence de certains éléments de l'environnement (comme les peintures 25 conductrices, salissures, condensation d'eau...). Pour simplifier le montage et les coûts, on prévoit que l'interface 1 comporte une unique unité d'excitation 12 configurée pour exciter au moins deux électrodes E1-E5 par un même signal d'excitation S. L'unité d'excitation 12 peut être configurée pour mesurer le paramètre 30 capacitif d'une seule électrode E1-E5 à la fois, Le paramètre capacitif des électrodes E1-E5 est alors mesuré électrode par électrode, par balayage, une seule électrode E1-E5 étant « mesurée » à la fois. Les électrodes El -E5 sont alors mesurées de manière séquentielle et les électrodes E1-E5 pour lesquelles 30/Mar/2016 12:2123 \taled 01 48 84 54 65 Sita 4 538 on ne fait pas d'acquisition peuvent être excitées soit le temps de mesurer au moins une électrode E1-E5, soit continuellement. En réalisant une mesure sur une seule électrode à la fois, on simplifie le logiciel de traitement des données et on simplifie l'interface 1 notamment dans le cas de mesures de variations de 5 capacité car on limite le nombre nécessaire de capacités de référence. Dans le cas où le dispositif de détection capacitive 10 comporte un nombre d'électrodes E1-E5 supérieur à deux, on peut distinguer des électrodes « proches », voisines d'au moins une électrode dont on mesure un paramètre capacitif et des électrodes « éloignées ». L'unité d'excitation 12 peut être 10 configurée pour exciter simultanément les électrodes E1-E5 proches d'au moins une électrode E1-E5 dont on mesure un paramètre capacitif par des signaux d'excitation S sensiblement identiques à celui de l'électrode E1-E5 dont on mesure un paramètre capacitif. On comprend que les électrodes proches varient avec le balayage 15 séquentiel de la au moins une électrode dont on mesure un paramètre capacitif. On considère alors qu'il n'est pas nécessaire d'exciter les électrodes éloignées car le couplage électrique est négligeable. Par exemple, l'unité d'excitation 12 est configurée pour exciter les électrodes El -E5 situées à une distance inférieure à 50 millimètres d'au moins 20 une électrode E1-E5 dont on mesure un paramètre capacitif. Ainsi, toutes les électrodes E1-E5 dont au moins une extrémité est située dans le périmètre de l'électrode E1-E5 dont on mesure un paramètre capacitif sont également excitées le temps de l'acquisition. On peut aussi prévoir que l'unité d'excitation 12 soit =figurée pour 25 exciter simultanément toutes les électrodes E1-E5 par des signaux d'excitation S sensiblement identiques. Ainsi, on exalte toutes les électrodes E1-E5 du dispositif 10 en même temps. Les autres éléments conducteurs de l'interface utilisateur 1, tels que les éléments métallisés 3 pour la décoration de la façade 11 ou des organes de 30 commande 2, par exemple chromés, peuvent être également connectés à l'unité d'excitation 12, l'unité d'excitation 12 étant en outre configurée pour exciter simultanément ces éléments conducteurs additionnels 3, par un signal d'excitation sensiblement identique à celui des électrodes E1-E5. 30/Mar/2016 12:21:23 Valeo 01 48 84 54 85 iM184538 g La figure 3 schématise l'orientation et l'amplitude du champ électrique d'un dispositif de détection capacitive 10 muni de deux électrodes El, E2. On constate sur cet exemple que le champ électrique est affaibli entre les deux électrodes El, E2 excitées au même potentiel. En outre, les lignes de champ 5 électrique entre les électrodes El et E2 se repoussent de sorte que le couplage entre les deux électrodes El, E2 est évité. Le doigt de l'utilisateur 14 peut ainsi être détecté soit par l'électrode El, soit par l'électrode E2, sans couplages parasites entre les électrodes El et E2. La dynamique du signal mesuré et la résolution spatiale peuvent ainsi être augmentées. 10 De plus, en excitant les électrodes E1-E5 par un même signal d'excitation S, on évite de laisser une électrode qui n'est pas excitée à un potentiel flottant. En effet, en laissant une électrode à un potentiel flottant, un couplage mutuel pourrait se créer entre les électrodes. Le signal d'excitation est alors couplé à la main de l'utilisateur 14 à travers l'électrode de mesure mais aussi via des 15 chemins parasites, tels qu'à travers d'autres électrodes ou parties métalliques, Ces couplages parasites limitent la variation de signal sur l'électrode de mesure et diminuent le rapport signal/bruit. Ils peuvent également générer de fausses informations de présence de la main de l'utilisateur 14 devant l'électrode de mesure alors que la main est proche d'une autre électrode. De plus, l'électrode 20 laissée au potentiel flottant peut relayer des lignes de champ électrique à des éléments métalliques ou à d'autres électrodes à proximité. Egaiement, en excitant les électrodes E1-E5 par un même signal d'excitation, on évite de connecter une électrode qui n'est pas en train de faire une mesure, à la masse. En effet, en connectant l'électrode qui n'est pas excitée 25 à la masse, on intensifie le champ électrique entre les deux électrodes. La mesure faite par l'électrode excitée est alors très perturbée par l'électrode mise à la masse, En fonctionnement, le traitement des signaux de mesure des électrodes E1-E5, permet de déterminer si le doigt de l'utilisateur 14 est dans le champ de 30 détection étroit souhaité d'une électrode E1-E5 ou s'il est en dehors de ce champ de détection et ne doit pas être pris en compte. Il est alors possible par exemple, de disposer plusieurs interfaces utilisateur 1 sans que celles-ci ne s'activent l'une l'autre. 30/Msr/2016 12:21:23 Valsa 01 48 84 54 65 1q/08 4538 10 Lorsqu'une électrode E1-E5 identifie un objet dans son champ, on peut par exemple prévoir de modifier l'affichage sur l'écran d'affichage 4 et/ou d'allumer les sources lumineuses pour rétroéciairer les régions de rétro-éclairage 13 de la façade 11. Le rétroéclairage de la façade 11 facilite la manipulation de 5 l'interface utilisateur 1, notamment de nuit. Selon un autre exemple, on prévoit d'illuminer l'interface 1, notamment en modifiant l'affichage sur l'écran d'affichage 4 et/ou en rétroéolairant les régions de rétro-éclairage 13 do la façade 11, lorsque la variation de capacité est comprise entre un premier seuil et un deuxième seuil, permettant de détecter la 10 présence d'un objet au voisinage de la façade. Et, si la variation de capacité dépasse le deuxième seuil, alors on commande un système embarqué du véhicule automobile, REVENDICATIONS1. Dispositif de détection capacitive (10) pour interface utilisateur (1) destiné à détecter la présence d'un objet au voisinage ou au contact d'une façade (11) du dispositif de détection capacitive (10), caractérisé en ce que le dispositif de détection capacitive (10) comporte : - au moins deux électrodes (El-E5) espacées l'une de l'autre, - au moins une unité d'excitation (12) électriquement connectée aux électrodes (E1-E5), la au moins une unité d'excitation (12) étant configurée pour exciter simultanément au moins deux électrodes (E1-E5) par des signaux d'excitation (S) sensiblement identiques. 2. Dispositif de détection capacitive (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la au moins une unité d'excitation (12) est configurée pour exciter simultanément toutes les électrodes (E1-E5) par des signaux d'excitation (S) sensiblement identiques. 1 Dispositif de détection capacitive (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de détection capacitive (10) comporte une pluralité d'électrodes (E1-E5) espacées les unes des autres, l'unité d'excitation (12) étant configurée pour exciter simultanément les électrodes (E1-E5) proches d'au moins une électrode (E1-E5) dont on mesure un paramètre capacitif. 4. Dispositif de détection capacitive (10) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'unité d'excitation (12) est conflgurée pour exciter les électrodes (E1-E5) situées à une distance inférieure à 50 millimètres d'au moins une électrode (E1-E5) dont on mesure un paramètre capacitif. 5. Dispositif de détection capacitive (10) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'unité d'excitation (12) est configurée pour mesurer un paramètre capacitif d'une seule électrode (E1-E5) à la fois. 6. Dispositif de détection capacitive(10) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un élément conducteur additionnel (3) connecté à l'unité d'excitation (12), l'unité d'excitation (12) étant en outre configurée pour exciter simultanément l'élément conducteur additionnel (3) par un signal d'excitation (S) sensiblement identique à celui des électrodes (E1-E5). 30/Mar/2016 12:21:23 Valeo 01 48 84 54 65 173{à3 4538 12 7. Interface utilisateur (1) pour véhicule automobile caractérisée en ce qu'elle comporte : - un dispositif de détection capacitive (10) selon l'une des revendications précédentes, et 5 - au moins un organe de commande (2) et/ou le dispositif de détection capacitive (10) étant configuré peur détecter un contact pour commander un système embarqué du véhicule automobile. 8. Interface utilisateur (1) selon la revendication précédente, caractérisée en ce qu'elle comporte un écran d'affichage (4) dont au moins un paramètre 10 d'affichage est contrôlable par le au moins un organe de commande (2) et/ou par le dispositif de détection capacitive (10). 9. Procédé de détection capacitive de la présence d'un objet au voisinage ou au contact d'une interface utilisateur (1) pour véhicule automobile comportant un dispositif de détection capacitive (10) comportant au moins deux électrodes 15 (E1-E5) espacées l'une de l'autre, caractérisé en ce qu'on excite simultanément au moins deux électrodes (E1-E5) du dispositif de détection capacitive (10) par des signaux d'excitation (S) sensiblement identiques. 10. Procédé de détection capacitive sehin la revendication précédente, caractérisé en ce qu'on excite simultanément toutes les électrodes (E1-E5) 20 par des signaux d'excitation (S) sensiblement identiques. 11. Procédé de détection capacitive selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'on excite simultanément les électrodes (E1-E5) proches d'au moins une électrode (E1-E5) dont on mesure un paramètre capacitif. 12. Procédé de détection capacitive selon l'une des revendications 9 à 11, 25 caractérisé en ce qu'on modifie l'affichage d'un écran d'affichage (4) et/ou on éclaire les régions de rétro-éclairage (13) de la façade (11) lorsque la présence d'un objet au voisinage ou au contact de la façade (11), est prise en compte.