Brevet FR3035981A1 — publié le 20161111

La présente invention est relative aux commutateurs rotatifs agencés sur un écran (notamment tactile) en particulier pour les interfaces homme-machine dans un véhicule automobile. Les écrans tactiles sont de plus en plus utilisés, y compris dans les interfaces 5 homme-machine (« IHM ») des véhicules automobiles. Il s'avère cependant que l'utilisation de boutons physiques présente une ergonomie que ne peut pas offrir un écran tactile, en particulier en situation de conduite où les doigts de l'utilisateur peuvent trembler et ne sont pas précis. Par conséquent, il est apparu un besoin de combiner la versatilité d'un écran 10 tactile avec l'ergonomie de boutons physiques dans une même unité d'interface homme-machine. Un des boutons physiques dont l'ergonomie est la plus appréciée par les utilisateurs conducteurs est une molette rotative équipée en outre optionnellement d'un mouvement axial de validation. On parle aussi de « molette multifonctions », la partie 15 technique sous-jacente de la molette est basée sur un encodeur à principe optique ou à effet Hall. Certains ont proposé des solutions, comme celle divulguée par le document US 2010 0 214 213, pour intégrer une telle molette/encodeur dans un écran tactile. Cependant, il est nécessaire de prévoir un trou dans l'écran tactile (ce qui le rend 20 non standard) et le fonctionnement de l'encodeur peut perturber le fonctionnement de la détection de l'écran tactile. Il est donc apparu un besoin de proposer une solution améliorée pour intégrer un ensemble molette/encodeur sur un écran tactile. À cet effet, il est proposé ici un dispositif de commutateur/sélecteur rotatif 25 agencé sur un écran, notamment mais pas exclusivement tactile, le dispositif comprenant : - une source lumineuse tournante émise par l'écran, de forme générale annulaire d'axe A, la source lumineuse présentant à un instant donné un motif périodique répétitif le long du cercle généré par la forme générale annulaire, et le tout se 30 déplaçant en rotation autour de l'axe A, - un support fixé à la surface supérieure de l'écran, - un ensemble mobile qui comprend un rotor et une molette, le rotor étant monté à rotation d'axe A par rapport au support, - un doigt guide de lumière monté sur le rotor, 3035981 2 - un anneau collecteur de lumière, fixe, le doigt guide de lumière transmettant sélectivement la lumière depuis la source lumineuse jusqu'à l'anneau collecteur de lumière, - un capteur optique, l'anneau collecteur de lumière transmettant la lumière vers le capteur optique, et recevant le passage des motifs à une fréquence correspondant à la fréquence de référence correspondant à rotation de la source lumineuse, modifiée par l'effet de la rotation de l'ensemble mobile. En d'autres termes, le capteur optique est adapté pour détecter une déviation de fréquence induite par un mouvement angulaire de la molette avec sa direction et une information sur son amplitude et sa vitesse, la déviation de fréquence étant appréciée par rapport à une fréquence de référence FO engendrée par la rotation de la source lumineuse. Grâce à ces dispositions, on peut ainsi former une molette/encodeur implantée directement sur l'écran et utilisant des ressources de l'écran. Avantageusement, l'utilisation d'une telle molette/encodeur ne nécessite pas une mobilisation visuelle à 100 (3/0 de l'utilisateur comme c'est le cas lorsqu'on effectue une commande par toucher sur une interface tactile. Ainsi, le réglage d'un paramètre ou la sélection d'un élément peut être faite au moyen de la molette/encodeur sans mobiliser complètement la fonction visuelle du conducteur qui reste disponible pour la conduite. On peut prévoir en outre un retour haptique sur le mouvement de rotation de la molette/encodeur. Dans divers modes de réalisation de l'invention, on peut éventuellement avoir recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes : - selon une réalisation, le doigt guide de lumière introduit une déviation des rayons lumineux reçus de la source lumineuse correspondante d'un angle prédéterminé voisin de 180°. Les rayons lumineux peuvent être ahsi conviés vers un capteur de type photodiode et l'encombrement du dispositif reste relativement petit, le tout étant de préférence logé dans le volume intérieur de la molette/encodeur, ce qui rend le dispositif compact ; - la molette/encodeur peut être montée par rapport au rotor avec un mouvement de translation axiale mais de façon solidaire en rotation. Ceci procure un mouvement intuitif pour la fonction « validation » ; - le mouvement axial de la molette/encodeur provoque la coupure du faisceau lumineux dans son parcours entre la source lumineuse et l'anneau collecteur de lumière par un muret d'occultation. Ceci permet la détermination d'une action de pression de validation ; 3035981 3 - la vitesse de rotation de la source lumineuse peut être choisie pour être plus grande qu'un mouvement rapide que pourrait effectuer un utilisateur en tournant la molette/encodeur, à savoir typiquement une vitesse supérieure à 2 tr/s. La déviation de fréquence étant inférieure à la fréquence de référence, on ne peut 5 pas avoir d'indétermination en cas de fréquence perçue voisine de zéro ; - le nombre de répétitions de motifs périodiques par tour peut être configurable par application logicielle. On peut choisir la finesse de réglage souhaitée pour un paramètre à régler ; - chaque motif de source lumineuse peut être formé par une alternance d'un arc 10 de cercle noir et d'un arc de cercle blanc ; le capteur optique pouvant alors être choisi comme un composant standard basique ; - l'anneau collecteur de lumière peut comprendre une pluralité de petits miroirs de réflexion pour réfléchir et guider la lumière depuis un point d'entrée quelconque selon la position angulaire du doigt guide de lumière vers le capteur optique ; 15 - une zone centrale de la molette/encodeur et du moyeu du corps du support est évidée ou translucide, de sorte que la portion de l'écran située au voisinage de l'axe A est visible de l'utilisateur ; D'autres aspects, buts et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante d'un de ses modes de réalisation, donné à titre d'exemple non 20 limitatif, notamment en regard des dessins joints : - la figure 1 représente une vue générale d'un écran équipé d'un dispositif de molette/encodeur selon l'invention, - la figure 2 représente une vue en perspective de la molette/encodeur - la figure 3 représente une vue éclatée du dispositif molette/encodeur, 25 - la figure 4 est une vue en coupe axiale de principe du dispositif molette/encodeur, - la figure 5 illustre une source lumineuse utilisée, - les figures 6A et 6B illustrent le fonctionnement optique de l'anneau collecteur de lumière, respectivement en vue de dessus et en développé 30 circonférentiel, - la figure 7 représente un chronogramme illustrant les signaux issus du capteur optique, - la figure 8 montre un diagramme fonctionnel du traitement électronique. Sur les différentes figures, les mêmes références désignent des éléments 35 identiques ou similaires. 3035981 4 La figure 1 représente une vue de face d'un écran 10 d'un véhicule automobile. De préférence, l'écran en question est tactile, toutefois un écran non tactile peut aussi convenir pour la présente invention. Sur cet écran 10, est installé un dispositif de commutateur/sélecteur rotatif, 5 repéré 1, autrement dit un dispositif de type molette/encodeur. Ce dispositif de commutateur/sélecteur rotatif est de préférence agencé près d'une bordure 10A de l'écran, car comme il sera vu plus loin, il peut être prévu une nappe 38 de pistes électriques qui permet de relier le capteur optique 31 du commutateur/sélecteur rotatif 1 vers une unité de traitement 8, intégrée ou pas à la logique de contrôle de l'écran 10. 10 Dans l'exemple illustré en figure 2 selon un premier mode de réalisation, le dispositif de commutateur/sélecteur rotatif 1 comprend une molette 42 qui peut être tournée autour d'un axe A selon un premier sens W1 et un deuxième sens W2. Par ailleurs, selon une option, la molette 42 peut être pressée en direction de l'écran (flèche V), pour une fonction validation comme connu en soi. 15 Dans l'exemple illustré, le dispositif de commutateur/sélecteur rotatif 1 permet par exemple de sélectionner un certain nombre d'options 15 qui sont affichées graphiquement dans une zone périphérique à l'extérieur du dispositif de commutateur/sélecteur rotatif 1. La rotation de la molette 42 peut aussi servir à régler un paramètre, à se déplacer dans des menus déroulants, etc. 20 Le dispositif comprend une source lumineuse Si émise par l'écran 10, c'est une application de contrôle de l'écran 10 qui génère cette source lumineuse Si. Comme illustré aux figures 4 et 5, la source lumineuse Si se présente, à un instant donné, sous une forme générale annulaire d'axe A. La source lumineuse Si présente un motif périodique répétitif le long du cercle généré par la forme annulaire 25 d'axe A, c'est-à-dire un motif qui se répète un nombre Ni de fois sur un tour complet 360°. Ici Ni = 4. Dans l'exemple illustré figure 5, chaque motif est constitué d'un arc de cercle noir suivi d'un arc de cercle blanc lumineux. On peut définir un cercle primitif Cl situé à un rayon R1 de l'axe A. Dans l'exemple illustré, chacun des arcs s'étend sur 45° angulaires, 30 mais il pourrait en être autrement, les arcs de cercle noirs et blancs pourraient être de taille différente. Les signaux lumineux de la source lumineuse Si sont émis en permanence dès lors que l'écran fonctionne et avantageusement la source lumineuse Si telle que définie à un instant T tourne autour de l'axe A. 35 Au lieu de 4, Ni pourrait prendre une valeur quelconque entre 2 et 12 par exemple. 3035981 5 On note également qu'il n'est pas exclu que le nombre de répétitions de motif Ni puisse varier d'une opération de réglage à une autre, étant donné que les motifs de la source lumineuse Si sont générés par une application logicielle. La rotation des motifs de la source lumineuse Si se fait dans l'exemple illustré 5 dans le sens des aiguilles d'une montre WO. La vitesse de rotation w0 des motifs de la source lumineuse Si est prédéfinie. Si l'utilisateur tourne la molette dans le même sens, à savoir W1 à la figure 2, les changements d'état du parcours optique apparents vu du capteur optique 31 sont ralentis, et inversement lorsque l'utilisateur tourne la molette 42 dans le sens opposé, à savoir W2 10 à la figure 2, les changements d'état du parcours optique apparents vu du capteur optique 31 sont accélérés. La vitesse de rotation w0 est choisie de manière à ce que même si l'utilisateur tourne la molette assez rapidement, cela reste en deçà de w0 et cela ne suffit pas à annuler les changements d'états associés aux signaux reçus sur le capteur optique 31. 15 On peut choisir par exemple 2 tr/s comme valeur, ou bien 3 tr/s, ou bien encore 4 tr/s ou bien encore 5 tr/s. Par ailleurs, le dispositif de commutateur/sélecteur rotatif 1 comprend : - un support 2 fixé à la surface supérieure de l'écran 10, avec un corps 20 qui peut se présenter comme un moyeu évidé au travers duquel un utilisateur peut voir la 20 surface de l'écran 10 au centre 16 du dispositif de commutateur/sélecteur rotatif 1, - un ensemble mobile 4 qui comprend un rotor 41, le rotor 41 étant monté à rotation d'axe A par rapport au corps 20 du support 2 (le moyeu formant palier), et la molette 42 déjà mentionnée, qui est monté avec un degré de liberté axiale 25 par rapport au rotor 41 mais avec une liaison rigide en rotation autour de l'axe A, - un équipement optique qui sera détaillé plus loin, - une carte électronique 3 équipée d'un capteur optique 31, autrement dit, en pratique, une photodiode ou un phototransistor ; le capteur optique 31 est chargé de récupérer un flux lumineux Fz en provenance de la source lumineuse Si. 30 Par ailleurs, le dispositif de commutateur/sélecteur rotatif 1 comprend en particulier concernant son équipement optique : - un doigt guide de lumière 11 monté sur le rotor 41, (donc tournant) dans des logements, de préférence isolés par des parois 27 vis-à-vis de l'environnement extérieur, 35 - un anneau collecteur de lumière 21 monté fixe par rapport à la surface de l'écran 10, 3035981 6 - le doigt guide de lumière 11 transmettant sélectivement la lumière reçue depuis la source lumineuse Si jusqu'au collecteur de lumière 21, - l'anneau collecteur de lumière 21 transmettant la lumière reçue du doigt guide de lumière 11 jusqu'au capteur optique 31. 5 Grâce à ces éléments (cf. figures 4, 6A et 6B), un trajet optique Fz peut être établi depuis la source lumineuse Si jusqu'au capteur optique 31 : en effet, le doigt guide de lumière 11 transmet sélectivement la lumière reçue depuis la source lumineuse Si jusqu'au collecteur de lumière 21 (moyennant le passage par deux réflexions successives à 900 sur les coins coupés du doigt guide de lumièle 11), et ensuite l'anneau collecteur de 10 lumière 21 transmet la lumière reçue du doigt guide de lumière 11 jusqu'au capteur optique 31. Le capteur optique 31 est agencé sur la carte électronique à plat sur l'écran 10, et reçoit la lumière préférentiellement selon la direction orthogonale au plan de l'écran 10. 15 Le doigt guide de lumière 11 se présente comme un guide optique en forme de L inversé avec deux pans coupés à 45° dans les mins, ce qui procure les réflexions susmentionnées. Comme illustré aux figures 3, 6A et 6B, le doigt guide de lumière 11 parcourt un trajet circulaire avec une zone de pied lla qui se situe toujours au-dessus du cercle 20 primitif Cl de la première source lumineuse Si, soit au-dessus d'un arc de cercle blanc soit au-dessus d'une zone noire, le doigt guide de lumière 11 capte les rayons lumineux issus de la source lumineuse Si notamment en particulier les rayons les plus puissants issus perpendiculairement à la surface de l'écran 10. Les rayons lumineux ainsi captés subissent ensuite le long du doigt guide de lumière 11 deux réflexions à 90°, et par 25 conséquent sont, à la sortie 11 b du doigt guide de lumière 11, dirigés vers l'écran 10 perpendiculairement à ce dernier. À cet endroit, ils viennent impacter la surface supérieure de l'anneau collecteur de lumière 21. À l'intérieur de l'anneau collecteur de lumière 21, les rayons lumineux forment un trajet optique 7 interne avec une ou plusieurs réflexions sur une zone de collecte semi-circulaire 70 jusqu'à une zone de sortie 71 qui se 30 poursuit par la projection 72 déjà mentionnée. À l'endroit de la zone de sortie 71, les rayons lumineux sont dirigés sensiblement vers le capteur optique 31 qui se trouve en vis-à-vis au-dessous de l'anneau collecteur de lumière 21. On note que l'anneau collecteur de lumière 21 est constitué de deux moitiés qui se rejoignent d'une part à l'emplacement du capteur (0°) et d'autre part à l'opposé 35 dans la zone 75 diamétralement opposée (i80°). 3035981 7 On prévoit un rappel élastique de la molette 42 vers la direction opposée à l'écran 10, par exemple grâce à des ressorts interposés entre le rotor 41 et la molette 42 elle-même. La figure 7 illustre les signaux 51, 52, 53 optiques captés par le capteur 5 optique 31. Le premier signal 51, chronogramme du haut, illustre les signaux reçus en l'absence de rotation de la molette 42. Dans le cas où sur chaque motif l'excursion angulaire de l'arc de cercle blanc est égale à l'excursion angulaire de l'arc de cercle noir, le signal présente des créneaux équilibrés, c'est-à-dire le niveau haut et le niveau bas ont 10 la même durée, la fréquence du signal étant égale à la fréquence de référence FO, avec FO = 2n x Ni x w0 Le deuxième signal 52, chronogramme du milieu, illustre les signaux reçus lorsque la molette 42 est tournée dans le sens opposé (sens W2 de la figure 2) à la rotation prédéfinie W de la source lumineuse Si, ce qui donne une fréquence 15 apparente F1 plus élevée que FO. Le troisième signal 53, chronogramme du bas, illustre les signaux reçus lorsque la molette 42 est tournée dans le même sens (sens W1 de la figure 2G) que la rotation prédéfinie W de la source lumineuse Si, ce qui a tendance à donner une fréquence apparente F2 plus faible que FO. 20 On comprend donc que d'une façon générale c'est l'analyse de la fréquence perçue F, et plus particulièrement de son décalage F - FO par rapport à la fréquence de référence FO, qui permet d'en déduire une rotation de l'ensemble mobile 4, en termes de direction ainsi que de vitesse. Autrement dit, le phénomène constaté est analogue à un effet Doppler, et l'analyse de la déviation en fréquence est analogue à l'analyse effectuée 25 dans un équipement radar. L'unité de traitement 8 (cf. figure 8) traite les signaux reçus et détecte notamment les fronts descendants et les fronts montants, ce qui permet d'évaluer la fréquence courante F, d'en déduire de décalage de fréquence F - FO, et d'élaborer ensuite des signaux de « tops rotation » 61, 62 respectivement soit dans un sens soit dans l'autre. 30 Dans le cas où la molette 42 peut être déplacée axialement en direction de l'écran 10, pour la fonction validation, un muret 48, faisant saillie du dessous de la molette 42, descend et vient interrompre le passage du trajet optique Fz dans un intervalle du doigt guide de lumière 11. En conséquence de quoi, dans ces conditions, le capteur optique 31 ne reçoit plus de signaux et plus aucun changement d'état, ce qui est 35 compris comme étant caractéristique de l'appui sur la molette 42 par l'utilisateur. L'unité de traitement peut dans ces conditions fournir un « top validation/OK » 63. 3035981 8 On remarque que la zone centrale 43 de la molette 42 et aussi la zone centrale du moyeu du corps 20 est évidée ou translucide, de sorte que la portion de l'écran 10 située au voisinage de l'axe A est visible de l'utilisateur. On note que la molette 42 peut être montée rigide par rapport au rotor (cas 5 sans pression de validation possible), voire que le rotor 41 et la molette 42 peuvent former une seule et même pièce qui forme l'ensemble mobile 4 à elle seule. On note aussi qu'au lieu d'avoir une déviation optique de 1800 comme illustré, le doigt guide de lumière 11 pourrait introduire une déviation des rayons lumineux reçus de la source lumineuse Si d'un angle prédéterminé voisin de 90°, l'anneau collecteur de 10 lumière 21 et le capteur optique 31 étant alors configurés selon une direction essentiellement radiale (et non plus axiale). Grâce à la présente invention, on peut remplacer une commande qui serait effectuée par un toucher avec un doigt (tremblant en situation de conduite) par une sélection et validation au moyen d'une molette, de présentation et préhension classique et 15 qui ne nécessite pas une attention visuelle à 100% de l'utilisateur pendant l'opération. REVENDICATIONS1. Dispositif de commutateur/sélecteur(1) rotatif agencé sur un écran (10), le dispositif comprenant : - une source lumineuse (Si) émise par l'écran (10), de forme générale annulaire d'axe A, la source lumineuse (Si) présentant à un instant donné un motif périodique répétitif (Ni) le long du cercle généré par la forme annulaire, - un support (2) fixé à la surface supérieure de l'écran (10), - un ensemble mobile (4) qui comprend un rotor(41) et une molette (42), le rotor (41) étant monté à rotation d'axe A par rapport au support (2), - un doigt guide de lumière (11), monté surie rotor (41), - un anneau collecteur de lumière (21), fixe, le doigt guide de lumière (11) transmettant sélectivement la lumière depuis la source lumineuse (Si) jusqu'à l'anneau collecteur de lumière (21), - un capteur optique (31), l'anneau collecteur de lumière (21) transmettant la lumière vers le capteur optique (31), caractérisé en ce que la source lumineuse (Si) est tournante et le motif périodique répétitif se déplace en rotation (w0) autour de l'axe A, le capteur optique (31) recevant le passage des motifs à une fréquence (F) correspondant à la fréquence (FO) de référence correspondant à la rotation de la source lumineuse (S1), modifiée par l'effet de la rotation de l'ensemble mobile (4). 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le doigt guide de lumière (11) introduit une déviation des rayons lumineux (Fz) reçus de la source lumineuse (S1) d'un angle prédéterminé voisin de 180°. 3. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la molette (42) est montée par rapport au rotor (41) avec un mouvement de translation axiale mais de façon solidaire en 25 rotation. 4. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel le mouvement axial de la molette (42) provoque la coupure du faisceau lumineux (Fz) dans son parcours entre la source lumineuse (Si) et l'anneau collecteur de lumière (21) par un muret d'occultation (48). 30 5. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la vitesse de rotation (w0) de la source lumineuse (Si) est choisie pour être plus grande qu'un mouvement rapide que 3035981 10 pourrait effectuer un utilisateur en tournant la molette, à savoir typiquement une vitesse supérieure à 2 tr/s. 6. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le nombre de répétitions de motifs par tour (Ni) est configurable par application logicielle. 5 7. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel l'anneau collecteur de lumière (21) comprend une pluralité de petits miroirs de réflexion pour réfléchir et guider la lumière depuis un point d'entrée quelconque selon la position angulaire du doigt guide de lumière (11) vers le capteur optique (31). 8. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel une zone centrale de la /0 molette (43) et du moyeu du corps (20) du support (2) est évidée ou translucide, de sorte que la portion de l'écran (10) située au voisinage de l'axe A est visible de l'utilisateur.