Brevet FR3041446A1 — publié le 20170324

La présente invention est relative aux boutons de sélection à détection multiple de doigts. De tels boutons de sélection peuvent être utilisés dans les interfaces homme-machine (« IHM ») des véhicules automobiles. Il n'est toutefois pas exclu d'utiliser de tels boutons dans d'autres environnements. En particulier, un tel bouton de sélection peut former un moyen d'interface en relation avec un écran, tactile ou non, notamment situé sur la portion centrale de la planche de bord d'un véhicule, auquel cas il est fréquent d'utiliser un bouton de sélection sur la console centrale plus proche du conducteur, comme par exemple décrit dans le document US 6,769,320. Par exemple, un tel bouton de sélection peut être utilisé pour interagir avec un objet virtuel affiché sur un écran ou déplacer un pointeur pointant sur un objet virtuel. Il faut noter que l'usage d'un écran tactile par un conducteur automobile en situation de conduite est loin d'être idéal, en raison du manque de précision du doigt de l'utilisateur avec le bras quasiment tendu. Si le revêtement de la chaussée est imparfait, cela provoque des secousses de roulage qui rendent l'utilisation de l'écran tactile très difficile. D'où l'intérêt d'utiliser un ou plusieurs boutons physiques dans l'environnement IHM de la conduite automobile. On connaît du document EP 2 511 795 un bouton rotatif qui comprend un élément apte à détecter la présence d'un doigt de la main d'un utilisateur. Toutefois, les inventeurs ont décelé un besoin pour une détection plus fine, et en particulier pour une détection individuelle de plusieurs doigts en contact avec le bouton de sélection, ceci en vue de proposer plusieurs modes de manipulation d'un objet virtuel ou d'un pointeur pointant sur un objet virtuel. Par ailleurs, les fonctions multimédias dans les véhicules automobiles sont de 25 plus en plus étendues, et il est apparu un besoin de faire appel à des objets virtuels affichés sur un écran. Par « multimédia », il faut comprendre ici les fonctions d'information et de divertissement, connu sous le vocable anglais « infotainment ». De tels objets virtuels peuvent être par exemple : - une ligne temporelle comportant des points clés (aussi appelé « index » dans la 30 suite) par exemple un calendrier avec pour points-clé les semaines/mois/années, - une « playlist » de morceaux de musique, chaque début de piste constituant un point clé, - un répertoire téléphonique, avec par exemple chaque première lettre du nom constituant un point clé, 3041446 2 - un itinéraire sur une carte, avec pour points-clé les changements de directions principaux et/ou les étapes définies par l'utilisateur, les points d'intérêt (souvent appelés « POI » dans le métier), - une vidéo avec pour points-clé les changements de chapitre ou de plan 5 séquence, - une carte de navigation en 2D ou 3D avec des POI (point d'intérêt), - une image 360° ou un hologramme ou tout autre objet graphique. On comprend que les objets virtuels dont il est question ici peuvent être considérés comme des objets structurés à plusieurs niveaux, à une ou plusieurs 10 dimensions. Dans un cas simple, les objets virtuels sont des listes indexées (le terme « liste » étant pris au sens large). Un des besoins de l'interface homme-machine est d'interagir avec ces objets virtuels, par exemple de les manipuler dans leur ensemble (rotation/agrandissement/ rétrécissement), ou bien pointer/sélectionner un endroit précis à l'intérieur de l'objet 15 virtuel. Pour ce dernier cas, on définit un pointeur (équivalent généralisé d'un curseur) qui peut être déplacé jusqu'à pointer sur l'endroit précis désiré par l'utilisateur. Il est apparu que l'interaction avec ces objets virtuels au moyen d'un bouton de sélection nécessite une détection fine de l'action réalisée par l'utilisateur sur le bouton. À cet effet, il est proposé ici un bouton de sélection ayant un corps de forme 20 générale annulaire d'axe A, étant monté sur une embase et ayant des moyens de détection pour détecter individuellement chacun de deux doigts ou plus d'un utilisateur au contact du bouton. Grâce à un tel bouton de sélection, le nombre de doigts au contact du bouton peut être déterminé, et le mode d'interaction sur un objet virtuel peut être avantageusement rendu dépendant du nombre de doigts détectés. Par exemple, une action très précise sera obtenue avec deux doigts détectés, alors qu'une action beaucoup plus macroscopique sera obtenue avec trois doigts détectés ou plus. Dans divers modes de réalisation du dispositif selon l'invention, on peut éventuellement avoir recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes. Selon un aspect, le bouton de sélection peut être monté à rotation sur l'embase, et le bouton est mis en rotation par les doigts ; ce qui forme une solution conventionnelle, d'utilisation très intuitive par les utilisateurs. Selon un aspect, les moyens de détection définissent au moins 8 zones de détection distinctes ; ainsi on maximise la probabilité que, entre deux doigts de 35 l'utilisateur, il y ait une zone de détection non activée, ce qui permet de discriminer une situation avec deux doigts proches. 3041446 3 Selon un aspect, les moyens de détection de la présence des doigts sont des éléments de détection capacitive ; On utilise ainsi une technologie éprouvée pour la détection de doigt(s). Selon un autre aspect, les moyens de détection peuvent être des éléments de 5 détection optique infrarouge ; On utilise ainsi une technologie qui permet de détecter les doigts, même en cas de port de gants. Selon une variante, les moyens de détection peuvent être formés par un capteur optique ou une caméra miniature ; ceci forme une solution alternative dans laquelle le corps du bouton est translucide mais ne contient pas d'éléments conducteurs 10 ou de guide de lumière spécifique. Selon un aspect, le bouton de sélection est monté de manière fixe sur l'embase, les doigts glissant sur la surface extérieure du bouton, le bouton de sélection ayant au moins 12 zones de détection capacitive distinctes, de préférence une matrice de détection capacitive. Dans cette configuration, on peut agencer une nappe de détection 15 sur la surface périphérique du corps du bouton et la relier à une unité de traitement. Selon un aspect, les moyens de détection sont disposés sur une zone périphérique annulaire du corps du bouton. Il peut aussi avoir une zone de détection complémentaire sur le sommet du bouton pour la fonction validation. Selon un autre aspect, il peut être prévu pour le bouton un mouvement avec 20 rappel parallèlement à l'axe A ; notamment pour la fonction validation. Selon un autre aspect, il peut être prévu une fonction de retour de force adaptative, c'est-à-dire rendue dépendante du nombre de doigts détectés au contact du bouton ; Ce qui procure un feed-back sensoriel pertinent à l'utilisateur. D'autres aspects, buts et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de 25 la description suivante d'un de ses modes de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif. L'invention sera également mieux comprise en regard des dessins joints sur lesquels : - la figure 1 représente un schéma général d'un système avec un bouton de sélection et un écran d'affichage, dans lequel le procédé selon l'invention 30 peut être mis en oeuvre, - la figure 2 représente une vue en perspective d'un cas d'utilisation avec deux doigts, - la figure 3 montre un diagramme temporel illustrant le procédé d'utilisation du bouton de sélection, - la figure 4 montre un premier mode de réalisation du bouton de sélection, le bouton étant rotatif et la détection capacitive, - la figure 5 montre un deuxième mode de réalisation du bouton de 3041446 4 sélection, le bouton étant fixe et la détection capacitive, - la figure 6 montre un troisième mode de réalisation du bouton de sélection, le bouton étant rotatif et la détection optique, - la figure 7 montre un quatrième mode de réalisation du bouton de 5 sélection, le bouton étant rotatif et la détection étant réalisée au moyen d'une caméra miniature, - la figure 8 montre un bloc diagramme fonctionnel du système. Sur les différentes figures, les mêmes références désignent des éléments identiques ou similaires. 10 La figure 1 représente schématiquement un système mettant en jeu une interface homme-machine (« IHM »), qui peut être utilisée, notamment mais non exclusivement, dans le contexte d'un véhicule automobile. On utilisera par exemple ce type d'interface homme-machine dans le cas d'une configuration avec un écran central principal multifonction qui permet d'afficher des informations très diverses concernant les 15 diverses fonctions du véhicule. Le système en question comprend un bouton de sélection 1 et un écran d'affichage 4. Le bouton de sélection 1 peut être implanté à proximité de l'écran, ou à distance de l'écran, voire directement sur l'écran. Dans l'écran d'affichage 4, il est prévu d'afficher, non seulement des 20 informations simples, mais aussi ce que l'on appelle des « objets virtuels » 2 qui sont des objets structurés, que l'on peut aussi appeler des listes indexées (le terme « liste » étant pris au sens large). Ces objets linéaires structurés peuvent être à une ou plusieurs dimensions, à plusieurs niveaux, ou avec un niveau d'index simple. Dans la suite on parlera « d'index » ou de « point-clé » indifféremment. 25 De tels objets virtuels 2 peuvent être par exemple ceux décrits dans la liste citée plus haut dans la partie introductive. Un des besoins de l'interface homme-machine est de pointer/sélectionner un endroit précis à l'intérieur de l'objet virtuel. Pour cela, on définit un pointeur 3 qui peut être déplacé jusqu'à pointer sur l'endroit précis désiré par l'utilisateur. 30 Chaque objet virtuel 2 aura préférentiellement plusieurs modes d'affichage différents (dimension, mise en valeur, couleur, zoom local, effet ombré, etc), notamment en relation avec le mode de déplacement du pointeur 3. Le bouton de sélection 1 comprend un corps 10 de forme générale annulaire d'axe A ; il est monté sur une embase 9 de façon rotative ou fixe. Le bouton de sélection 1 35 peut être cylindrique ou tronconique comme illustré. La hauteur du bouton de sélection 1 peut être conséquente (figure 1) ou il peut être peu épais (figure 2). 3041446 5 Astucieusement, le bouton de sélection 1 comprend des moyens de détection pour détecter individuellement plusieurs doigts F1, F2 d'un utilisateur U au contact du bouton de sélection 1. Selon un premier mode de réalisation du bouton de sélection 1 (figures 1 5 et 4), la surface périphérique du corps 10 du bouton comprend des nervures 5 en saillie que l'on appellera dans la suite aussi « frettes ». Ces nervures 5 s'étendent sensiblement parallèlement par rapport à l'axe A. Ces nervures 5 favorisent la bonne préhension du bouton par les doigts de l'utilisateur U. Ces nervures 5 jouent aussi un rôle dans la fonction de détection, selon la technologie mise en jeu, comme il sera vu plus loin. 10 La fonction de détection permet de détecter individuellement chaque doigt de l'utilisateur U au contact du bouton. Et par conséquent, le nombre de doigts au contact du bouton peut être déterminé. Comme illustré à la figure 3, le nombre de doigts détecté a une influence immédiate sur le mode de déplacement du pointeur et le mode d'affichage de l'objet 15 virtuel 2. Par exemple, lorsque deux doigts sont détectés, le mode de déplacement et d'affichage est le mode A2, lorsque trois doigts sont détectés, le mode de déplacement et d'affichage est le mode A3. Lorsqu'on passe de deux doigts à trois doigts, le mode d'affichage change quasi instantanément du mode A2 vers le mode A3 ; inversement 20 lorsqu'on passe de trois doigts à deux doigts, le mode d'affichage change quasi instantanément de A3 vers A2. Autrement dit, le mode d'affichage est rendu dépendant du nombre de doigts détectés. Non seulement le mode d'affichage est rendu dépendant du nombre de doigts détectés, mais aussi la façon dont le pointeur est déplacé ; par exemple si deux doigts 25 sont détectés, le système provoque un déplacement lent du pointeur (mode A2), suivant le sens de rotation, si trois doigts ou plus sont détectés, le système provoque un déplacement plus rapide du pointeur (mode A3), à savoir linéairement plus rapide ou par saut(s). Selon une variante, on pourra faire en sorte que si trois doigts sont détectés, 30 le système provoque un déplacement direct vers l'index suivant 31 ou précédent 32 suivant le sens de rotation, et si quatre doigts sont détectés, le système provoque un déplacement rapide sans saut du pointeur, par exemple trois ou quatre fois plus rapide que dans le cas où deux doigts sont détectés. Selon une autre option, si cinq doigts sont détectés, le système provoque un 35 déplacement direct vers le début ou la fin de la liste. Selon un aspect optionnel, on peut prévoir aussi que le mode d'affichage change ou que le rétro éclairage du bouton soit modifié dès que l'utilisateur touche le bouton, c'est-à-dire dès lors qu'un seul doigt est détecté. 3041446 6 Par ailleurs, on prévoit, sur le bouton de sélection 1, un retour de force c'est-à-dire une fonction haptique qui fournit à l'utilisateur un effet ressenti de crans (ou un effet d'indexation) lorsqu'il tourne le bouton. La fonction haptique peut être passive (par exemple crans mécaniques, ou inserts aimantés) ou peut être active, par exemple avec 5 un frein à petit moteur commandé ou un électroaimant piloté. Avantageusement, on peut prévoir que le retour haptique, lorsqu'il est actif, est rendu dépendant du nombre de doigts détectés. Par exemple, lorsque deux doigts sont détectés, le retour haptique est le mode H2, lorsque trois doigts sont détectés, le retour haptique est le mode H3. Lorsqu'on 10 passe de deux doigts à trois doigts, le retour haptique change quasi instantanément du mode H2 vers le mode H3 (cf. figure 3 en partie haute). Selon un premier mode de réalisation du bouton de sélection (figure 4), qui porte sur un principe de détection capacitive, on trouve 16 frettes 5 sur le pourtour du bouton (bouton rotatif) et 8 balais 15 fixés sur l'embase 9 et une unité électronique de 15 traitement 6. Dans cette unité de traitement 6, on trouve une circuiterie de détection de modification de capacité électrique, connue en soi donc non détaillée ici. Un doigt au contact du bouton est en contact avec une ou deux frettes 5. En pratique, on remarque que deux doigts, même proches, sont en général séparés par au moins une frette libre, donc non contactée par un doigt. L'algorithme de traitement peut 20 aussi considérer que si trois ou quatre frettes consécutives sont contactées alors cela représente deux doigts. Dans l'exemple illustré, un balai 15 est généralement en contact avec une ou deux frettes 5. On peut prévoir que les balais 15 sont quasiment adjacents les uns aux 25 autres, sans exclure un petit recouvrement angulaire, ce qui permet de garantir que quelle que soit la position angulaire 0 du bouton, chaque frette 5 est électriquement reliée à un circuit de détection de l'unité de traitement 6. Selon une solution, un potentiomètre ou un codeur incrémental (également dénommé « encodeur ») 7 entraîné par le bouton permet de détecter classiquement la 30 rotation du bouton. Le codeur incrémental 7 peut fournir le retour haptique passif. En alternative, lorsque le bouton tourne sous le couple exercé par les doigts, les frettes 5 tournent et en conséquence les balais 15 « déclenchés » par la présence des doigts changent, autrement dit les balais 15 excités suivent la position des doigts. Une analyse des signaux correspondant aux balais 15 excités permet aussi de déduire la 35 rotation du bouton. Ce qui peut suffire si les exigences de précision ne sont pas très élevées. Si le nombre de doigts change pendant la rotation, l'algorithme de traitement pourra avantageusement décider de basculer vers le nouveau mode d'affichage si un 3041446 7 nouveau nombre de doigts est détecté. Le changement peut être fait immédiatement ou avec confirmation c'est-à-dire si le nouveau nombre de doigts perdure pendant un temps prédéterminé par exemple au moins 300 ms, ceci afin d'éviter un changement intempestif si un doigt quitte brièvement le contact du bouton. 5 Selon un deuxième mode de réalisation du bouton de sélection 1 (figure 5), qui porte également sur un principe de détection capacitive, le bouton est fixe par rapport à l'embase et la portion annulaire de son corps est équipée d'une nappe de détection capacitive 14 reliée à un microcontrôleur de l'unité de traitement 6. La nappe de détection capacitive 14 est du type de celle utilisée dans les écrans tactiles. Elle permet de 10 déterminer en deux dimensions une position X,Y d'un doigt ou de plusieurs doigts au contact du bouton. Selon cette configuration, la détection de la rotation fait appel à l'analyse de la variation temporelle des positions détectées. Il n'y a pas de rotation physique du bouton et pas de potentiomètre. Une analyse fine des positions de détection sur la nappe 14 et de 15 leur évolution au cours du temps permet de déterminer le nombre de doigts au contact et de reconstituer la rotation induite par le glissement des doigts sur la surface extérieure du bouton. Selon un troisième mode de réalisation du bouton de sélection 1 (figure 6), on utilise un principe de détection optique. Le bouton est monté rotatif autour de l'axe A. On 20 prévoit derrière ou dans chaque frette 5 un guide optique 13. Sur l'embase, sur chaque rayon, on agence une diode d'émission 11 et une photodiode de réception 12, qui forment une interface optique avec le guide optique 13. Lorsqu'un doigt s'approche au voisinage immédiat ou touche la frette 5, la quantité de lumière renvoyée vers la photodiode de réception 12 augmente, et on détecte ainsi la 25 présence d'un doigt. Comme dans le premier mode de réalisation, la détection de rotation peut être faite par encodeur 7 ou par analyse des changements de couples optiques excités lorsque le bouton tourne. L'analyse du nombre de doigts, de la rotation, et les changements de mode de déplacement et d'affichage de l'objet virtuel sont similaires à ce 30 qui a été décrit précédemment. Comme illustrée à la figure 7, selon un quatrième mode de réalisation, on utilise un principe de détection par analyse d'images. À cette fin, on installe une caméra miniature 8 (un capteur optique) à l'intérieur du bouton, sur l'embase 9, de préférence en position centrée sur l'axe A. On prévoit aussi un entraînement de la couronne crantée 81 35 intérieure du bouton avec un pignon 82 relié à un encodeur ou résolveur, ce qui permet de détecter la rotation de manière fiable et précise. 3041446 8 Pour la fonction haptique, on prévoit de petits inserts aimantés 17 sur l'embase, qui interagissent avec de petits inserts métalliques agencés sur la bordure inférieure de la couronne crantée du bouton. Dans le cas de la détection par caméra, le corps du bouton est translucide, et 5 la caméra peut « voir » au moins partiellement au travers du bouton. Un algorithme de traitement des images captées par la caméra permet de déterminer si un ou plusieurs doigts sont au contact du corps du bouton. Comme illustré à la figure 8, une électronique de traitement 6 reçoit les signaux en provenance des moyens de détection du bouton de sélection 1, et envoie 10 après traitement des signaux en correspondance logique vers l'afficheur 4. Les signaux envoyés vers l'afficheur 4 concernent le nombre de doigts détectés, et bien entendu l'évolution en temps réel de la position angulaire 0 du bouton (cf figure 3). Il faut remarquer que, au lieu de simplement déplacer le pointeur susmentionné par rapport à l'objet virtuel, l'interaction grâce au bouton de sélection 1 peut 15 permettre de nombreux autres types d'interactions, par exemple une « manipulation » virtuelle de l'objet virtuel, une rotation, un rapprochement (« zoom-in » dans la langue anglaise), un éloignement (« zoom-out » dans la langue anglaise), un éclatement, etc. Avantageusement, on choisira un nombre suffisamment important de zones de détection distinctes pour pouvoir détecter séparément deux doigts même si du point de 20 vue de l'utilisateur ils sont quasiment adjacents. On peut détecter un seul doigt au contact du bouton, deux doigts au contact du bouton, trois doigts au contact du bouton, quatre doigts voire cinq doigts au contact du bouton. REVENDICATIONS1. Bouton de sélection (1) ayant un corps (10) de forme générale annulaire d'axe A, étant monté sur une embase (9) et ayant des moyens de détection pour détecter individuellement chacun de deux doigts (F1, F2) ou plus d'un utilisateur (U) au contact du bouton. 2. Bouton de sélection (1) selon la revendication 1, dans lequel le bouton de sélection (1) est monté à rotation sur l'embase (9), et le bouton de sélection (1) peut être mis en rotation par les doigts. 3. Bouton de sélection (1) selon la revendication 2, dans lequel les moyens de détection définissent au moins 8 zones de détection distinctes. 4. Bouton de sélection (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel les moyens de détection de la présence des doigts sont des éléments de détection capacitive (14). 5. Bouton de sélection (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel les moyens de détection sont des éléments de détection optique infrarouge. 6. Bouton de sélection (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel les moyens de détection sont formés par un capteur optique ou une caméra miniature. 7. Bouton de sélection (1) selon la revendication 1, dans lequel le bouton de sélection est monté de manière fixe sur l'embase (9), les doigts glissant sur la surface 20 extérieure du bouton de sélection (1), le bouton de sélection (1) ayant au moins 12 zones de détection capacitive distinctes, de préférence une matrice de détection capacitive. 8. Bouton de sélection (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel les moyens de détection sont disposés sur une zone périphérique annulaire du corps du bouton. 25 9. Bouton de sélection (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel il est prévu pour le bouton un mouvement avec rappel parallèlement à l'axe A du bouton. 10. Bouton de sélection (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel il est prévu une fonction de retour de force adaptative, c'est-à-dire rendue 30 dépendante du nombre de doigts détectés au contact du bouton.