Brevet FR3057367A1 — publié le 20180413

La présente invention concerne un dispositif de localisation d'un impact contre une surface interactive, par une analyse de différences de temps de propagation d'ondes mécaniques progressives se propageant à partir de l'impact. Elle concerne également un procédé mis en oeuvre par ce dispositif et un programme d'ordinateur correspondant. On connaît de nombreux objets à surface interactive, notamment des dispositifs d'affichages, des téléphones mobiles ou autres dispositifs portables d'assistance numérique personnelle. Leur interface est en général un écran plat et rectangulaire avec lequel un utilisateur peut interagir à l'aide d'un projectile, d'un stylet ou même d'un doigt. On notera cependant que l'invention s'applique plus généralement à tout type d'objet présentant une surface interactive apte à faire propager des ondes mécaniques progressives à partir d'un impact, cette surface n'étant pas nécessairement plane, ni de contour rectangulaire. Par surface interactive, on entend une surface bidimensionnelle ou tridimensionnelle, capable de changer de forme au sens de l'élasticité statique et dynamique des matériaux lorsqu'elle est soumise à un impact tel qu'un toucher, une force de contact, une impulsion mécanique ou encore un choc, en permettant ainsi la propagation d'ondes mécaniques progressives détectables à l'aide de transducteurs, notamment des ondes acoustiques de surface, à partir du lieu de l'impact. La déformation de surface peut être submillimétrique non perceptible à l'oeil nu. Des surfaces en plastique, verre ou métal conviennent. Chacun des objets à surface interactive connus comporte un dispositif de localisation d'impacts à l'aide d'une ou plusieurs techniques de détection. Une tendance forte à la réduction du coût de fabrication et à la réduction de l'encombrement vise à ne retenir que les technologies les plus simples utilisant un nombre limité de capteurs. L'invention concerne ainsi plus précisément un dispositif de localisation mettant en oeuvre une technologie de détection de la propagation d'ondes mécaniques progressives dans une surface interactive, notamment à l'aide de détecteurs de type transducteurs piézoélectriques. Une première solution est divulguée dans le brevet US 7,345,677 B2. Elle est basée sur une reconnaissance de la position d'un impact par apprentissage. Le procédé mis en oeuvre opère une corrélation croisée entre au moins un signal acoustique mesuré issu de la détection d'une onde acoustique engendrée par un impact sur la surface interactive de l'objet et un ensemble de référence dit « ensemble de signatures » constitué de réponses acoustiques impulsionnelles 3057367 2 préenregistrées, chacune étant relative à une position prédéfinie que l'on souhaite associer à une fonction et reconnaître lorsqu'un impact est porté sur cette position. Une deuxième solution, par exemple divulguée dans le brevet US 8,330,744 B2, consiste à mesurer la perturbation d'un impact sur la propagation d'ondes 5 mécaniques progressives émises régulièrement dans la surface interactive indépendamment de cet impact. Cette solution est réputée plus précise et fiable que la précédente, notamment pour qualifier ou suivre l'impact, mais elle est également basée sur une reconnaissance de la position d'un impact par apprentissage. Ces deux premières solutions présentent l'inconvénient de dépendre de cet 10 apprentissage qui peut être à la fois complexe à mettre en oeuvre et rapidement inexploitable en cas de variations du milieu ou de la surface interactive. Elles nécessitent en outre des puissances de calcul assez importantes. Une troisième solution, plus ancienne, est basée sur la mesure d'une différence de temps de transit d'un paquet d'ondes engendré par un impact vers une 15 pluralité de détecteurs piézoélectriques et sur le calcul déterministe, à l'aide d'une formule mathématique préétablie, de la position d'une source émettrice du paquet d'ondes. Ainsi, cette solution nécessite un dispositif de localisation d'impact comportant : au moins trois transducteurs disposés et répartis contre la surface 20 interactive, conçus pour capter les ondes mécaniques progressives se propageant dans la surface interactive et les transformer en signaux électriques, et une unité centrale électronique, reliée aux transducteurs pour recevoir leurs signaux électriques, programmée pour localiser l'impact dans la surface 25 interactive par une analyse de différences de temps de propagation des ondes mécaniques progressives issues de l'impact vers les transducteurs sur la base d'instants de détection de l'impact identifiés dans les signaux électriques reçus. D'une façon générale, il est ainsi possible de localiser un impact de doigt ou 30 d'objet ponctuel (par exemple un projectile ou un stylet), puisque celui-ci est alors émetteur d'une impulsion. Mais avec cette technologie assez ancienne, pourtant avantageusement simple, il est difficile d'atteindre une bonne précision de localisation au-delà de certaines dimensions de la surface interactive parce que les ondes mécaniques progressives ont la particularité de s'atténuer très rapidement. 3057367 3 Par exemple, pour une surface interactive en polycarbonate, un impact de 1 joule engendre sur un transducteur situé à plus de 50 cm un signal déjà trop faible pour pouvoir être exploité. En conséquence, cette solution, par exemple choisie dans les brevets US 6,933,930 B2 et US 6,367,800 B1, s'applique à des surfaces 5 interactives de petites dimensions par rapport à la force des impacts qu'elles sont supposées détecter et localiser. Il peut ainsi être souhaité de concevoir un dispositif de localisation d'impact qui permette de s'affranchir d'au moins une partie des problèmes et contraintes précités. 10 Il est donc proposé un dispositif de localisation d'un impact contre une surface interactive apte à faire propager des ondes mécaniques progressives à partir de l'impact, comportant : un ensemble de M transducteurs disposés et répartis contre la surface interactive, M 4, conçus pour capter les ondes mécaniques progressives 15 se propageant dans la surface interactive et les transformer en signaux électriques, et une unité centrale électronique, reliée aux transducteurs pour recevoir leurs signaux électriques, programmée pour localiser l'impact dans la surface interactive par une analyse de différences de temps de propagation des 20 ondes mécaniques progressives issues de l'impact vers les transducteurs sur la base d'instants de détection de l'impact identifiés dans les signaux électriques reçus, dans lequel l'unité centrale électronique est programmée pour : sélectionner, parmi les M transducteurs, un sous-ensemble de N 25 transducteurs, 3 N N de transducteurs, M pouvant être aussi grand que souhaité, sans pour autant augmenter la complexité des calculs de 20 localisation d'impact. Cela permet d'envisager des applications ludiques ou autres d'interaction avec de grandes surfaces impactiles, notamment des murs d'image(s) ou de vidéo, exploitant la technologie bon marché des localisations d'impacts par analyse de différences de temps de propagation d'ondes mécaniques progressives. Il en résulte des dispositifs à moindres coûts. 25 On notera par ailleurs que l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits précédemment. Il apparaîtra en effet à l'homme de l'art que diverses modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation décrits ci-dessus, à la lumière de l'enseignement qui vient de lui être divulgué. Dans les revendications qui suivent, les termes utilisés ne doivent pas être interprétés comme 30 limitant les revendications aux modes de réalisation exposés dans la présente description, mais doivent être interprétés pour y inclure tous les équivalents que les revendications visent à couvrir du fait de leur formulation et dont la prévision est à la portée de l'homme de l'art en appliquant ses connaissances générales à la mise en oeuvre de l'enseignement qui vient de lui être divulgué. 35 REVENDICATIONS1. Dispositif de localisation d'un impact (P) contre une surface interactive (10) apte à faire propager des ondes mécaniques progressives à partir de l'impact (P), comportant : un ensemble de M transducteurs (T1,1, - - ., T6,6) disposés et répartis contre la surface interactive (10), M 4, conçus pour capter les ondes mécaniques progressives se propageant dans la surface interactive (10) et les transformer en signaux électriques, et une unité centrale électronique (12), reliée aux transducteurs (T11, ..., T6,6) pour recevoir leurs signaux électriques, programmée pour localiser l'impact (P) dans la surface interactive (10) par une analyse de différences de temps de propagation des ondes mécaniques progressives issues de l'impact (P) vers les transducteurs (T1,1, - - -, T6,6) sur la base d'instants de détection de l'impact (P) identifiés dans les signaux électriques reçus, caractérisé en ce que l'unité centrale électronique (12) est programmée (16, 18, 20) pour : sélectionner, parmi les M transducteurs (T1,1, - - ., T6,6), un sous- ensemble de N transducteurs, 3 N 2. Dispositif de localisation d'un impact (P) selon la revendication 1, dans lequel les M transducteurs (T1,1, ..., T6,6) sont répartis de façon bidimensionnelle régulière en une matrice de transducteurs contre la surface interactive (10) et l'unité centrale électronique (12) est programmée pour sélectionner N = 4, 6 ou 9 transducteurs parmi ces M transducteurs (T1,1, - - -, T6,6). 3. Dispositif de localisation d'un impact (P) selon la revendication 1, dans lequel les M transducteurs (T1,1, ..., T6,6) sont répartis de façon bidimensionnelle régulière en quinconce contre la surface interactive (10) et l'unité centrale électronique (12) est programmée pour sélectionner N = 3, 4 ou 7 transducteurs parmi ces M transducteurs (T1,1, ..., T6,6). 3057367 18 4. Dispositif de localisation d'un impact (P) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel : les M transducteurs 16,6) sont raccordés électriquement entre eux en plusieurs groupes disjoints (G1, G2, G3, G4 ; G'1, G'2, G'3, 5 G'4, G'5, G'6, G'7, ; G,, G2, G3 ; G'1, G'2, G'3, G'4, G'5, G'6) eux- mêmes raccordés électriquement à l'unité centrale électronique (12), au moins trois transducteurs supplémentaires (TA, TB, TC, TD ; TA, TB, Tc) sont disposés et répartis contre la surface interactive (10), conçus pour capter les ondes mécaniques progressives se propageant dans 10 la surface interactive (10) et les transformer en signaux électriques (SA, SB, SC, SD ; SA, SB, Sc) transmis indépendamment à l'unité centrale électronique (12), et l'unité centrale électronique (12) est programmée (18) pour pré-localiser l'impact dans la surface interactive (10) sur la base des 15 signaux électriques (SA, SB, SC, SD ; SA, SB, SC) reçus des transducteurs supplémentaires (TA, TB, TC, TD ; TA, TB, TC) et pour sélectionner le sous-ensemble de N transducteurs sur la base de cette pré-localisation. 5. Dispositif de localisation d'un impact (P) selon les revendications 2 et 4, 20 dans lequel : les M transducteurs 16,6) sont raccordés électriquement entre eux en quatre groupes disjoints (G1, G2, G3, G4) eux-mêmes raccordés électriquement à l'unité centrale électronique (12), de telle sorte que quatre transducteurs voisins quelconques d'une même 25 cellule élémentaire de la matrice de transducteurs appartiennent toujours respectivement aux quatre groupes disjoints (G1, G2, G3, G4), et quatre transducteurs supplémentaires (TA, TB, Tc, Tc) sont disposés et répartis contre la surface interactive (10). 30 6. Dispositif de localisation d'un impact (P) selon les revendications 2 et 4, dans lequel : les M transducteurs (Tu, 16,6) sont raccordés électriquement entre eux en neuf groupes disjoints (G'1, G'2, G'3, G'4, G'5, G'6, G'7, G'5, G'9) eux-mêmes raccordés électriquement à l'unité centrale 35 électronique (12), de telle sorte que neuf transducteurs voisins 3057367 19 quelconques formant quatre cellules élémentaires adjacentes ayant un même transducteur commun central de la matrice de transducteurs appartiennent toujours respectivement aux neuf groupes disjoints (G'1, G'2, G'3, G'4, G'5, G'6, G'7, G'5, G'9), et 5 quatre transducteurs supplémentaires (TA, TB, Tc, TD) sont disposés et répartis contre la surface interactive (10). 7. Dispositif de localisation d'un impact (P) selon les revendications 3 et 4, dans lequel : les M transducteurs (T,,,, - - 16,6) sont raccordés électriquement 10 entre eux en trois groupes disjoints (G1, G2, G3) eux-mêmes raccordés électriquement à l'unité centrale électronique (12), et trois transducteurs supplémentaires (TA, TB, Tc) sont disposés et répartis contre la surface interactive (10). 8. Dispositif de localisation d'un impact (P) selon les revendications 3 et 4, 15 dans lequel : les M transducteurs (T,,,, - - 16,6) sont raccordés électriquement entre eux en six groupes disjoints (G'1, G'2, G'3, G'4, G'5, G'6) eux-mêmes raccordés électriquement à l'unité centrale électronique (12), de telle sorte que trois transducteurs voisins quelconques d'une 20 même cellule élémentaire triangulaire de la matrice de transducteurs appartiennent toujours respectivement à trois groupes disjoints, et trois transducteurs supplémentaires (TA, TB, Tc) sont disposés et répartis contre la surface interactive (10). 9. Procédé de localisation d'un impact (P) contre une surface interactive (10) 25 apte à faire propager des ondes mécaniques progressives à partir de l'impact (P), comportant les étapes suivantes : Capter (102), à l'aide d'un ensemble de M transducteurs (T,,,, - - T6,6) disposés et répartis contre la surface interactive (10), M 4, les ondes mécaniques progressives se propageant dans la surface 30 interactive (10) et les transformer en signaux électriques, et localiser (104, 106, 108) l'impact (P) dans la surface interactive, à l'aide d'une unité centrale électronique (12) reliée aux transducteurs (T,,,, ..., 16,6) pour recevoir leurs signaux électriques, par une analyse de différences de temps de propagation des ondes mécaniques 35 progressives issues de l'impact (P) vers les transducteurs (T,,,, - - -, 3057367 20 T6,6) sur la base d'instants de détection de l'impact identifiés (104) dans les signaux électriques reçus, caractérisé en ce que la localisation d'impact (104, 106, 108) comporte les étapes suivantes : 5 sélectionner (106), parmi les M transducteurs (T1,1, - - -, 16,6), un sous- ensemble de N transducteurs, 3 N 10. Programme d'ordinateur téléchargeable depuis un réseau de communication et/ou enregistré sur un support lisible par ordinateur et/ou exécutable par un processeur, caractérisé en ce qu'il comprend des instructions pour l'exécution 15 des étapes d'un procédé de localisation d'impact (P) selon la revendication 9, lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur.