Brevet FR3054051A1 — publié le 20180119

Surface tactile matricielle de grandes dimensions comportant une électronique à double injection des lignes ou des colonnes Le domaine de l'invention est celui des surfaces tactiles matricielle de type « capacitif projeté ». Plus particulièrement, le domaine technique est celui des matrices de grande dimension. 10 Le principe de fonctionnement général d'une surface tactile matricielle de type « capacitif projeté » consiste à mesurer les variations de capacitance causées par les appuis que l'on veut détecter. Deux modes de scrutation sont habituellement utilisés. Dans le mode dit « self capacitance », 15 on teste la capacitance de chaque ligne et de chaque colonne de la matrice. Dans le mode « mutual capacitance », on teste toutes les intersections entre les différentes lignes et colonnes. Lorsque la surface tactile est de grande taille et qu'elle comporte un grand nombre de lignes et de colonnes, le mode « mutual capacitance » ne peut être utilisé seul car le temps de scrutation est 20 trop long. Il est, en général, utilisé en complément à une scrutation du type « self capacitance ». Dans ce dernier mode, l'injection et la mesure du signal peuvent se faire de différentes façons. Un des modes usuels est d'injecter des signaux sinusoïdaux à des fréquences particulières. Cette méthode présente 25 l'avantage de minimiser les émissions rayonnées et de permettre l'utilisation simultanée de plusieurs fréquences dites « orthogonales ». Pour mémoire, deux fréquences sont dites orthogonales s'il existe deux nombres entiers non multiples l'un de l'autre tel que le produit du premier nombre entier par la première fréquence est égal au produit du second nombre entier par la 30 seconde fréquence. La mesure du signal peut se faire par pont capacitif, en injectant un courant et en mesurant une tension ou inversement en injectant une tension et en mesurant un courant. La figure 1 illustre ce dernier mode de fonctionnement. Cette figure représente schématiquement une matrice tactile 35 M comportant une pluralité de lignes Li et de colonnes Cj. Les électroniques d'adressage EL des lignes et EC des colonnes comportent schématiquement: 3054051 2 - un étage de conversion numérique-analogique « DAC », acronyme signifiant « Digital Analog Converter » qui injecte une tension haute fréquence sinusoïdale notée V sur la ligne ou la colonne de la surface tactile - un étage de conversion analogique-numérique « ADC », acronyme signifiant « Analog Digital Converter » pour la mesure du courant reçu. La mesure du courant est assurée par une chaîne de traitement électronique qui détermine la position du ou des appuis sur la dalle tactile et assure la retransmission des signaux traités vers l'extérieur qui est généralement un dispositif de visualisation couplé avec la dalle tactile. En fonction des ressources matérielles disponibles, on peut faire les mesures sur plusieurs lignes simultanément. De la même façon, on peut faire en même temps les mesures sur les colonnes à la condition d'utiliser une seconde fréquence F2 différente de la première fréquence F1 des lignes. Les ressources matérielles nécessaires dépendent du nombre de lignes et de colonnes de la surface tactile et du temps de scrutation souhaité. Lorsque les tailles de matrice augmentent, cette méthode présente un certain nombre d'inconvénients liés aux paramètres physiques 20 suivants : - Résistivité des traces d'accès aux lignes et aux colonnes à cause de leur faible largeur et des matériaux utilisés ; - Capacitance des lignes et des colonnes qui augmente avec leurs dimensions ; 25 - Résistivité des lignes et des colonnes proprement dites due au matériau transparent utilisé. Dans certaines applications, les exigences de performances optiques interdisent l'utilisation de matériaux moins résistifs mais également moins transparents. Au final, sur les matrices de grandes dimensions, on constate une 30 perte de sensibilité lorsque l'appui se situe en bout de ligne. Généralement, comme illustré en figure 2, pour résoudre ce problème, on juxtapose deux dalles tactiles matricielles M1 et M2 côte à côte pour former une dalle tactile de dimension double. En utilisant des fréquences différentes F1, F2 et F3, F4 d'une dalle à l'autre, on évite toute interaction incontrôlée. Le principal 35 inconvénient de cette solution est qu'il existe une discontinuité centrale entre 3054051 3 les deux dalles tactiles qui est préjudiciable à la bonne perception de l'image globale. Le dispositif selon l'invention ne présente pas les inconvénients 5 précédents. Il permet d'utiliser une dalle tactile de très grandes dimensions sans modifications majeures de celle-ci en injectant et en recevant les signaux de mesure. Plus précisément, l'invention a pour objet un dispositif à surface tactile à détection capacitive projetée comprenant une dalle tactile matricielle comportant une pluralité de lignes conductrices et de colonnes 10 conductrices, ladite dalle étant reliée à des moyens de commande électroniques générant, pour chaque ligne et pour chaque colonne conductrice, des signaux d'émission et des moyens de réception et d'analyse électroniques des signaux de réception issues de chaque ligne et de chaque colonne conductrice, 15 caractérisé en ce que chaque ligne comporte à une de ses extrémités des premiers moyens de génération d'un premier signal d'émission et des premiers moyens de réception d'un premier signal de réception et à son extrémité opposée des seconds moyens de génération d'un second signal d'émission et des seconds moyens de réception d'un second signal de réception, le premier signal d'émission et le second signal d'émission étant synchrones, ayant la même fréquence, la même amplitude et la même phase. Avantageusement, les premiers moyens de réception et les seconds moyens de réception comportent des moyens de démodulation 25 synchrone et des moyens de mémorisation : des signaux de réception démodulés en l'absence d'appuis dits signaux référence, la valeur de chaque signal référence issu de l'extrémité gauche d'une ligne étant notée MREFG et la valeur de chaque signal référence issu de l'extrémité droite de la même ligne étant notée MREFD, 30 des signaux de réception démodulés en présence d'appuis, la valeur de chaque signal issu de l'extrémité gauche d'une ligne étant notée MG et la valeur de chaque signal issu de l'extrémité droite de la même ligne étant notée MD. Avantageusement, lorsqu'un appui est détecté, la position dudit 35 appui est calculée à partir du ratio brut RB de la différence entre les valeurs 3054051 4 des signaux MD et MREFD et de la différence entre les valeurs des signaux MG et MREFG, soit RB = (MD MREFD) I (MG - MREFG)- Avantageusement, lorsqu'un appui est détecté, la position dudit appui est calculée à partir du ratio corrigé Rc multiplié par le rapport des 5 signaux MREFG et MREFD, soit Rc = RB - (MREFG I MREFD)- Avantageusement, lorsque la ligne est coupée, selon l'emplacement de la coupure, soit le ratio entre les valeurs des signaux MD et MG, soit le ratio brut RB, soit le ratio corrigé Rc est altéré, permettant de détecter la coupure et son emplacement. 10 Avantageusement, en cas d'appuis multiples, les valeurs des signaux de réception démodulés obtenus sur les lignes et les valeurs des signaux de réception démodulés obtenus sur les colonnes permettent de déterminer sans ambigüité l'emplacement des appuis multiples. Avantageusement, la fréquence d'émission est située entre 10 15 kHz et 300 kHz. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre donnée à titre non limitatif et grâce aux figures annexées parmi lesquelles : 20 La figure 1 représente le principe de fonctionnement d'une surface tactile matricielle de type capacitif projeté selon l'art antérieur ; La figure 2 représente le fonctionnement d'un système de visualisation de grandes dimensions comportant deux dalles tactiles matricielles selon l'art antérieur ; La figure 3 représente un dispositif à surface tactile à détection capacitive projetée selon l'invention ; La figure 4 représente le logarithme du ratio brut de la différence entre les valeurs des signaux reçus à une extrémité d'une ligne et de la différence entre les valeurs des signaux reçus à l'autre extrémité en fonction 30 de la position de l'appui sur la ligne ; La figure 5 représente le principe de la détection des appuis fantômes. Le dispositif tactile selon l'invention comporte : 3054051 5 - une dalle tactile matricielle M comportant une pluralité de lignes L conductrices et de colonnes C conductrices ; - des moyens de commande électroniques générant, pour chaque ligne et pour chaque colonne conductrice, des signaux d'émission 5 et ; - des moyens de réception et d'analyse électroniques des signaux de réception issus de chaque ligne et de chaque colonne conductrice. 10 Comme il a été dit, le dispositif selon l'invention s'applique essentiellement aux dalles tactiles dont au moins une des dimensions est importante. On entend par dimension importante une dimension supérieure à 30 centimètres. Il peut, bien entendu, s'appliquer à des dalles tactiles de dimensions inférieures mais son utilité est moindre. 15 Dans ce qui suit, le dispositif est appliqué aux lignes L de la matrice M. Il peut s'appliquer indifféremment aux colonnes de la matrice ou aux lignes et aux colonnes simultanément. Dans le dispositif selon l'invention, chaque ligne L comporte à une 20 de ses extrémités des premiers moyens ELG de génération d'un premier signal d'émission et des premiers moyens de réception d'un premier signal de réception et à son extrémité opposée des seconds moyens ELD de génération d'un second signal d'émission et des seconds moyens de réception d'un second signal de réception, le premier signal d'émission et le 25 second signal d'émission étant synchrones, ayant la même fréquence, la même amplitude et la même phase. La mesure du signal peut se faire par pont capacitif, en injectant un courant et en mesurant une tension ou inversement en injectant une tension et en mesurant un courant. A titre d'exemple, l'électronique d'adressage de chaque ligne comporte schématiquement: - un étage de conversion numérique-analogique « DAC », acronyme signifiant « Digital Analog Converter » qui injecte une tension haute fréquence sinusoïdale notée V sur la ligne ou la colonne de la surface tactile 3054051 6 - un étage de conversion analogique-numérique « ADC », acronyme signifiant « Analog Digital Converter » pour la mesure du courant reçu La mesure du courant reçu ou de la tension reçue est assurée par 5 une chaîne de traitement électronique, les premiers moyens de réception et les seconds moyens de réception comportant des moyens de démodulation synchrone. On comprend que, si un appui est effectué sur une ligne, cet appui 10 se trouve nécessairement au plus à mi-distance d'une des extrémités de la ligne L. Par conséquent, au moins un des deux signaux reçus par une des extrémités est faiblement bruité. En tout état de cause, il ne l'est pas plus que sur une matrice dont les lignes ont une longueur deux fois plus faible. Par conséquent, quelque soit la position de l'appui, au moins un des signaux 15 reçus est faiblement bruité. Il est donc possible de déterminer, connaissant la valeur des signaux reçus aux deux extrémités de chaque ligne L, si une ligne est sollicitée ou non. 20 Le dispositif selon l'invention permet également de déterminer avec une bonne précision la position de l'appui sur une ligne sollicitée en utilisant le ratio des signaux reçus aux deux extrémités de chaque ligne. A cette fin, les moyens de réception comportent des moyens de calibration. En effet, les dissymétries des circuits électroniques utilisés du côté gauche et du 25 côté droit de chaque ligne peuvent rendre imprécise la position de l'appui détecté. Les moyens de réception comportent des moyens de mémorisation permettant d'assurer cette calibration. Ceux-ci mémorisent : - les signaux de réception démodulés en l'absence d'appuis dits 30 signaux référence, la valeur de chaque signal référence issu de l'extrémité gauche d'une ligne étant notée MREFG et la valeur de chaque signal référence issu de l'extrémité droite de la même ligne étant notée MREFD. Ces signaux permettent la calibration du système ; _ les signaux de réception démodulés en présence d'appuis, la 35 valeur de chaque signal issu de l'extrémité gauche d'une ligne étant notée 3054051 7 MG et la valeur de chaque signal issu de l'extrémité droite de la même ligne étant notée MD. Le ratio le plus simple dit ratio brut RB à mettre en oeuvre est le suivant : 5 RB = (MD - MREFD) / (MG - MREFG) On peut utiliser un ratio corrigé Rc prenant en compte les variations des signaux de référence. On a alors : Rc = RB - (MREFG MREFD)- 10 On peut démontrer que le logarithme de ces ratios en fonction de la position de l'appui sur la ligne est quasiment une droite comme on le voit sur la figure 4 qui représente le logarithme LOG(R) du ratio en fonction de la position de l'appui sur une ligne L. Si l'électronique ne présente pas de dissymétries, cette courbe passe par 0 à mi-ligne, R valant sensiblement 1 à 15 mi-ligne. La possibilité de déterminer simplement la position de l'appui uniquement par des mesures sur les lignes présente de nombreux avantages, les mesures sur les lignes étant complétées par des mesures sur 20 les colonnes C réalisées au moyen de l'électronique Ec. Le premier de ces avantages est la possibilité de détecter les appuis fantômes en cas d'appuis multiples et simultanés. Ce problème est illustré en figure 5. Un utilisateur appuie simultanément en deux points Al et A2 d'une matrice M. Les coordonnées de ces deux points Al et A2 sont 25 Al (C1, L2) et A2(C2, L1). Si le dispositif réalise uniquement une mesure permettant de détecter les lignes et les colonnes sollicitées, alors le dispositif détecte que les colonnes Cl et C2 ont été sollicitées et que les lignes Ll et L2 ont été sollicitées, soit quatre appuis possibles. Les deux premiers sont les appuis vrais en Al et A2 et les deux autres situés en G1 (C1, L1) et 30 G2(C2, L2) sont des appuis fantômes sans que l'on puisse discriminer simplement les appuis vrais des appuis fantômes. Avec le dispositif selon l'invention, ce problème disparaît. En effet, on connaît approximativement les positions des appuis sur les lignes Ll et L2. On peut donc très facilement éliminer les appuis fantômes G1 et G2. 35 3054051 8 Un autre avantage du dispositif selon l'invention est qu'il facilite la détection des lignes et des colonnes coupées. Dans un certain nombre d'applications, notamment dans le domaine aéronautique, l'intégrité de la matrice tactile est fondamentale pour assurer la sécurité du système. Par 5 conséquent, il est très important de déterminer si la matrice comporte ou non des lignes ou des colonnes coupées. En règle générale, pour traiter ce type de situation, trois actions sont à entreprendre. Il faut détecter la coupure, la localiser et, si possible, la traiter de façon que la matrice reste opérationnelle, même en présence de la coupure. 10 Il est toujours possible d'effectuer un test soit une fois à la mise sous tension, soit de façon continue, en tache de fond, pendant un temps mort du cycle de scrutation permettant de détecter les éventuelles coupures. Ce test peut être un test de mesure des couplages électriques lignes-colonnes aux intersections en mode « mutual capacitance » ou un test 15 de mesure de l'impédance ou du courant traversant les différentes lignes et colonnes en mode « self capacitance » ou une combinaison des deux tests précédents de façon à localiser la coupure éventuelle plus rapidement. Le dispositif selon l'invention facilite le test de dépistage des coupures. Lorsque le dispositif fonctionne en double injection de signaux sur 20 les lignes et en injection simple de signaux sur les colonnes, la détection de la coupure d'une ligne est flagrante en injectant un signal d'un côté de la ligne et en mesurant le signal reçu à l'autre extrémité de la ligne. Mais l'avantage du dispositif est essentiellement de permettre la détection d'une coupure à tout moment en mode opérationnel. En effet, le 25 temps de détection d'un défaut a une importance capitale dans certains systèmes critiques comme les systèmes avioniques. Lorsqu'une ligne est coupée, deux cas se présentent. Dans le premier cas, la coupure est située hors de la zone centrale de la ligne. Dans ce cas, le ratio MD/MG est anormal, même en prenant en compte les 30 dispersions des composants électroniques. La détection et la localisation approximative de la coupure sont immédiates. La dimension de la surface tactile étant importante, un appui risque de ne pas être détecté s'il a lieu dans la partie longue de la ligne près de la coupure. Il est détecté cependant sur la colonne correspondante et peut être validé au moins dans un mode 35 « monotouche ». 3054051 Dans le second cas, la coupure est située dans la zone centrale de la ligne, le ratio MD/MG n'est plus anormal sauf si une calibration a été réalisée pour compenser les dispersions des composants électroniques. Cependant, la présence d'un appui sur la ligne permet de détecter 5 immédiatement la coupure de la ligne. En effet, si l'appui se fait à gauche de la coupure, la mesure faite à partir de l'extrémité gauche de la ligne est correcte alors que la mesure faite à partir de l'extrémité droite de la ligne ne donne que du bruit de fond. Le même raisonnement vaut pour un appui à droite de la coupure. Par conséquent, le ratio MD/MG est anormal et ne 10 correspond pas aux valeurs attendues en cas d'appui. L'appui est détecté et la coupure également. Dans le cas d'une colonne coupée fonctionnant en injection simple, si la coupure est proche de l'injection, la variation importante de 15 capacitance mesurée par rapport à la normale permet de détecter la coupure. Ce n'est plus le cas lorsque la coupure est loin de l'injection, sauf à avoir calibré la surface tactile équipée. Dans ce cas, on ne détecte pas d'appui sur la colonne coupée. Cependant, si les lignes sont intactes, l'appui est détecté et localisé sur les lignes fonctionnant en double injection. Ainsi, 20 on détecte à la fois l'appui et la zone de la colonne coupée, voire la colonne coupée si une calibration a été effectuée. Le fait qu'il n'y ait pas d'appui détecté sur cette zone de colonnes permet de détecter la présence d'une colonne défectueuse. 25 REVENDICATIONS1. Dispositif à surface tactile à détection capacitive projetée comprenant une dalle tactile matricielle (M) comportant une pluralité de lignes (L) conductrices et de colonnes (C) conductrices, ladite dalle étant reliée à des moyens de commande électroniques (ELG, Ego, EC) générant, pour chaque ligne et pour chaque colonne conductrice, des signaux d'émission et des moyens de réception et d'analyse électroniques des signaux de réception issues de chaque ligne et de chaque colonne conductrice, caractérisé en ce que chaque ligne comporte à une de ses extrémités des premiers moyens de génération (ELG) d'un premier signal d'émission et des premiers moyens de réception d'un premier signal de réception et à son extrémité opposée des seconds moyens de génération (Ew) d'un second signal d'émission et des seconds moyens de réception d'un second signal de réception, le premier signal d'émission et le second signal d'émission étant synchrones, ayant la même fréquence, la même amplitude et la même phase. 2. Dispositif à surface tactile selon la revendication 1, caractérisé en ce que les premiers moyens de réception et les seconds moyens de réception comportent des moyens de démodulation synchrone et des moyens de mémorisation : des signaux de réception démodulés en l'absence d'appuis dits signaux référence, la valeur de chaque signal référence issu de l'extrémité gauche d'une ligne étant notée MREFG et la valeur de chaque signal référence issu de l'extrémité droite de la même ligne étant notée MREFD, des signaux de réception démodulés en présence d'appuis, la valeur de chaque signal issu de l'extrémité gauche d'une ligne étant notée MG et la valeur de chaque signal issu de l'extrémité droite de la même ligne étant notée MD. 3054051 11 3. Dispositif à surface tactile selon la revendication 2, caractérisé en ce que, lorsqu'un appui est détecté, la position dudit appui est calculée à partir du ratio brut RB de la différence entre les valeurs des signaux MD et MREFD et de la différence entre les valeurs des signaux MG et MREFG, soit RB = 5 (MD MREFD) / (MG MREFG)- 4. Dispositif à surface tactile selon la revendication 3, caractérisé en ce que, lorsqu'un appui est détecté, la position dudit appui est calculée à partir du ratio corrigé Rc égal au ratio brut RB multiplié par le rapport des 10 signaux MREFG et MREFD, soit RD = RB . (MREFG I MREFD)- 5. Dispositif à surface tactile selon la revendication 4, caractérisé en ce que, lorsque la ligne est coupée, selon l'emplacement de la coupure, soit le ratio entre les valeurs des signaux MD et MG, soit le ratio brut RB, soit 15 le ratio corrigé Rc est altéré, permettant de détecter la coupure et son emplacement. 6. Dispositif à surface tactile selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'en cas d'appuis multiples, les valeurs des 20 signaux de réception démodulés obtenus sur les lignes et les valeurs des signaux de réception démodulés obtenus sur les colonnes permettent de déterminer sans ambigilité remplacement des appuis multiples. 7. Dispositif à surface tactile selon l'une des revendications 25 précédentes, caractérisé en ce que la fréquence d'émission est située entre 10 kHz et 300 kHz.