Brevet FR3076017A1 — publié le 20190628

DISPOSITIF SURFACIQUE OFFRANT UNE DEFORMATION LOCALISEE AMELIOREE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE ET ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE La présente invention se rapporte à un dispositif surfacique offrant une déformation localisée améliorée, et en particulier à une interface de stimulation tactile offrant une localisation de la stimulation améliorée. Une interface de stimulation tactile est destinée à restituer une information tactile, telle qu'une texture, un relief, une rugosité variable dans le temps et/ou l'espace, une illusion d'appuyer sur un matériau souple, de presser une touche... De telles interfaces sont utilisées par exemple dans le domaine des interfaces homme-machines. Elles peuvent également être utilisées dans les domaines de l'optique, de l'acoustique, de la chimie, et de la fabrication automatisée... Une interface tactile comporte une surface, par exemple munie d'un écran. Un utilisateur interagit avec l'interface en appliquant un ou plusieurs doigts sur l'interface, par exemple pour faire une sélection en appuyant sur la représentation d'u bouton. D'une part, on souhaite pouvoir reproduire de manière réaliste « le clique» de sélection. D'autre part on souhaite que l'utilisateur puisse avoir plusieurs doigts en contact avec l'interface, pour pouvoir réaliser une interaction multidigitale avec l'interface, et qu'il ressente des sensations bien distinctes les uns des autres. Il existe des interfaces tactiles mettant en oeuvre un ou plusieurs actionneurs sous la surface tactile, par exemple des actionneurs électromagnétiques ou piézoélectriques, destinés à faire vibrer toute la surface. Si plusieurs doigts sont en contact avec la surface, ils perçoivent tous la même sensation. Il existe également des interfaces comportant une matrice d'actionneurs, chacun dédié à la stimulation en une zone de l'interface. Le doigt est soit directement en contact avec les actionneurs, soit isolé par une surface souple pouvant se déformer localement. Ces dispositifs ne permettent pas de réaliser un retour localisé sur 2 une surface rigide de type plaque telle qu'un pavé tactile (« track pad » en terminologie anglo-saxonne). En remplaçant la surface souple par une plaque rigide, par exemple une plaque en verre, les vibrations produites localement par un actionneur se propagent et se 5 réverbèrent dans toute la surface. Ces vibrations sont alors perçues par tous les doigts, même si un seul actionneur sous un doigt donné a été activé. Par ailleurs, si plusieurs actionneurs sont activés pour stimuler plusieurs doigts simultanément, les effets des vibrations de chaque actionneur s'additionnent à celle de l'autre actionneur, dans les zones où l'on souhaite effectivement générer une 10 stimulation, et également dans les autres zones. Ainsi, même les doigts stimulés ont une stimulation « polluée ». Il existe des interfaces tactiles utilisant le procédé de retournement temporel, par exemple décrites dans le document C. Hudin, J. Lozada, et V. Hayward, « Localized Tactile Feedback on a Transparent Surface through Time-Reversal Wave 15 Focusing », IEEE Transactions on Haptics, vol. 8, no 2, p. 188 198, avr. 2015. Cette interface permet de localiser la stimulation. L'interface comporte une plaque de verre et des actionneurs disposés en contact avec et en périphérie de la plaque de verre. Les actionneurs piézoélectriques propagent des ondes acoustiques dans la plaque de verre. La mise en oeuvre d'un procédé de retournement temporel présente l'avantage de 20 permettre de générer une vibration de manière localisée sur la surface de la plaque et permet de stimuler séparément les différents doigts, ce retour tactile est également désigné « retour tactile localisé multitouch ». Cette interface donne satisfaction cependant cette interférence nécessite des fréquences comprises typiquement entre 20 kHz et 150 kHz. Un bruit audible est donc généré lors que le ou les doigts sont en contact 25 avec la plaque, ce qui produit des sensations moins naturelles que des vibrations basses fréquences telles que celle produites par la réponse mécanique d'une touche de clavier. En effet, les vibrations basses fréquences, dans la gamme de sensibilité tactile, généralement entre 0 kHz et 1 kHz, permettent, lorsqu'elles sont corrélées à une action de l'utilisateur, telle qu'une force, un déplacement, un contact, de simuler la présence de touches ou de relief à la surface d'un écran. 3 Le document H. Nicolau, K. Monta gue, T. Guerreiro, A. Rodrigues, and V. L. Hanson, "HoliBraille: multipoint vibrotactile feedback on mobile devices," 2015, pp. 1-4 propose de résoudre le problème en plaçant un actionneur sous chaque doigt et d'isoler mécaniquement chaque actionneur par une surface absorbant les vibrations. L'activation 5 d'un actionneur produit alors un stimulus perçu uniquement par le doigt en contact direct. Dans ce cas le doigt est donc en contact direct avec l'actionneur et non avec la surface tactile avec laquelle il interagit. Par ailleurs, amortir suffisamment des vibrations basses fréquences nécessite un important volume de mousse, peu compatible avec les contraintes d'encombrement dans un dispositif mobile, tel qu'une tablette tactile ou un 10 téléphone portable type smartphone. EXPOSÉ DE L'INVENTION C'est par conséquent un but de la présente invention d'offrir un dispositif surfacique offrant une localisation de la déformation de sa surface améliorée. C'est également un but de la présenté invention d'offre une interface de 15 stimulation tactile permettant de générer une localisation des stimulations améliorée, tout en présentant une surface lisse. Le but énoncé ci-dessus est atteint par une interface de stimulation tactile comportant une surface destinée à être explorée tactilement par un utilisateur et au moins un actionneur disposé sous la surface et destiné à appliquer un effort à la 20 surface au niveau d'une zone où l'on souhaite générer une stimulation tactile, des moyens de commande dudit au moins un actionneur, comprenant des moyens de calcul des signaux de commande mettant en oeuvre une opération de filtrage inverse, et envoyant des signaux de commande à l'actionneur. Le filtrage inverse permet de compenser les effets de propagation. 25 Par exemple, dans le cas d'une interface tactile mettant en oeuvre plusieurs actionneurs situés chacun sous une zone de la surface, lorsque l'on souhaite stimuler un doigt situé au-dessus de l'un des actionneurs, l'actionneur est activé, mais les autres actionneurs situés sous les doigts que l'on ne souhaite pas stimuler sont également activés de sorte à annuler les vibrations dans ces zones. En outre l'actionneur activé pour 4 stimuler effectivement un doigt est commandé en prenant compte l'effet de l'activation des autres actionneurs. En d'autres termes, l'invention n'empêche pas la transmission ou la propagation des ondes dans l'ensemble de la surface mais annule, grâce aux actionneurs 5 situés sous chaque doigt, les vibrations aux points où l'on ne souhaite pas générer de stimulation. Les actionneurs sont donc utilisés à la fois pour produire des vibrations destinés à générer une stimulation souhaitée et pour annuler des vibrations. L'invention permet donc de compenser la réverbération des ondes et leur propagation qui entrainent un phénomène d'effet croisé '(« cross talk» en 10 terminologie anglo-saxonne), c'est-à-dire une pollution du déplacement souhaité en un point donné par le signal envoyé à un autre actionneur en un autre point de la plaque. L'usage de ce filtre inverse permet donc d'obtenir, en chaque point couvert par un actionneur, un déplacement corrigé des effets de dispersion et de réverbérations et surtout indépendant des déplacements obtenus au centre des autres 15 actionneurs collés sur la plaque. Il est alors possible de réaliser une interface tactile mutlidigitale, grâce à un cloisonnement des stimulations d'une zone à l'autre. La présente invention s'applique également dans le cas d'une interface à un actionneur. En effet, la génération des signaux de commande de l'unique actionneur permet de compenser la distorsion du signal due à la réponse de l'actionneur et à la 20 réverbération des ondes dans la surface. L'interface tactile présente un encombrement adapté aux applications tactiles, son volume n'est pas augmenté par rapport aux interfaces existantes. En effet, les actionneurs peuvent être collés directement à la surface tactile et l'amortissement des vibrations n'est plus nécessaire, la mise en oeuvre de moyens d'isolation volumineux n'est 25 donc plus requise. La présente invention a alors pour objet un dispositif surfacique à déformation localisée comportant une plaque portant une surface d'interaction avec un ou plusieurs éléments d'interaction extérieurs, comportant au moins une zone d'interaction avec l'extérieur, au moins un actionneur disposé sous ladite zone 30 d'interaction, à l'opposé de la surface d'interaction et apte à provoquer une déformation 5 dans une direction orthogonale au plan de la plaque rigide, des moyens de contrôle dudit au moins un actionneur configurés pour envoyer des signaux de contrôle audit actionneur, comprenant des moyens de calcul desdits signaux de contrôle, lesdits moyens de calcul mettant en oeuvre une opération de filtrage inverse, de sorte à émettre, à partir 5 d'un déplacement souhaité de ladite zone, des signaux de contrôle compensant au moins partiellement la distorsion, la réverbération et la propagation des ondes. De préférence, la surface d'interaction comporte plusieurs zones d'interaction disposées les unes par rapport aux autres, de sorte qu'elles couvrent sensiblement toute la surface d'interaction et plusieurs actionneurs disposés sous 10 chacune des zones d'interaction, lesdits moyens de calcul mettant en oeuvre une opération de filtrage inverse, de sorte à émettre, à partir d'un ou de déplacements souhaités d'une ou plusieurs zones d'interaction, des signaux de contrôle compensant au moins partiellement la distorsion, la réverbération et la propagation des ondes. De manière très avantageuse, le dispositif comporte des moyens de 15 détection du contact entre au moins la zone d'interaction et un élément d'interaction extérieurs, et de manière préférée, des moyens de détection du contact entre le ou les éléments d'interaction extérieurs et toutes les zones d'interaction. Le dispositif peut comporter des moyens de mesure de la force d'appui du ou des éléments extérieurs avec le ou les zones d'interaction pour déterminer la 20 stimulation souhaité. De préférence, la surface du ou des actionneurs correspond sensiblement à celle du ou des éléments d'interaction destinée à entrer en contact avec la surface d'interaction. Dans le cas où les éléments sont des doigts, la surface du ou des 25 actionneurs est avantageusement comprise entre 1 cm2 et quelques cm2. Par exemple, les zones d'interaction et les actionneurs ont une forme d'hexagone, ce qui permet d'optimiser la couverture de la surface d'interaction. Dans un exemple de réalisation, les actionneurs sont des actionneurs piézoélectriques. Les actionneurs peuvent comporter des films minces transparents les 30 rendant adaptés à la fabrication d'écrans tactiles 6 Dans un autre exemple de réalisation, les actionneurs sont des actionneurs électromagnétiques comportant chacun une bobine et un aimant, l'aimant ou la bobine étant apte à exercer un effort sur la plaque. Dans un exemple de réalisation, une partie au moins de chaque 5 actionneur est fixée directement à la plaque. Le dispositif peut comporter un écran disposé sous la plaque à l'opposé de la surface d'interaction. L'écran peut être fixé à la plaque à l'opposé de la surface interaction. Les actionneurs peuvent être fixés sur l'écran à l'opposé de la face de l'écran en contact avec la plaque. 10 La présente invention a également pour objet une interface de stimulation tactile comportant un dispositif selon l'invention. La présente invention a également pour objet pavé tactile comportant un dispositif selon l'invention. La présente invention a également pour objet un procédé de 15 fonctionnement d'un dispositif surfacique à déformation localisée comportant une plaque portant une surface d'interaction avec un ou plusieurs éléments d'interaction extérieurs, comportant au moins une zone d'interaction avec l'extérieur, au moins un actionneur disposé sous ladite zone d'interaction, à l'opposé de la surface d'interaction et apte à provoquer une déformation dans une direction orthogonale au plan de la plaque rigide, 20 comportant : - détection d'un contact entre ladite zone d'interaction et l'élément d'interaction extérieur, - choix d'un déplacement souhaité de ladite zone d'interaction, - génération d'un signal de contrôle par une opération de filtrage 25 inverse à partir du déplacement souhaité, - application du signal de contrôle audit actionneur. La présente invention a également pour objet un procédé de fonctionnement d'un dispositif surfacique à déformation localisée comportant une plaque portant une surface d'interaction avec un ou plusieurs éléments extérieurs, comportant 30 des zones d'interactions avec l'extérieur, des actionneurs disposés sous chacune des 7 zones d'interaction, à l'opposé de la surface d'interaction et aptes à provoquer une déformation dans une direction orthogonale au plan de la plaque rigide, comportant : - détection d'un ou plusieurs contacts entre lesdites zones d'interaction et les éléments d'interaction, 5 - choix d'un déplacement souhaité pour chacune desdites zones d'interaction, - génération de signaux de contrôle par une opération de filtrage inverse à partir des déplacements souhaités, - application des signaux de contrôle au moins aux actionneurs situés 10 sous des zones pour lesquelles un déplacement effectif est souhaité. Dans un exemple de fonctionnement, des signaux de contrôle sont appliqués à au moins tous les actionneurs situés sous une zone d'interaction avec laquelle un contact avec un élément extérieur a été détecté. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS 15 La présente invention sera mieux comprise sur la base de la description qui va suivre et des dessins en annexe sur lesquels: - la figure 1 est une vue de dessus d'une représentation schématique d'une interface tactile mettant en oeuvre quatre actionneurs, selon un exemple de la présente invention, 20 - la figure 2 est une représentation du déplacement souhaité en um en fonction du temps en ms, - la figure 3A représente graphiquement les signaux émis en V en fonction du temps en ms, pour les actionneurs Al à A4 pour une interface de l'état de la technique en vue d'obtenir le déplacement de la figure 2, 25 - la figure 3B représente graphiquement les signaux émis en V en fonction du temps en ms, pour les actionneurs Al à A4 pour une interface selon l'invention en vue d'obtenir le déplacement de la figure 2, 8 - les figures 4A sont des représentations graphiques du déplacement mesuré au centre d'une zone au-dessus de chaque actionneur, en actionnant les actionneurs Al à A4 de l'interface de la figure 1 avec les signaux de la figure 3B, - les figures 4B à 4D sont des représentations graphiques du 5 déplacement mesuré au centre des zones Z1 à Z3 lorsque le déplacement de la figure 2 est souhaité dans les zones Z2, Z3, Z4 respectivement, en actionnant les actionneurs A2, A3, A4 de l'interface de la figure 1, - les figures 5A sont des représentations graphiques du déplacement mesuré au centre d'une zone au-dessus de chaque actionneur, en actionnant les 10 actionneurs Al, A2, A3 et A4 avec les signaux de la figure 3A, -- les figures 5B à 5D sont des représentations graphiques du déplacement mesuré au centre des zones au-dessus de chaque actionneur, lorsque le déplacement souhaité de la figure 2 est souhaité dans les zones Z2, Z3, Z4 respectivement, en actionnant les actionneurs A2, A3, A4 de l'interface de l'état de la 15 technique, - la figure 6 est une représentation schématique des étapes de fonctionnement d'une interface tactile selon un autre exemple de la présente invention, - les figures 7A à 7D sont des vues en coupe selon un plan orthogonal au plan de la surface tactile de différents exemples de réalisation de structures d'une 20 interface tactile selon la présente invention. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Dans la description qui va suivre, l'invention sera décrite plus particulièrement dans une application à une interface tactile, mais la présente invention s'applique à d'autres domaines tels que, par exemple, la micromanipulation ou l'optique. 25 Dans le cas d'une interface tactile, il sera considéré que l'utilisateur interagit avec l'interface tactile avec ses doigts. Il sera compris qu'il pourrait interagir avec d'autres parties de son corps. Sur la figure 1, on peut voir une représentation schématique d'un exemple d'interface tactile vue de dessus comportant une plaquel, par exemple en verre, 9 portant sur une de ses faces la surface d'interaction avec l'extérieur, désignée surface tactile, quatre actionneurs Al, A2, A3 et A4 disposés sous la plaque en verre, par exemple fixés sur la surface de la plaque 1 opposée à la surface tactile 2. L'interface tactile comporte également des moyens de contrôle 6 de chacun des actionneurs comprenant 5 des moyens de calcul 8 de signaux de commande. Le matériau de plaque est choisi de telle sorte que qu'il permet à des vibrations basses fréquences, typiquement inférieures à REVENDICATIONS1. Dispositif surfacique à déformation localisée comportant une plaque portant une surface d'interaction avec un ou plusieurs éléments d'interaction extérieurs, comportant au moins une zone d'interaction avec l'extérieur, au moins un actionneur disposé sous ladite zone d'interaction, à l'opposé de la surface d'interaction et apte à provoquer une déformation dans une direction orthogonale au plan de la plaque rigide, des moyens de contrôle dudit au moins un actionneur configurés pour envoyer des signaux de contrôle audit actionneur, comprenant des moyens de calcul desdits signaux de contrôle, lesdits moyens de calcul mettant en oeuvre une opération de filtrage inverse, de sorte à émettre, à partir d'un déplacement souhaité de ladite zone, des signaux de contrôle compensant au moins partiellement la distorsion, la réverbération et la propagation des ondes. 2. Dispositif selon la revendication 1 dans lequel la surface d'interaction comporte plusieurs zones d'interaction disposées les unes par rapport aux autres, de sorte qu'elles couvrent sensiblement toute la surface d'interaction et plusieurs actionneurs disposés sous chacune des zones d'interaction, lesdits moyens de calcul mettant en oeuvre une opération de filtrage inverse, de sorte à émettre, à partir d'un ou de déplacements souhaités d'une ou plusieurs zones d'interaction, des signaux de contrôle compensant au moins partiellement la distorsion, la réverbération et la propagation des ondes. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, comportant des moyens de détection du contact entre au moins la zone d'interaction et un élément d'interaction extérieurs. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, comportant des moyens de détection du contact entre le ou les éléments d'interaction extérieurs et toutes les zones d'interaction. 20 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, comportant des moyens de mesure de la force d'appui du ou des éléments extérieurs avec le ou les zones d'interaction. 5 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel la surface du ou des actionneurs correspond sensiblement à celle du ou des éléments d'interaction destinée à entrer en contact avec la surface d'interaction. 7. Dispositif selon la revendication 6, dans lequel les éléments sont 10 des doigts et dans lequel la surface du ou des actionneurs est comprise entre 1 cm2 et quelques cm2. 8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7 pris en combinaison avec la revendication 2, dans lequel les zones d'interaction et les actionneurs ont une 15 forme d'hexagone. 9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel les actionneurs sont des actionneurs piézoélectriques. 20 10. Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel les actionneurs comportent des films minces transparents. 11. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel les actionneurs sont des actionneurs électromagnétiques comportant chacun une bobine et 25 un aimant, l'aimant ou la bobine étant apte à exercer un effort sur la plaque. 12. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 11, dans lequel une partie au moins de chaque actionneur est fixée directement à la plaque. 21 13. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 11, comportant un écran disposé sous la plaque à l'opposé de la surface d'interaction. 14. Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel l'écran est 5 fixé à la plaque à l'opposé de la surface interaction. 15. Dispositif selon les revendications 12 et 13, dans lequel les actionneurs sont fixés sur l'écran à l'opposé de la face de l'écran en contact avec la plaque. 10 16. Interface de stimulation tactile comportant un dispositif selon l'une des revendications 1 à 15. 17. Pavé tactile comportant un dispositif selon la revendication 12. 15 18. Procédé de fonctionnement d'un dispositif surfacique à déformation localisée comportant une plaque portant une surface d'interaction avec un ou plusieurs éléments d'interaction extérieurs, comportant au moins une zone d'interaction avec l'extérieur, au moins un actionneur disposé sous ladite zone 20 d'interaction, à l'opposé de la surface d'interaction et apte à provoquer une déformation dans une direction orthogonale au plan de la plaque rigide, comportant : - détection d'un contact entre ladite zone d'interaction et l'élément d'interaction extérieur, - choix d'un déplacement souhaité de ladite zone d'interaction, 25 - génération d'un signal de contrôle par une opération de filtrage inverse à partir du déplacement souhaité, - application du signal de contrôle audit actionneur. 22 19. Procédé de fonctionnement d'un dispositif surfacique à déformation localisée comportant une plaque portant une surface d'interaction avec un ou plusieurs éléments extérieurs, comportant des zones d'interactions avec l'extérieur, des actionneurs disposés sous chacune des zones d'interaction, à l'opposé de la surface 5 d'interaction et aptes à provoquer une déformation dans une direction orthogonale au plan de la plaque rigide, comportant : - détection d'un ou plusieurs contacts entre lesdites zones d'interaction et les éléments d'interaction, - choix d'un déplacement souhaité pour chacune desdites zones 10 d'interaction, - génération de signaux de contrôle par une opération de filtrage inverse à partir des déplacements souhaités, - application des signaux de contrôle au moins aux actionneurs situés sous des zones pour lesquelles un déplacement effectif est souhaité. 20. Procédé de fonction selon la revendication 19, dans lequel des signaux de contrôle sont appliqués à au moins tous les actionneurs situés sous une zone d'interaction avec laquelle un contact avec un élément extérieur a été détecté. 15 20