EP4232883A1 - Dispositif tactile à retour haptique avec textures spatialisées - Google Patents

Dispositif tactile à retour haptique avec textures spatialisées

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Publication number
EP4232883A1
EP4232883A1 EP21798681.9A EP21798681A EP4232883A1 EP 4232883 A1 EP4232883 A1 EP 4232883A1 EP 21798681 A EP21798681 A EP 21798681A EP 4232883 A1 EP4232883 A1 EP 4232883A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
texturing
plate
reference axis
notch
external body
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21798681.9A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Baptiste REYNAL
Mickael Cottin-Bizonne
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hap2U SAS
Original Assignee
Hap2U SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hap2U SAS filed Critical Hap2U SAS
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Pending legal-status Critical Current

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    • G06F3/0487—Interaction techniques based on graphical user interfaces [GUI] using specific features provided by the input device, e.g. functions controlled by the rotation of a mouse with dual sensing arrangements, or of the nature of the input device, e.g. tap gestures based on pressure sensed by a digitiser
    • G06F3/0488—Interaction techniques based on graphical user interfaces [GUI] using specific features provided by the input device, e.g. functions controlled by the rotation of a mouse with dual sensing arrangements, or of the nature of the input device, e.g. tap gestures based on pressure sensed by a digitiser using a touch-screen or digitiser, e.g. input of commands through traced gestures
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    • G06F2203/01—Indexing scheme relating to G06F3/01
    • G06F2203/014—Force feedback applied to GUI

Definitions

  • the invention is a tactile device, with haptic feedback, capable of being touched by an external body, for example a finger of a user or a stylus manipulated by a user.
  • buttons for example push buttons, adjustment knobs or cursors.
  • This type of member makes it possible to select and/or adjust the operating parameters of the device controlled by the interface.
  • touch screens in particular capacitive effect touch screens. These can work interactively, and very intuitively. They are now used both for common devices, for example mobile phones, or automobile dashboards, but also in more specialized industrial applications.
  • a touch screen is a surface, usually flat, without texturing.
  • a touch interface comprising a smooth plate, forming a contact surface intended to be touched by a finger.
  • This plate is vibrated by several piezoelectric transducers, arranged in contact with the plate, below the latter.
  • the transducers and the plate form a resonator conducive to the formation of a standing bending wave, of the Lamb wave type.
  • the frequency of vibration resonance of the contact surface is in the ultrasonic range, for example between 10 kHz and 200 kHz, and the amplitude of the vibration is low, typically a few microns, the user may feel a texturing effect of the contact surface, when the finger slides along said surface. This effect is known and is usually designated by the term “squeeze film” (or overpressure film).
  • the vibration of the plate generates an air cushion between the finger and the plate, reducing the friction of the finger on the plate. Also referred to as ultrasonic lubrication. By modulating the vibration, the friction of the finger on the plate is modified. The user can thus perceive an impression of texturing, taking the form of a feeling of roughness, or a certain resistance to slipping, while the contact surface remains smooth. This effect was applied to transparent or non-transparent contact surfaces, forming a haptic interface. This type of interface can be combined with a touch screen.
  • Patent US8405618 describes a haptic interface comprising a multitude of abutting plates, each plate being connected to a piezoelectric transducer. In this patent, it is indicated that the use of a multitude of abutting plates is necessary to cover a surface such as the surface of a touch pad or a smartphone.
  • haptic interfaces comprising a plate intended to be touched by a finger.
  • the haptic interface When the finger slides along the plate, the haptic interface generates haptic feedback to modulate finger friction on the plate.
  • the inventors have designed a haptic device, based on the use of ultrasonic vibration producing an ultrasonic lubrication effect (so-called “squeezefilm” effect in English terminology), presenting new functionalities. These include taking into account a predetermined, virtual texturing pattern, and improving the realism of the haptic feedback whereby the user perceives the texturing pattern by touching the device.
  • a particular application of the device is a haptic interface.
  • a first object of the invention is a method for implementing a touch device, the touch device comprising:
  • a plate comprising at least one texturing zone, to which a virtual texturing pattern is assigned, the plate being intended to be touched by an external body;
  • the method comprising: a) moving an outer body along the texturing area; b) determining a position of the outer body on the texturing area; c) measurement of a velocity of the external body along the plate; d) when the finger moves along the texturing zone, generating an activation signal, depending on the texturing pattern, so as to activate the transducer or each transducer, such that under the effect of the signal of activation, the plate is vibrated, according to a vibration, preferably ultrasonic, the vibration inducing a variation of a friction between the plate and the outer body, the outer body moving, feeling the texturing pattern under the effect of moving it along the texturing area.
  • a vibration preferably ultrasonic
  • the texturing pattern is oriented with respect to a reference axis
  • step c) comprises a measurement of a component of the speed of the external body on the reference axis
  • the activation signal depends on the texturing pattern and on the component of the velocity of the external body on the reference axis;
  • virtual texturing pattern is meant a digitally defined texturing pattern, independently of a real texturing or of a surface state of the plate.
  • the vibration induces an impression of texturing, felt by the external body touching the texturing area.
  • the vibration constitutes a haptic feedback from the device, resulting in a modification of a tactile sensation.
  • ultrasonic vibration is meant a vibration whose frequency is greater than or equal to 20 kHz.
  • the vibration frequency is preferably less than 200 kHz.
  • the activation signal can be established from:
  • the activation signal depends on the texturing pattern and on the speed of the external body on the texturing zone.
  • the time shape of the modulation function depends on the speed of the outer body over the texturing area.
  • the activation signal can be generated at different times, so that:
  • the amplitude of the modulation function depends on the position of the external body
  • the temporal form of the modulation function is adjusted according to a variation of the speed component of the external body on the reference axis.
  • the outer body moves along the texturing zone in a direction forming an angle with the reference axis
  • the temporal shape of the modulation component depends on the angle between the direction and the reference axis.
  • the texturing pattern can be a periodic pattern, extending according to a spatial period parallel to the reference axis.
  • the temporal form of the modulation function is then periodic, according to a time period, the duration of the time period depending on the component of the velocity of the external body on the reference axis and of the spatial period of the texturing pattern.
  • the texturing pattern is oriented with respect to a first reference axis and to a second reference axis;
  • step c) comprises a measurement of a first speed component, along the first reference axis, and of a second speed component along the second reference axis;
  • step d) comprises, during the movement of the outer body:
  • the texturing pattern is a periodic pattern, extending along a first spatial period parallel to the first reference axis;
  • the first modulation function is periodic, according to a first time period, the duration of the first time period depending on the first component of the speed and on the first spatial period of the periodic pattern;
  • the texturing pattern extends along a second spatial period parallel to the second reference axis
  • the second modulation function is periodic, according to a second time period, the duration of the second time period depending on the second component of the speed and on the second spatial period of the periodic pattern.
  • the texturing pattern comprises at least one notch, the notch corresponding to a relief or to a hollow in the texturing pattern; - the modulation function of the activation signal is determined such that a notch effect is felt by the user when the outer body passes over the notch.
  • the modulation function successively comprises:
  • the feeling of the notch by the user then depends on the modulation function during the anterior, notch and posterior phases;
  • the modulation function is preferably such that during the notch phase, the modulation function varies according to a wider range of variation than during the anterior phase and during the posterior phase.
  • the modulation function may be such that an absolute value of its time derivative reaches a higher maximum value than during the earlier phase and during the later phase.
  • the notch is oriented with respect to the reference axis
  • the duration of the anterior phase, the notch phase and the posterior phase depends on the component of the velocity of the external body with respect to the reference axis.
  • the texturing pattern can have several notches.
  • the modulation function may be such that each notch is associated with an anterior phase, a notch phase and a posterior phase.
  • the anterior phase, the notch phase and the posterior phase form an activation sequence associated with each notch.
  • the time interval between two phases of notches, respectively associated with two successive notches depends on a distance between the two notches and on a speed of the external body with respect to the reference axis.
  • the reference axis may be linear or curved or piecewise linear.
  • the device is a touch interface, intended to control a device connected to the interface;
  • the interface is intended to adjust a value of at least one operating parameter of the device, as a function of the position of the external body on the texturing zone, the texturing zone allowing an adjustment of the value of the parameter;
  • the method comprises generation of a control signal for the device as a function of the position of the finger on the texturing zone.
  • the device comprises a pressure sensor, configured to measure a pressure exerted by the external body on the plate, the method comprising:
  • step b) is implemented using a capacitive sensor.
  • the outer body is a finger.
  • a second object of the invention is a tactile device, comprising a plate, intended to be touched by an external body, the device comprising:
  • a position sensor configured to generate a position signal, the position signal being representative of a position of the external body on the plate;
  • the tactile device being characterized in that it comprises:
  • control unit connected to the position sensor and to the calculation unit, and configured to implement step d) of a method according to the first object of the invention, as a function of the position signal from position sensor and the speed signal from the calculation unit.
  • the calculation unit can be connected to a memory, in which is recorded the texturing pattern, assigned to the texturing zone, in digital form.
  • the memory can include different texturing patterns, which can be successively assigned to the texturing zone.
  • the position sensor can be a capacitive sensor, and comprise a network of conductive tracks configured to detect the external body by capacitive coupling, through all or part of the plate.
  • the device may include a screen.
  • the device can be such as: - the plate is transparent;
  • the device can be such as:
  • the device is a touch interface, intended to control a device connected to the interface;
  • the device comprises a texturing zone, intended for adjustment of a value of an operating parameter of the device, the texturing zone comprising at least two notches, spaced apart from each other;
  • control unit is configured to adjust a value of the parameter according to a position of the finger on the texturing zone.
  • a third object of the invention is a device, configured to be controlled by a parameter, and comprising a touch interface configured to select the parameter or adjust a value of the parameter, the touch interface being a device according to the second object of the invention.
  • the device comprises a texturing zone, intended for adjustment of a value of an operating parameter of the device, the texturing zone comprising at least two notches, spaced apart from each other, the unit of control being configured to adjust a value of the parameter according to a position of the finger on the texturing zone.
  • Figures IA to IC show an example of a touch device allowing an implementation of the invention.
  • FIG. 1D diagrams a propagation of an ultrasonic vibration through a plate of the touch device described in connection with FIGS. IA to IC.
  • Figure 2A shows a first example of a virtual texturing pattern assigned to a texturing area.
  • FIGS. 2B to 2C illustrate a transducer activation signal, generating a vibration of the plate so as to induce the texture according to the texturing pattern of FIG. 2A.
  • the activation signal comprises a carrier signal (FIG. 2B) and a modulation function (FIG. 2C).
  • FIG. 3A represents the texturing pattern of FIG. 2A, as well as three directions of movement of the finger on the pattern.
  • FIG. 3B shows two temporal forms of the modulation function respectively for a direction parallel to a reference axis and a direction inclined with respect to the reference axis.
  • Figure 4A shows a second example of a virtual texturing pattern assigned to a texturing area.
  • FIG. 4B shows a modulation function allowing a feeling of the texturing pattern represented in FIG. 4A.
  • FIG. 5A shows a third example of texturing pattern: in this example, the texturing pattern is defined according to a first reference axis and a second reference axis.
  • FIG. 5B shows an example according to which the texturing pattern extends along a non-rectilinear reference axis.
  • Figures 6A and 6B illustrate a configuration in which the touch device is an interface of an appliance.
  • Figure 7A shows a fourth example texturing pattern.
  • the texturing pattern forms notches spaced apart from each other.
  • FIGS. 7B, 7C and 7D respectively illustrate a modulation function, a carrier and a plate activation signal resulting from an amplitude modulation of the carrier by the modulation function.
  • the activation signal allows a feeling of the notches represented in FIG. 7A.
  • FIG. 7E shows another activation signal allowing a feeling of the notches represented in FIG. 7A.
  • FIG. 7F shows a texturing pattern, similar to the pattern represented in FIG. 7A, as well as two directions in which the finger moves along the texturing zone: one direction is parallel to a reference axis, along which extends the texturing pattern, and another direction forms an acute angle to the reference axis.
  • FIGS. 7G and 7H illustrate a modulation function corresponding respectively to a displacement of the finger along the direction forming an acute angle with respect to the reference axis, and along the direction parallel to the reference axis.
  • FIG. 8A represents a modulation function allowing a feeling of a notch.
  • Figure 8B is a time derivative of the modulation function shown in Figure 8A.
  • FIGS. 9A to 9H show different possibilities of modulation functions allowing a feeling of a notch.
  • FIGS. 10 and 11 show modulation functions corresponding to successive notches, distant from each other.
  • FIG. 12A represents an example of a texturing pattern mimicking a translation of a slider in a switch.
  • Figure 12B is an example of a modulation function suitable for the pattern shown in Figure 12A.
  • Figure 13 shows the main steps of a method according to the invention.
  • FIGS. 14A and 14B represent two different patterns which can be successively assigned to the same texturing zone.
  • FIGS IA to 1D show an example of a touch device 1 according to the invention.
  • the tactile device comprises a plate 10 intended to be touched by an external body 9.
  • the external body 9 is a finger, which corresponds to most of the applications envisaged.
  • the outer body 9 can be a stylus, or any other means allowing to act on the plate 10.
  • Device 1 is intended to produce haptic feedback to an external body moving along the plate. More precisely, the device is configured such that under the effect of a displacement along the plate, the external body can feel a texturing impression.
  • the plate 10 comprises a texturing zone 10', at the level of which a texturing pattern M is assigned.
  • the texturing pattern M is virtual: it does not correspond to a physical or material structuring of the plate.
  • the texturing pattern is defined independently of a surface state of the plate, in the texturing zone.
  • the plate can for example be smooth, while the texturing pattern defines a roughness.
  • An example of texturing pattern M is represented in FIG. 2A.
  • Plate 10 is rigid. It extends between an outer face 10e and an inner face 10i.
  • the outer face 10 e is accessible to the finger 9.
  • the inner face 10i and the outer face 10 e preferably extend parallel to each other.
  • the distance between the external face 10e and the internal face 10j defines a thickness e of the plate.
  • the thickness e of the plate is sized to allow vibration of the plate 10 according to an ultrasonic vibration, as described below.
  • the thickness e of the plate 10 is preferably less than 10 mm, or even less than 5 mm.
  • the thickness e is adjusted according to the nature of the material and its properties mechanical (rigidity, solidity). It is for example between 1 and 5 mm for glass or a material such as Plexiglas.
  • the inner face 10i and the outer face 10e are flat, which corresponds to the simplest configuration to manufacture.
  • the plate extends, parallel to a lateral axis X, along a width l and, parallel to a longitudinal axis Y, along a length L.
  • the length L and the width l can be between 5 cm and a few tens of cm, for example 30 cm, or even more.
  • the lateral axis X and the longitudinal axis Y define a main plane PXY-
  • the internal face 10i and/or the external face 10e can be curved.
  • the surface of the plate 10 is preferably greater than 10 cm 2 , or even 50 cm 2 .
  • the plate 10 is formed from a rigid material, such as glass, or a polymer, or wood, or a metal, or a semiconductor, for example silicon.
  • the plate 10 can be transparent or opaque.
  • the plate 10 can comprise opaque parts and transparent parts.
  • the plate 10 is delimited, along the lateral axis X, by a first lateral edge 10i and a second lateral edge IO2 in the vicinity of which transducers 12 are arranged. at 2 cm, on or under the plate 10.
  • Each transducer 12 is able to be activated by an electrical activation signal, and, under the effect of the activation signal, to exert pressure on the plate 10 so as to produce a local deformation of the plate, in a direction perpendicular to the plate.
  • the activation signal is periodic, in an ultrasonic frequency range
  • the deformation of the plate 10 is periodic, which leads to the formation of an ultrasonic vibration 19.
  • the vibration can in particular be generated by a bending wave forming through the plate.
  • the bending wave can be stationary or progressive.
  • the activation signal of each transducer can be modulated in amplitude and/or in frequency.
  • the plate is connected to a plurality of transducers 12.
  • the transducers are generally arranged in the vicinity of at least one edge of the plate 10, and preferably in the vicinity of two opposite edges with respect to the lateral axis X and /or to the lateral axis Y.
  • the arrangement of the transducers 12 at the edge of the plate 10 does not constitute a necessary condition: the transducers can be arranged according to other configurations, for example in the form of a line, in the middle of the plate, or of a matrix.
  • Each transducer 12 can be a transducer of the piezoelectric type, comprising a piezoelectric material, for example AIN, ZnO or PZT, arranged between two electrodes.
  • each transducer 12 can be the reference PZT 406.
  • each transducer can be an electromechanical resonator, for example of the MEMS type (Micro ElectroMechanical System - electromechanical microresonator), or of the electrostrictive or magnetostrictive type.
  • Transducers 12 may be such that the piezoelectric material is deposited, in the form of one or more thin layers, between bias electrodes.
  • Each transducer 12 can be assembled against the internal face 10j of the plate 10 by gluing.
  • the transducers are mechanically connected to the internal face 10i: They can be directly assembled to the internal face, or be assembled to an intermediate component, preferably rigid, the latter being assembled to the internal face 10i, so as to allow transmission, to the plate, from the vibration induced by the or each transducer.
  • the intermediate component can be metallic. It may for example be a part forming an amplifier, arranged between the plate and a transducer 12 (or each transducer 12), and arranged to amplify the vibration produced by the transducer 12 (or each transducer 12) and transmitted to the plate 10.
  • the intermediate component can form a rigid layer, so as to increase the rigidity of the plate.
  • the intermediate component can be a screen 11, assembled to the plate 10, as described below.
  • the plate 10 can form a screen protection slab 11.
  • the screen 11 can be an LCD type screen (Liquid Crystal Display - liquid crystal screen) or OLED (Organic Light-Emitting Diode - organic light-emitting diode). ).
  • the intermediate component can be a multilayer component. It may for example comprise a screen, under which is placed a part forming an amplifier, the transducers being assembled to the amplifier.
  • each transducer 12 is configured to generate an ultrasonic vibration 19, the latter propagating in the plate 10.
  • the frequency of the ultrasonic vibration 19 is preferably between 10 kHz and 200 KHz. It is preferably greater than 20 KHz, so as to address the ultrasonic spectral band and preferably less than 150 kHz.
  • the amplitude of the ultrasonic vibration 19 is generally between 0.1 ⁇ m and 50 ⁇ m.
  • FIG. 1D there is schematized, in FIG. 1D, an ultrasonic vibration 19 propagating in the plate 10.
  • the ultrasonic vibration of the plate leads to the formation of a thin film of air between the plate 10 and the finger 9, (known as the "squeeze film effect", or ultrasonic lubrication, in Anglo-Saxon terminology) which results in an impression of texturing of the plate when the user's finger moves along the external face 10th .
  • the thickness of the air film varies, which increases or decreases a lubricating effect between the finger and the plate. This changes the friction (or friction) between the plate and the finger, as described in the prior art. This results in a modification of the tactile sensation perceived by the finger.
  • the ultrasonic vibration 19 can be stationary, but this need not be.
  • the device 1 comprises a position sensor 14, making it possible to form a signal S(t), called the position signal, depending on a position of the finger 9 on the plate 10.
  • It can for example be a capacitive sensor .
  • plate 10 is made of a dielectric material
  • position sensor 14 is connected to conductive tracks 13, arranged in a two-dimensional network.
  • the conductive tracks 13 are adjacent to the internal face 10i.
  • the conductive tracks can extend parallel to the plate 10, below the outer face 10 e .
  • the conductive tracks are formed on a capacitive screen 11, and arranged adjacent to the internal face 10i.
  • the position sensor makes it possible to determine a position of the finger according to a sampling frequency which can reach or exceed 50 Hz or 100 Hz.
  • the conductive tracks 13 can be made from a usual conductive material, for example a metal.
  • the conductive tracks 13 are preferably made of a transparent conductive material, for example a conductive oxide, a usual material being ITO (Indium Tin Oxide - Indium-tin oxide).
  • the network formed by the conductive tracks 13 can be matrix, the tracks being rectilinear, and extending along rows and columns.
  • the conductive tracks can be biased according to a bias voltage.
  • the conductive tracks 13 can be formed directly on the plate 10 or in the plate 10.
  • the finger 9 being electrically conductive, under the effect of a proximity between one or more conductive tracks 13, a charge transfer can be carried out, by capacitive effect, between one or more conductive tracks 13 and the finger 9, It is note that a detection of a position by capacitive coupling assumes that the plate 10 is touched by an electrically conductive body 9 (finger or conductive stylus, for example metallic).
  • the conductive tracks 13 are represented by dashes because they are located behind the plate 10.
  • the conductive tracks 13 are connected to the position sensor 14. Due to the two-dimensional arrangement of the conductive tracks 13, the position sensor 14 makes it possible to obtain two-dimensional coordinates (%, y) of the point of contact of the finger, parallel to the plate 10.
  • the position sensor 14 is connected to a calculation unit 14', making it possible to establish a speed signal V(t) of the finger, from positions of the finger respectively obtained at a measurement instant t and at a different time, before or after the measurement time t.
  • the speed signal V(t) is representative of the speed of the finger at the instant of measurement.
  • Touchscreen device 1 may include a pressure sensor 17, configured to estimate a pressure exerted by finger 9 on plate 10.
  • Pressure sensor 17 may be:
  • a rangefinder arranged facing the plate, and configured to measure a distance separating it from the plate, the rangefinder being configured to determine a deformation of the plate under the effect of a pressure exerted on the plate, which corresponds to the example shown in Figure IC.
  • It may for example be an infrared optical rangefinder, the operating range of which is between 1 and 5 mm, and placed 2.5 mm from the plate.
  • Such a rangefinder is usually designated “reflective object sensor”, meaning “object sensor by reflection”.
  • the Q.RE 1113 reference sensor is suitable for such an application.
  • a dynamometer placed in contact with the plate, and configured to detect a displacement of the plate under the effect of a pressure exerted on the plate;
  • transducer configured to measure a variation of a vibration of the plate, the variation resulting from a pressure exerted on the plate.
  • the transducer makes it possible to measure the pressure exerted as described in patent application EP3566115.
  • the presence of the pressure sensor 17 is optional.
  • Device 1 comprises a control unit 15, connected to position sensor 14 and to calculation unit 14'.
  • the control unit 15 comprises a microcontroller or a microprocessor.
  • the control unit 15 is configured or programmed to perform the actions described by the following.
  • the control unit 15 is linked to a memory 16, in which is stored at least one digital texturing pattern M, assigned to the texturing zone 10'.
  • the virtual texturing pattern is established in digital form, independently of the surface condition of the texturing zone (roughness or presence of any relief), hence the designation virtual pattern. As explained below, several texturing patterns can be assigned, at different times, to the same texturing zone. In this case, a library of texturing patterns is stored in memory 16.
  • the control unit 15 is configured to send, at different instants t, an activation signal Act(t) to at least one transducer 12, and preferably to each transducer 12, as a function of the speed V(t).
  • the desired objective is to obtain haptic feedback from the device 1, addressed to the user, when the finger moves along the texturing zone 10'.
  • each activated transducer can generate an ultrasonic vibration 19, forming through the plate 10, and reaching the finger 9 of the user, as shown in Figure ID. Under the effect of the ultrasonic vibration, the user feels a feeling of texturing, corresponding to the pattern assigned to the texturing zone, according to the principles previously described.
  • a texturing zone can be perceived as untextured, whereas under the effect of the activation signal, a finger, moving in contact with the texturing zone, perceives the texturing defined by the texturing pattern M.
  • FIG. 2A is an example of such a virtual texturing pattern M.
  • the texturing shown in Figure 2A is not real. It corresponds to what the finger 9 perceives moving along the texturing zone 10', under the effect of the activation signal. So that the finger 9 can feel the texturing pattern, the activation signal Act(t) is formed by a so-called “carrier” signal w periodic amplitude modulated.
  • FIG. 2B represents the carrier signal: it is a periodic signal, the period corresponding to an ultrasonic frequency, that is to say between 20 kHz and 200 kHz. In this example, the carrier is sinusoidal.
  • FIG. 2C shows a triangular modulation function A, allowing amplitude modulation of the carrier, so as to form the activation signal Act(t) such that:
  • the modulation function A takes a predetermined temporal form, defined as a function of the virtual pattern M.
  • temporal form we mean the evolution of the modulation function according to time, during the displacement of the finger on the texturing area. The finger moves along the texturing area for a travel time.
  • the temporal form corresponds to the evolution of the modulation function during the duration of displacement.
  • the pattern M is periodic, of spatial period dr, along a reference axis R.
  • the periodic pattern is formed by a repetition, in space, of an elementary pattern.
  • spatial period is meant a distance along which the elementary pattern is repeated, parallel to the reference axis.
  • the reference axis R corresponds to an axis along which the spatial period of the pattern is repeated.
  • the reference axis R is parallel to the plate 10; it can be confused with the lateral axis X or the longitudinal axis Y previously defined. It can also be different from these axes.
  • the modulation function is also periodic, of time period dt. The time period depends on the spatial period and the speed of movement of the finger and preferably the direction of movement of the finger, as described below.
  • the modulation function A takes on a periodic triangular temporal form.
  • the activation signal Act(t) corresponding to the texturing pattern M is activated when the finger is in contact with the texturing zone 10'.
  • the control unit 15 is programmed to generate the activation signal Act(t) according to the position S(t) detected by the position sensor 14 and according to the texturing pattern M stored in the memory 16.
  • the activation signal depends not only on the position of the finger on the plate 10, but also on its speed V(t). More precisely, the temporal form of the modulation function is adjusted according to the speed of the finger V R (t) on the reference axis R. In the example of FIG. 2C, the period dt of the modulation function is all the lower as the speed V(t) is high:
  • the texturing pattern M is oriented with respect to the reference axis R.
  • oriented is meant that the texturing is variable along the reference axis.
  • the pattern is periodic, the texturing repeats along the reference axis.
  • the activation signal, and more precisely the temporal form of the modulation function depends on an orientation of a trajectory followed by the finger with respect to the reference axis R.
  • the control unit is configured for:
  • Figure 3A shows texturing pattern M as shown in Figure 2A.
  • the pattern is oriented along a reference axis R.
  • the pattern is periodic, along the reference axis R.
  • Three trajectories have been represented: a trajectory D parallel to the reference axis R; a trajectory D', oriented with respect to the axis R at an angle of 30°, and a trajectory D", orthogonal to the axis R.
  • the activation signal is parameterized by a projection VR of the speed of the finger on the R axis.
  • projection on the R axis we mean a projection perpendicular to the R axis.
  • the period dt of the modulation function varies according to the value of the speed of the finger projected on the R axis.
  • the modulation is carried out according to the angle between the trajectory (D, D', D") and the reference axis R.
  • the angle can be determined by the sensor of position. The lower the speed of the finger projected on the R axis, the more the period dt of the modulation function increases.
  • the amplitude of the activation signal is defined by the amplitude of the modulation function: the latter depends on the position of the finger on the texturing zone 10' and on the virtual pattern M.
  • the temporal form of the modulation function can be adjusted according to a possible variation in the speed of displacement of the finger along the texturing zone 10'.
  • the modulation function A(t) has been represented: when the finger moves, at constant speed, along the trajectory D, parallel to the reference axis R, the period of the modulation function is dt. This corresponds to the curve in solid lines.
  • the period of the modulation function is dt', with dt' > dt. This corresponds to the dotted curve.
  • FIG. 4A represents a texturing pattern simulating the outline of a button, of the push button type.
  • FIG. 4A is a cross-sectional view, simulating a button as felt when the finger slides along the texturing zone 10′, along the axis R.
  • the feeling of relief perceived by the finger as it moves along the texturing area in four instants t a , tb t c , and t .
  • the finger moves along the 10' texturing area, which is for example smooth.
  • Figure 4A shows the virtual texturing felt by the finger. It is assumed that the pressing force of the finger exerted by the user is constant.
  • FIG. 4B represents a temporal form of a modulation function, making it possible to obtain an activation signal conferring a feeling of a button touch.
  • the temporal shape of the modulation function comprises two Gaussian peaks separated by a flat portion, of zero amplitude.
  • the two Gaussian peaks are separated by a duration At.
  • Each Gaussian peak corresponds to a border of the button.
  • the modulation amplitude increases. This leads to a reduction in the friction of the finger on the plate 10: this results in a brief acceleration of the finger.
  • the modulation amplitude decreases, which increases the friction of the finger on the plate 10. This results in a deceleration of the finger.
  • the user perceives a raising action of the finger on the button.
  • the modulation amplitude is constant, being for example zero (time t c ). Friction is high.
  • the modulation amplitude increases. This leads to a reduction in the friction between the finger and the plate 10: this results in a brief acceleration of the finger. The user perceives a descent of the finger.
  • the sense of rising and falling perception can be accentuated when the user has a visual representation of the button on the texturing area.
  • the modulation function A varies according to a speed of displacement of the finger along the reference axis R. The higher the speed, the longer the duration At between the Gaussian peaks decreases.
  • the texturing pattern is periodic, along a single reference axis, in this case the R axis.
  • the temporal form of the activation function depends of the speed of the finger along the axis R.
  • the texturing pattern can be periodic along two axes, for example two orthogonal axes: the axis R and the R2 axis .
  • the speed V(t) comprises: a first component VRI(L), representative of a speed of movement of the finger along the first axis, in this case the axis R ⁇ ; and a second component VR2(t), representative of a speed of displacement of the finger along the second axis, in this case the axis R 2 .
  • the activation signal Act(t) is obtained by a combination between a first periodic activation signal Act R i (t), according to a first period, depending on the first component V Ri (t); a second periodic activation signal Act R2 (t), according to a second period, depending on the first component V R2 (t).
  • combination is meant an arithmetic operation which can be for example a sum or a product.
  • the level of gray corresponds to the friction felt when the finger moves along the plate, at constant speed.
  • the periodic activation signals Act R i (t) and Act R2 (t) can have the same period, and the same amplitude, which corresponds to the example given in FIG. 5A. They can also have a different period or amplitude: for example, the texturing is more marked (and/or more spaced out) in one direction than in another direction.
  • the device 1 is a tactile and haptic interface, connected to a device 20.
  • the device 20 can be, without limitation, a communication device, computer , a machine, household electrical equipment, a vehicle dashboard.
  • the operation of the device 20 is governed by at least one operating parameter 18.
  • the haptic interface 1 is intended for setting a value of the operating parameter 18 of the device 20.
  • the texturing zone 10' forms an adjustment zone, intended for adjusting the parameter 18 under the effect of a sliding of the finger 9.
  • the texturing zone 10' extends between two ends, the latter corresponding at two different values of the parameter.
  • the extremities can for example correspond to two extreme values of parameter 18.
  • the value of parameter 18 is progressively increased when the finger slides along the texturing zone, between the two extremities, in the direction of the arrow, or gradually diminished, as the finger slides in the opposite direction.
  • FIG. 6A a part 11' of a screen 11 has been shown, located against the internal face 10i of the plate 10.
  • the screen 11 makes it possible to display, on the part 11', of the parameter 18 whose value is adjusted by the finger 9 sliding over the texturing zone 10'.
  • the texturing zone 10' is not rectilinear. It extends along a reference axis R in the form of an arc of a circle. An example is shown in FIG. 5B: the reference axis R is shown in dotted lines.
  • the reference axis may include a succession of rectilinear parts, being linear in parts. It may also include curved parts and other straight parts.
  • the texturing zone 10' can make it possible to switch the value of a parameter between only two values, for example 0 when the finger is located at one end of the texturing zone, and 1 when the finger is located at another end of the texturing area. It may for example be an on/off switch. An example of a switch is described in connection with FIGS. 12A and 12B.
  • the sliding action of the finger along the texturing zone 10' is similar to a translation action of a notched cursor or to the rotation of a notched wheel in a conventional, non-haptic interface.
  • the interface 1 is configured so that the finger 9 can feel a notch effect when it moves along the texturing zone 10'.
  • notches effect we mean an effect by which the finger, when it slides along the texturing zone, feels a haptic sensation of notches, comparable to a passage of mechanical notches that one perceives acting on a mechanical slider notched or on a notched wheel. It is a question of mimicking a sensation of notches that the finger would perceive if it acted on a notched mechanical cursor.
  • the variation in the speed of the finger corresponds to an acceleration or a deceleration.
  • the variation in speed is induced by a variation in the friction of the finger sliding along the interface.
  • the friction variation is obtained by vibrating the plate, as detailed below.
  • the control unit 15 can send a control signal Com(t) to the device 20.
  • the control unit 15 is configured to transmit the value of the operating parameter 18 to the device 20.
  • FIG. 7A represents a finger 9 moving along a texturing zone 10'.
  • the pattern M associated with the texturing zone comprises notches C spaced apart from each other.
  • the modulation function A is triangular increasing.
  • FIGS. 7B, 7C and 7D represent respectively a modulation function A, a sinusoidal carrier w, and the activation signal Act resulting from a sinusoidal carrier amplitude modulation by the modulation function, according to the expression (1 ).
  • the abscissa axis corresponds to time (unit: second) and the ordinate axis corresponds to amplitude.
  • the temporal form of the modulation function A comprises, for each notch: an earlier temporal phase dt a , occurring when the finger approaches the notch; a notch time phase dt c , occurring when the finger crosses the notch; a posterior temporal phase dt p , occurring when the finger moves away from the notch.
  • the anterior, notch and posterior time phases are activated successively. They define an activation sequence associated with the notch.
  • the modulation function comprises an activation sequence, corresponding to the succession of anterior phase, notch phase, posterior phase.
  • the duration of an activation sequence corresponds to the sum of the respective durations of the anterior, notch and posterior phases.
  • each activation sequence corresponding to a notch is such that during the notch phase, the amplitude of the modulation function varies within a significantly greater range of variation than in the anterior and posterior phases. of the sequence.
  • the modulation amplitude conditions the friction of the finger on the texturing zone 10'.
  • the perception of a notch is realistic when before and after the notch, the friction is relatively stable, and when passing the notch, the friction varies significantly. This results in a sudden variation in the speed of the finger during the passage of the notch, which leads to a perception of a notch by the user.
  • the sudden change in speed can be a deceleration, an acceleration, or an acceleration/deceleration combination.
  • the variation of the modulation amplitude is less than during the notch phase.
  • the modulation amplitude can be stable, as represented in FIGS. 7B and 7D, without this being necessary.
  • a stable modulation amplitude generates a feeling of flatness of the texturing zone before or after passing a notch.
  • a notch time sequence can be such that:
  • the modulation amplitude of the plate is progressively increased, which leads to an increasing perception of sliding: the speed of the finger increases.
  • the notch phase ends with a break, causing a sudden slowing down of the finger.
  • the acceleration/deceleration combination induces a perception of a notch.
  • a time sequence corresponding to a notch is preferably such that during the notch phase, the absolute value of time derivative A′(t) of the modulation function has a higher maximum value than during the earlier and later phases. If A(t) corresponds to the modulation function:
  • a texturing pattern M forming one or more notches, is generally oriented along a reference axis R, in the sense that each notch extends along the reference axis.
  • the texturing zone 10' to which the pattern is assigned, preferably extends along the reference axis R.
  • Two successive notches are spaced apart by a distance dr along the reference axis R.
  • V R is the speed of the finger parallel to the axis R. The higher the speed, the longer the time interval dt. It is also understood that the respective durations of the anterior, notch and posterior phases vary in the same way as a function of the speed V R .
  • FIGS. 7B and 7D the modulation function is increasing triangular.
  • FIG. 7E illustrates another configuration, according to which the modulation function is decreasing triangular.
  • the notches have a certain spatial extent along the reference axis R.
  • the modulation function A is adjusted such that the time difference dt between two passages of successive notches is as defined in connection with expression (5).
  • a direction D has been shown, along which the finger moves, forming an angle 0 with the reference axis R.
  • the modulation function is adjusted as a function of the component VR, along the reference axis R, of the speed V of the finger.
  • FIGS. 7G and 7H represent respectively a modulation function corresponding to a movement of the finger along the direction D and along the reference axis R.
  • the ordinate axis corresponds to the normalized amplitude.
  • the abscissa axis corresponds to time t - unit s. It is observed that the temporal shape depends on the speed along the reference axis.
  • the duration of the notch phase dt c varies between 140 ps (FIG. 7G) and 70 ps (FIG. 7H).
  • the duration of a detent phase dt c is preferably less than 100 ms, or even 1 ms, 500 ps or 250 ps. More generally, the duration of a notch phase depends on the speed of the finger and the size of the virtual notch.
  • FIGS. 8A and 8B respectively represent a modulation function A as well as its time derivative.
  • the amplitude decreases, then increases, then decreases again. This results in a slowing down of the finger, then an acceleration, before a further slowing down.
  • the deceleration/acceleration/deceleration combination leads to a perception of a notch by the user.
  • FIG. 8B shows the time derivative A' of the modulation function represented in FIG. 8A: the derivative is zero during the earlier and later phases. It fluctuates significantly during the notch phase, which causes the user to perceive the notch.
  • FIGS. 9A to 9H illustrate different possibilities. It is recalled that a sequence corresponds to a succession of an anterior phase, a notch phase and a posterior phase, resulting in a haptic notch effect. The examples given in FIGS. 9A to 9H show that different sequences are possible. This makes it possible to obtain a wide variety of notch sensations at finger level 9.
  • FIGS. 10 and 11 illustrate a modulation function A comprising a succession of anterior phase-notch phase-posterior phase sequences, each sequence corresponding to a notch.
  • FIG. 12A shows a plane texturing zone 10′, having the appearance of a switch, making it possible to switch between two positions.
  • This is for example an on/off switch.
  • This type of switch is known in the field of touch interfaces.
  • the finger acts on a virtual cursor so as to translate it to one side or another of a movement zone.
  • the virtual cursor is here represented by a disc.
  • the finger acts from right to left to move the virtual cursor.
  • a haptic sensation is produced, according to the activation function shown in Figure 12B.
  • Figure 12B is positioned relative to Figure 12A such that the modulation amplitude corresponds to the position of the finger on the switch.
  • the amplitude of the modulation function increases, causing an increase in sliding feel.
  • the feeling of sliding is maximum.
  • An advantage of the invention is that the haptic rendering of a notch is parameterized by the modulation function.
  • the rendering may also depend on the carrier: frequency and/or the shape of the carrier, the latter possibly being, without limitation, sinusoidal or slotted or triangular.
  • the activation signal is sent to the transducers only if the pressure exerted by the finger on the plate 10 exceeds a predetermined pressure threshold.
  • the control unit 15 can compare a pressure measured by the pressure sensor 17 with a previously determined pressure threshold. Depending on the comparison, the activation signal is generated or not. It can for example only be generated if the pressure exerted by the finger on the plate crosses a predetermined threshold.
  • FIG. 13 shows the main steps of a method for controlling a touch-sensitive device, as previously described.
  • Step 100 application of a finger to the plate.
  • Step 110 determination of a position of the finger on the plate 10: the position sensor 14 forms a position signal S(t). During this step, the control unit 15 can check that the finger is positioned on a texturing zone 10'. Otherwise, the following steps are not implemented.
  • Step 120 measurement of a speed of displacement of the finger on the interface, using the calculation unit 14′, the latter generating a speed signal V(t) representative of the speed of the finger.
  • Step 120 can comprise a determination of a speed V R (t) with respect to at least one reference axis R.
  • Step 130 depending on the speed resulting from step 120, generation of an activation signal Act(t).
  • a virtual texturing pattern M is assigned to the texturing zone 10'.
  • the activation signal is formed by an amplitude modulation of a periodic carrier, so that the texturing pattern is felt by the finger of the user.
  • the temporal form of the modulation function depends on the speed resulting from step 120, on the reference axis R of the pattern M.
  • the device 1 can be an interface of a device 20.
  • the virtual texturing pattern M can then include notches spaced from each other.
  • the texturing zone 10' is configured to control a parameter of the device as a function of a position of the finger on the texturing zone. According to this configuration, the method may comprise the following step:
  • Step 140 depending on the position of the finger, generation of a command signal Com(t), transmitted to the device controlled by the interface.
  • the control signal allows an adjustment of the value of an operating parameter 18, associated with the texturing zone 10' touched by the finger.
  • the method may comprise a step 125 of determining a pressure exerted by the finger on the plate, and of comparing the pressure with a pressure threshold, depending on which steps 130 and 140 are, or are not, implemented. .
  • the texturing pattern is a virtual pattern, defined digitally, independently of the surface state of the texturing zone 10'.
  • the invention then makes it possible to define several virtual texturing patterns respectively on different texturing zones, spaced apart from each other, on the same plate.
  • the invention also makes it possible to assign several virtual texturing patterns to the same texturing zone. For example, when the device is an interface, the same texturing zone can successively be used for adjusting different parameters. The adjustment of the different parameters, on the same texturing zone, can be carried out by assigning different texturing patterns respectively to the same zone.
  • Figures 14A and 14B show two Mi and M2 patterns assigned to the same texturing zone, for adjusting two different parameters. These two virtual patterns define a different number and position of notches.
  • the invention makes it possible to define a wide variety of texturing patterns on the same texturing zone, and this independently of the actual state of the surface of the plate, in the texturing zone 10'.
  • the interface is suitable for controlling devices for the general public, for example in the field of household appliances or the dashboard of vehicles.
  • the interface makes it possible to exert a haptic feedback, perceptible by the user.
  • the haptic feedback mimics a mechanical response from a moving mechanical component: this makes using the interface simple and user-friendly.

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Abstract

Procédé de mise en œuvre d'un dispositif tactile (1), le dispositif tactile (1) comportant : - une plaque (10), comportant au moins une zone de texturation (10'), à laquelle est assignée un motif de texturation (M, M1, M2), la plaque étant destinée à être touchée par un corps externe; - au moins un transducteur (12), configuré pour mettre en vibration la plaque (10), selon une fréquence de vibration ultrasonique, le transducteur étant configuré pour être commandé par un signal d'activation; le procédé comportant : a) déplacement d'un corps externe (9) le long de la zone de texturation (10'); b) détermination d'une position (S(t)) du corps externe sur la zone de texturation (10'); c) mesure d'une vitesse (V(t)) du corps externe le long la plaque; d) lorsque le corps externe se déplace le long de la zone de texturation, génération d'un signal d'activation (Act(t)), de façon à activer le transducteur (12) ou chaque transducteur; le procédé étant caractérisé en ce que : le motif de texturation est orienté par rapport à un axe de référence; l'étape c) comporte : • une prise en compte d'un axe de référence (R); • une mesure d'une composante de la vitesse (VR) du corps externe selon l'axe de référence; durant l'étape d), le signal d'activation dépend du motif de texturation et de la composante de la vitesse du corps externe sur l'axe de référence.

Description

Description
Titre : Dispositif tactile à retour haptique avec textures spatialisées
DOMAINE TECHNIQUE
L'invention est un dispositif tactile, à retour haptique, apte à être touché par un corps externe, par exemple un doigt d'un utilisateur ou un stylet manipulé par un utilisateur.
ART ANTERIEUR
Les interfaces classiques, destinées à des dispositifs, qu'il s'agisse de dispositifs industriels ou destinés au grand public, utilisent fréquemment des organes de commande de type boutons, par exemple des boutons poussoirs, des molettes de réglage ou des curseurs. Ce type d'organe permet de sélectionner et/ou des régler des paramètres de fonctionnement du dispositif contrôlé par l'interface.
Une alternative à ce type d'interface est apparue avec le développement d'écrans tactiles, en particulier les écrans tactiles à effet capacitif. Ces derniers peuvent fonctionner de façon interactive, et très intuitive. Ils sont à présent utilisés à la fois pour des dispositifs usuels, par exemple les téléphones portables, ou les tableaux de bord d'automobiles, mais également dans des applications industrielles plus spécialisées. Cependant, un écran tactile est une surface, généralement plane, sans texturation.
Des dispositifs ont été développés, permettant de ressentir une sensation de texture lorsqu'un doigt d'un utilisateur est appliqué sur un écran plan. Les principes d'une telle texturation sont par exemple décrits dans la publication Biet M. et al., "Squeeze film effect for the design of an ultrasonic tactile plate", IEEE Transactions on Ultrasonic, Ferroelectrics and Frequency Control, IEEE, 2007, 54 (12), pp.2678 - 2688 ou encore dans la demande de brevet EP1956466, ainsi que dans la publication Vezzoli et al. « Couplage vibration ultrasonique et électro-vibration pour la stimulation tactile », Symposium de génie électrique SGE 2014 . Dans cette dernière, on compare deux techniques de stimulation tactile dont celle par effet dit de vibration ultrasonique. Dans ces documents, on décrit une interface tactile comportant une plaque lisse, formant une surface de contact destinée à être touchée par un doigt. Cette plaque est mise en vibration par plusieurs transducteurs piézoélectriques, disposés au contact de la plaque, en dessous de cette dernière. Les transducteurs et la plaque forment un résonateur propice à la formation d'une onde de flexion stationnaire, de type onde de Lamb. Lorsque la fréquence de résonance de vibration de la surface de contact est dans le domaine ultrasonore, par exemple entre 10 kHz et 200 kHz, et que l'amplitude de la vibration est faible, typiquement de quelques microns, l'utilisateur peut ressentir un effet de texturation de la surface de contact, lorsque le doigt glisse le long de ladite surface. Cet effet est connu et est usuellement désigné par le terme "squeeze film" (ou film de surpression). La vibration de la plaque génère un coussin d'air entre le doigt et la plaque, diminuant le frottement du doigt sur la plaque. On parle également de lubrification ultrasonique. En modulant la vibration, le frottement du doigt sur la plaque est modifié. L'utilisateur peut ainsi percevoir une impression de texturation, prenant la forme d'une sensation de rugosité, ou une certaine résistance au glissement, alors que la surface de contact reste lisse. Cet effet a été appliqué à des surfaces de contact transparentes ou non, formant une interface haptique. Ce type d'interface peut être combiné avec un écran tactile.
D'autres technologies permettant un retour haptique ont été développées. Il s'agit notamment de technologies dites vibro-tactiles, selon lesquelles une interface génère une vibration lorsqu'un utilisateur effectue une opération sur l'interface. Par exemple, le document US10445994B2 décrit un effet de click généré à l'aide d'un moteur rotatif. Ce dernier génère une vibration se propageant sur l'ensemble de l'interface. La vibration est émise selon une basse fréquence, typiquement inférieure à 1000Hz, et avec une amplitude de l'ordre du mm. Elle est alors ressentie sous la forme d'une secousse, affectant l'ensemble de l'interface, boîtier compris, de la même façon qu'une vibration brève émise par un téléphone portable. Le brevet EP2461233 décrit une interface tactile plane, pouvant être mise en vibration selon une basse fréquence, et configurée pour induire un effet de click lorsqu'un doigt agit sur un bouton.
Le brevet US8405618 décrit une interface haptique comportant une multitude de plaques aboutées, chaque plaque étant reliée à un transducteur piézoélectrique. Dans ce brevet, il est indiqué que le recours à une multitude de plaques aboutées est nécessaire pour couvrir une surface telle que la surface d'une tablette tactile ou d'un smartphone.
Les documents EP2728445 A2, EP2733575 Al et US2016/0328019 Al décrivent des interfaces haptiques comportant une plaque destinée à être touchée par un doigt. Lorsque le doigt glisse le long de la plaque, l'interface haptique génère un retour haptique pour moduler une friction du doigt sur la plaque. Les inventeurs ont conçu un dispositif haptique, basé sur le recours à une vibration ultrasonique produisant un effet de lubrification ultrasonique (effet dit « squeezefilm » en terminologie anglo-saxonne), présentant de nouvelles fonctionnalités. Il s'agit notamment de prendre en compte un motif de texturation prédéterminé, virtuel, et d'améliorer le réalisme du retour haptique selon lequel l'utilisateur perçoit le motif de texturation en touchant le dispositif. Une application particulière du dispositif est une interface haptique.
EXPOSE DE L'INVENTION
Un premier objet de l'invention est un procédé de mise en œuvre d'un dispositif tactile, le dispositif tactile comportant :
- une plaque, comportant au moins une zone de texturation, à laquelle est assigné un motif de texturation, virtuel, la plaque étant destinée à être touchée par un corps externe ;
- au moins un transducteur, configuré pour mettre en vibration la plaque, selon une fréquence de vibration ultrasonique, le transducteur étant configuré pour être commandé par un signal d'activation; le procédé comportant : a) déplacement d'un corps externe le long de la zone de texturation; b) détermination d'une position du corps externe sur la zone de texturation; c) mesure d'une vitesse du corps externe le long la plaque ; d) lorsque le doigt se déplace le long de la zone de texturation, génération d'un signal d'activation, dépendant du motif de texturation, de façon à activer le transducteur ou chaque transducteur, de telle sorte que sous l'effet du signal d'activation, la plaque est mise en vibration, selon une vibration, de préférence ultrasonique, la vibration induisant une variation d'une friction entre la plaque et le corps externe, le corps externe se déplaçant, ressentant le motif de texturation sous l'effet de son déplacement le long de la zone de texturation.
Selon une possibilité :
- le motif de texturation est orienté par rapport à un axe de référence ;
- l'étape c) comporte une mesure d'une composante de la vitesse du corps externe sur l'axe de référence ;
- durant l'étape d), le signal d'activation dépend du motif de texturation et de la composante de la vitesse du corps externe sur l'axe de référence ;
- de façon que lorsque le doigt se déplace le long de la zone de texturation, la friction entre la plaque et le corps externe est modifiée en fonction de la position du corps externe sur la zone de texturation et en fonction de la composante de la vitesse du corps externe sur l'axe de référence.
La vibration selon une fréquence ultrasonique produit un effet de lubrification ultrasonique entre le corps externe et la plaque. Par motif de texturation virtuel, on entend un motif de texturation défini numériquement, indépendamment d'une texturation réelle ou d'un état de surface de la plaque.
La vibration induit une impression de texturation, ressentie par le corps externe touchant la zone de texturation. La vibration constitue un retour haptique du dispositif, se traduisant par une modification d'une sensation tactile.
Par vibration ultrasonique, on entend une vibration dont la fréquence est supérieure ou égale à 20 kHz. La fréquence de vibration est de préférence inférieure à 200 kHz.
Lors de l'étape d), le signal d'activation peut être établi à partir :
• d'une porteuse périodique, la porteuse s'étendant, à chaque période, selon une amplitude ;
• d'une fonction de modulation, variant, durant le déplacement du doigt, selon une forme temporelle dépendant du motif de texturation et de la composante de vitesse du corps externe sur l'axe de référence ;
- de sorte que l'amplitude du signal d'activation résulte d'une modulation de la porteuse par la fonction de modulation.
Selon une possibilité, lors de l'étape d), le signal d'activation dépend du motif de texturation et de la vitesse du corps externe sur la zone de texturation. La forme temporelle de la fonction de modulation dépend de la vitesse du corps externe sur la zone de texturation.
Durant l'étape d), le signal d'activation peut être généré en différents instants, de sorte que :
- à chaque instant, l'amplitude de la fonction de modulation dépend de la position du corps externe ;
- entre deux instants successifs, la forme temporelle de la fonction de modulation est ajustée en fonction d'une variation de la composante de vitesse du corps externe sur l'axe de référence.
Selon un mode de réalisation,
- le corps externe se déplace le long de la zone de texturation selon une direction formant un angle avec l'axe de référence;
- la forme temporelle de la composante de modulation dépend de l'angle entre la direction et l'axe de référence.
Le motif de texturation peut être un motif périodique, s'étendant selon une période spatiale parallèlement à l'axe de référence. La forme temporelle de la fonction de modulation est alors périodique, selon une période temporelle, la durée de la période temporelle dépendant de la composante de la vitesse du corps externe sur l'axe de référence et de la période spatiale du motif de texturation.
Selon un mode de réalisation,
- le motif de texturation est orienté par rapport à un premier axe de référence et à un deuxième axe de référence;
- l'étape c) comporte une mesure d'une première composante de vitesse, selon le premier axe de référence, et d'une deuxième composante de vitesse selon le deuxième axe de référence ;
- l'étape d) comporte, durant le déplacement du corps externe :
• une génération d'un premier signal d'activation, formé par une première porteuse périodique modulée par une première fonction de modulation, la forme temporelle de la première fonction de modulation dépendant de la première composante de vitesse;
• une génération d'un deuxième signal d'activation, formé par une deuxième porteuse périodique modulée par une deuxième fonction de modulation, la forme temporelle de la deuxième fonction de modulation dépendant de la deuxième composante de vitesse;
• une combinaison du premier signal d'activation et du deuxième signal d'activation pour former le signal d'activation.
Selon une possibilité :
- le motif de texturation est un motif périodique, s'étendant selon une première période spatiale parallèlement au premier axe de référence ;
- la première fonction de modulation est périodique, selon une première période temporelle, la durée de la première période temporelle dépendant de la première composante de la vitesse et de la première période spatiale du motif périodique ;
- le motif de texturation s'étend selon une deuxième période spatiale parallèlement au deuxième axe de référence ;
- la deuxième fonction de modulation est périodique, selon une deuxième période temporelle, la durée de la deuxième période temporelle dépendant de la deuxième composante de la vitesse et de la deuxième période spatiale du motif périodique.
Selon un mode de réalisation,
- le motif de texturation comporte au moins un cran, le cran correspondant à un relief ou à un creux dans le motif de texturation ; - la fonction de modulation du signal d'activation est déterminée de telle sorte qu'un effet de cran est ressenti par l'utilisateur lors du passage du corps externe sur le cran.
De préférence, lors du passage du corps externe de part et d'autre du cran, la fonction de modulation comporte successivement :
• une phase antérieure, lorsque le corps externe approche du cran ;
• une phase de cran, lorsque le corps externe franchit le cran ;
• une phase postérieure, lorsque le corps externe s'éloigne du cran ;
Le ressenti du cran par l'utilisateur dépend alors de la fonction de modulation durant les phases antérieure, de cran et postérieure ;
La fonction de modulation est de préférence telle que lors de la phase de cran, la fonction de modulation varie selon une plage de variation plus étendue que lors de la phase antérieure et lors de la phase postérieure.
De façon complémentaire ou alternativement, lors de la phase de cran, la fonction de modulation peut être telle qu'une valeur absolue de sa dérivée temporelle atteint une valeur maximale plus élevée que lors de la phase antérieure et lors de la phase postérieure.
Selon une possibilité:
- le cran est orienté par rapport à l'axe de référence ;
- la durée de la phase antérieure, de la phase de cran et de la phase postérieure dépend de la composante de la vitesse du corps externe par rapport à l'axe de référence.
Le motif de texturation peut comporter plusieurs crans. La fonction de modulation peut être telle qu'à chaque cran sont associés une phase antérieure, une phase de cran et une phase postérieure. La phase antérieure, la phase de cran et la phase postérieure forment une séquence d'activation associée à chaque cran.
Selon une possibilité :
- les crans sont distants les uns des autres le long de l'axe de référence ;
- l'intervalle temporel entre deux phases de crans, respectivement associées à deux crans successifs, dépend d'une distance entre les deux crans et d'une vitesse du corps externe par rapport à l'axe de référence.
Quel que soit le mode de réalisation, l'axe de référence peut être linéaire ou courbe ou linéaire par morceaux.
Selon un mode de réalisation,
- le dispositif est une interface tactile, destinée à commander un appareil relié à l'interface ; - l'interface est destinée à ajuster une valeur d'au moins un paramètre de fonctionnement de l'appareil, en fonction de la position du corps externe sur la zone de texturation, la zone de texturation permettant un ajustement de la valeur du paramètre ;
- le procédé comporte une génération d'un signal de commande de l'appareil en fonction de la position du doigt sur la zone de texturation.
Selon un mode de réalisation, le dispositif comporte un capteur de pression, configuré pour mesurer une pression exercée par le corps externe sur la plaque, le procédé comportant :
- mesure d'une pression exercée sur la plaque ;
- comparaison de la pression mesurée avec un seuil prédéterminé ;
- mise en œuvre des étapes c) et d) lorsque la pression exercée est supérieure au seuil.
Selon un mode de réalisation, l'étape b) est mise en œuvre à l'aide d'un capteur capacitif.
Selon un mode de réalisation, le corps externe est un doigt.
Un deuxième objet de l'invention est un dispositif tactile, comportant une plaque, destinée à être touchée par un corps externe, le dispositif comportant :
- au moins un transducteur, configuré pour mettre la plaque en vibration;
- un capteur de position, configuré pour générer un signal de position, le signal de position étant représentatif d'une position du corps externe sur la plaque;
- une unité de calcul, pour déterminer un signal de vitesse, en fonction de signaux de position respectivement générés en différents instants, le signal de vitesse étant représentatif d'une vitesse du corps externe le long de la plaque; le dispositif tactile étant caractérisé en ce qu'il comporte :
- une unité de commande, reliée au capteur de position et à l'unité de calcul, et configurée pour mettre en œuvre l'étape d) d'un procédé selon le premier objet de l'invention, en fonction du signal de position issu du capteur de position et du signal de vitesse issu de l'unité de calcul.
L'unité de calcul peut être reliée à une mémoire, dans laquelle est enregistré le motif de texturation, assigné à la zone de texturation, sous forme numérique. La mémoire peut comporter différents motifs de texturation, pouvant être successivement assignés à la zone de texturation.
Le capteur de position peut être un capteur capacitif, et comporter un réseau de pistes conductrices configurées pour détecter le corps externe par couplage capacitif, à travers tout ou partie de la plaque.
Le dispositif peut comporter un écran. Le dispositif peut être tel que : - la plaque est transparente ;
- la plaque est disposée contre l'écran.
Le dispositif peut être tel que :
- le dispositif est une interface tactile, destinée à commander un appareil relié à l'interface ;
- le dispositif comporte une zone de texturation, destinée à un ajustement d'une valeur d'un paramètre de fonctionnement de l'appareil, la zone de texturation comportant au moins deux crans, espacés l'un de l'autre ;
- l'unité de commande est configurée pour ajuster une valeur du paramètre en fonction d'une position du doigt sur la zone de texturation.
Un troisième objet de l'invention est un appareil, configuré pour être contrôlé par un paramètre, et comportant une interface tactile configurée pour sélectionner le paramètre ou régler une valeur du paramètre, l'interface tactile étant un dispositif selon le deuxième objet de l'invention. Le dispositif comporte une zone de texturation, destinée à un ajustement d'une valeur d'un paramètre de fonctionnement de l'appareil, la zone de texturation comportant au moins deux crans, espacés l'un de l'autre, l'unité de commande étant configurée pour ajuster une valeur du paramètre en fonction d'une position du doigt sur la zone de texturation.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de l'exposé des exemples de réalisation présentés, dans la suite de la description, en lien avec les figures listées ci-dessous.
FIGURES
Les figures IA à IC montrent un exemple de dispositif tactile permettant une mise en œuvre de l'invention.
La figure 1D schématise une propagation d'une vibration ultrasonique à travers une plaque du dispositif tactile décrit en lien avec les figures IA à IC.
La figure 2A montre un premier exemple de motif de texturation virtuel assigné à une zone de texturation.
Les figures 2B à 2C illustrent un signal d'activation de transducteurs, engendrant une vibration de la plaque de façon à induire la texture selon le motif de texturation de la figure 2A. Le signal d'activation comporte un signal de porteuse (figure 2B) et une fonction de modulation (figure 2C).
La figure 3A représente le motif de texturation de la figure 2A, ainsi que trois directions de déplacement du doigt sur le motif. La figure 3B montre deux formes temporelles de la fonction de modulation respectivement pour une direction parallèle à un axe de référence et une direction inclinée par rapport à l'axe de référence.
La figure 4A représente un deuxième exemple de motif de texturation virtuel assigné à une zone de texturation.
La figure 4B montre une fonction de modulation permettant un ressenti du motif de texturation représenté sur la figure 4A.
La figure 5A montre un troisième exemple de motif de texturation : dans cet exemple, le motif de texturation est défini selon un premier axe de référence et un deuxième axe de référence.
La figure 5B montre un exemple selon lequel le motif de texturation s'étend selon un axe de référence non rectiligne.
Les figures 6A et 6B illustrent une configuration selon laquelle le dispositif tactile est une interface d'un appareil.
La figure 7A montre un quatrième exemple de motif de texturation. Dans cet exemple, le motif de texturation forme des crans espacés les uns des autres.
Les figures 7B, 7C et 7D illustrent respectivement une fonction de modulation, une porteuse et un signal d'activation de la plaque résultant d'une modulation d'amplitude de la porteuse par la fonction de modulation. Le signal d'activation permet un ressenti des crans représentés sur la figure 7A.
La figure 7E montre un autre signal d'activation permettant un ressenti des crans représentés sur la figure 7A.
La figure 7F montre un motif de texturation, similaire au motif représenté sur la figure 7A, ainsi que deux directions selon lesquelles le doigt se déplace le long de la zone de texturation : une direction est parallèle à un axe de référence, selon lequel s'étend le motif de texturation, et une autre direction forme un angle aigu par rapport à l'axe de référence.
Les figures 7G et 7H illustrent une fonction de modulation correspondant respectivement à un déplacement du doigt selon la direction formant un angle aigu par rapport à l'axe de référence, et selon la direction parallèle à l'axe de référence.
La figure 8A représente une fonction de modulation permettant un ressenti d'un cran. La figure 8B est une dérivée temporelle de la fonction de modulation illustrée sur la figure 8A.
Les figures 9A à 9H montrent différentes possibilités de fonctions de modulation permettant un ressenti d'un cran. Les figures 10 et 11 montrent des fonctions de modulation correspondant à des crans successifs, distants les uns des autres.
La figure 12A représente un exemple de motif de texturation mimant une translation d'un curseur dans un commutateur.
La figure 12B est un exemple de fonction de modulation convenant au motif représenté sur la figure 12A.
La figure 13 montre les principales étapes d'un procédé selon l'invention.
Les figures 14A et 14B représentent deux motifs différents pouvant être successivement assignés à une même zone de texturation.
EXPOSE DE MODES DE REALISATION PARTICULIERS
Les figures IA à 1D représentent un exemple de dispositif tactile 1 selon l'invention. Le dispositif tactile comporte une plaque 10 destinée à être touchée par un corps externe 9. Dans les exemples représentés dans cette demande, le corps externe 9 est un doigt, ce qui correspond à la plupart des applications envisagées. De façon alternative, le corps externe 9 peut être un stylet, ou tout autre moyen permettant d'agir sur la plaque 10.
Le dispositif 1 est destiné à produire un retour haptique à un corps externe se déplaçant le long de la plaque. Plus précisément, le dispositif est configuré de telle sorte que sous l'effet d'un déplacement le long de la plaque, le corps externe puisse ressentir une impression de texturation.
La plaque 10 comporte une zone de texturation 10', au niveau de laquelle un motif de texturation M est assigné. Le motif de texturation M est virtuel : il ne correspond pas à une structuration physique ou matérielle de la plaque. Autrement dit, le motif de texturation est défini indépendamment d'un état de surface de la plaque, dans la zone de texturation. La plaque peut par exemple être lisse, tandis que le motif de texturation définit une rugosité. Un exemple de motif de texturation M est représenté sur la figure 2A.
La plaque 10 est rigide. Elle s'étend entre une face externe 10e et une face interne 10i. La face externe 10e est accessible au doigt 9. La face interne 10i et la face externe 10e s'étendent de préférence l'une parallèlement à l'autre. La distance entre la face externe 10e et la face interne 10j définit une épaisseur e de la plaque. L'épaisseur e de la plaque est dimensionnée pour permettre une vibration de la plaque 10 selon une vibration ultrasonique, comme décrit ci- après. L'épaisseur e de la plaque 10 est de préférence inférieure à 10 mm, voire inférieure à 5 mm. L'épaisseur e est ajustée en fonction de la nature du matériau et de ses propriétés mécaniques (rigidité, solidité). Elle est par exemple comprise entre 1 et 5 mm pour du verre ou un matériau tel que le plexiglas.
Dans l'exemple représenté, la face interne 10i et la face externe 10e sont planes, ce qui correspond à la configuration la plus simple à fabriquer. La plaque s'étend, parallèlement à un axe latéral X, selon une largeur l et, parallèlement à un axe longitudinal Y, selon une longueur L. La longueur L et la largeur l peuvent être comprises entre 5 cm et quelques dizaines de cm, par exemple 30 cm, voire davantage. L'axe latéral X et l'axe longitudinal Y définissent un plan principal PXY- Dans d'autres exemples, la face interne 10i et/ou la face externe 10e peut être incurvée. La surface de la plaque 10 est de préférence supérieure à 10 cm2, voire à 50 cm2.
La plaque 10 est formée d'un matériau rigide, tel que le verre, ou un polymère, ou du bois, ou un métal, ou un semi-conducteur, par exemple le silicium. La plaque 10 peut être transparente ou opaque. La plaque 10 peut comporter des parties opaques et des parties transparentes.
Dans cet exemple, la plaque 10 est délimitée, selon l'axe latéral X, par une première bordure latérale 10i et une deuxième bordure latérale IO2 au voisinage desquelles sont disposés des transducteurs 12. Par au voisinage, on entend à une distance de préférence inférieure à 2 cm, sur ou sous la plaque 10. Chaque transducteur 12 est apte à être activé par un signal d'activation électrique, et, sous l'effet du signal d'activation, à exercer une pression sur la plaque 10 de manière à produire une déformation locale de la plaque, selon une direction perpendiculaire à la plaque. Lorsque le signal d'activation est périodique, dans une gamme de fréquence ultrasonique, la déformation de la plaque 10 est périodique, ce qui entraîne une formation d'une vibration ultrasonique 19. La vibration peut notamment être engendrée par une onde de flexion se formant à travers la plaque. L'onde de flexion peut être stationnaire ou progressive. Aussi, le signal d'activation de chaque transducteur peut être modulé en amplitude et/ou en fréquence. De préférence, la plaque est reliée à une pluralité de transducteurs 12. Les transducteurs sont généralement disposés au voisinage d'au moins une bordure de la plaque 10, et de préférence au voisinage de deux bordures opposées par rapport à l'axe latéral X et/ou à l'axe latéral Y. La disposition des transducteurs 12 en bordure de la plaque 10 ne constitue pas une condition nécessaire : les transducteurs peuvent être disposés selon d'autres configurations, par exemple sous la forme d'une ligne, au milieu de la plaque, ou d'une matrice.
Le fait que la fréquence de vibration soit ultrasonique rend la vibration imperceptible, sauf par le corps externe 9 se déplaçant sur la face externe de la plaque. Chaque transducteur 12 peut être un transducteur de type piézoélectrique, comportant un matériau piézoélectrique, par exemple AIN, ZnO ou PZT, disposé entre deux électrodes. Par exemple, chaque transducteur 12 peut être la référence PZT 406. De façon alternative, chaque transducteur peut être un résonateur électromécanique, par exemple de type MEMS (Micro ElectroMechanical System - microrésonateur électromécanique), ou de type électrostrictif ou magnétostrictif. Les transducteurs 12 peuvent être tels que le matériau piézoélectrique est déposé, sous une forme d'une ou plusieurs couches minces, entre des électrodes de polarisation.
Chaque transducteur 12 peut être assemblé contre la face interne 10j de la plaque 10 par collage. Les transducteurs sont mécaniquement reliés à la face interne 10i : Ils peuvent être directement assemblés à la face interne, ou être assemblé à un composant intermédiaire, de préférence rigide, ce dernier étant assemblé à la face interne 10i, de manière à permettre une transmission, à la plaque, de la vibration induite par le ou chaque transducteur.
Le composant intermédiaire peut être métallique. Il peut par exemple s'agir d'une pièce formant un amplificateur, disposé entre la plaque et un transducteur 12 (ou chaque transducteur 12), et agencé pour amplifier la vibration produite par le transducteur 12 (ou chaque transducteur 12) et transmise à la plaque 10. Le composant intermédiaire peut former une couche rigide, de façon à augmenter la rigidité de la plaque. Le composant intermédiaire peut être un écran 11, assemblé à la plaque 10, comme décrit par la suite. La plaque 10 peut former une dalle de protection de l'écran 11. L'écran 11 peut être un écran de type de type LCD (Liquid Cristal Display - écran à cristaux liquides) ou OLED (Organic Light-Emitting Diode - Diode électroluminescente organique). Le composant intermédiaire peut être un composant multicouches. Il peut par exemple comporter un écran, sous lequel est placé une pièce formant un amplificateur, les transducteurs étant assemblés à l'amplificateur.
D'une façon générale, chaque transducteur 12 est configuré pour générer une vibration ultrasonique 19, cette dernière se propageant dans la plaque 10. La fréquence de la vibration ultrasonique 19 est de préférence comprise entre 10 kHz et 200 KHz. Elle est de préférence supérieure à 20 KHz, de manière à adresser la bande spectrale ultrasonore et de préférence inférieure à 150 kHz. L'amplitude de la vibration ultrasonique 19 est généralement comprise entre 0.1 pm et 50 pm. On a schématisé, sur la figure 1D, une vibration ultrasonique 19 se propageant dans la plaque 10. De façon connue dans le domaine des interfaces à retour haptique, la vibration ultrasonique de la plaque entraîne une formation d'un film mince d'air entre la plaque 10 et le doigt 9, (dit « effet squeeze film », ou lubrification ultrasonique, en terminologie anglo-saxonne) ce qui entraîne une impression de texturation de la plaque lorsque le doigt de l'utilisateur se déplace le long de la face externe 10e. Sous l'effet de la vibration de la plaque, l'épaisseur du film d'air varie, ce qui augmente ou diminue un effet de lubrification entre le doigt et la plaque. Cela modifie le frottement (ou la friction) entre la plaque et le doigt, comme décrit dans l'art antérieur. Il en résulte une modification de la sensation tactile perçue par le doigt. La vibration ultrasonique 19 peut être stationnaire, mais cela n'est pas nécessaire.
Le dispositif 1 comporte un capteur de position 14, permettant de former un signal S(t), dit signal de position, dépendant d'une position du doigt 9 sur la plaque 10. Il peut par exemple s'agir d'un capteur capacitif. Dans cet exemple, la plaque 10 est formée d'un matériau diélectrique, et le capteur de position 14 est relié à des pistes conductrices 13, agencées selon un réseau bidimensionnel. Les pistes conductrices 13 sont adjacentes de la face interne 10i. Les pistes conductrices peuvent s'étendre parallèlement à la plaque 10, en dessous de la face externe 10e. Dans l'exemple représenté, les pistes conductrices sont formées sur un écran capacitif 11, et disposées de façon adjacente de la face interne 10i. Le capteur de position permet de déterminer une position du doigt selon une fréquence d'échantillonnage pouvant atteindre ou dépasser 50 Hz ou 100 Hz.
Lorsque la plaque 10 est opaque, les pistes conductrices 13 peuvent être réalisées selon un matériau conducteur usuel, par exemple un métal. Lorsque la plaque 10 est transparente, les pistes conductrices 13 sont de préférence réalisées selon un matériau conducteur transparent, par exemple un oxyde conducteur, un matériau usuel étant l'ITO (Indium Tin Oxide - Oxyde d'indium-étain). Le réseau formé par les pistes conductrices 13 peut être matriciel, les pistes étant rectilignes, et s'étendant selon des lignes et des colonnes. Les pistes conductrices peuvent être polarisées selon une tension de polarisation.
Les pistes conductrices 13 peuvent être formées directement sur la plaque 10 ou dans la plaque 10.
Le doigt 9 étant électriquement conducteur, sous l'effet d'une proximité entre une ou plusieurs pistes conductrices 13, un transfert de charges peut être effectué, par effet capacitif, entre une ou plusieurs pistes conductrices 13 et le doigt 9, Il est à noter qu'une détection d'une position par couplage capacitif suppose que la plaque 10 soit touchée par un corps 9 électriquement conducteur (doigt ou stylet conducteur, par exemple métallique). Sur les figures IA, IB et IC, les pistes conductrices 13 sont représentés par des tirets car elles se situent derrière la plaque 10.
Sur la figure IC, on a schématisé d'autres composants du dispositif tactile. Les pistes conductrices 13 sont reliées au capteur de position 14. Du fait de l'agencement bidimensionnel des pistes conductrices 13, le capteur de position 14 permet d'obtenir des coordonnées bidimensionnelles (%, y) du point de contact du doigt, parallèlement à la plaque 10. Le capteur de position 14 est relié à une unité de calcul 14', permettant d'établir un signal de vitesse V(t) du doigt, à partir de positions du doigt respectivement obtenues à un instant de mesure t et à un instant différent, antérieur ou postérieur à l'instant de mesure t. Le signal de vitesse V(t) est représentatif de la vitesse du doigt à l'instant de mesure.
Le dispositif tactile 1 peut comporter un capteur de pression 17, configuré pour estimer une pression exercée par le doigt 9 sur la plaque 10. Le capteur de pression 17 peut être :
- un télémètre, disposé face à la plaque, et configuré pour mesurer une distance le séparant de la plaque, le télémètre étant configuré pour déterminer une déformation de la plaque sous l'effet d'une pression exercée sur la plaque, ce qui correspond à l'exemple représenté sur la figure IC. Il peut par exemple s'agir d'un télémètre optique infra-rouge, dont la plage de fonctionnement est comprise entre 1 et 5 mm, et disposé à 2.5 mm de la plaque. Un tel télémètre est usuellement désigné « reflective object sensor », signifiant « capteur d'objet par réflexion ». Par exemple, le capteur de référence Q.RE 1113 convient à une telle application
- ou une jauge de contrainte, agencée pour se déformer sous l'effet d'une déformation de la plaque sous l'effet d'une pression exercée sur la plaque ;
- ou un dynamomètre, disposé au contact de la plaque, et configuré pour détecter un déplacement de la plaque sous l'effet d'une pression exercée sur la plaque ;
- ou un transducteur, configuré pour mesurer une variation d'une vibration de la plaque, la variation résultant d'une pression exercée sur la plaque. Le transducteur permet d'effectuer une mesure de la pression exercée comme décrit dans la demande de brevet EP3566115.
La présence du capteur de pression 17 est optionnelle.
Le dispositif 1 comporte une unité de commande 15, reliée au capteur de position 14 et à l'unité de calcul 14'. L'unité de commande 15 comporte un microcontrôleur ou un microprocesseur. L'unité de commande 15 est paramétrée ou programmée pour effectuer les actions décrites par la suite. L'unité de commande 15 est reliée à une mémoire 16, dans laquelle est stocké au moins un motif de texturation numérique M, assigné à la zone de texturation 10'. Le motif de texturation virtuel est établi sous une forme numérique, indépendamment de l'état de surface de la zone de texturation (rugosité ou présence d'un éventuel relief), d'où la désignation de motif virtuel. Comme expliqué par la suite, plusieurs motifs de texturation peuvent être assignés, à des instants différents, à une même zone de texturation. Dans ce cas, une bibliothèque de motifs de texturation est stockée dans la mémoire 16.
L'unité de commande 15 est configurée pour adresser, en différents instants t, un signal d'activation Act(t) à au moins un transducteur 12, et de préférence à chaque transducteur 12, en fonction de la vitesse V(t). L'objectif recherché est d'obtenir un retour haptique du dispositif 1, adressé à l'utilisateur, lorsque le doigt se déplace le long de la zone de texturation 10'. En fonction du signal d'activation, chaque transducteur activé peut générer une vibration ultrasonique 19, se formant à travers la plaque 10, et atteignant le doigt 9 de l'utilisateur, comme représenté sur la figure ID. Sous l'effet de la vibration ultrasonique, l'utilisateur ressent une sensation de texturation, correspondant au motif assigné à la zone de texturation, selon les principes précédemment décrits. Ainsi, en l'absence de signal d'activation, une zone de texturation peut être ressentie comme non texturée, tandis que sous l'effet du signal d'activation, un doigt, se déplaçant au contact de la zone de texturation, perçoit la texturation définie par le motif de texturation M.
La figure 2A est un exemple d'un tel motif de texturation virtuel M. La texturation représentée sur la figure 2A n'est pas réelle. Elle correspond à ce que perçoit le doigt 9 se déplaçant le long de la zone de texturation 10', sous l'effet du signal d'activation. Afin que le doigt 9 puisse ressentir le motif de texturation, le signal d'activation Act(t) est formé par un signal dit de « porteuse » w périodique modulé en amplitude. La figure 2B représente le signal de porteuse : il s'agit d'un signal périodique, la période correspondant à une fréquence ultrasonique, c'est-à- dire comprise entre 20 kHz et 200 kHz. Dans cet exemple, la porteuse est sinusoïdale. La figure 2C montre une fonction de modulation A triangulaire, permettant une modulation d'amplitude de la porteuse, de façon à former le signal d'activation Act(t) de telle sorte que :
Act(t) = A(t) x w(t) (1)
Durant la modulation de la porteuse, la fonction de modulation A prend une forme temporelle prédéterminée, définie en fonction du motif virtuel M. Par forme temporelle, on entend l'évolution de la fonction de modulation suivant le temps, durant le déplacement du doigt sur la zone de texturation. Le doigt se déplace le long de la zone de texturation pendant une durée de déplacement. La forme temporelle correspond à l'évolution de la fonction de modulation durant la durée de déplacement.
Le motif M, représenté sur la figure 2A, est périodique, de période spatiale dr, selon un axe de référence R. Le motif périodique est formé par une répétition, dans l'espace, d'un motif élémentaire. Par période spatiale, on entend une distance selon laquelle le motif élémentaire se répète, parallèlement à l'axe de référence. L'axe de référence R correspond à un axe selon lequel la période spatiale du motif est répétée. L'axe de référence R est parallèle à la plaque 10 ; il peut être confondu avec I' axe latéral X ou l'axe longitudinal Y préalablement définis. Il peut également être différent de ces axes. Lorsque le motif de texturation M est périodique, la fonction de modulation est également périodique, de période temporelle dt. La période temporelle dépend de la période spatiale et de la vitesse de déplacement du doigt et de préférence de la direction de déplacement du doigt , comme décrit ci-après. Sur la figure 2C, la fonction de modulation A prend une forme temporelle triangulaire périodique.
Le signal d'activation Act(t) correspondant au motif de texturation M est activé lorsque le doigt est au contact de la zone de texturation 10'. L'unité de commande 15 est programmée pour générer le signal d'activation Act(t) en fonction de la position S(t) détectée par le capteur de position 14 et en fonction du motif de texturation M stocké dans la mémoire 16.
Un aspect important de l'invention est que le signal d'activation dépend non seulement de la position du doigt sur la plaque 10, mais également de sa vitesse V(t). Plus précisément, la forme temporelle de la fonction de modulation est ajustée en fonction de la vitesse du doigt VR(t) sur l'axe de référence R. Dans l'exemple de la figure 2C, la période dt de la fonction de modulation est d'autant plus faible que la vitesse V(t) est élevée :
Le motif de texturation M est orienté par rapport à l'axe de référence R. Par « orienté » on entend que la texturation est variable le long de l'axe de référence. Lorsque le motif est périodique, la texturation se répète le long de l'axe de référence. Le signal d'activation, et plus précisément la forme temporelle de la fonction de modulation, dépend d'une orientation d'une trajectoire suivie par le doigt par rapport à l'axe de référence R. L'unité de commande est configurée pour :
- calculer une composante VR de la vitesse V du doigt sur l'axe de référence R; - adapter la forme temporelle de la fonction de modulation en fonction de la composante VR ainsi calculée.
La figure 3A représente le motif de texturation M tel que représenté sur la figure 2A. Le motif est orienté selon un axe de référence R. Dans cet exemple, le motif est périodique, selon l'axe de référence R. Trois trajectoires ont été représentées : une trajectoire D parallèle à l'axe de référence R ; une trajectoire D', orientée par rapport à l'axe R selon un angle de 30°, et une trajectoire D", orthogonal à l'axe R. Selon ce mode de réalisation, le signal d'activation est paramétré par une projection VR de la vitesse du doigt sur l'axe R. Par projection sur l'axe R, on entend une projection perpendiculairement à l'axe R. Plus précisément, la période dt de la fonction de modulation varie en fonction de la valeur de la vitesse du doigt projetée sur l'axe R. Ainsi, la modulation est effectuée en fonction de l'angle entre la trajectoire (D, D', D") et l'axe de référence R. L'angle peut être déterminé par le capteur de position. Plus la vitesse du doigt projetée sur l'axe R est faible, plus la période dt de la fonction de modulation augmente.
En chaque instant t, l'amplitude du signal d'activation est définie par l'amplitude de la fonction de modulation : cette dernière dépend de la position du doigt sur la zone de texturation 10' et du motif virtuel M. Entre deux instants successifs, la forme temporelle de la fonction de modulation peut être ajustée en fonction d'une éventuelle variation de la vitesse de déplacement du doigt le long de la zone de texturation 10'.
Sur la figure 3B, on a représenté la fonction de modulation A(t): lorsque le doigt se déplace, à vitesse constante, selon la trajectoire D, parallèlement à l'axe de référence R la période de la fonction de modulation est dt. Cela correspond à la courbe en traits pleins. lorsque le doigt se déplace, à la même vitesse, selon la trajectoire D' : la période de la fonction de modulation est dt', avec dt' > dt. Cela correspond à la courbe en pointillés.
Lorsque le doigt se déplace selon la trajectoire D", la projection de la vitesse selon l'axe R est nulle. Aucun signal d'activation n'est adressé.
La figure 4A représente un motif de texturation simulant le contour d'un bouton, de type bouton poussoir. La figure 4A est une vue en coupe, simulant un bouton tel que ressenti lorsque le doigt glisse le long de la zone de texturation 10', selon l'axe R. Sur la figure 4A, on a représenté la sensation de relief perçue par le doigt lorsqu'il se déplace le long de la zone de texturation, en quatre instants ta, tb tc, et t . Dans la réalité, le doigt se déplace le long zone de texturation 10', qui est par exemple lisse. La figure 4A montre la texturation virtuelle ressentie par le doigt. On suppose que la force d'appui du doigt exercée par l'utilisateur est constante.
La figure 4B représente une forme temporelle d'une fonction de modulation, permettant d'obtenir un signal d'activation conférant un ressenti d'un toucher de bouton. La forme temporelle de la fonction de modulation comporte deux pics gaussiens séparés par une portion plane, d'amplitude nulle. Les deux pics gaussiens sont séparés d'une durée At. Chaque pic gaussien correspond à une bordure du bouton.
Lorsque la position du doigt atteint la première bordure du bouton virtuel (instant ta), l'amplitude de modulation augmente. Cela entraîne une réduction de la friction du doigt sur la plaque 10 : il en résulte une accélération brève du doigt. Lorsque la position du doigt se dirige vers le sommet du bouton du motif virtuel (instant tb), l'amplitude de modulation diminue, ce qui augmente la friction du doigt sur la plaque 10. Il en résulte une décélération du doigt. L'utilisateur perçoit une action de montée du doigt sur le bouton. Lorsque la position du doigt correspond à une position au sommet du bouton virtuel (instant tc), l'amplitude de modulation est constante, en étant par exemple nulle (instant tc). La friction est élevée. Lorsque la position du doigt correspond à une bordure opposée du bouton virtuel (instant td), l'amplitude de modulation augmente. Cela entraîne une réduction de la friction entre le doigt et la plaque 10 : il en résulte une accélération brève du doigt. L'utilisateur perçoit une descente du doigt.
La sensation de perception de montée et descente peut être accentuée lorsque l'utilisateur dispose d'une représentation visuelle du bouton sur la zone de texturation.
La fonction de modulation A, dont la forme temporelle est représentée sur la figure 4B, varie en fonction d'une vitesse de déplacement du doigt selon l'axe de référence R. Plus la vitesse est élevée, plus la durée At entre les pics gaussiens diminue.
Dans le mode de réalisation illustré sur les figures 3A, 3B, le motif de texturation est périodique, selon un seul axe de référence, en l'occurrence l'axe R. De ce fait, la forme temporelle de la fonction d'activation dépend de la vitesse du doigt selon l'axe R. Dans un autre mode de réalisation, tel que représenté sur la figure 5A, le motif de texturation peut être périodique selon deux axes, par exemple deux axes orthogonaux : l'axe R et l'axe R2. Ainsi, la vitesse V(t) comporte : une première composante VRI(L), représentative d'une vitesse de déplacement du doigt selon le premier axe, en l'occurrence l'axe R± ; et une deuxième composante VR2 (t), représentative d'une vitesse de déplacement du doigt selon le deuxième axe, en l'occurrence l'axe R2 .
Le signal d'activation Act(t) est obtenu par une combinaison entre un premier signal d'activation périodique ActRi(t), selon une première période, dépendant de la première composante VRi (t) ; un deuxième signal d'activation périodique ActR2(t), selon une deuxième période, dépendant de la première composante VR2(t).
Par combinaison, il est entendu une opération arithmétique pouvant être par exemple une somme ou un produit.
Sur la figure 5A, le niveau de gris correspond à la friction ressentie lorsque le doigt se déplace le long de la plaque, à vitesse constante.
Les signaux d'activations périodiques ActRi(t) et ActR2(t) peuvent avoir la même période, et la même amplitude, ce qui correspond à l'exemple donné sur la figure 5A. Ils peuvent également avoir une période ou une amplitude différentes : par exemple, la texturation est plus marquée (et/ou plus espacée) selon une direction que selon une autre direction.
Selon un mode de réalisation, représenté sur les figures 6A et 6B, le dispositif 1 est une interface tactile et haptique, reliée à un appareil 20. L'appareil 20 peut être, de façon non limitative, un appareil de communication, d'informatique, une machine, un équipement électroménager, un tableau de bord d'un véhicule. Le fonctionnement de l'appareil 20 est régi par au moins un paramètre de fonctionnement 18. L'interface haptique 1 est destinée au réglage d'une valeur du paramètre de fonctionnement 18 de l'appareil 20.
A cet effet, la zone de texturation 10' forme une zone de réglage, destinée au réglage du paramètre 18 sous l'effet d'un glissement du doigt 9. La zone de texturation 10' s'étend entre deux extrémités, ces dernières correspondant à deux valeurs différentes du paramètre. Les extrémités peuvent par exemple correspondre à deux valeurs extrêmes du paramètre 18. Dans l'exemple représenté, la valeur du paramètre 18 est progressivement augmentée lorsque le doigt glisse le long de la zone de texturation, entre les deux extrémités, dans le sens de la flèche, ou progressivement diminuée, lorsque le doigt glisse dans le sens opposé. Sur la figure 6A, on a représenté une partie 11' d'un écran 11, situé contre la face interne 10i de la plaque 10. Dans cet exemple, l'écran 11 permet d'effectuer un affichage, sur la partie 11', du paramètre 18 dont la valeur est ajustée par le doigt 9 glissant sur la zone de texturation 10'. Selon d'autres exemples, la zone de texturation 10' n'est pas rectiligne. Elle s'étend selon un axe de référence R en forme d'arc de cercle. Un exemple est représenté sur la figure 5B : l'axe de référence R est représenté en pointillés. Selon d'autres possibilités, l'axe de référence peut comporter une succession de parties rectilignes, en étant linéaire par morceaux. Il peut également comporter des parties courbes et d'autres parties rectilignes.
La zone de texturation 10' peut permettre de commuter la valeur d'un paramètre entre seulement deux valeurs, par exemple 0 lorsque le doigt est situé à une extrémité de la zone de texturation, et 1 lorsque le doigt est situé à une autre extrémité de la zone de texturation. Il peut par exemple s'agir d'un commutateur on/off. Un exemple de commutateur est décrit en lien avec les figures 12A et 12B.
L'action de glissement du doigt le long de la zone de texturation 10' s'apparente à une action de translation d'un curseur cranté ou à la rotation d'une molette crantée dans une interface classique, non haptique. Afin d'augmenter le réalisme du réglage, l'interface 1 est configurée de telle sorte que le doigt 9 puisse ressentir un effet de crans lorsqu'il se déplace le long de la zone de texturation 10'. Par effet de crans, on entend un effet par lequel le doigt, lorsqu'il glisse le long de la zone de texturation, ressent une sensation haptique de crans, assimilable à un passage de crans mécaniques que l'on perçoit agissant sur un curseur mécanique cranté ou sur une molette crantée. Il s'agit de mimer une sensation de crans que le doigt percevrait s'il agissait sur un curseur mécanique cranté. Cela se traduit par une variation, quasi instantanée, de la vitesse du doigt. La variation de la vitesse du doigt correspond à une accélération ou une décélération. La variation de vitesse est induite par une variation de la friction du doigt glissant le long de l'interface. La variation de friction est obtenue en mettant la plaque en vibration, comme détaillé ci-après.
En fonction du signal de vitesse V(t) transmis par l'unité de calcul 14', l'unité de commande 15 peut adresser un signal de commande Com(t) à l'appareil 20. Par exemple, lorsque l'interface 1 permet de définir une valeur d'un paramètre de fonctionnement 18 de l'appareil 20, l'unité de commande 15 est configurée pour transmettre la valeur du paramètre de fonctionnement 18 à l'appareil 20.
Les inventeurs ont conçu des signaux d'activation, permettant une perception de motifs de texturation particulièrement adaptés à un ressenti de crans lorsque le doigt 9 de l'utilisateur glisse le long de la zone de texturation 10'. La figure 7A représente un doigt 9 se déplaçant le long d'une zone de texturation 10'. Le motif M associé à la zone de texturation comporte des crans C espacés les uns des autres. Selon une première possibilité, représentée sur les figures 7A à 7D, la fonction de modulation A est triangulaire croissante. Les figures 7B, 7C et 7D représentent respectivement une fonction de modulation A, une porteuse sinusoïdale w, et le signal d'activation Act résultant d'une modulation d'amplitude de porteuse sinusoïdale par la fonction de modulation, selon l'expression (1).
Sur chacune de ces figures, l'axe des abscisses correspond au temps (unité : seconde) et l'axe des ordonnées correspond à l'amplitude.
On observe que la forme temporelle de la fonction de modulation A comporte, pour chaque cran : une phase temporelle antérieure dta, survenant lorsque le doigt s'approche du cran ; une phase temporelle de cran dtc, survenant lorsque le doigt franchit le cran ; une phase temporelle postérieure dtp, survenant lorsque le doigt s'éloigne du cran.
Les phases temporelles antérieure, de cran et postérieure sont activées successivement. Elles définissent une séquence d'activation associée au cran. Ainsi, pour chaque cran, la fonction de modulation comporte une séquence d'activation, correspondant à la succession phase antérieure, phase de cran, phase postérieure. La durée d'une séquence d'activation correspond à la somme des durées respectives des phases antérieure, de cran et postérieure.
D'une façon générale, chaque séquence d'activation correspondant à un cran est telle qu'au cours de la phase de cran, l'amplitude de la fonction modulation varie dans une plage de variation significativement plus importante que dans les phases antérieure et postérieure de la séquence. L'amplitude de modulation conditionne la friction du doigt sur la zone de texturation 10'. La perception d'un cran est réaliste lorsque avant et après le cran, la friction est relativement stable, et que lors du passage du cran, la friction varie significativement. Il en résulte une variation brusque de la vitesse du doigt lors du passage du cran, ce qui entraîne une perception d'un cran par l'utilisateur. La variation brusque de la vitesse peut être une décélération, une accélération, ou une combinaison accélération/décélération. Durant les phases antérieure et postérieure précédant et suivant un cran, la variation de l'amplitude de modulation est moindre que durant la phase de cran. Durant les phases antérieure et postérieure, l'amplitude de modulation peut être stable, comme représenté sur les figures 7B et 7D, sans que cela soit nécessaire. Une amplitude de modulation stable génère une sensation de planéité de la zone de texturation avant ou après le passage d'un cran.
Ainsi, si AA(t) correspond à la variation d'amplitude, une séquence temporelle de cran peut être telle que :
Dans l'exemple des figures 7B et 7D, au cours de la phase de cran dtc, l'amplitude de modulation de la plaque est progressivement augmentée, ce qui entraîne une perception croissante de glissement : la vitesse du doigt augmente. La phase de cran se termine par une rupture, engendrant un brusque ralentissement du doigt. La combinaison accélération/décélération induit une perception d'un cran.
Une séquence temporelle correspondant à un cran est de préférence telle que durant la phase de cran, la valeur absolue de dérivée temporelle A'(t) de la fonction de modulation présente une valeur maximale plus élevée que durant les phases antérieure et postérieure. Si A(t) correspond à la fonction de modulation :
Cela traduit le fait que durant la phase de cran, la fonction de modulation subit une variation d'amplitude plus élevée et/ou plus rapide que durant les phases antérieure et postérieure. Il en résulte une variation plus rapide et/ou plus importante de la friction, induisant une perception d'un cran au niveau du doigt.
Un motif de texturation M, formant un ou plusieurs crans, est généralement orienté selon un axe de référence R, dans le sens où chaque cran s'étend le long de l'axe de référence. La zone de texturation 10', à laquelle est assignée le motif, s'étend de préférence selon l'axe de référence R. Deux crans successifs sont espacés d'une distance dr selon l'axe de référence R. Aussi, l'intervalle temporel dt entre deux crans successifs est tel que : dr dt = — (5) VR où VR est la vitesse du doigt parallèlement à l'axe R. Plus la vitesse est élevée, plus l'intervalle temporel dt est long. On comprend également que les durées respectives des phases antérieure, de cran et postérieure varient de la même manière en fonction de la vitesse VR.
Sur les figures 7B et 7D, la fonction de modulation est triangulaire croissante. La figure 7E illustre une autre configuration, selon laquelle la fonction de modulation est triangulaire décroissante. Selon une configuration, représentée sur la figure 7F, les crans présentent une certaine étendue spatiale selon l'axe de référence R. Lorsque le doigt se déplace parallèlement à l'axe R selon lequel les crans sont espacés, la fonction de modulation A est ajustée de telle sorte que l'écart temporel dt entre deux passages de crans successifs soit tel que défini en lien avec l'expression (5). Sur la figure 7F, on a représenté une direction D, selon laquelle se déplace le doigt, formant un angle 0 avec l'axe de référence R. La fonction de modulation est ajustée en fonction de la composante VR, selon l'axe de référence R, de la vitesse V du doigt. Lorsque le doigt se déplace selon la direction D, l'intervalle temporel dt' entre deux crans successifs est tel que dr dr dt’ = — = -
VR Vcosd
Les figures 7G et 7H représentent respectivement une fonction de modulation correspondant à un déplacement du doigt selon la direction D et selon l'axe de référence R. L'axe des ordonnées correspond à l'amplitude normalisée. L'axe des abscisses correspond au temps t - unité s. On observe que la forme temporelle dépend de la vitesse selon l'axe de référence. La durée de la phase de cran dtc, varie entre 140 ps (figure 7G) et 70 ps (figure 7H).
D'une façon générale, pour un meilleur ressenti, la durée d'une phase de cran dtc est de préférence inférieure à 100 ms, voire à 1 ms, 500 ps ou à 250 ps. D'une façon plus générale, la durée d'une phase de cran dépend de la vitesse du doigt et de la dimension du cran virtuel.
Les figures 8A et 8B représentent respectivement une fonction de modulation A ainsi que sa dérivée temporelle. Durant la phase de cran dtc, l'amplitude décroît, puis croît, puis décroît à nouveau. Il en résulte un ralentissement du doigt, puis une accélération, avant un nouveau ralentissement. La combinaison décélération/accélération/décélération entraîne une perception d'un cran par l'utilisateur. La figure 8B montre la dérivée temporelle A' de la fonction de modulation représentée sur la figure 8A : la dérivée est nulle durant les phases antérieure et postérieure. Elle fluctue de façon importante durant la phase de cran, ce qui entraîne la perception du cran par l'utilisateur.
Différentes séquences, ou « patterns », peuvent être définies, qui induisent un effet de cran. Les figures 9A à 9H illustrent différentes possibilités. On rappelle qu'une séquence correspond à une succession d'une phase antérieure, d'une phase de cran et d'une phase postérieure, entraînant un effet haptique de cran. Les exemples donnés sur les figures 9A à 9H montrent que différentes séquences sont envisageables. Cela permet d'obtenir une grande variété de sensations de crans au niveau du doigt 9. Les figures 10 et 11 illustrent une fonction de modulation A comportant une succession de séquences phase antérieure - phase de cran - phase postérieure, chaque séquence correspondant à un cran.
La figure 12A montre une zone de texturation 10' plane, présentant l'aspect d'un commutateur, permettant de commuter entre deux positions. Il s'agit par exemple d'un commutateur marche/arrêt. Ce type de commutateur est connu dans le domaine des interfaces tactiles. Le doigt agit sur un curseur virtuel de façon à le translater d'un côté ou d'une autre d'une zone de débattement. Le curseur virtuel est ici représenté par un disque. Dans l'exemple représenté, le doigt agit de droite à gauche pour déplacer le curseur virtuel. Au cours du déplacement du doigt, une sensation haptique est produite, selon la fonction d'activation représentée sur la figure 12B. La figure 12B est positionnée par rapport à la figure 12A de sorte que l'amplitude de modulation correspond à la position du doigt sur le commutateur. Lorsque le curseur se rapproche de sa position finale (à droite de la zone de débattement), l'amplitude de la fonction de modulation augmente, ce qui entraîne une augmentation de la sensation de glissement. Lorsque la position finale est atteinte, la sensation de glissement est maximale.
Un avantage de l'invention est que le rendu haptique d'un cran est paramétré par la fonction de modulation. Le rendu peut également dépendre de la porteuse : fréquence et/ou la forme de la porteuse, cette dernière pouvant être, à titre non limitatif, sinusoïdale ou en créneaux ou triangulaire.
Selon une possibilité, compatible avec l'ensemble des modes de réalisation décrits, le signal d'activation n'est adressé aux transducteurs que si la pression exercée par le doigt sur la plaque 10 excède un seuil de pression prédéterminé. Dans un tel mode de réalisation, l'unité de commande 15 peut comparer une pression mesurée par le capteur de pression 17 avec un seuil de pression préalablement déterminé. En fonction de la comparaison, le signal d'activation est généré, ou non. Il peut par exemple n'être généré que si la pression exercée par le doigt sur la plaque franchit un seuil prédéterminé.
La figure 13 montre les principales étapes d'un procédé de commande d'un dispositif tactile, comme précédemment décrit.
Etape 100 : application d'un doigt sur la plaque.
Etape 110 : détermination d'une position du doigt sur la plaque 10 : le capteur de position 14 forme un signal de position S(t). Au cours de cette étape, l'unité de commande 15 peut vérifier que le doigt est positionné sur une zone de texturation 10'. A défaut, les étapes suivantes ne sont pas mises en œuvre.
Etape 120 : mesure d'une vitesse de déplacement du doigt sur l'interface, à l'aide de l'unité de calcul 14', cette dernière générant un signal de vitesse V(t) représentatif de la vitesse du doigt. L'étape 120 peut comprendre une détermination d'une vitesse VR(t) par rapport à au moins un axe de référence R.
Etape 130 : en fonction de la vitesse résultant de l'étape 120, génération d'un signal d'activation Act(t). Un motif de texturation virtuel M est assigné à la zone de texturation 10'. Le signal d'activation est formé par une modulation d'amplitude d'une porteuse périodique, de façon que le motif de texturation soit ressenti par le doigt de l'utilisateur. La forme temporelle de la fonction de modulation dépend de la vitesse résultant de l'étape 120, sur l'axe de référence R du motif M.
Le dispositif 1 peut être une interface d'un appareil 20. Le motif de texturation virtuel M peut comporter alors des crans espacés les uns des autres. La zone de texturation 10' est configurée pour piloter un paramètre de l'appareil en fonction d'une position du doigt sur la zone de texturation. Selon cette configuration, le procédé peut comporter l'étape suivante :
Etape 140 : en fonction de la position du doigt, génération d'un signal de commande Com(t), transmis au dispositif commandé par l'interface. Le signal de commande permet un réglage de la valeur d'un paramètre de fonctionnement 18, associé à la zone de texturation 10' touchée par le doigt.
Le procédé peut comporter une étape 125 de détermination d'une pression exercée par le doigt sur la plaque, et de comparaison de la pression avec un seuil de pression, en fonction de quoi les étapes 130 et 140 sont, ou non, mises en œuvre.
Un avantage notable de l'invention est que le motif de texturation est un motif virtuel, défini numériquement, indépendamment de l'état de surface de la zone de texturation 10'. L'invention permet alors de définir plusieurs motifs de texturation virtuels respectivement sur différentes zones de texturation, espacées les unes des autres, sur une même plaque. L'invention permet également d'assigner plusieurs motifs de texturation virtuels sur une même zone de texturation. Par exemple, lorsque le dispositif est une interface, une même zone de texturation peut successivement être utilisée pour le réglage de différents paramètres. Le réglage des différents paramètres, sur la même zone de texturation, peut être effectué en assignant respectivement différents motifs de texturation sur la même zone. Les figures 14A et 14B représentent deux motifs Mi et M2 assignés à une même zone de texturation, pour le réglage de deux paramètres différents. Ces deux motifs virtuels définissent un nombre et une position différents de crans.
On comprend que l'invention permet de définir une grande diversité de motifs de texturation sur une même zone de texturation, et cela indépendamment de l'état réel de la surface de la plaque, dans la zone de texturation 10'.
L'interface convient à la commande de dispositifs grands publics, par exemple dans le domaine de l'électroménager ou le tableau de bord de véhicules. L'interface permet d'exercer un retour haptique, perceptible par l'utilisateur. Le retour haptique mime une réponse mécanique d'un organe mécanique mobile : cela rend l'utilisation de l'interface simple et conviviale.

Claims

27 REVENDICATIONS
1. Procédé de mise en œuvre d'un dispositif tactile (1), le dispositif tactile (1) comportant :
- une plaque (10), comportant au moins une zone de texturation (10'), à laquelle est assigné un motif de texturation (M, Mi, M2), virtuel, la plaque étant destinée à être touchée par un corps externe ;
- au moins un transducteur (12), configuré pour mettre en vibration la plaque (10), selon une vibration ultrasonique produisant un effet de lubrification ultrasonique entre le corps externe et la plaque, le transducteur étant configuré pour être commandé par un signal d'activation; le procédé comportant : a) déplacement d'un corps externe (9) le long de la zone de texturation (10') ; b) détermination d'une position (S(t)) du corps externe sur la zone de texturation (10') ; c) mesure d'une vitesse (V(t)) du corps externe le long la plaque ; d) lorsque le corps externe se déplace le long de la zone de texturation, génération d'un signal d'activation (Act(t)), dépendant du motif de texturation (M), de façon à activer le transducteur (12) ou chaque transducteur, de telle sorte que sous l'effet du signal d'activation, la plaque est mise en vibration, selon une vibration ultrasonique, la vibration induisant une variation d'une friction entre la plaque et le corps externe (9), le corps externe, se déplaçant, ressentant le motif de texturation sous l'effet de son déplacement le long de la zone de texturation; le procédé étant caractérisé en ce que :
- le motif de texturation est orienté par rapport à un axe de référence (R) ;
- l'étape c) comporte une prise en compte d'un angle (0) entre une direction (D) d'une trajectoire du corps externe et l'axe de référence et un calcul d'une composante de la vitesse (VR) du corps externe sur l'axe de référence en fonction de l'angle ;
- durant l'étape d), le signal d'activation dépend du motif de texturation (M) et de la composante de la vitesse (VR) du corps externe sur l'axe de référence ; de façon que lorsque le corps externe se déplace le long de la zone de texturation, la friction entre la plaque et le corps externe est modifiée en fonction de la position du corps externe sur la zone de texturation et en fonction de la composante de la vitesse du corps externe sur l'axe de référence.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel lors de l'étape d), le signal d'activation est établi à partir :
• d'une porteuse périodique (w), la porteuse s'étendant, à chaque période, selon une amplitude ;
• d'une fonction de modulation (A), variant, durant le déplacement du corps externe, selon une forme temporelle dépendant du motif de texturation (M) et de la composante de vitesse (VR) du corps externe sur l'axe de référence ;
- de sorte que l'amplitude du signal d'activation résulte d'une modulation de la porteuse (w) par la fonction de modulation (A).
3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel durant l'étape d), le signal d'activation est généré en différents instants (t), de sorte que :
- à chaque instant, l'amplitude de la fonction de modulation dépend de la position du corps externe ;
- entre deux instants successifs, la forme temporelle de la fonction de modulation est ajustée en fonction d'une variation de la composante de vitesse du corps externe (VR) sur l'axe de référence.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, dans lequel :
- la forme temporelle de la composante de modulation (A) dépend de l'angle entre la direction (D) et l'axe de référence.
5. Procédé selon la revendication 3 ou la revendication 4, dans lequel :
- le motif de texturation (M) est un motif périodique, s'étendant selon une période spatiale (dr) parallèlement à l'axe de référence ;
- la forme temporelle de la fonction de modulation est périodique, selon une période temporelle (dt), la durée de la période temporelle dépendant de la composante (VR) de la vitesse du corps externe sur l'axe de référence R et de la période spatiale du motif de texturation (dr).
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel
- le motif de texturation est orienté par rapport à un premier axe de référence (Ri) et à un deuxième axe de référence (R2); - l'étape c) comporte une mesure d'une première composante de vitesse (VRI), selon le premier axe de référence, et d'une deuxième composante de vitesse (VRÎ) selon le deuxième axe de référence ;
- l'étape d) comporte, durant le déplacement du corps externe :
• une génération d'un premier signal d'activation (Actl(t)), formé par une première porteuse périodique modulée par une première fonction de modulation, la forme temporelle de la première fonction de modulation dépendant de la première composante de vitesse (VRI);
• une génération d'un deuxième signal d'activation, formé par une deuxième porteuse périodique modulée par une deuxième fonction de modulation (Act2(t)), la forme temporelle de la deuxième fonction de modulation dépendant de la deuxième composante de vitesse (VRÎ);
• une combinaison du premier signal d'activation et du deuxième signal d'activation pour former le signal d'activation.
7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel :
- le motif de texturation est un motif périodique, s'étendant selon une première période spatiale parallèlement au premier axe de référence ;
- la première fonction de modulation est périodique, selon une première période temporelle, la durée de la première période temporelle dépendant de la première composante de la vitesse et de la première période spatiale du motif périodique ;
- le motif de texturation s'étend selon une deuxième période spatiale parallèlement au deuxième axe de référence ;
- la deuxième fonction de modulation est périodique, selon une deuxième période temporelle, la durée de la deuxième période temporelle dépendant de la deuxième composante de la vitesse et de la deuxième période spatiale du motif périodique.
8. Procédé selon la revendication 2, dans lequel :
- le motif de texturation comporte au moins un cran (C), le cran correspondant à un relief ou à un creux dans le motif de texturation ;
- la fonction de modulation du signal d'activation est déterminée de telle sorte qu'un effet de cran est ressenti par l'utilisateur lors du passage du corps externe sur le cran.
9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel : - lors du passage du corps externe de part et d'autre du cran (C), la fonction de modulation comporte successivement :
• une phase antérieure (dta), lorsque le corps externe approche du cran ;
• une phase de cran (dtc), lorsque le corps externe franchit le cran ;
• une phase postérieure (dtp), lorsque le corps externe s'éloigne du cran ;
- le ressenti du cran par l'utilisateur dépend de la fonction de modulation durant les phases antérieure, de cran et postérieure ;
- la fonction de modulation est telle que lors de la phase de cran, la fonction de modulation varie selon une plage de variation plus étendue que lors de la phase antérieure et lors de la phase postérieure. Procédé selon la revendication 9, dans lequel lors de la phase de cran, la fonction de modulation est telle qu'une valeur absolue de sa dérivée temporelle (| (t) |) atteint une valeur maximale plus élevée que lors de la phase antérieure et lors de la phase postérieure. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 ou 10, dans lequel :
- le cran est orienté par rapport à l'axe de référence ;
- la durée de la phase antérieure, de la phase de cran et de la phase postérieure dépend de la composante de la vitesse du corps externe par rapport à l'axe de référence. Procédé selon l'une quelconque des revendications 8 à 11, dans lequel le motif de texturation comporte plusieurs crans, la fonction de modulation étant telle qu'à chaque cran sont associés une phase antérieure, une phase de cran et une phase postérieure. Procédé selon la revendication 12, dans lequel :
- les crans sont distants les uns des autres le long d'un axe de référence ;
- l'intervalle temporel (dt) entre deux phases de crans, respectivement associées à deux crans successifs, dépend d'une distance entre les deux crans (dr) et d'une vitesse du corps externe par rapport à l'axe de référence. Procédé selon la revendication 13 dans lequel l'axe de référence est linéaire ou courbe ou linéaire par morceaux. Procédé selon l'une quelconque des revendications 8 à 14, dans lequel :
- le dispositif (1) est une interface tactile, destinée à commander un appareil (20) relié à l'interface ; 31
- l'interface est destinée à ajuster une valeur d'au moins un paramètre de fonctionnement de l'appareil, en fonction de la position du corps externe sur la zone de texturation, la zone de texturation permettant un ajustement de la valeur du paramètre ;
- le procédé comporte une génération d'un signal de commande (Com(t)) de l'appareil en fonction de la position du corps externe sur la zone de texturation. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le dispositif comporte un capteur de pression (17), configuré pour mesurer une pression exercée par le corps externe sur la plaque, le procédé comportant :
- mesure d'une pression exercée sur la plaque ;
- comparaison de la pression mesurée avec un seuil prédéterminé ;
- mise en œuvre des étapes c) et d) lorsque la pression exercée est supérieure au seuil. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'étape b) est mise en œuvre à l'aide d'un capteur capacitif. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le corps externe est un doigt. Dispositif tactile (1), comportant une plaque (10), destinée à être touchée par un corps externe (9), la plaque comportant au moins une zone de texturation (10'), à laquelle est assigné un motif de texturation (M, Mi, M2), virtuel, le dispositif comportant :
- au moins un transducteur (12), configuré pour mettre la plaque (10) en vibration;
- un capteur de position (14), configuré pour générer un signal de position (S(t)), le signal de position étant représentatif d'une position du corps externe sur la plaque (10) ;
- une unité de calcul (14'), pour déterminer un signal de vitesse (V(t)), en fonction de signaux de position respectivement générés en différents instants (t), le signal de vitesse étant représentatif d'une vitesse du corps externe le long de la plaque; le dispositif tactile étant caractérisé en ce qu'il comporte :
- une unité de commande (15), reliée au capteur de position (14), et à l'unité de calcul (14') et configurée pour mettre en œuvre l'étape d) d'un procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, en fonction du signal de position issu du capteur de position et du signal de vitesse issu de l'unité de calcul. 32 Dispositif selon la revendication 19, dans lequel le capteur de position est un capteur capacitif, et comporte un réseau de pistes conductrices configurées pour détecter le corps externe par couplage capacitif, à travers tout ou partie de la plaque. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 19 ou 20, comportant un écran (11), le dispositif étant tel que :
- la plaque est transparente ;
- la plaque est disposée contre l'écran. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 19 à 21, tel que :
- le dispositif (1) est une interface tactile, destinée à commander un appareil (20) relié à l'interface ;
- le dispositif comporte une zone de texturation (10'), destinée à un ajustement d'une valeur d'un paramètre de fonctionnement (18) de l'appareil (20), la zone de texturation (10') comportant au moins deux crans, espacés l'un de l'autre ;
- l'unité de commande est configurée pour ajuster une valeur du paramètre en fonction d'une position du corps externe sur la zone de texturation. Appareil (20), configuré pour être contrôlé par un paramètre (18), et comportant une interface tactile (1) configurée pour sélectionner le paramètre ou régler une valeur du paramètre, l'interface tactile étant un dispositif selon la revendication 22.
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