EP4728347A1 - Interface haptique flexible, procédé pour générer un effet haptique et procédé de fabrication de l'interface haptique flexible - Google Patents

Interface haptique flexible, procédé pour générer un effet haptique et procédé de fabrication de l'interface haptique flexible

Info

Publication number
EP4728347A1
EP4728347A1 EP24732993.1A EP24732993A EP4728347A1 EP 4728347 A1 EP4728347 A1 EP 4728347A1 EP 24732993 A EP24732993 A EP 24732993A EP 4728347 A1 EP4728347 A1 EP 4728347A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rigid
flexible
haptic
tactile
actuators
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
EP24732993.1A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Romain LE MAGUERESSE
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.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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 Commissariat a lEnergie Atomique CEA, Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Publication of EP4728347A1 publication Critical patent/EP4728347A1/fr
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/016—Input arrangements with force or tactile feedback as computer generated output to the user
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01—Manufacture or treatment
    • H10N30/07—Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base
    • H10N30/072—Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base by laminating or bonding of piezoelectric or electrostrictive bodies
    • H10N30/073—Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base by laminating or bonding of piezoelectric or electrostrictive bodies by fusion of metals or by adhesives
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one piezoelectric, electrostrictive or magnetostrictive element covered by groups H10N30/00 – H10N35/00

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • User Interface Of Digital Computer (AREA)

Abstract

Interface haptique flexible Interface haptique flexible (1) définissant une surface tactile (S) susceptible d'être contactée par un utilisateur, l'interface comportant : - une pluralité d'éléments tactiles rigides (3) reliés par un support souple (4), et - au contact de chaque élément tactile rigide (3), au moins un actionneur (5), les actionneurs (5) étant agencés pour transmettre une excitation mécanique aux éléments tactiles rigides (3) afin d'entraîner en vibration le support souple (4) au contact des éléments tactiles rigides (3) avec une amplitude de vibration (f) du support souple détectable tactilement, le rapport e/L de l'épaisseur e du support souple à l'espacement L entre au moins deux éléments tactiles adjacents étant inférieur ou égal à 002.

Description

Description
Titre : INTERFACE HAPTIQUE FLEXIBLE, PROCÉDÉ POUR GÉNÉRER UN EFFET HAPTIQUE ET PROCÉDÉ DE FABRICATION DE L'INTERFACE HAPTIQUE FLEXIBLE
Domaine technique
La présente invention concerne les interfaces homme-machine, et plus particulièrement celles produisant des effets haptiques, notamment des effets haptiques multipoints.
Technique antérieure
Une interface haptique permet à l’utilisateur d’interagir avec l’environnement par le sens du toucher. L’effet haptique est aujourd’hui de plus en plus utilisé dans de nombreuses applications, par exemple sur un « Smartphone », lorsque celui-ci génère une légère vibration quand on appuie sur une touche affichée à l’écran pour simuler l’impression d’appuyer sur un bouton. Des applications haptiques existent aussi pour des dispositifs de réalité virtuelle ou augmentée, en particulier pour permettre une meilleure immersion dans les jeux vidéo. Les interfaces haptiques telles que les dalles tactiles, générant un effet haptique sur une surface tactile lorsqu’un utilisateur la contacte, peuvent notamment être intégrées à de nombreuses technologies comme des ordinateurs, tablettes et/ou smartphones.
Il est connu de générer des effets haptiques variés et relativement complexes sur une surface tactile rigide grâce à des transducteurs ultrasonores émettant des ondes ultrasonores qui se propagent sur la surface rigide.
Avec l’apparition sur le marché de produits commerciaux souples, tels que des téléphones portables pliables ou encore des téléviseurs enroulables, il est désirable de disposer d’interfaces haptiques flexibles pouvant s’intégrer à de tels produits.
L’usage d’un support souple simple portant des transducteurs ultrasonores est cependant limité car les ondes émises par les transducteurs sont en partie absorbées par le matériau souple ; l’effet haptique généré est alors difficilement perceptible par un utilisateur appliquant une pression avec son doigt ou sa main sur un tel support.
Il est par ailleurs connu d’utiliser un actionnement pneumatique pour générer des effets haptiques sur une structure souple. Le brevet US10240688B2 divulgue une interface haptique flexible comportant des actionneurs pneumatiques permettant de générer un effet de topologie. L’article de Yu et al. « Skin-integrated wireless haptic interfaces for virtual and augmented reality » (Nature, 2019) divulgue une interface haptique flexible comportant des actionneurs magnétiques permettant de générer divers effets haptiques. Cependant, la résolution spatiale des effets haptiques obtenus avec une telle interface est relativement faible, et l’utilisation d’actionneurs magnétiques entraîne une consommation électrique élevée.
Enfin, des fluides non-newtoniens ont déjà été utilisés pour générer des effets haptiques simples tels que des effets de boutons et des effets de relief. L’article de Lochtefeld « Towards real organic user interfaces - using non-Newtonian fluids for self-actuated displays » (CHI13 workshop, 2013) décrit un dispositif haptique utilisant un fluide non- newtonien rhéoépaississant pris entre deux feuilles souples posées sur un réseau fixe de haut- parleurs. Une topologie perceptible au doigt est générée lorsqu’une onde sonore se propage dans le fluide et le durcit localement.
Par ailleurs, un dispositif haptique multipoint permet de reconnaître des points de contact simultanés et multiples. Il comporte généralement une interface haptique ainsi qu’un logiciel qui interprète les contacts simultanés. Pour être suffisamment efficaces, les dispositifs haptiques multipoints nécessitent une bonne localisation des effets haptiques sur l’interface haptique, par exemple via une modulation de friction localisée.
Le brevet FR3064504 décrit une interface non flexible et non conformable offrant une modulation de friction localisée.
Les demandes FR3124617 et FR3125144 décrivent des interfaces de simulation tactile non flexibles et non conformables comportant des zones de confinement des ondes acoustiques délimitées par des miroirs acoustiques réalisés par des métamatériaux acoustiques. Ces demandes ne décrivent pas d’interfaces haptiques multipoints.
La demande US2012293441 décrit des interfaces tactiles non flexibles.
La demande FR31128546 décrit des interfaces haptiques à charnières souples.
La demande US 2017/005077 décrit un dispositif flexible, comportant des composants électriques comprenant des vibrateurs pour fournir une rétroaction haptique et des capteurs tactiles, les composants étant montés sur un substrat flexible.
La demande EP 3 401 763 décrit un dispositif informatique comportant une surface tactile comprenant des capteurs tactiles, le dispositif comportant en outre plusieurs dispositifs de sortie haptique. La demande US 2012/229401 décrit une interface utilisateur haptique comportant une couche de surface flexible et un substrat haptique, la couche de surface comportant par exemple plusieurs régions pouvant chacune accepter une entrée tactile, et le substrat comportant plusieurs actionneurs.
La demande US 2017/068318 décrit un dispositif comportant un écran pliable, un boîtier pliable, et des dispositifs d’entrée-sortie, comprenant notamment des capteurs tactiles et un dispositif de sortie haptique.
Exposé de l’invention
Il existe un besoin pour perfectionner les interfaces haptiques flexibles, notamment afin de disposer d’une interface tactile, de préférence conformable, capable de générer des effets haptiques variés, présentant une bonne résolution spatiale sur l’ensemble de l’interface, et permettant de générer des effets haptiques multipoints bien localisés.
Résumé de l’invention
L’invention vise à répondre à ce besoin, et elle y parvient, selon un premier de ses aspects, grâce à une interface haptique flexible définissant une surface tactile susceptible d’être contactée par au moins un utilisateur, l’interface comportant :
- une pluralité d’éléments tactiles rigides reliés par un support souple, et
- superposé à chaque élément tactile rigide, au moins un actionneur, les actionneurs étant agencés pour transmettre une excitation mécanique aux éléments tactiles rigides afin d’entraîner en vibration le support souple, le rapport e/L de l’épaisseur e du support souple à l’espacement L entre au moins deux éléments tactiles rigides adjacents étant inférieur ou égal à 0,02.
Par « détectable tactilement », il faut comprendre que l'amplitude de vibration de la charnière excède typiquement une amplitude de 1 micron sous une charge comprise entre 0,05 et 0,5 N.
Par « transmettre une excitation mécanique aux éléments », on entend induire une vibration des éléments avec une amplitude détectable tactilement, l’amplitude de vibration des éléments tactiles rigides pouvant être différente de celle du support souple, notamment plus faible. Grâce à l’invention, on peut obtenir des effets haptiques présentant une résolution spatiale satisfaisante, car la vibration du support souple participe, en complément de celle des éléments tactiles rigides excités, à l’effet haptique généré par l’interface haptique.
On peut également obtenir des effets haptiques localisés permettant d’utiliser l’interface haptique pour créer des effets haptiques multipoints par exemple.
Cela est rendu possible lorsque certains actionneurs de l’interface sont alimentés électriquement, alors que d’autres actionneurs de l’interface ne sont pas alimentés électriquement. Grâce notamment au rapport e/L défini plus haut, les éléments tactiles rigides au contact des actionneurs non alimentés agissent comme des miroirs acoustiques et/ou guides d’onde et peuvent réfléchir les ondes acoustiques émises par les éléments tactiles rigides se propageant dans le support souple.
Ces ondes acoustiques réfléchies peuvent interagir avec les ondes acoustiques incidentes en des interférences constructives, augmentant l’amplitude des ondes acoustiques au niveau des éléments tactiles rigides actifs, c’est-à-dire excités par des actionneurs correspondants alimentés électriquement. Par ailleurs, les ondes acoustiques étant réfléchies par les éléments tactiles rigides passifs, c’est-à-dire au contact d’ actionneurs non alimentés électriquement, l’amplitude de vibration au niveau de ces éléments reste limitée ; cela permettant d’obtenir une bonne localisation des vibrations au niveau des éléments tactiles rigides actifs. Du fait de ces effets haptiques localisés, il est possible d’obtenir des effets haptiques multipoints de bonne qualité.
Ainsi, on bénéficie d’une interface haptique présentant une certaine souplesse, flexibilité et conformabilité, tout en offrant des effets haptiques variés et localisés avec une bonne résolution spatiale.
Par « interface haptique conformable », on entend une interface haptique adaptable sur un support non plan, et capable d’en épouser sensiblement la forme.
De préférence, l’interface comporte un circuit de commande configuré pour moduler les signaux envoyés aux actionneurs afin d’induire mécaniquement une vibration des éléments et du support souple et générer une sensation haptique sur la surface tactile. Le circuit de commande est de préférence configuré de manière à permettre de commander individuellement la modulation de chaque actionneur. Le circuit de commande peut commander la tension du signal, la fréquence du signal, la phase du signal et/ou la fréquence ultrasonore de chaque actionneur individuellement. Il peut ainsi comporter un réseau d’interrupteurs électroniques permettant d’activer sélectivement chacun des actionneurs, selon le motif d’excitation souhaitée.
La vibration des éléments et du support souple peut générer une variation de friction perceptible tactilement par un utilisateur déplaçant son doigt sur la surface tactile. Cet effet, encore appelé effet « squeeze-film », peut donner l’impression à l’utilisateur de toucher une surface présentant des reliefs, ou ayant différentes textures.
La vibration des éléments et du support souple peut encore générer une impulsion perceptible tactilement par un utilisateur exerçant un contact statique sur la surface tactile. Cet effet permet par exemple de donner l’impression à l’utilisateur d’appuyer sur un bouton.
Eléments tactiles rigides
L’invention n’est pas limitée à l’excitation d’éléments tactiles individuels d’un matériau particulier, ou ayant une forme particulière. Toutefois, certaines formes et certains matériaux peuvent faciliter la fabrication de l’interface.
Ainsi, au moins certains des éléments tactiles rigides, mieux tous les éléments tactiles rigides, peuvent avoir une forme générale polyédrique, de préférence parallélépipédique. Les éléments tactiles rigides peuvent notamment se présenter sous la forme de lames rectangulaires, en particulier carrées, en vue de face. En variante, les éléments tactiles rigides peuvent se présenter sous la forme de lames circulaires.
Au moins certains des éléments tactiles rigides, mieux tous les éléments tactiles rigides, sont de préférence en un matériau relativement rigide, dur et/ou répandu, tel que le verre, de préférence du verre borosilicate, du silicium, un métal, par exemple de l’aluminium, du cuivre ou de l’acier inoxydable, ou un polymère dur, notamment un polymère de module d’Young supérieur au module d’ Young du support souple, par exemple supérieur à 10 GPa.
Au moins deux éléments tactiles rigides peuvent avoir des supports rigides différents l’un de l’autre.
Au moins certains des éléments tactiles rigides, mieux tous les éléments tactiles rigides, ont de préférence une épaisseur sensiblement constante, de préférence comprise entre 50 microns et 5 mm, mieux entre 200 et 700 microns. Au moins certains des éléments tactiles rigides, mieux tous les éléments tactiles rigides, peuvent présenter une surface d’au moins 1 cm2, par exemple une surface de dimensions d’au moins 10 mm par au moins 15 mm, lorsque les éléments ont une forme de lame rectangulaire en vue de face.
Tous les éléments tactiles rigides peuvent être identiques. En variante, on peut combiner, au sein de la même interface, des éléments tactiles rigides individuels de tailles différentes, en fonction par exemple de leur localisation relativement à la surface tactile et/ ou de l’application.
Support souple
Par « support », on désigne toute structure mono- ou multicouche qui assure le maintien des éléments tactiles rigides en position, et leur cohésion au sein de l’interface haptique. Le support souple est de préférence formé d’un ou plusieurs matériau(x) polymérique(s), ce qui peut faciliter la fabrication et l’obtention de la souplesse recherchée pour l’interface haptique, tout en générant une déformation avec l’amplitude souhaitée.
Le support souple peut comporter du polycarbonate (PC), du polytéréphtalate d’éthylène (PET), du polynaphtalate d’éthylène (PEN), du polyétheréthercétone (PEEK), du KAPTON, un polymère vert, ou tout autre matériau adapté.
Le choix de l’épaisseur du support souple peut s’effectuer en fonction de la souplesse de celui-ci, plus le support souple étant mou, plus son épaisseur pouvant être grande tout en permettant de conserver la souplesse recherchée.
De préférence, le support souple est d’épaisseur sensiblement constante, l’épaisseur étant de préférence comprise entre 25 et 200 microns. Cette faible épaisseur permet une bonne propagation des vibrations à la surface du support souple.
Le support souple peut présenter un module de Young équivalent supérieur ou égal à 1.5 GPa, notamment inférieur ou égal à 10 GPa.
Par « module de Young équivalent », il faut comprendre, pour un support souple multicouche, la moyenne des modules de Young des différentes couches pondérée par les épaisseurs desdites couches.
Les éléments tactiles rigides sont avantageusement réalisés dans un matériau plus rigide que celui ou ceux du support souple. Le rapport du module de Young de chaque élément tactile rigide à celui du support souple est par exemple supérieur ou égal à 8, mieux supérieur ou égal à 20, encore mieux supérieur ou égal à 50, plus préférentiellement compris entre 80 et 90, notamment égal à 85 environ.
Les éléments tactiles rigides peuvent être intégrés au support souple de différentes façons, selon la structure du support souple.
Le support souple peut se composer d’une ou plusieurs couches.
Le support souple peut notamment comporter une couche porteuse et une couche de compensation de l’épaisseur des éléments. Cette couche de compensation peut s’étendre entre les éléments tactiles rigides, au-dessus de la couche porteuse.
La couche de compensation et la couche porteuse forment lorsque liées entre elles à leur interface entre deux éléments tactiles rigides adjacents des charnières multicouches, notamment bicouche, entre ces éléments.
La couche porteuse peut aussi jouer un rôle de couche de protection des éléments tactiles rigides et/ou des actionneurs dont ceux-ci sont munis.
De préférence, le support souple ou, en cas de couche porteuse et de couche de compensation, la couche porteuse, présente une épaisseur sensiblement constante, de préférence comprise entre 50 nm et 500 microns, mieux entre 25 et 100 microns, par exemple 75 pm.
La couche porteuse peut assurer à elle-seule la tenue des éléments tactiles rigides au sein de la structure haptique. La couche de compensation d’épaisseur peut aussi jouer ce rôle, en association avec la couche porteuse.
Les éléments tactiles rigides peuvent être tous situés d’un même côté du support ou de la couche porteuse.
Lorsque présente, la couche de compensation est de préférence d’épaisseur sensiblement constante, de préférence comprise entre 25 microns et 300 microns, de préférence entre 25 et 100 microns, par exemple 75 microns.
Le support souple peut s’étendre continûment sur toute l’étendue de la surface tactile, les éléments rigides étant recouverts par le support, ce dernier étant de préférence d’épaisseur constante.
En variante, au moins une partie des éléments tactiles rigides, de préférence tous les éléments tactiles rigides, peuvent présenter une surface extérieure débouchant sur la surface tactile. Cette surface extérieure des éléments tactiles rigides peut venir à affleurement de la surface extérieure de la couche de compensation, la surface extérieure des éléments et celle de la couche de compensation définissant alors une surface sensiblement lisse qui peut servir de surface tactile pour l’interface.
L’utilisateur vient alors directement au contact des éléments tactiles rigides lorsqu’il amène son doigt au contact de la surface tactile.
En variante encore, on peut recouvrir les éléments tactiles rigides et la couche de compensation avec une couche de protection, qui peut être identique à la couche porteuse du support souple, ou non. On peut ainsi obtenir un support souple comportant trois couches entre les éléments tactiles rigides, lorsque la vibration de la couche de protection est couplée mécaniquement avec celle des couches sous-jacentes. L’épaisseur de la couche de protection est de préférence relativement faible, de manière à ne pas affecter outre mesure le ressenti de l’effet tactile au niveau des éléments tactiles rigides.
Le support souple peut comporter des logements dans lesquels s’étendent au moins partiellement les éléments tactiles rigides, ces derniers étant par exemple recouverts continûment par une feuille souple définissant la surface tactile.
Dans un exemple de réalisation, le support comporte une couche de réception des éléments tactiles, la couche de réception formant des logements en forme de cuvette, le support comportant également une couche de couverture des éléments, définie par exemple par la feuille souple précitée.
La couche de couverture permet notamment d’uniformiser extérieurement la surface tactile, et d’éviter des sensations tactiles parasites qui pourraient sinon survenir si l’utilisateur était au contact direct des éléments tactiles rigides et/ou des régions avoisinantes, ces derniers pouvant former une surface hétérogène au toucher.
Le support souple peut comporter des entailles, des ajouts de matière(s), des reliefs, et/ou tout autre structure permettant de modifier les vibrations du support souple et ainsi le ressenti haptique.
Agencement des éléments tactiles
Les éléments tactiles rigides peuvent être répartis de différentes façons sur le support, en fonction notamment de l’application, tout en respectant un écartement conforme à l’invention.
L’espacement entre deux éléments tactiles rigides adjacents peut être choisi en fonction de la souplesse du support souple et de son épaisseur, de manière à obtenir l’amplitude de vibration souhaitée pour le support souple et la localisation recherchée pour les vibrations en cas d’effet tactile multipoint, tout en préservant la souplesse de l’ensemble.
Plus le support souple est mou et/ou plus son épaisseur est fine, plus les éléments peuvent être rapprochés tout en conservant une amplitude de vibration du support souple suffisante pour être détectable tactilement.
De préférence, l’espacement entre deux éléments tactiles rigides adjacents (mesuré bord à bord) est supérieur à 10 mm. Cette distance minimale de 10 mm doit être suffisamment grande pour permettre une bonne souplesse du support souple, malgré l’emploi pour le support souple d’un matériau présentant la rigidité requise.
De préférence, l’espacement entre deux éléments adjacents (mesuré bord à bord) est inférieur à 100 mm, mieux inférieur à 50 mm, encore mieux inférieur à 20 mm. Cet espacement est choisi pour que l’amplitude de vibration ne s’atténue pas outre mesure entre deux éléments tactiles rigides.
Au moins une partie des éléments tactiles rigides peut être agencée en lignes et/ou en colonnes, notamment sur un même plan quand le support souple est mis à plat, de préférence selon un réseau régulier.
En variante, les éléments tactiles rigides sont disposés selon une répartition concentrique, ou autre.
Actionneurs
Chaque élément tactile rigide peut être muni d’au moins un actionneur, par exemple sur sa face située du côté du support souple et/ou sa face opposée, de préférence la face opposée au support souple.
Chaque actionneur peut être disposé sur un ventre de vibration de l’élément tactile rigide associé.
Chaque actionneur peut être de type piézoélectrique, ferroélectrique, électromagnétique ou thermique, de préférence de type piézoélectrique. En particulier, chaque actionneur peut être piézoélectrique céramique, par exemple piézoélectrique céramique PZT, ou piézoélectrique AIN.
Les actionneurs peuvent être sous forme de couche mince, par exemple sous forme de couche mince de PZT. De préférence, on choisit la forme et l’agencement des actionneurs de manière à obtenir le ou les modes de vibration désirés sur l’élément tactile rigide.
Le ou les actionneurs associés à un élément tactile rigide peuvent avoir chacun une forme allongée, de préférence selon la largeur de l’élément tactile rigide au contact duquel il se trouve dans le cas où celui-ci présente une forme rectangulaire.
Le ou les actionneurs peuvent être disposés de part et d’autre d’un plan médian de l’élément tactile rigide. Le ou les actionneurs peuvent être disposés au niveau de nœuds ou de ventres de vibration.
Les actionneurs peuvent être de formes diverses ; ils ont par exemple chacun une forme générale polygonale, notamment rectangulaire ou carrée, ou encore une forme circulaire ou annulaire.
On peut encore combiner plusieurs formes d’ actionneurs sur un même élément tactile rigide afin de pouvoir générer plusieurs modes de vibration différents, par exemple alternativement, ce qui permet d’obtenir des effets haptiques variés.
Systèmes annexes
L’interface peut comporter un système de détection d’un contact de l’utilisateur sur la surface tactile, notamment une structure de détection capacitive, qui est le cas échéant intégrée à la structure haptique. En variante, le système de détection d’un contact de l’utilisateur sur la surface tactile est une structure de suivi d’impédance ou de suivi de tension.
L’interface peut comporter un système permettant de superposer au moins partiellement à la surface tactile une image. L’interface peut ainsi comporter un écran, de préférence un écran intégrant la structure haptique. L’écran peut notamment comporter des pixels de type OLED.
L’interface peut comporter au moins un actuateur permettant de conformer sélectivement l’interface selon au moins deux formes distinctes. Cela peut être utile par exemple pour changer la forme de l’interface en fonction de la sensation tactile à reproduire, pour améliorer par exemple la qualité de la simulation.
L’invention a encore pour objet un article vestimentaire équipé d’une interface haptique selon l’invention, telle que définie plus haut. L’invention a encore pour objet un appareil mobile équipé d’une interface haptique selon l’invention, telle que définie plus haut.
En variante, l’interface haptique selon l’invention est intégrée à un tissu, à un bracelet, à un présentoir ou à tout autre surface courbe.
En particulier, l’interface haptique selon l’invention peut être intégrée à un tableau de bord. En effet, les effets haptiques créés par l’interface permettent d’interagir avec le tableau de bord en le touchant, sans avoir à le regarder.
L’interface haptique peut être utilisée pour les surfaces en braille.
L’interface peut comporter des moyens annexes de mise en vibration, par exemple un petit vibreur local, ou une technologie fluidique permettant la vibration.
Procédé pour générer un effet haptique
L’invention a encore pour objet un procédé pour générer un effet haptique, notamment un effet haptique multipoint, avec une interface haptique flexible selon l’invention, telle que définie ci-dessus, procédé dans lequel on excite mécaniquement au moins un élément tactile rigide grâce à un ou plusieurs actionneurs superposés à cet élément tactile rigide, afin d’entraîner en vibration le support souple avec une amplitude de vibration détectable tactilement.
Les caractéristiques de l’interface haptique flexible décrites ci-dessus s’appliquent au procédé en combinaison ou indépendamment les unes des autres.
Le procédé selon l’invention peut comporter la détection préalable de la ou des positions du ou des contacts d’un utilisateur sur l’interface haptique grâce à un système de détection, puis la modulation, grâce à un circuit de commande, des signaux envoyés à ou aux actionneurs en fonction de la ou des positions détectées afin d’induire mécaniquement une vibration des éléments tactiles rigides et du support souple et générer une sensation haptique sur la surface tactile.
On peut ainsi générer l’effet haptique désiré dans la zone de contact détectée.
Le procédé peut comporter l’excitation sélective d’un unique actionneur ou d’une partie seulement des actionneurs, selon un motif d’excitation prédéfini ; l’excitation peut se faire de manière à exciter un actionneur donné sans exciter aucun des actionneurs les plus proches, ou sans exciter aucun des actionneurs entourant celui qui est excité ; l’excitation peut aussi se faire en excitant plusieurs actionneurs alignés entre eux, sans exciter les actionneurs les plus proches situés d’un même côté de la ligne reliant les actionneurs excités ou de part et d’autre de cette ligne. D’autres motifs d’excitation des actionneurs sont possibles, en fonction du résultat recherché.
Excitation des éléments tactiles rigides
L’invention n’est pas limitée à une excitation mécanique particulière des éléments tactiles rigides. Cependant, certains types d’excitation, et en particulier certains modes de vibration des éléments tactiles, facilitent la mise en vibration du support souple et permettent de générer des effets haptiques de manière relativement fiable.
Ainsi, on peut exciter mécaniquement les éléments tactiles rigides selon un premier mode de vibration dit « mode de flexion ».
En variante, on peut exciter mécaniquement les éléments tactiles rigides selon un mode antisymétrique de Lamb.
On excite mécaniquement les éléments tactiles rigides à une fréquence comprise de préférence entre 20 et 250 kHz, mieux entre 20 et 100 kHz, notamment pour faire vibrer chaque élément tactile rigide à une fréquence de résonnance mécanique.
Les éléments tactiles rigides sont de préférence choisis pour entrer en résonance à une fréquence co supérieure ou égale à 20 kHz. La fréquence co de résonance des éléments tactiles rigides peut être définie par la formule suivant : a> = avec Prigtde la masse volumique des éléments tactiles rigides, hrigide l’épaisseur des éléments tactiles rigides, Erigide le module d’ Young des éléments tactiles rigides, arigide la dimension caractéristique d’un élément tactile rigide, vrigide le coefficient de Poisson des éléments tactiles rigides et fi un coefficient caractéristique de la forme de l’élément tactile rigide, dont différents exemples sont donnés dans le livre de Harris, Shock and Vibration Handbook.
Le support souple est choisi pour que l’onde acoustique se propageant à sa surface soit détectable tactilement par un utilisateur, c’est-à-dire que la longueur d’onde 2 de l’onde acoustique se propageant à la surface soit de préférence supérieure à 2 mm. La longueur d’onde 2 peut être définie par la formule suivante : 2 = 2TT avec p support souple la masse volumique du support souple, h-support souple l’épaisseur du support souple, co la fréquence de vibration des éléments tactiles rigides définie ci-dessus, et D la rigidité de flexion du support souple, tel que D = avec E support souple æ module d Young du support souple et h-support souple l’épaisseur du support souple.
On peut moduler les signaux envoyés aux actionneurs à une fréquence inférieure à 1000 Hz, notamment pour moduler la friction. Cette modulation des signaux envoyés aux actionneurs permet notamment la lubrification ultrasonique. Par « lubrification ultrasonique », il faut comprendre la réduction de la friction due au squeeze film et au contact intermittent lorsqu’un doigt passe sur la surface par exemple. Cela peut permettre d’améliorer le ressenti haptique.
Au moins un actionneur d’un élément tactile rigide situé dans le voisinage d’un élément tactile rigide excité peut ne pas être alimenté électriquement.
Dans la suite de ce document, l’ensemble composé d’un actionneur, d’un élément tactile rigide associé et d’une partie du support souple se superposant à l’élément tactile rigide est appelé un résonateur haptique.
L’ensemble composé d’un élément tactile rigide, d’un ou plusieurs actionneurs non alimentés électriquement, et d’une partie du support souple se superposant à ces éléments, est appelé résonateur haptique passif, par opposition au résonateur haptique actif.
Un résonateur haptique actif peut permettre la vibration ultrasonore du support souple dans un mode spécifique, ce qui permet la lubrification ultrasonique.
Un résonateur haptique passif peut permettre de réfléchir et/ou guider des ondes ultrasonores générées par un ou plusieurs résonateurs haptiques actifs voisins et/ou de faire barrière aux ondes ultrasonores générées par un ou plusieurs résonateurs haptiques actifs voisins.
On peut exciter un actionneur d’un premier élément tactile rigide donné, sans exciter tous les actionneurs des éléments tactiles rigides entourant ce premier élément tactile rigide. Les résonateurs haptiques passifs dans le voisinage d’un résonateur haptique actif peuvent être considérés comme des miroirs acoustiques. En effet, ils peuvent réfléchir les ondes ultrasonores émises par un ou plusieurs résonateurs haptiques actifs voisins, du fait de la différence d’impédance acoustique.
Les guides d’ondes et/ou miroirs acoustiques créés par les résonateurs haptiques passifs permettent de confiner et/ou d’amplifier les ondes ultrasonores émises par les résonateurs haptiques actifs, et d’obtenir une bonne localisation des vibrations ultrasonores au niveau des résonateurs haptiques actifs. Cela permet également l’utilisation de l’interface haptique flexible pour créer des effets haptiques multipoints. Du fait de la localisation des vibrations engendrées par les résonateurs, les ressentis peuvent être localisés.
On peut exciter au moins deux résonateurs actifs avec des signaux différents, notamment avec des signaux ayant des modulations à différentes fréquences et/ou amplitudes, de manière à créer un effet haptique multipoint. Cela peut permettre d’obtenir différents ressentis sur la surface tactile.
De préférence, le coefficient de réflexion par un résonateur haptique passif des ondes ultrasonores émises par un résonateur haptique actif, est supérieur à 50%, mieux supérieur à 70%, encore mieux supérieur à 90%.
Par « coefficient de réflexion par un résonateur haptique passif des ondes ultrasonores émises par un résonateur haptique actif », on entend la valeur de R donnée par la tormule : 1 imp redance acoustique du support souple et Zact +rigide+soupie l’impédance acoustique de l’ensemble composé d’un actionneur, d’un élément tactile rigide et du support souple au contact de l’élément tactile rigide, cette dernière impédance étant sensiblement égale à l’impédance acoustique d’un élément tactile rigide Zrigide , où
Z support soup le P support souple X C support souple? P support souple étant la masse volumique du support souple et csupport SOupie la vitesse de l’onde acoustique dans le support souple, et
Zrigide = Pngide x Rigide, Pngide étant la masse volumique de l’élément tactile rigide et Crigide la vitesse de l’onde acoustique dans l’élément tactile rigide, avec c = l2p (-1 + la vitesse d’une onde acoustique dans un matériau de module d’ Young E, de masse volumique p et de coefficient de Poisson v.
Réalisation
L’invention a encore pour objet un procédé de réalisation d’une interface haptique telle que définie plus haut, comportant les étapes consistant à :
(a) Fabriquer un ensemble comportant des actionneurs et éléments tactiles rigides,
(b) Réaliser avec ledit ensemble l’interface haptique. L’étape (a) peut comporter :
(al) la réalisation d’une électrode inférieure grâce au dépôt, de préférence par photolithographie ou par sérigraphie, d’au moins une première couche d’un matériau conducteur sur la face supérieure d’un support rigide, de préférence un support en verre ou en silicium,
(a2) le dépôt d’une colle conductrice sur l’électrode inférieure,
(a3) la mise en place des actionneurs, de préférence piézoélectriques, sur la première couche ainsi formée par l’électrode inférieure et la colle conductrice, de façon à établir une première connexion électrique avec les actionneurs,
(a4) le dépôt d’une couche d’un isolant sur les couches précédemment déposées, pour l’isolation de l’électrode inférieure,
(a5) l’amincissement, par exemple par attaque chimique ou laser, par abrasion, par compression, ou par dissolution, de la couche isolante afin d’exposer la face supérieure de chaque actionneur,
(a6) la réalisation d’une électrode supérieure grâce au dépôt, de préférence par évaporation ou par sérigraphie, d’une couche d’un matériau conducteur sur les actionneurs ainsi exposés, de façon à établir une deuxième connexion électrique avec les actionneurs,
(a7) la découpe ou gravure du support rigide, par exemple en carré ou en rectangle, de manière à obtenir des éléments tactiles munis chacun d’un ou plusieurs actionneurs .
Le procédé de l’étape (a) permet notamment de fabriquer simplement plusieurs éléments tactiles à partir d’un même support, par exemple une plaque de verre.
En variante, les étapes (a2) et (a3) peuvent être remplacées par une étape correspondant au dépôt de titano-zirconates de plomb (PZT) en couche mince sur l’électrode inférieure, par une technique classique de dépôt de couche mince, notamment par évaporation sous vide.
Les ensembles actionneurs/éléments tactiles rigides obtenus à l’étape (a) peuvent ensuite être rapportés sur un support souple pour former une interface haptique selon l’invention. L’étape (b) peut ainsi comporter :
(bl) le dépôt, notamment le laminage, d’un film de séparation, notamment thermique, sur un support de fabrication,
(b2) le dépôt, notamment le laminage, d’une couche en matériau souple, de préférence en polymère, sur le film de séparation,
(b3) le dépôt, notamment par sérigraphie, de pistes électriques sur la couche en matériau souple,
(b4) le dépôt, notamment par sérigraphie, d’une colle conductrice sur la couche en matériau souple,
(b5) la mise en place des éléments tactiles précédemment réalisés, munis d’un ou plusieurs actionneurs, sur la couche de colle conductrice ainsi déposée, les actionneurs étant disposés sur la face extérieure des éléments tactiles,
(b6) la connexion électrique de chaque électrode inférieure aux pistes électriques, de préférence par masquage et pulvérisation d’un matériau conducteur,
(b7) la libération de l’interface haptique du support de fabrication, notamment par chauffage du film de séparation lorsque celui-ci est thermique, cela pouvant également permettre de recycler et/ou récupérer le support de fabrication,
(b8) la découpe de l’interface haptique suivant le design souhaité.
L‘ étape (b) peut en outre comporter une étape additionnelle, notamment entre les étapes (b6) et (b7), correspondant à l’ajout d’une couche de passivation, notamment un vernis isolant, pour isoler électriquement la partie inférieure de l’interface haptique, la partie inférieure de l’interface haptique correspondant à la surface comportant les éléments tactiles rigides et les actionneurs, opposée à la surface tactile.
La colle conductrice utilisée à l’étape (a) et/ou à l’étape (b) peut être une colle époxy. Brève description des dessins
L’invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d’exemples de mise en œuvre non limitatifs de celle-ci, et à l’examen du dessin annexé, sur lequel :
[Fig IA] est une vue en coupe longitudinale schématique et partielle d’un exemple d’interface haptique selon l’invention,
[Fig IB] est une vue du dessus, partielle et schématique, de l’interface haptique de la figure 1 A,
[Fig 2A] est une vue en perspective de l’interface haptique de la figure IB,
[Fig 2B] est une vue de dessous de l’interface haptique de la figure 2A,
[Fig 3 A] est une simulation du champ de déplacement d’un résonateur haptique actif sans (à gauche) et avec (à droite) des résonateurs haptiques passifs voisins, sur un réseau régulier de neuf résonateurs comme sur l’interface haptique des figures 1 A à 2B,
[Fig 3B] et [Fig 3C] sont des mesures au vibromètre laser du champ de déplacement de l’interface de la figure IB avec un résonateur haptique actif central et des résonateurs haptiques passifs voisins,
[Fig 4] est une mesure expérimentale de l’amplitude de vibration d’un résonateur haptique actif avec un résonateur haptique passif voisin,
[Fig 5] est une simulation du champ de déplacement de l’interface haptique de la figure IB avec des effets haptiques multipoints,
[Fig 6] est une mesure expérimentale du champ de déplacement de l’interface haptique de la figure IB avec des effets haptiques multipoints,
[Fig 7] est une mesure expérimentale du champ de déplacement de l’interface haptique de la figure IB avec d’autres effets haptiques multipoints,
[Fig 8] est une mesure expérimentale du champ de déplacement de l’interface haptique de la figure IB avec d’autres effets haptiques multipoints,
[Fig 9A] et [Fig 9B] illustrent des modes de vibration d’un élément tactile rigide selon l’invention,
[Fig 10A], [Fig 10B] et [Fig 10C] représentent des étapes d’un exemple de procédé de réalisation d’une interface haptique flexible selon l’invention.
Description détaillée Sur les dessins, les proportions réelles n’ont pas toujours été respectées, dans un souci de clarté.
On a illustré aux figures IA à 2B un exemple d’interface haptique flexible 1 selon l’invention. L’interface 1 comporte une structure haptique 2 définissant une surface tactile S susceptible d’être contactée par un utilisateur et sur laquelle un effet haptique peut être généré.
La structure haptique 2 comporte des éléments tactiles rigides 3, dont seuls deux sont représentés sur la figure 1 A, portés par un support souple 4. Les éléments tactiles rigides 3 sont par exemple en verre, notamment en verre de borosilicate, ou en silicium. Les éléments tactiles rigides 3 sont par exemple fixés au support souple 4 grâce à une couche de colle conductrice 46, notamment une couche de colle époxy.
Dans toute la description, y compris les revendications, l’expression « en contact » doit se comprendre comme incluant la présence éventuelle d’une couche mince de colle servant à assembler les parties adjacentes. Ainsi, les éléments rigides 3 et le support souple 4 sont considérés comme étant en contact.
Le support souple 4 forme des charnières 40 s’étendant entre les éléments tactiles 3.
Dans l’exemple considéré, chaque élément tactile 3 est muni d’un unique actionneur 5, de préférence un actionneur piézoélectrique, par exemple en titano-zirconate de plomb (PZT), ce dernier étant par exemple fixé à l’élément tactile rigide 3 grâce à une couche de colle 51, notamment époxy. L’ actionneur 5 est relié à un circuit de commande 6 visible sur la figure IB grâce à des connexions électriques 50. La connexion électrique entre l’actionneur 5 et le circuit de commande 6 est notamment permise grâce à des couches 26, 24, 36 et 46 de matériaux conducteurs électriquement. Par ailleurs, une couche 58 d’un matériau isolant électriquement permet d’isoler électriquement les électrodes de l’actionneur 5.
Les actionneurs peuvent en outre être recouverts du côté opposé au support 4 d’une couche 48 d’un matériau protecteur.
Le circuit de commande 6 est configuré pour moduler les signaux envoyés à chacun des actionneurs 5 afin d’induire mécaniquement des vibrations à ceux-ci et d’exciter sélectivement mécaniquement un ou plusieurs éléments tactiles rigides 3. L’excitation d’un élément tactile rigide 3 entraîne en vibration localement le support souple 4.
La disposition des éléments tactiles 3 sur le support souple 4, et en particulier l’espacement L entre deux éléments tactiles rigides 3 adjacents, est choisie de manière à ce que lorsqu’on excite mécaniquement les éléments tactiles 3 grâce aux actionneurs 5, l’amplitude de vibration du support souple résultante soit détectable tactilement.
L’espacement Z entre deux éléments tactiles rigides 3 est également choisi de manière à ce que l’interface haptique permette la génération d’effets haptiques localisés, et optionnellement multipoints. Le ratio e/L respecte ainsi la relation e/L <0,02, où e désigne l’épaisseur du support souple.
La structure haptique 2 peut être de toute forme, et de taille variée. Ses dimensions sont par exemple, en fonction de l’application, de l’ordre du cm, du dm ou du mètre.
Les éléments tactiles rigides 3 peuvent présenter en vue de face une forme variée, par exemple rectangulaire, carrée, circulaire ou autre. Leur plus grande dimension est par exemple comprise entre quelques centaines de microns à quelques cm de côté, de préférence de 2 mm à 1 cm de côté.
Les éléments tactiles rigides 3 peuvent être répartis sur le support 4 selon des configurations diverses.
Par exemple, comme illustré à la figure IB, les éléments 3 sont répartis en trois lignes et trois colonnes sur le support 4, selon un réseau régulier.
Dans d’autres modes de réalisation (non illustrés), l’interface 1 comporte des éléments tactiles rigides 3 de tailles et/ou de formes différentes, ou encore des éléments tactiles rigides 3 disposés selon une répartition concentrique ou en quinconce.
On peut notamment jouer sur la taille des éléments tactiles rigides 3 afin de générer des effets haptiques simulant tactilement des motifs plus ou moins grands.
Les éléments tactiles rigides 3 sont disposés sur le support 4 de manière à ce que la structure haptique 2 conserve une flexibilité d’ensemble selon au moins une direction, et mieux dans toutes les directions.
Toutefois, comme mentionné plus haut, cette disposition est soumise à certaines contraintes pour obtenir un effet perceptible tactilement par l’utilisateur. On considère qu’une vibration du support souple ou des éléments tactiles est perceptible tactilement lorsque son amplitude excède typiquement 1 micron sous une charge comprise entre 0,05 et 0,5 N.
L’amplitude de vibration d’un élément tactile rigide 3 dépend, entre autres, de ses dimensions, de sa rigidité et du mode de vibration dans lequel il est activé.
L’amplitude de vibration du support souple dépend de son épaisseur e, des caractéristiques du ou des matériaux constituant le support souple 4, et de l’espacement L entre deux éléments tactiles rigides 3.
On a illustré sur la figure 3A i) une simulation numérique, sur le logiciel commercial COMSOL, d’un résonateur haptique actif central 77a entouré d’une large étendue de support souple sans autres résonateurs haptiques.
En comparaison, on a illustré sur la figure 3 A ii) une simulation numérique, sur le logiciel commercial COMSOL, du même résonateur haptique actif 77a dans un réseau régulier de neuf résonateurs haptiques tel que celui de l’interface des figures IA à 2B, le résonateur haptique actif 77a étant le résonateur central du réseau et les huit autres résonateurs haptiques étant des résonateurs haptiques passifs 77b. On voit sur cette figure l’effet du miroir acoustique ainsi que le guide d’onde créé par les résonateurs haptiques passifs 77b.
On a illustré aux figures 3B et 3C, deux validations expérimentales au vibromètre laser, des observations de la figure 2A ii). On identifie toujours une zone centrale de friction localisée, correspondant au résonateur haptique actif 77a, les ondes étant confinées au niveau de ce résonateur grâce aux huit résonateurs haptiques passifs 77b.
On a illustré à la figure 4, une validation expérimentale similaire, comportant un unique résonateur haptique passif 77b voisin d’un résonateur haptique actif 77a. On observe bien l’atténuation de l’onde acoustique au niveau de la charnière 40 entre les deux résonateurs 77a et 77b. Il s’agit d’une atténuation de type exp( — a X r), avec r la distance au résonateur haptique actif et a le coefficient d’amortissement de l’amplitude de l’onde, où a = - d —i —stan -ce . L esp racement L entre les elements tactiles rig °ides 3 est notamment déterminé en fonction du coefficient d’amortissement a, ou du facteur de qualité i
Q = — d’un résonateur (un résonateur haptique pouvant être considéré comme un oscillateur harmonique), car on cherche à ne pas avoir une atténuation totale de l’onde entre deux résonateurs haptiques. On a illustré à la figure 5 une simulation avec le logiciel COMSOL d’un effet haptique multipoint sur l’interface haptique à neuf éléments tactiles rigides agencés en réseau régulier excités à une fréquence de 30,2 kHz ; on observe deux zones de friction localisées au niveau de deux résonateurs haptiques actifs 77a, tandis que les sept autres résonateurs haptiques 77b sont passifs.
On a illustré sur la figure 6 les résultats expérimentaux obtenus avec deux résonateurs haptiques actifs 77a et sept résonateurs haptiques passifs 77b. Les zones de friction localisées au niveau des résonateurs 77a sont bien identifiables.
Il est possible, grâce au circuit de commande 6, de moduler différemment les signaux envoyés aux actionneurs 5 des deux résonateurs haptiques actifs 77a afin d’exciter mécaniquement différemment les résonateurs 77a. Par exemple, on peut moduler à 50 Hz le premier résonateur haptique actif 77a pour obtenir un ressenti de grosse vibrations, et à 250 Hz le second résonateur haptique actif 77a pour avoir un ressenti de fines vibrations.
On a illustré aux figures 7 et 8, des résultats expérimentaux obtenus pour des motifs d’excitation où certains résonateurs sont actifs tandis que les autres sont passifs.
On identifie, sur la figure 7, trois résonateurs actifs 77a sur la ligne du haut ainsi qu’un résonateur actif 77a en bas à droite. L’amplitude de vibration au niveau de ces résonateurs est importante, contrairement à celle observable au niveau des cinq résonateurs passifs 77b.
On identifie, sur la figure 8, trois résonateurs actifs 77a, respectivement en haut à gauche, en haut à droite et en bas à droite. L’amplitude de vibration au niveau de ces résonateurs est importante, contrairement à celle observable au niveau des six résonateurs passifs 77b.
Ces observations confirment que les résonateurs haptiques passifs 77b agissent comme des miroirs acoustiques pour localiser les vibrations au niveau des résonateurs haptiques actifs 77a.
Grâce aux actionneurs 5, on peut faire vibrer les éléments tactiles 3 selon des modes de vibration adaptés à générer les effets haptiques recherchés au niveau de ceux-ci.
De préférence, on utilise des actionneurs rectangulaires pour obtenir un mode de Lamb, illustré à la figure 9B, et des actionneurs carrés et/ou circulaires pour obtenir un mode hors plan tel que le mode de flexion, illustré à la figure 9A. L’interface haptique flexible 1 décrite précédemment peut être réalisée par le procédé comportant les étapes illustrées aux figures 11 A à 1 IC, et décrites ci-dessous.
A l’étape i, on dépose une première couche 24 d’un matériau conducteur électrique, par exemple de l’or, sur la face supérieure d’une plaque rigide (précurseur des éléments 3), notamment une plaque en verre ou en silicium, la plaque rigide étant par exemple d’épaisseur sensiblement égale à 500 pm.
La couche 24 est par exemple de l’or déposé par photolithographie ou par sérigraphie. En variante, la couche 24 est de l’encre d’argent déposée par sérigraphie, par exemple sur une épaisseur comprise entre 5 et 12 pm.
La couche 24 est discontinue : elle comporte par exemple plusieurs sections 24a et 24b séparées qui forment les pistes d’alimentation électrique des actionneurs 5 qui viendront au contact des éléments tactiles 3.
L’épaisseur de la couche 24 est par exemple de 300 nm.
A l’étape ii, on dépose une colle conductrice 51, par exemple une colle époxy, sur la couche 24, par exemple sur une épaisseur de 30 pm.
On met ensuite en place, à l’étape iii, des actionneurs 5 comportant par exemple une électrode inférieure 52, une couche piézoélectrique ou ferroélectrique 54 et une électrode supérieure 56. En variante, les actionneurs 5 ne comportent que la couche 54.
L’électrode inférieure 52 des actionneurs 5 est alors connectée à la piste 24 grâce à la couche de colle conductrice 51. La déformation de la couche 54 sous l’effet d’une différence de potentiel appliquée entre les électrodes est transmise à l’élément 3 par effet unimorphe dans la couche 51.
La couche 54 est par exemple de type titano-zirconate de plomb (PZT). Elle peut aussi être en nitrure d’aluminium (AIN), en oxyde de zinc (ZnO) ou tout autre matériau piézoélectrique ou ferroélectrique approprié. La couche 54 peut en outre être amincie et ajustée à l’épaisseur souhaitée.
On peut utiliser notamment une céramique piézoélectrique commerciale pour l’actionneur 5, ou former l’actionneur 5 par dépôt de couches minces et mise en forme sur la plaque rigide précurseur des éléments 3, comme décrit dans le brevet FR3082997.
On recouvre ensuite, à l’étape iv, chaque actionneur 5 avec une couche d’isolation électrique 58, par exemple faite d’un matériau polymère, afin de maintenir l’actionneur 5 et d’isoler les électrodes 52 et 56. Seule une partie de la piste d’alimentation 24 reste découverte.
On amincit ensuite la couche isolante 58 par le haut afin de découvrir l’électrode 56, en vue de déposer, à l’étape v, une couche de matériau conducteur 26 connectant l’électrode supérieure 56 avec la piste d’alimentation 24.
La couche 26 est notamment un dépôt de titane, d’une épaisseur de 20 nm ou de 500 nm par exemple, obtenu par évaporation En variante, la couche 26 est de l’encre d’argent obtenue par sérigraphie, d’une épaisseur de 5 à 12 microns par exemple.
La plaque rigide précurseur des éléments 3 peut ensuite être amincie en face arrière, notamment par rectification, par exemple à une épaisseur de 400 microns.
La plaque peut enfin être découpée, à l’étape vi, afin d’obtenir des éléments tactiles rigides 3 à la taille souhaitée, carrés ou rectangles par exemple, et munis du nombre d’actionneurs 5 prévu.
Les éléments tactiles rigides 3 munis de leurs actionneurs 5, ainsi obtenus, peuvent par la suite être reportés et fixés sur un substrat souple 4 pour former une structure haptique 2, suivant par exemple les étapes de réalisation décrites ci-dessous. En particulier, une structure haptique 2 telle que celle précédemment décrite peut être obtenue suivant les étapes qui suivent.
A l’étape vii, on lamine un film thermique 101, par exemple un ruban adhésif qui adhère fortement à température ambiante et peut être facilement retiré en le chauffant, notamment à 170°C, sur un substrat de fabrication, notamment une plaque de silicium 100.
A l’étape viii, on forme une couche souple 4 sur le film thermique 101, par exemple une couche de KAPTON ou PEEK, notamment par lamination. La couche souple
4 doit pouvoir supporter la température à laquelle se désagrège le film thermique 101, notamment 170°C.
Ensuite, on dépose, à l’étape ix, une couche d’un matériau conducteur électrique 46, par exemple de l’encre d’argent déposée par sérigraphie sur une épaisseur comprise entre
5 et 12 microns, afin de former la connectique électrique entre chaque actionneur 5 et le circuit de commande 6. La couche 46 est discontinue : elle comporte plusieurs sections séparées qui forment les pistes d’alimentation électrique des actionneurs 5 qui viendront au contact des éléments tactiles 3.
On place ensuite, à l’étape x, les éléments tactiles rigides 3 aux endroits souhaités sur la couche souple 4. Les éléments tactiles 3 sont par exemple maintenus grâce à une couche 44 de colle rigide, par exemple de type époxy, déposée sur la couche 24, par exemple par sérigraphie.
On dépose, à l’étape xi, une couche 36 de matériau conducteur, par exemple de l’encre d’argent, permettant de reprendre le contact électrique entre l’électrode supérieure 56 et la couche 46.
On peut ensuite recouvrir continûment, à l’étape xii, par exemple par laminage ou collage, l’ensemble des éléments tactiles 3 et de leurs actionneurs 5 par une couche 48, notamment un film de polymère mou ou un vernis, afin de protéger l’ensemble sur sa face opposée à la surface tactile.
On retire enfin, à l’étape xiii, le substrat de fabrication 100 par chauffage de l’ensemble au moins à la température à laquelle se désagrège le film thermique, afin d’exposer la couche souple 4, la surface exposée définissant la surface tactile S de l’interface haptique flexible 1.
L’interface haptique flexible 1 ainsi obtenue peut être découpée en plusieurs interfaces selon les exigences.
L’interface selon l’invention peut encore comporter un système de détection (non représenté), par exemple un système capacitif connu de l’état de l’art, permettant la détection d’au moins un point de contact du doigt de l’utilisateur avec la surface S.
L’interface 1 peut en outre comporter un ou plusieurs dispositifs annexes permettant d’améliorer l’expérience utilisateur, notamment d’en faire une expérience multi sensorielle.
L’interface 1 peut ainsi comporter un écran souple (non représenté) qui permet de superposer une image à la surface tactile S et de par exemple donner l’impression à l’utilisateur de toucher virtuellement ce qu’il observe sur l’écran. L’interface 1 peut encore comporter un ou plusieurs haut-parleurs (non représentés) pour adjoindre un effet sonore. Les éléments tactiles 3 d’un même groupe peuvent être activés selon un mode de vibration identique pour tous les éléments tactiles du groupe, ou propre à chaque élément tactile, selon l’effet recherché.
L’interface 1 selon l’invention peut être intégrée à un article vestimentaire. Elle peut en variante être intégrée à un appareil mobile, par exemple un téléphone flexible.
La structure haptique 2 peut aussi, dans d’autres exemples, changer de forme selon l’effet haptique recherché, l’interface 1 pouvant, compte tenu, de sa souplesse être un objet tangible reconfigurable.

Claims

Revendications
1. Interface haptique flexible (1) définissant une surface tactile (S) susceptible d’être contactée par au moins un utilisateur, l’interface comportant :
- une pluralité d’éléments tactiles rigides (3) reliés par un support souple (4), et
- superposé à chaque élément tactile rigide (3), au moins un actionneur (5), les actionneurs
(5) étant agencés pour transmettre une excitation mécanique aux éléments tactiles rigides (3) afin d’entraîner en vibration le support souple (4) , le rapport e/L de l’épaisseur e du support souple à l’espacement L entre au moins deux éléments tactiles adjacents étant inférieur ou égal à 0.02,
. ~ . . , , . > , , . , ' r» le coefficient de reflexion R étant supérieur a 50%, ou R = , avec Z SUppOrf souple 1 impedance acoustique du support souple et Z act rigidg soupie l’impédance acoustique de l’ensemble composé d’un actionneur, d’un élément tactile rigide et du support souple au contact de l’élément tactile rigide, cette dernière impédance étant sensiblement égale à l’impédance acoustique d’un élément tactile rigide Zrigide , où
Z support soup le P support souple X C support souple P support souple étant la masse volumique du support souple et cSUppOrt souple la vitesse de l’onde acoustique dans le support souple, et
Zrigide = Pngide x Rigide, Pngide étant la masse volumique de l’élément tactile rigide et Crigide la vitesse de l’onde acoustique dans l’élément tactile rigide, avec c = la vitesse d’une onde acoustique dans un matériau de module d’ Young E, de masse volumique p et de coefficient de Poisson v.
2. Interface haptique selon la revendication 1, le support souple (4) ayant un module d’ Young équivalent (E) supérieur ou égal à 1.5 GPa.
3. Interface haptique selon l’une des revendications précédentes, le support souple (4) étant formé d’un matériau polymérique.
4. Interface haptique selon l’une quelconque des revendications précédentes, le support souple (4) étant d’épaisseur (e) sensiblement constante, l’épaisseur étant de préférence comprise entre 25 et 200 microns.
5. Interface haptique selon l’une quelconque des revendications précédentes, l’espacement (L) étant supérieur à 10 mm.
6. Interface haptique selon l’une quelconque des revendications précédentes, au moins certains des éléments tactiles rigides (3), mieux tous les éléments tactiles rigides (3), étant de forme générale polyédrique, de préférence parallélépipédique, en particulier de type lame rectangulaire ou carrée.
7. Interface haptique selon l’une quelconque des revendications précédentes, au moins deux éléments tactiles rigides ayant des supports rigides différents l’un de l’autre.
8. Interface haptique selon l’une quelconque des revendications précédentes, au moins une partie des éléments tactiles rigides (3) étant agencée en lignes et/ou en colonnes, notamment sur un même plan quand l’interface est à plat, de préférence selon un réseau régulier.
9. Interface haptique selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant un circuit de commande (6) configuré pour moduler les signaux envoyés aux actionneurs (5) afin d’induire mécaniquement une vibration des éléments tactiles rigides (3) et du support souple (4) et générer une sensation haptique sur la surface tactile (S), le circuit de commande (6) étant de préférence configuré de manière à permettre de commander individuellement la modulation de chaque actionneur (5).
10. Interface haptique selon l’une quelconque des revendications précédentes, chaque actionneur (5) étant disposé sur un ventre de vibration de l’élément tactile rigide (3) associé.
11. Interface haptique selon l’une quelconque des revendications précédentes, les actionneurs (5) étant de type piézoélectrique, ferroélectrique, électromagnétique ou thermique, de préférence de type piézoélectrique.
12. Procédé pour générer un effet haptique, notamment un effet haptique multipoint, avec une interface haptique flexible (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, procédé dans lequel on excite mécaniquement au moins un élément tactile rigide (3) grâce à un ou plusieurs actionneurs (5) superposés à ce ou ces éléments, afin d’entraîner en vibration le support souple (4) avec une amplitude de vibration (f) détectable tactilement.
13. Procédé selon la revendication 12, dans lequel on excite mécaniquement les éléments tactiles rigides (3) à une fréquence comprise entre 20 et 250 kHz, notamment pour faire vibrer chaque élément tactile rigide (3) à une fréquence de résonnance mécanique.
14. Procédé selon l’une des revendications 12 et 13, au moins un actionneur (5) d’un élément tactile rigide (3) situé dans le voisinage d’un élément tactile rigide (3) excité n’étant pas alimenté électriquement.
15. Procédé selon l’une quelconque des revendications 12 à 14, dans lequel on excite un actionneur (5) d’un premier élément tactile rigide (3) donné, sans exciter tous les actionneurs (5) des éléments tactiles rigides (3) entourant ce premier élément tactile (3).
16. Procédé selon l’une quelconque des revendications 12 à 15, dans lequel on excite au moins deux résonateurs actifs avec des signaux différents, notamment avec des signaux ayant des modulations à différentes fréquences et/ou amplitudes, de manière à créer un effet haptique multipoint.
17. Procédé de fabrication d’une interface haptique flexible selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, comportant :
(al) la réalisation d’une électrode inférieure grâce au dépôt d’au moins une première couche d’un matériau conducteur sur la face supérieure d’un support rigide,
(a2) le dépôt d’une colle conductrice sur l’électrode inférieure,
(a3) la mise en place des actionneurs sur la première couche ainsi formée par l’électrode inférieure et la colle conductrice, de façon à établir une première connexion électrique avec les actionneurs,
(a4) le dépôt d’une couche d’un isolant sur les couches précédemment déposées, pour l’isolation de l’électrode inférieure,
(a5) l’amincissement de la couche isolante afin d’exposer la face supérieure de chaque actionneur ,
(a6) la réalisation d’une électrode supérieure grâce au dépôt d’une couche d’un matériau conducteur sur les actionneurs ainsi exposés, de façon à établir une deuxième connexion électrique avec les actionneurs,
(a7) la découpe du support rigide en carré ou en rectangle, de manière à obtenir des éléments tactiles rigides munis chacun d’un ou plusieurs actionneurs,
(bl) le dépôt d’un film de séparation, notamment thermique, sur un support de fabrication, (b2) le dépôt d’une couche en matériau souple, de préférence en polymère, sur le film de séparation,
(b3) le dépôt de pistes électriques sur la couche en matériau souple,
(b4) le dépôt d’une colle conductrice sur la couche en matériau souple, (b5) la mise en place des éléments tactiles rigides réalisés à l’étape (a7), munis d’un ou plusieurs actionneurs, sur la couche de colle conductrice ainsi déposée, les actionneurs étant disposés sur la face extérieure des éléments tactiles,
(b6) la connexion électrique de chaque électrode inférieure aux pistes électriques,
(b7) la libération de l’interface haptique du support de fabrication, notamment par chauffage du film de séparation, lorsque celui-ci est thermique,
(b8) la découpe de l’interface haptique suivant le design souhaité.
EP24732993.1A 2023-06-16 2024-06-14 Interface haptique flexible, procédé pour générer un effet haptique et procédé de fabrication de l'interface haptique flexible Pending EP4728347A1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2306217A FR3150018B1 (fr) 2023-06-16 2023-06-16 Interface haptique flexible
PCT/EP2024/066698 WO2024256709A1 (fr) 2023-06-16 2024-06-14 Interface haptique flexible, procédé pour générer un effet haptique et procédé de fabrication de l'interface haptique flexible

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4728347A1 true EP4728347A1 (fr) 2026-04-22

Family

ID=88068983

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP24732993.1A Pending EP4728347A1 (fr) 2023-06-16 2024-06-14 Interface haptique flexible, procédé pour générer un effet haptique et procédé de fabrication de l'interface haptique flexible

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP4728347A1 (fr)
FR (1) FR3150018B1 (fr)
WO (1) WO2024256709A1 (fr)

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8253703B2 (en) 2009-03-03 2012-08-28 Empire Technology Development Llc Elastomeric wave tactile interface
US8570296B2 (en) 2012-05-16 2013-10-29 Immersion Corporation System and method for display of multiple data channels on a single haptic display
US9841548B2 (en) 2015-06-30 2017-12-12 Apple Inc. Electronic devices with soft input-output components
US10345905B2 (en) 2015-09-08 2019-07-09 Apple Inc. Electronic devices with deformable displays
US10240688B2 (en) 2016-06-29 2019-03-26 Ecole Polytechnique Federale De Lausanne (Epfl) Device having a plurality of latching micro-actuators and method of operating the same
FR3064504B1 (fr) 2017-03-31 2022-02-04 Commissariat Energie Atomique Interface offrant une modulation de friction localisee par lubrification acoustique
US20180329493A1 (en) 2017-05-11 2018-11-15 Immersion Corporation Microdot Actuators
FR3082997B1 (fr) 2018-06-22 2020-10-02 Commissariat Energie Atomique Procede de transfert de couche(s) de materiau depuis un premier substrat sur un deuxieme substrat
FR3124617A1 (fr) 2021-06-25 2022-12-30 Sorbonne Universite Interface de stimulation tactile
FR3125144B1 (fr) 2021-06-25 2023-12-22 Univ Sorbonne Interface de stimulation tactile a actionneurs resonants
FR3128546B1 (fr) 2021-10-25 2024-01-12 Commissariat A L’Energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Interface haptique à charnières souples

Also Published As

Publication number Publication date
FR3150018A1 (fr) 2024-12-20
WO2024256709A1 (fr) 2024-12-19
FR3150018B1 (fr) 2025-06-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP4006698B1 (fr) Interface haptique
EP2410768B1 (fr) Générateur d&#39;impulsions de pression acoustique de type MEMS
EP2707787B1 (fr) Interface tactile vibrante transparente.
EP4170468A1 (fr) Interface haptique a charnieres souples
EP2764616B1 (fr) Transducteur électroacoustique à polarisation ferroélectrique périodique réalisé sur une structure verticale micro usinée
EP3729241B1 (fr) Dispositif surfacique offrant une deformation localisee amelioree
EP3942392B1 (fr) Interface tactile offrant un retour vibrotactile a localisation amelioree
EP4047453B1 (fr) Interface haptique flexible
EP3556114A1 (fr) Dispositif microélectronique acoustique
EP4728347A1 (fr) Interface haptique flexible, procédé pour générer un effet haptique et procédé de fabrication de l&#39;interface haptique flexible
WO2019122762A1 (fr) Dispositif surfacique offrant une deformation localisee amelioree
EP3631608B1 (fr) Procédé de commande d&#39;un dispositif nomade
EP4454768B1 (fr) Dispositif de transduction ultrasonore a adressage ligne-colonne
WO2023111444A1 (fr) Dispositif de modulation de friction localisée par vibrations dans une interface vibrante à surface de contact
EP4542346A1 (fr) Interface haptique et sonore
EP4625118A1 (fr) Dispositif haptique mid-air avec fonction de récupération d&#39;énergie et procédé de fabrication dudit dispositif haptique
EP3959696A1 (fr) Dispositif à retour haptique pourvu de raidisseurs
EP3201121B1 (fr) Structure mecanique comprenant un actionneur et des moyens d&#39;amplification mecanique et procede de fabrication
FR2879885A1 (fr) Dispositif interface emetteur et recepteur selectif d&#39;ondes acoustiques antisymetriques de plaque
FR2974200A1 (fr) Procede de fabrication d&#39;un capteur tactile matriciel, et capteur tactile matriciel associe

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20251029

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC ME MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR