FR2521330A1 - Dispositif sensible au toucher - Google Patents

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Abstract

L'INVENTION CONCERNE LES DISPOSITIFS SENSIBLES AU TOUCHER, FONCTIONNANT PAR DETECTION DE LUMIERE. LE DISPOSITIF DE L'INVENTION COMPORTE NOTAMMENT UN ELEMENT 10 AYANT DES SURFACES PRATIQUEMENT PARALLELES A L'INTERIEUR DESQUELLES LA LUMIERE PROVENANT D'UNE SOURCE SYNCHRONISEE, TELLE QU'UN TUBE A RAYONS CATHODIQUES 20, PEUT ETRE EMPRISONNEE PAR REFLEXION INTERNE TOTALE. L'ECRAN EST MUNI DE PHOTODETECTEURS 101 QUI REAGISSENT A L'EMPRISONNEMENT DE LUMIERE ENTRE LES SURFACES. CET ELEMENT 10 EST DEFORMABLE, CE QUI FAIT QUE SA SURFACE SE COURBE VERS L'INTERIEUR AU POINT PARTICULIER AUQUEL ON LA TOUCHE. CETTE COURBURE DE LA SURFACE PROVOQUE L'EMPRISONNEMENT DE LUMIERE PAR REFLEXION INTERNE TOTALE ET PERMET DONC DE DETERMINER LA POSITION EXACTE A LAQUELLE ON TOUCHE LA SURFACE. APPLICATION A LA COMMUNICATION HOMME-MACHINE.

Description

Ia présente invention concerne un dispositif sensi-
ble au toucher prévu pour l'utilisation avec une source lumi-
neuse synchronisée, telle qu'un tube à rayons cathodiques (TRO), dans le but d'identifier automatiquement la position d'une partie touchée du dispositif.
On conna t de façon générale des dispositifs sensi-
bles au toucher Un dispositif de ce type utilise un élément transparent et rigide qui recouvre la trame d'un dispositif d'affichage du type à balayage La lumière provenant de la
trame passe normalement à travers l'élément, vers un observa-
teur Cependant, lorsqu'on touche une partie de l'élément, la lumière est réfléchie vers l'arrière dans l'élément et le long de celui-ci, vers un détecteur de lumière Du fait que l'image affichée est écrite par une technique de balayage, l'instant
de détection de la lumière au cours de chaque cycle de balaya-
ge identifie la position exacte des moyens d'écriture, et donc
la position du toucher sur la trame du dispositif d'affichage.
Dans une variante d'une telle configuration, on utilise un
élément flexible qui recouvre l'élément transparent pour aug-
menter la quantité de lumière qui est réfléchie dans l'élément.
De tels dispositifs connus soulèvent cependant un
problème qui consiste en ce que, du fait de la quantité rela-
tivement faible de lumière qui est réfléchie sous l'effet du
toucher, seul un signal faible atteint le détecteur de lumiè-
re, ce qui rend difficile une reconnaissance correcte du si-
gnal lumineux.
Conformément à l'invention, l'élément rigide et trans-
parent des dispositifs connus antérieurement est remplacé par se PoçPooqd Bop sied eqloe Ijq P lsq elle 19 Ot 1-uemg Tg#T OP pjoq 5 ç OT BJOA 92 l Bd O Zd 98 OPUUOOTJCI Me e-lqktut IL 944 GO 'lUGM 9 T 9 lffl op -Mo Tagi-UTIT ' equaoa Tidme 4 se ejq TMT UT op lq e=oepp ou 01 luemq Tq T ep 9-Tne Tjpgxe eolajine -el 6 (t em 2-çj n T ine 9 exqluou Ol 97 ld Me X 9 u O rusod la T 'q ot z Tq Tuode Tp ai
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101, oe qui produit un signal de sortie utilisable pour déter-
miner la position du toucher la détermination effective de
la position de toucher est accomplie en déterminant la posi-
tion du faisceau d'électrons à l'instant du signal de sortie.
On conna t des moyens pour effectuer ceci, et on peut voir par exemple à ce titre le brevet US 4 305 071 On peut utiliser de nombreux types connus différents de détecteurs de signal, dont certains ne sont m 4 me pas reliés physiquement à l'élément 10,
pour déterminer si de la lumière a été emprisonnée ou non.
Bn considérant la figure 2, on voit le faisceau d'électrons 13-du TRC qui tombe sur la surface avant du TRO 20 et les rayons lumineux 21 provenant de la surface luminescente
traversent l'espace d'air 30 défini par le treillis 31 et tra-
versent les surfaces parallèles 14 et 15 de l'élément 10 pour
'sortir dans l'air la plupart des rayons lumineux sont trans-
mis vers l'extérieur, en direction de l'utilisateur Du fait
que l'indice de réfraction de l'élément 10 est supérieur à ce-
lui de l'air qui se trouve de part et d'autre de l'élément, certains des rayons lumineux sont réfléchis en arrière, chaque
fois que les rayons lumineux atteignent une surface frontière.
Cependant, la majeure partie des rayons se propagent dans une direction presque perpendiculaire à la surface, ce qui fait qu'un grand nombre de réflexions sont nécessaires pour que les rayons atteignent les détecteurs 101 et la majeure partie de la lumière réfléchie est perdue Bien qu'un signal soit ainsi généré par la photodiode 101 sous l'effet de cette lumière
diffusée de façon interne, ce signal est relativement faible.
On voit sur la figure 3 un doigt qui touche la sur-
face supérieure 14 de l'élément 10 Comme il est représenté, ce toucher produit une déformation de la surface extérieure, ce qui modifie la configuration géométrique de la structure intérieure de l'élément 10 en créant une surface 32 courbée vers l'intérieur Cette surface courbée agit alors de façon à
diffuser et à rétroréfléchir la lumière qui tombe sur elle.
Le treillis 31 empêche le contact entre l'élément 10 et le TRO ce qui maintient l'espace d'air entre eux, grace à quoi les
rayons lumineux dirigés vers l'arrière ne tendent pas à ren-
trer dans le TRO.
Certains des rayons, comme le rayon 33, sont réflé-
chis avec un angle de réflexion supérieur à l'angle critique. Ils demeurent ainsi emprisonnés à l'intérieur des surfaces de l'élément 10 et tombent finalement sur les photodiodes 101, en donnant un signal de sortie qui est supérieur au signal de lumière diffusée ambiante On conna Xt les détails concernant
l'importance de l'angle critique de la réflexion de la luminè-
re en ce qui concerne l'emprisonnement de la lumière et le guidage de la lumière dans un élément transparent (voir par exemple le brevet US 4 346 376) Du fait que l'invention
constitue un perfeotionnement dans les moyens destinés à cap-
turer la lumière provenant du dispositif d'affichage d'image,
on ne décrit pas ici ces détails, qui sont maintenant connue.
On peut supprimer le treillis 31 Cependant, comme il a été indiqué, il réduit la perte de lumière dirigée vers l'arrière et on l'utilise done de préférence pour augmenter
la quantité de lumière emprisonnée sous l'effet du toucher.
Le perfectionnement apporté par l'invention est le suivant Avec la plaque rigide de l'art antérieur, la quantité de lumière dirigée vers l'arrière dépend de la taille du point touché et de la réflectivité lumineuse de l'objet qui touche, par exemple le doigt de l'utilisateur Ces deux facteurs sont très variables Par exemple, la réflectivité lumineuse dépend
dans une certaine mesure de l'humidité du doigt de l'utilisa-
teur et de la taille et de l'épaisseur de la pellicule d'humi-
dité qui est ainsi déposée sur la surface touchée.
Avec l'élément déformable 10 de l'invention, la sur-
face courbée 32 qui résulte du toucher procure une surface réfléchissante beaucoup plus grande, en comparaison de celle qu'on obtient dans le système à plaque rigide, et la courbure
de la surface 32 augmente considérablement la quantité de lu-
mière dirigée vers l'intérieur et le long de l'élément 10.
Pris ensemble, ces facteurs augmentent considérablement la
quantité de lumière emprisonnée par l'élément 10 sous l'ef-
fet du toucher.
L'élément déformable 10 peut 4 tre en n'importe quel-
le matière souple, se déformant facilement, transparente à la
lumière et transmettant la lumière, comme par exemple une ma-
tière thermoplastique connue telle qu'un élastomère aux sili-
cones connu, dont il existe une grande variété A titre
d'exemple d'une matière appropriée, on peut citer l'élastomè-
re aux silicones appelé résine "Sylgard 184 " et vendu par
Dow Corning Co, E U A Cette matière a un indice de réfrac-
tion d'environ 1,5 et on peut lui donner un état très souple et flexible, dans lequel elle présente par exemple une dureté mesurée au duromètre (appareil de mesure Shore A) de 20 et moins L'épaisseur de l'élément 10 n'est pas critique, et des
épaisseurs comprises entre 3 et 6 mm sont caractéristiques.
Le treillis 31 peut consister en diverses matières transparentes connues semblables à un tamis ou à un tissu,
du type connu pour l'utilisation dans les applications indus-
trielles de tamisage et de filtration Des exemples de treil-
lis appropriés sont décrits dans le document suivant: General Catalog N 2000, de Tetko, Ine, Elmaford, New York, B U A On
utilise une ouverture de maille relativement grande, pour as-
surer la transparence à la lumière, et on utilise de préféren-
ce une couleur noire pour améliorer le contraste de l'image
en réduisant la réflexion de la lumière résultant de l'éclai-
rage ambiant De plus, si la source de lumière est un TRO ou
un dispositif similaire, le treillis 31 est de préférence con-
ducteur "e l'électricité pour réaliser un blindage électrosta-
tique de la dalle du TRO On peut obtenir une telle conducti-
vité électrique par l'utilisation de fibres métalliques dans
le treillis 31 ou par l'utilisation d'un revêtement conduc-
teur de l'électricité sur ce treillis On peut également uti-
liser pour le treillis 31 des pellicules métalliques soumises
à une opération d'attaque.
Un exemple de treillis présente les caractéristiques suivantes z matière z fil de Nylon carbonisé; diamètre du fil z 53 microns; poids du treillis: 34 g/cm 2; motif de
tissage: carré;nombre de mailles par centimètre: 57; ou-
verture nominale: 130 microns; pourcentage de l'aire des
ouvertures: 49 %.
Bien que dans ce mode de réalisation de l'invention,
on ait montré des flèches sur les rayons lumineux pour indi-
quer une direction de propagation particulière, les chemins de propagation de la lumière sont toujours réversibles, et on peut donc construire un dual du dispositif décrit ici, en
remplaçant l'écran d'affichage balayé par un réseau de photo-
déteoteurs balayés.
Le dispositif sensible à la position du toucher qui est décrit peut détecter une force du fait que l'enfoncement
(et par conséquent la quantité de lumière emprisonnée) aug-
mente lorsque la force augmente De plus, lorsque la force
augmente, la partie inférieure de la région enfoncée se rap-
proche de la source de lumière, ce qui augmente également la
quantité d'énergie lumineuse emprisonnée.
Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent Stre apportées au dispositif décrit et représenté, sans sortir
du cadre de l'invention.

Claims (8)

REVENDICATIONS
1 Dispositif sensible au toucher destiné à être utilisé en association avec une source de signal, caractérisé
en ce qu'il comprend des surfaces ( 14, 15) mutuellement espa-
cées qui sont disposées de façon que des signaux ( 33) soient introduits entre ces surfaces de manière i être emprisonnés à l'intérieur du dispositif par réflexion interne totale entre les surfaces, sous l'effet d'une déformation d'une première ( 14) des surfaces du dispositif, par rapport à la seconde surface ( 15), lorsqu'on touche la première surface, et des
moyens d'utilisation de signal ( 101) conçus de façon à pro-
duire un signal de sortie distinctif lorsque lesdits signaux
sont introduits entre les surfaces.
2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une partie des signaux ( 21) traverse les surfaces
( 14, 15).
3 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les surfaces ( 14, 15) sont pratiquement mutuellement parallèles avant le toucher et en ce que le c 8 té intérieur de la surface déformée ( 14) forme une surface convexe ( 32) par
rapport aux signaux.
4 Dispositif selon l'une quelconque des revendica-
tions 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens des-
tinés à coordonner la position du signal sur les surfaces du dispositif avec le signal de sortie distinctif pour déterminer
la position exacte du toucher sur la surface.
Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 4, caractérisé en ce que la source de signal est un tube à rayons cathodiques ( 20) et en ce que les signaux qui sont introduits dans le dispositif sont des signaux lumineux
provenant du tube à rayons cathodiques.
6 Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'espacement ( 31) qui sont
positionnés entre le dispositif et le tube à rayons cathodi-
ques ( 20) pour assurer la présence d'un espace d'air ( 30),
m 4 me lorsqu'on touche ladite surface.
7 Dispositif selon la revendication 6, caractérisé
en ce que les moyens d'espacement ( 31) consistent en un treil-
lis transparent ( 31).
8 Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 6 ou 7, caractérisé en ce que les moyens d'espacement
( 31) sont oonducteurs de l'électricité.
9 Dispositif selon l'une quelconque des revendica-
tions 5 à 8, caractérisé en ce que les moyens d'utilisation de signal ( 101) comprennent au moins une diode de détection
de lumière.
Dispositif selon l'une quelconque des revendica-
tions 5 à 8, caractérisé en ce que les moyens d'utilisation
de signal ( 101) comprennent des fibres optiques.
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