FR2577705A1 - Codeur numerique electrostatique couple a des motifs - Google Patents
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Abstract
DANS UN CODEUR NUMERIQUE DANS LEQUEL LA POSITION D'UN CURSEUR OU STYLET SE DEPLACANT LIBREMENT SUR UNE SURFACE DE CODAGE NUMERIQUE EST DETERMINE PAR COUPLAGE ELECTROSTATIQUE DU CURSEUR AVEC TROIS ELECTRODES COPLANAIRES NOYEES DANS LA TABLETTE 40 DU CODEUR NUMERIQUE, LES ELECTRODES 60 CONSISTENT EN UN MOTIF REPETITIF EN DENTS DE SCIE 61 POUR DETERMINER LA POSITION SUR UN AXE, LES DENTS DE SCIE S'INTERCALANT DANS DES BANDES 62, 63 PROGRESSIVEMENT PLUS LARGES ET REPETITIVES POUR DETERMINER LA POSITION SUR UN AUTRE AXE; LA TROISIEME ELECTRODE 70 COUVRE LE RESTE DE L'AIRE DE SURFACE COPLANAIRE. TROIS SIGNAUX D'ELECTRODES SEULEMENT SONT NECESSAIRES POUR ETRE TRAITES ELECTRONIQUEMENT ET DETERMINER LA POSITION VERTICALE ET HORIZONTALE ABSOLUE DU CURSEUR SUR LA TABLETTE DE CODAGE NUMERIQUE PAR UNE MESURE RATIOMETRIQUE.
Description
Codeur numérique électrostatique couplé à des motifs.
La présente invention concerne un codeur numérique dans lequel le couplage électrostatique entre des électrodes à motif sur une tablette d'un codeur numérique et un curseur ou stylet mobile sur celle-ci crée
des signaux indiquant la position du curseur sur la tablette.
Les dispositifs qui constituent l'objet général de la présente invention sont appelés habituellement "codeurs numériques". Les codeurs numériques les plus anciens étaient des dispositifs mécaniques à bras retenus. Les codeurs numériques plus récents ont des curseurs se déplaçant librement, et utilisent diverses formes d'un phénomène de couplage entre un curseur et une tablette de codage numérique, tel qu'un couplage électromagnétique, électrostatique ou même sonore. Les signaux sur la tablette ont été traités en ayant recours à des principes magnétostrictifs, des surfaces résistantes, ou autres conducteurs, mais en général ces dispositifs dépendent de la surveillance des signaux introduits dans un ensemble de conducteurs X et Y ou dans un film résistif. Comme les signaux provenant de chacun des conducteurs ou les signaux provenant de divers points sur la périphérie d'une couche résistive doivent être traités individuellement, la complexité et le coût de ce type de codeur numérique, y compris son électronique, sont élevés. Il existe donc un
besoin pour un codeur numérique perfectionné.
En conséquence, un but principal de l'invention est de proposer un codeur numérique précis, qui en outre soit peu sensible et qui enfin
soit précis, de faible complexité et de faible coût.
Un codeur numérique selon l'invention comprend une tablette de codage numérique avec une électrode à motif pour chaque coordonnée d'un système à deux coordonnées et un curseur avec une électrode de couplage mobile sur la tablette, un couplage à champ électrique étant utilisé pour déterminer la position du curseur sur la tablette de codage numérique. Le système de coordonnées est typiquement le système de coordonnées X - Y. Le curseur comprend un logement ou boîtier mobile sur la tablette de codage numérique, le logement comprenant une
électrode de couplage à laquelle est appliqué un signal d'entrée.
L'électrode de couplage détermine un couplage par champ électrique avec des électrodes à motif en dents de scie et en forme de bandes, noyées dans la tablette de codage numérique. L'une des électrodes à dents de scie ou à motif en forme de bandes est utilisée pour détecter la position du curseur sur l'axe Y et l'autre est utilisée pour détecter la position du curseur sur l'axe Y. Les électrodes en dents de scie et à motif en forme de bandes sont avantageusement montées de façon coplanaire sur une plaquette à circuit imprimé et recouverte d'une couche d'un matériau diélectrique pour obtenir une surface lisse de la tablette. Les signaux provenant des électrodes à motif sont traités
pour détecter la position du curseur.
Selon des aspects plus spécifiques de l'invention, la tablette de codage numérique comprend trois électrodes de couplage qui produisent
un signal d'axe X, un signal d'axe Y et un signal d'équilibrage.
L'électrode de couplage d'axe X comprend un ensemble de bandes conductrices rectangulaires, déployées verticalement et agencées avec des largeurs croissantes d'un c6té à l'autre c8té de la tablette, par exemple avec augmentation de la largeur depuis le c8té gauche vers le c8té droit de la tablette. L'électrode de couplage d'axe Y comprend un ensemble de dents de scie conductrices, également aménagées verticalement, les dents de scie d'axe X étant intercalées entre les bandes d'axe X. Le mouvement du curseur sur l'axe X a un effet négligeable sur le couplage avec l'électrode d'axe Y et le mouvement du curseur sur l'axe Y a un effet négligeable sur le couplage avec l'électrode d'axe X. L'électrode d'équilibrage couvre la région de la tablette de codage numérique qui n'est pas couverte par les électrodes X et Y. Une électrode de blindage périphérique entoure les électrodes d'axe X, d'axe Y et d'équilibrage, et une électrode plane de blindage
de fond est prévue au-dessous d'elles, à des fins de blindage.
L'électrode du curseur située dans le logement du curseur et mobile sur la surface de la tablette de codage numérique est reliée à un oscillateur dont la fréquence est située typiquement dans la plage de 10 KHZ à 1 NMHZ. L'électrode du curseur accouple électriquement les signaux des électrodes d'axe X, d'axe Y et d'équilibrage. Une électrode de blindage peut être prévue dans le curseur au-dessus de l'électrode de couplage. L'aire de surface de l'électrode d'axe X couplée au curseur augmente quand le curseur est déplacé ou positionné en direction du côté droit de la tablette, o les bandes sont plus larges, et il en résulte qu'un signal électrique plus fort est couplé à l'électrode d'axe X. De manière similaire, l'aire de surface de l'électrode d'axe Y couplée au curseur augmente à mesure que le curseur est déplacé vers le bas sur la tablette, o les dents de scie sont plus épaisses, et il en un résulte qu'un signal électrique plus fort est couplé à l'électrode d'axe Y. Comme les électrodes X, Y et d'équilibrage recouvrent complètement la surface de la tablette sauf le petit espacement de séparation, ilen découle que la somme des signaux des électrodes d'axe X, d'axe Y et d'équilibrage est indépendante de la position du curseur. Ce signal sommateur dépend en premier lieu de l'amplitude du signal de l'oscillateur, de la proximité de l'électrode du curseur des électrodes d'axe X, d'axe Y et d'équilibrage et de la constante diélectrique du matériau entre l'électrode du curseur et les
électrodes d'axe X, d'axe Y et d'équilibrage.
La coordonnée d'axe X du curseur est proportionnelle au signal d'axe X divisé par la somme des signaux des électrodes d'axe X, d'axe Y et d'équilibrage. De manière similaire, la coordonnée d'axe Y du curseur est proportionnelle au signal d'électrode d'axe Y divisé par la
somme des signaux des électrodes d'axe X, d'axe Y et d'équilibrage.
Cette technique de mesure ratiométrique mesure avec précision la position du curseur et est indépendante de la proximité du curseur de
la tablette de codage numérique et du diélectrique situé entre eux.
Comme le codeur numérique fonctionne sur une unique fréquence, le traitement électronique des trois signaux d'électrode est réalisée par une détection synchrone, et confère un rapport signal/bruit excellent; même des niveaux très élevés de bruit extérieur sont rejetés. Comme on n'utilise que trois signaux, l'électronique est également relativement
simple et peu coûteuse.
Une inversion de la fonction du curseur et comprise dans le champ d'application de l'invention. Les signaux d'entrée peuvent être appliqués séquentiellement aux électrodes d'axe X, d'axe Y et d'équilibrage, et les signaux de sortie peuvent être détectés de façon
synchrone à partir du curseur.
Le résultat est un codeur numérique précis qui peut être fabriqué
pour un faible coût.
De façon plus spécifique, un codeur numérique conforme à un premier aspect de l'invention se caractérise en ce qu'il comprend - une tablette de codeurnumérique comportant deux électrodes, la première électrode présentant un motif qui varie avec une première coordonnée dans un système à deux coordonnées, et la seconde électrode présentant un motif qui varie avec la seconde coordonnée du système à deux coordonnées; - un curseur mobile sur la tablette du codeur numérique, le codeur comprenant une électrode de couplage pour réaliser un couplage à champ électrostatique avec les première et seconde électrodes à motif de la tablette du codeur numérique; - des moyens de génération de signaux réglés de façon à appliquer un signal électrique à l'électrode de couplage du curseur, établissant ainsi un couplage à champ électrostatique avec, et appliquant des signaux électriques sur, chacune des première et seconde électrodes à motif, les signaux électriques des première et seconde électrodes à motif étant indicateurs de la position du curseur dans le système à deux coordonnées; et - des moyens électroniques pour calculer les coordonnées du curseur dans le système à deux coordonnées à partir des signaux
électriques sur les première et seconde électrodes à motif.
Un codeur numérique conforme à un deuxième aspect de l'invention se caractérise en ce qu'il comprend: - une tablette de codeur numérique comportant deux électrodes, la première électrode présentant un motif qui varie avec une première coordonnée dans un système à deux coordonnées, et la seconde électrode présentant un motif qui varie avec la seconde coordonnée du système à deux coordonnées; - un curseur mobile sur la tablette du codeur numérique, le codeur comprenant une électrode de couplage pour réaliser un couplage avec les première et seconde électrodes à motif de la tablette du codeur numérique; - des moyens de génération de signaux reliés de façon à appliquer un signal électrique alternativement sur les première et seconde électrodes à motif de la tablette du codeur numérique, établissant ainsi un couplage à champ électrostatique avec, et appliquant un signal électrique sur, l'électrode de couplage du curseur, le signal de l'électrode de couplage du curseur étant alternativement indicateur de la position du curseur dans chaque coordonnée du système à deux coordonnées; et - des moyens électroniques pour calculer les coordonnées du curseur dans le système à deux coordonnées à partir des signaux couplés à l'électrode du curseur et provenant des première et
seconde électrodes à motif.
Un codeur numérique conforme à un troisième aspect de l'invention se caractérise en ce que le système de coordonnées est le système de coordonnées à axes orthogonaux X - Y, et l'une des première et seconde électrodes à motif comprend un ensemble de bandes conductrices reliées les unes aux autres le long d'une extrémité, les bandes ayant une largeur augmentant progressivement à partir d'un côté de la tablette en direction du c8té opposé de la tablette, et l'autre électrode à motif comprenant un ensemble de dents de scie allongées intercalées entre les bandes, les dents de scie étant également reliées les unes aux autres à une de leurs extrémités, l'une des électrodes à motif fournissant un signal indicateur d'axe X à l'électrode de couplage du curseur et l'autre électrode à motif fournissant un signal indicateur d'axe Y à
l'électrode de couplage du curseur.
Un codeur numérique conforme à un quatrième aspect de l'invention se caractérise en ce qu'il comprend - une tablette de codeur numérique comportant deux électrodes, la première électrode présentant un motif-qui varie avec une première coordonnée dans un système à deux coordonnées, et la seconde électrode présentant un motif qui varie avec la seconde coordonnée du système à deux coordonnées; - un stylet mobile sur la tablette du codeur numérique, le stylet comprenant une électrode de couplage pour réaliser un couplage a champ électrostatique avec les première et seconde électrodes à motif de la tablette du codeur numérique; - des moyens de génération de signaux reliés de façon à appliquer un signal électrique à l'électrode de couplage du stylet, établissant ainsi un couplage à champ électrostatique avec, et appliquant des signaux électriques à chacune des première et seconde électrodes à motif, les signaux électriques sur les première et seconde électrodes à motif étant indicateurs de la position du stylet dans le système à deux coordonnées; et - des moyens électroniques pour calculer les coordonnées du stylet dans le système à deux coordonnées à partir des signaux
électriques sur les première et seconde électrodes à motif.
Enfin un codeur numérique conforme à un cinquième aspect de l'invention se caractérise en ce qu'il comprend - une tablette de codeur numérique comportant deux électrodes, la première électrode présentant un motif qui varie avec une première coordonnée dans un système à deux coordonnées, et la seconde électrode présentant un motif qui varie avec la seconde coordonnée du système à deux coordonnées; - un stylet mobile sur la tablette du codeur numérique, le stylet comprenant une électrode de couplage pour établir un couplage avec les première et seconde électrodes à motif de la tablette du codeur numérique; - des moyens de génération de signaux reliés de façon à appliquer un signal électrique alternativement sur les première et seconde électrodes à motif de la tablette du codeur numérique, établissant un couplage à champ électrostatique avec, et appliquant un signal électrique à l'électrode de couplage du stylet, le signal sur l'électrode de couplage du stylet étant alternativement indicateur de la position du stylet dans chaque coordonnée du système à deux coordonnées; et - des moyens électroniques pour calculer les coordonnées du stylet dans le système à deux coordonnées à partir des signaux couplés à l'électrode du stylet provenant des première et
seconde électrodes à motif.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui
suit d'un mode de réalisation préféré qui suit donné uniquement à titre
d'exemple non limitatif; dans cette description, on se réfère aux
dessins sur lesquels: la figure 1 est une vue schématique en perspective, avec arrachement partiel,-d'un codeur numérique selon l'invention, utilisé ici avec un système d'ordinateur, la figure 2-est une vue coupe, selon la ligne 2-2 de la figure 1, du curseur et d'une partie de la tablette du codeur numérique de la figure 1, la figure 3 est une vue en coupe, selon la ligne 3-3 de la figure 1, de la tablette du codeur numérique de la figure 1, la figure 4 représente, à plus grande échelle, une partie de la figure 3, montrant des détails de la tablette, la figure 5 est un diagramme schématique d'un circuit du codeur numérique de la figure 1, et la figure 6 est un graphique illustrant le fonctionnement du
circuit de la figure 5.
Les mêmes références numériques se rapportent aux mêmes éléments
sur toutes les figures.
Les codeurs numériques selon l'invention comprennent généralement une tablette de codage numérique comportant des électrodes à motif séparées pour chaque coordonnée d'un système à deux coordonnées, et un curseur mobile sur la surface de la tablette de codage numérique et comportant une électrode de couplage pour établir un couplage par champ électrique avec les électrodes à motif de la tablette de codage numérique. Un signal est appliqué à l'électrode de couplage et est couplé électrostatiquement aux électrodes à motif, et les signaux en résultant sur les électrodes à motif sont utilisés pour calculer les
coordonnées de la position du curseur.
Un codeur numérique 10, qui est un mode de réalisation préféré de l'invention, est illustré aux figures 1 à 6. Le codeur numérique 10 comprend de façon générale un curseur 20, une tablette 40 et une électronique 100 pour fournir un signal d'entrée au curseur et traiter
les signaux de sortie provenant de la tablette.
Comme illustré à la figure 1, le codeur numérique 10 est
généralement utilisé comme dispositif d'entrée d'un ordinateur 2.
L'ordinateur 2 comprend en général un dispositif de contrôle ou moniteur 3 qui lui est associé, et le moniteur 3 peut afficher les valeurs numériques des coordonnées représentant la position du curseur 1 sur la tablette, comme indiqué en 4 et en 5 sur l'écran d'affichage du moniteur. Le moniteur peut également être utilisé pour afficher un point du curseur, comme indiqué en 6, dont la position sur l'écran du
moniteur est commandée par la position du curseur sur la tablette 40.
Ainsi, le codeur numérique 10 peut remplir la fonction de commande du
curseur si on le désire.
Une vue en coupe du curseur 20 et d'une partie de la tablette 40 est montrée à la figure 2. Le curseur 20 comprend généralement un logement ou bottier 21 présentant une paroi périphérique latérale 22 tournée vers le bas, qui glisse sur la surface de la tablette de codage numérique 40. Le logement 21 supporte une électrode de couplage 30 qui
est sensiblement parallèle à la tablette de codage numérique 40.
L'électrode de couplage est fabriquée en métal ou en tout autre matériau conducteur. Le curseur 20 supporte également une électrode de mise à la terre ou de blindage 32 qui est séparée de l'électrode de couplage 30 par un élément d'écartement diélectrique 31. L'électrode de blindage 32 est de préférence un peu plus importante que l'électrode de couplage 30 et dépasse l'électrode de couplage 30 autour de son bord
marginal.
Un cordon 25 relie le curseur 20 à l'électronique 100 du codeur numérique, le cordon 25 comprenant un conducteur de signal d'entrée 26 relié à l'électrode de couplage en 27 et un conducteur coaxial 28 qui l'entoure et qui est relié à l'électrode de blindage 32 en 29. Un signal est appliqué à l'électrode de couplage 30 par le conducteur de
signal 26, ainsi que cela sera décrit plus complètement ci-dessous.
L'électrode de couplage 30, l'élément d'écartement diélectrique 31 et l'électrode de mise à la terre 32 peuvent être constitués sous une forme annulaire, et à l'état assemblé le couvercle 21 définit une ouverture centrale 24 dans laquelle est monté un réticule 35 (voir également figure 5). Le réticule facilite le positionnement du curseur sur un point spécifique, et le réticule est centré par rapport à l'électrode de couplage. De toute manière, l'électrode de couplage est de préférence circulaire, l'orientation du curseur n'ayant pas d'effet sur le couplage réalisé par cette dernière. Comme montré à la figure 1, le logement 21 du curseur peut présenter une forme qui s'adapte avantageusement à la main de l'utilisateur et peut comporter une série de commutateurs à boutonpoussoir 37 pour communiquer avec l'ordinateur 2 avec lequel est
utilisé le codeur numérique 10.
La tablette 40 du codeur numérique est généralement rectangulaire et a une surface supérieure plane 41 sur laquelle se déplace le curseur 20. Les positions sur la surface supérieure 41 peuvent être exprimées par des valeurs d'un système de coordonnées bidimensionnel, et le système de coordonnées utilisé dans le mode de réalisation préféré est le système de coordonnées orthogonales X - Y. La tablette 40 du codeur numérique comprend des électrodes à motif 50 et 60 qui sont respectivement couplées au curseur et fournissent un-signal indicateur
de la position du curseur sur la tablette 40 du codeur numérique.
Référence étant spécifiquement faite à la figure 2, la tablette du codeur numérique comprend une couche A comportant les électrodes conductrices de la tablette du codeur numérique, comme montré plus complètement et expliqué en référence aux figures 3 et 4. La tablette du codeur numérique comprend une couche supérieure 42 en un matériau diélectrique, tel que du polyéthylene, de l'ABS, du Mylar (marque déposée) ou du Téflon (marque déposée), qui recouvre les électrodes et constitue une surface supérieure lisse pour la tablette du codeur numérique. Une autre couche de matériau diélectrique 43 est prévue au-dessous de la couche à électrodes A et sépare la couche à électrodes A d'un plan conducteur de mise à la terre 44 qui n'est pas essentiel mais est de préférence prévu pour constituer un blindage contre le bruit extérieur. Un couvercle de fond en matière plastique 45 termine la tablette 40 du codeur numérique. La tablette 40 du codeur numérique est reliée à l'électronique du codeur numérique par un câble 482 dont le blindage de mise à la terre est relié à la plaque de fond 44 (non représentée) et dont les autres conducteurs sont reliés comme décrit ci-dessus. Une couche à électrodes A de la tablette 40 du codeur numérique, dont une petite partie est montrée à la figure 1, est illustrée le plus clairement aux figures 3 et 4. La tablette 40 du codeur numérique, et particulièrement sa couche à électrodes A, comprend une électrode à motif 50 pour l'axe X, une électrode à motif 60 pour l'axe Y et une électrode 60 fournissant un signal d'équilibrage. Ces électrodes sont déposées selon une configuration d'ensemble sensiblement rectangulaire, et elles sont de préférence entourées par une électrode de blindage
périphérique 80.
L'électrode d'axe X 50 comprend un ensemble de bandes, par exemple les bandes 51, 52, 53 et 54, qui sont reliées les unes aux autres le long d'un bord supérieur de la tablette 40 par un bus d'axe X 58. Les bandes s'étendent vers le bas à partir du bus 58 au travers de la plus grande partie de la tablette. Les bandes sont parallèles les unes aux autres et leurs axes centraux sont espacés de façon régulière, mais les bandes individuelles augmentent progressivement de largeur depuis un côté de la tablette vers l'autre. Ainsi, la bande 52 est plus large que la bande adjacente 51 et la bande 53 est plus large que la bande adjacente 52. Le signal électrique accumulé sur les bandes est conduit par le bus 50 vers un conducteur de signal d'axe X 59 comprenant un
conducteur du câble 48 de la tablette du codeur numérique.
L'électrode d'axe Y 60 a un motif en dents de scie, dont les dents individuelles sont intercalées dans le motif en forme de bandes de l'électrode d'axe X. En continuant à se référer à la figure 3, l'électrode d'axe Y comprend un ensemble de dents de scie 61 s'étendant sensiblement au travers de la tablette 40 du codeur numérique, les dents de scie 61 étant reliées les unes aux autres sur le bord de la tablette par un bus d'axe Y 68. Chaque dent individuelle 61 comprend une région étroite et allongée de l'électrode d'axe Y 60, avec des bords 62 et 63 qui convergent à mesure que la dent de scie s'étend depuis la partie 68 du bus vers une extrémité terminale et étroite 64 adjacente au conducteur 58 du bus d'axe X. Les dents de scie 61 sont écartées de façon régulière et espacées entre des bandes adjacentes. Le ill bus 68 de l'électrode d'axe Y 60 est relié à l'électronique 100 du
codeur numérique par un conducteur 69 qui fait partie du câble 48.
La couche à électrodes A de la tablette 40 du codeur numérique comprend en outre une électrode d'équilibrage 70, qui recouvre la surface restante de la couche à électrodes entre les bandes et les dents de scie des électrodes à motif d'axe X et d'axe Y. En se référant toujours à la figure 3, l'électrode d'équilibrage 70 se présente sous la forme de branches allongées, par exemple en 71, 72 et 73, les branches 71 et 72 flanquant la bande d'axe X 61 et les branches 72 et 73 flanquant la dent de scie adjacente suivante 61. Les branches des électrodes d'équilibrage sont reliées à proximité du bus d'axe X 50 et du bus d'axe Y 68, et les branches 71 et 72 sont par exemple reliées en 74, entre l'extrémité de la bande 61 et le bus d'axe Y 68. L'électrode d'équilibrage comprend un conducteur 75 formant une partie du câble 48
pour la relier à l'électronique 100 du codeur numérique.
La couche à électrodes A comprend en outre une électrode de blindage 80 qui est déployée autour de la périphérie des électrodes d'axe X,-d'axe Y et d'équilibrage. L'électrode de blindage 80 peut être
reliée au blindage du câble 48, comme montré à la figure 3.
Naturellement, la tablette du codeur numérique comprend une surface utile limitée à la région des bandes et des dents de scie respectivement des électrodes d'axe X et d'axe Y, et la surface utile de codage numérique ne comprend pas les bus d'axe X et d'axe Y ni
l'électrode de blindage périphérique.
Une séparation est prévue entre les électrodes, de manière qu'elles soient séparément conductrices. Cet espace est illustré le plus clairement à la figure 4, qui est une vue partielle à plus grande échelle de la couche à électrodes A montrée à la figure 3. En se référant plus particulièrement à la figure 4, celle-ci montre les dents de scie 61 de l'électrode d'axe Y 60, les bandes 51, 52 de l'électrode
d'axe X 50 et les branches 71, 72, 73 de l'électrode d'équilibrage 70.
Un petit espacement indiqué par la lettre S est prévu entre tous les
bords adjacents des électrodes.
On comprendra que même la figure 3 est représentée de façon très agrandie et de façon schématique à des fins d'illustration, et que les bandes, dents de scie, et leur espacement réels sont beaucoup plus fins que ce qui est montré sur la figure. Dans un mode de réalisation préféré, il peut exister approximativement cinq motifs en forme de
bandes d'axe X et cinq motifs en dents de scie d'axe Y par 2,54 cm.
L'augmentation de largeur entre une bande d'axe X et la bande d'axe X
adjacente peut être d'approximativement 0,025 mm.
On comprendra en outre que l'électrode de couplage 30 du curseur est dimensionnée et espacée de la tablette de manière que son champ recouvre un ensemble de bandes et de dents de scie, et de préférence au moins cinq. Ainsi, plusieurs éléments des électrodes à motif sont couplés au curseur à tout moment donné, ce qui fait que la position du curseur par rapport à un élément individuel quelconque ne constitue pas
un facteur du signal résultant.
On comprendra également en ce point qu'un stylet comprenant une électrode sous forme d'un anneau ou de toute autre forme appropriée qui entoure un pointeur ayant la forme d'un stylet peut être utilisé à la place du curseur si on le désire, à la condition que l'électrode du stylet soit suffisamment espacée des électrodes de la tablette pour étaler le couplage par champ électrique entre le stylet et les électrodes de la tablette, déterminant ainsi un effet d'établissement de moyenne par rapport à une bande ou à un élément en dents de scie particulier. L'électrode d'axe X 50, l'électrode d'axe Y 60, l'électrode d'équilibrage 70 et l'électrode de blindage 80 peuvent être constituées en cuivre, en argent, en une encre conductrice ou en tout autre substance conductrice déposée sur le matériau d'une plaquette à circuit imprimé, le matériau de la plaquette à circuit imprimé comprenant la couche diélectrique 43 de la tablette 40 du codeur numérique. D'autres techniques de fabrication sont également utiles, y compris l'impression des électrodes au moyen d'un encre conductrice sur un film mince de Mylar (marque déposée) ou un matériau similaire, et en fixant le film sur lequel sont imprimées les électrodes soit sur la couche diélectrique 43 soit sur la couche diélectrique supérieure 42 de la
tablette 40 du codeur numérique.
Un avantage du codeur numérique selon l'invention est qu'il ne dépend pas d'une résistivité précise des éléments conducteurs, une certaine quantité de variation de l'épaisseur des électrodes conductrices ne provoquant pas une erreur dans la sortie du codeur numérique. Ceci permet d'avoir recours à des techniques de fabrication moins coûteuses pour la préparation de la tablette du codeur numérique. Le codeur numérique 10 fonctionne par couplage électrostatique entre l'électrode de couplage 30 du curseur 20 et l'électrode d'axe X à motif 50, l'électrode d'axe Y à motif 60 et l'électrode d'équilibrage de la tablette 40 du codeur numérique. Dans le mode de réalisation préféré, un signal d'entrée est appliqué au curseur,couplé aux électrodes de la tablette, et les signaux résultant sur les électrodes de la tablette sont traités pour déterminer une coordonnée d'axe X et une coordonnée d'axe Y de la position du curseur sur la tablette. Le fonctionnement de l'électronique du codeur numérique 10 est illustré aux figures 5 et 6. En se référant d'abord à la figure 5, le curseur 20 est montré positionné sur la tablette 40 du codeur numérique sur le côté de gauche de la figure. Le curseur 20 et la tablette 40 sont montré schématiquement, et en particulier la tablette est de façon générale moins allongée et le curseur plus- petit par rapport à la tablette. La partie de droite de la figure 5 comprend de façon générale
le paquet électronique 100 du codeur numérique 10.
La coordonnée X est fournie par le signal couplé par le curseur à
l'électrode d'axe X à motifs en forme de bandes et de largeur variable.
La coordonnée Y est fournie par le signal couplé par le curseur à l'électrode d'axe Y à motifs en dents de scie. L'électrode d'équilibrage fournit un troisième signal, appelé signal "B" ci-dessous. La somme des signaux des électrodes d'axe X, d'axe Y et d'équilibrage représente la force ou amplitude du signal total couplé au curseur. Les coordonnées absolues d'axe X et d'axe Y sont fournies par: coordonnée X proportionnelle à X/X+Y+B coordonnée Y proportionnelle à Y/X+Y+B o X représente le signal d'axe X, Y le signal d'axe Y et B le signal d'équilibrage. Cette technique de mesure ratiométrique élimine l'erreur provoquée autrement par la variation de la distance entre le curseur et
la tablette du codeur numérique.
Toujours en se référant à la figure 5, l'électronique 100 destinée à réaliser la mesure ratiométrique comprend un oscillateur à ondes carrées 105, fournissant un signal de sortie à ondes carrées 110 (figure 6) de fréquence fixe, de préférence dans la plage de 10 KHZ à 1 MHZ. L'oscillateur à ondes carrées 105 excite un circuit syntonisé LC constitué par une inductance 106 et une capacité 107, le signal de sortie de l'oscillateur à ondes carrées passant par une résistance 108 pour limiter la charge appliquée à l'oscillateur. Les éléments 106 et 107 du circuit syntonisé fournissent un gain de tension multiple pour exciter l'électrode de couplage 30 par l'intermédiaire du conducteur 26 du câble 25. Le signal du curseur est montré en 115 à la figure 6, et est décalé de phase de 90 par rapport à la sortie de l'oscillateur du
fait du fonctionnement du circuit LC.
Le signal de l'électrode de couplage 30 établit un couplage par champ électrique avec les électrodes d'axe X, d'axe Y et d'équilibrage de la tablette 40 du codeur numérique, l'importance du signal couplé aux électrodes d'axe X et d'axe Y dépendant de la position du curseur sur la tablette 40. Plus particulièrement, selon l'agencement d'électrodes qui est illustré, un signal d'axe Y plus important est fourni quand le curseur est proche du bord inférieur de la tablette, o les dents de scie de l'électrode à motif d'axe Y sont plus larges. De façon similaire, le signal d'axe X est plus important pour des positions du curseur situées vers le c8té droit de la tablette, o les
bandes de l'électrode à motif d'axe X sont plus larges.
Les signaux des électrodes d'axe X, d'axe Y et d'équilibrage sont appliqués à des conducteurs 59, 69 et 75 respectivement, et ces signaux sont traités comme illustré également aux figures 5 et 6. Le dispositif de traitement du signal d'axe X est indiqué généralement en 120 et on comprendra que le dispositif de traitement 140 du signal d'axe Y et le dispositif de traitement 145 du signal d'équilibrage sont de nature similaire et que le fait de les montrer ne constituerait que des répétitions. Le signal provenant de l'électrode d'axe X, appliqué au conducteur 59, est amplifié par l'amplificateur courant/tension 122 pour produire le signal 125 montré à la figure 6. Ce signal est à nouveau décalé de phase de 90 par rapport à l'oscillateur, du fait du couplage. Le signal amplifié traverse un filtre passe-haut constitué par un condensateur 123 et des résistances 126 et 127 pour éliminer tout bruit de fréquence de ligne de 60 cycles. Ce signal filtré en courant alternatif est commuté en synchronisme avec la fréquence de l'oscillateur à ondes carrées 105 par le commutateur 130, le signal filtré en courant alternatif étant appliqué par le commutateur 130 en
tant qu'entrée à un amplificateur opérationnel 131.
Une caractéristique importante du traitement des signaux dans le codeur numérique 10 selon l'invention est le traitement en synchronisme des signaux des électrodes d'axe X, d'axe Y et d'équilibrage. Dans le dispositif de traitement de signal d'axe X 120 qui est montré, le signal d'axe X est appliqué à l'amplificateur opérationnel 131 par l'intermédiaire du commutateur 130, fonctionnant à la fréquence de l'oscillateur à ondes carrées 105, qui engendre également le signal d'entrée appliqué au curseur. Ce traitement synchrone des signaux élimine le bruit ou autre parasite à toutes les autres fréquences, résultant en un rapport signal/bruit très haut et en une précision accrue pour la détermination de la position en coordonnées du curseur
sur la tablette 40 du codeur numérique.
Le condensateur 132 et la résistance 133 font fonction de filtre pour réduire l'ondulation en courant alternatif à la sortie de l'amplificateur opérationnel 131, et un signal de tension stable et indicateur de la position sur l'axe X du curseur est produit sur la ligne 134 désignée par "XDC". En référence à la figure 6, le signal d'axe X au point P est montré en 136 et comprend une partie positive montrée en 137 qui est appliquée à la terre virtuelle, comme montré en 138 quand le commutateur 130 est fermé. Le point Q, à l'entrée de l'amplificateur opérationnel 131 est également maintenu à la terre virtuelle par contre-action par l'intermédiaire du condensateur 132 et de la résistance 133. Ce gain de tension est déterminé essentiellement par le rapport entre la valeur de la résistance 133 et la valeur de la résistance 126, et la sortie de l'amplificateur opérationnel 131 est, comme noté ci-dessus, un signal en courant continu dont la valeur est
indicatrice de la position sur l'axe X du curseur sur la tablette 40.
La sortie du dispositif 120 de traitement du signal d'axe X est montrée
en 135 à la figure 6. -
Les signaux de l'électrode d'axe Y et de l'électrode d'équilibrage sont traités de façon similaire. Les sorties du dispositif de traitement 120 du signal d'axe X, du dispositif de traitement 140 du signal d'axe Y, et du dispositif de traitement 145 du signal d'équilibrage sont ensuite traitées dans un microprocesseur 150. Plus particulièrement, les signaux en valeurs analogiques sont convertis en valeurs numériques par l'intermédiaire d'un convertisseur analogique/numérique 155 qui fonctionne séquentiellement sur les signaux au moyen des commutateurs 151, 152 et 153 qui sont également commandés par le microprocesseur. La vitesse d'échantillonnage peut coincider avec la vitesse de renseignement du
microprocesseur de l'ordinateur 2, et typiquement entre 10 et 120 HZ.
Le microprocesseur calcule la position du curseur conformément à la technique de mesure ratiométrique et aux formules indiquées ci-dessus et fournit la position à l'ordinateur 2 en vue de son utilisation et/ou
de son affichage.
En variante, la tablette du codeur numérique peut également être utilisée en appliquant séquentiellement un signal aux électrodes d'axe X, d'axe Y et d'équilibrage et en utilisant l'électrode du curseur comme électrode de sortie. Le fonctionnement selon ce mode est également réalisé en synchronisme, à la fois pour obtenir un rapport signal/bruit élevé et également maintenir la distinction nécessaire
entre les trois signaux en cours de traitement.
En conséquence, on a décrit un codeur numérique perfectionné qui atteint de façon admirable les buts de l'invention. L'homme de l'art comprendra que diverses modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation préférés décrits ci-dessus sans s'écarter de l'esprit et du champ d'application de l'invention, qui ne sont limités que par les
revendications qui suivent.
Claims (27)
1. Codeur numérique caractérisé en ce qu'il comprend: - une tablette de codeur numérique comportant deux électrodes, la première électrode présentant un motif qui varie avec une première coordonnée dans un système à deux coordonnées, et la seconde électrode présentant un motif qui varie avec la seconde coordonnée du système à deux coordonnées; - un curseur mobile sur la tablette du codeur numérique, le codeur comprenant une électrode de couplage pour réaliser un couplage à champ électrostatique avec les première et seconde électrodes à motif de la tablette du codeur numérique; - des moyens de génération de signaux réglés de façon à appliquer un signal électrique à l'électrode de couplage du curseur, établissant ainsi un couplage à champ électrostatique avec, et appliquant des signaux électriques sur, chacune des première et seconde électrodes à motif, les signaux électriques des première et seconde électrodes à motif étant indicateurs de la position du curseur dans le système à deux coordonnées; et - des moyens électroniques pour calculer les coordonnées du curseur dans le système à deux coordonnées à partir des signaux
électriques sur les première et seconde électrodes à motif.
2. Codeur numérique selon la revendication 1, caractérisé en ce
que les première et seconde électrodes à motif sont coplanaires.
3. Codeur numérique selon la revendication 2, caractérisé en ce que le système de coordonnées est le système de coordonnées à axes orthogonaux X - Y, et l'une des première et seconde électrodes à motif comprend un ensemble de bandes conductrices reliées les unes aux autres le long d'une extrémité, les bandes ayant une largeur augmentant progressivement à partir d'un côté de la tablette en direction du côté opposé de la tablette, et l'autre électrode à motif comprenant un ensemble de dents de scie allongées intercalées entre les bandes, les dents de scie étant également reliées les unes aux autres à une de leurs extrémités, l'une des électrodes à motif fournissant un signal indicateur d'axe X et l'autre électrode à motif fournissant un signal indicateur d'axe Y.
4. Codeur numérique selon la revendication 3, comprenant en outre une électrode d'équilibrage coplanaire aux électrodes à motif en forme de bandes et en dents de scie et occupant l'espace situé entre elles, la somme des électrodes d'axe X, d'axe Y et d'équilibrage constituant le signal de sortie total de la tablette du codeur numérique et la coordonnée d'axe X du curseur étant proportionnelle au signal d'axe X divisé par la somme des signaux des électrodes en forme de bandes, en dents de scie et d'équilibrage, et la position de la coordonnée d'axe Y étant proportionnelle au signal d'axe Y divisé par la somme des signaux
des électrodes en forme de bandes, en dents de scie et d'équilibrage.
5. Codeur numérique selon la revendication 4, caractérisé en ce que le champ de l'électrode de couplage du curseur est circulaire et
recouvre au moins quatre bandes et dents de scie.
6. Codeur numérique selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'électrode de couplage du curseur comprend une ouverture centrale transparente vers la surface de la tablette, dans laquelle un repère
indique le centre le l'électrode de couplage.
7. Codeur numérique selon la revendication 5, caractérisé en ce que la tablette comprend en outre une électrode de blindage périphérique coplanaire avec et entourant les électrodes en forme de bandes, en dents de scie et d'équilibrage, pour les protéger contre des interférences.
8. Codeur numérique selon la revendication 5, caractérisé en ce que le curseur comprend en outre une électrode de blindage disposée sur le côté opposé de l'électrode de couplage du curseur par rapport à la tablette du codeur numérique et est séparée de l'électrode de couplage du curseur par un élément d'écartement diélectrique, pour protéger
l'électrode de couplage du curseur vis-à-vis d'interférences.
9. Codeur numérique selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'électrode de blindage du curseur est plus importante que l'électrode de couplage du curseur et dépasse celle-ci.
10. Codeur numérique selon la revendication 9, caractérisé en ce que la tablette du codeur numérique comprend en outre une électrode de mise à la terre plane disposée sur le c8té des électrodes en forme de bandes et d'équilibrage qui est à l'opposé de l'électrode de couplage du curseur et séparée des électrodes en forme de bandes et d'équilibrage par une couche diélectrique de la tablette du codeur numérique.
11. Codeur numérique selon la revendication 4, caractérisé en ce que les bandes de l'électrode à motif en forme de bandes sont espacées régulièrement et l'augmentation progressive de la largeur des électrodes en forme de bandes est d'environ 0,025 mm, et les dents de scie de l'électrode à motif en dents de scie sont régulièrement
espacées.
12. Codeur numérique selon la revendication 11, caractérisé en ce que sont prévues au moins quatre électrodes respectives en forme de
bandes et en dents de scie par 2,54 cm.
13. Codeur numérique selon la revendication 4, caractérisé en ce que la tablette du codeur numérique comprend des première et seconde couches en un matériau diélectrique, avec les première et seconde
électrodes à motif et l'électrode d'équilibrage entre elles.
14. Codeur numérique selon la revendication 13, caractérisé en ce que les première et seconde électrodes à motif et l'électrode d'équilibrage comprennent un matériau' conducteur déposé sur l'une des
première ou seconde couches du matériau diélectrique.
15. Codeur numérique selon la revendication 13, caractérisé en ce que les première et seconde électrodes à motif et l'électrode d'équilibrage comprennent une encre conductrice imprimée sur un film mince de matériau diélectrique, et ledit film est déployé entre les première et seconde couches du matériau diélectrique.
16. Codeur numérique selon la revendication 13 et comprenant en outre une électrode de blindage périphérique entourant les première et seconde électrodes à motif et l'électrode d'équilibrage, l'électrode de blindage périphérique étant disposée entre les première et seconde
couches du matériau diélectrique.
17. Codeur numérique selon la revendication 13, caractérisé en ce que la première couche du diélectrique comprend la surface supérieure de la tablette du codeur numérique sur laquelle est utilisé le curseur, et comprend en outre une électrode de mise à la terre plane recouvrant sensiblement le second diélectrique sur le cSté opposé aux première et
seconde électrodes à motif et à l'électrode d'équilibrage.
18. Codeur numérique selon la revendication 4, dans lequel l'entrée de l'électrode de couplage du curseur est un signal électrique en courant alternatif, et les signaux électriques de sortie provenant des électrodes en forme de bandes, en dents de scie et d'équilibrage sont également des signaux alternatifs de même fréquence, caractérisé en ce que les signaux de sortie provenant des électrodes en forme de bandes, en dents de scie et d'équilibrage sont détectés en synchronisme avec le signal d'entrée, réduisant ainsi les interférences et fournissant un rapport signal/bruit élevé dans la sortie de la tablette
du codeur numérique.
19. Codeur numérique selon la revendication 18, caractérisé en ce que la fréquence du signal d'entrée est compris dans la plage de 10 KHZ
à 1 MHZ.
20. Codeur numérique caractérisé en ce qu'il comprend: - une tablette de codeur numérique comportant deux électrodes, la première électrode présentant un motif qui varie avec une première coordonnée dans un système à deux coordonnées, et la seconde électrode présentant un motif qui varie avec la seconde coordonnée du système à deux coordonnées; - un curseur mobile sur la tablette du codeur numérique, le codeur comprenant une électrode de couplage pour réaliser un couplage avec les première et seconde électrodes à motif de la tablette du codeur numérique; - des moyens de génération de signaux reliés de façon à appliquer un signal électrique alternativement sur les première et seconde électrodes à motif de la tablette du codeur numérique, établissant ainsi un couplage à champ électrostatique avec, et appliquant un signal électrique sur, l'électrode de couplage du curseur, le signal de l'électrode de couplage du curseur étant alternativement indicateur de la position du curseur dans chaque coordonnée du système à deux coordonnées; et - des moyens électroniques pour calculer les coordonnées du curseur dans le système à deux coordonnées à partir des signaux couplés à l'électrode du curseur et provenant des première et
seconde électrodes à motif.
21. Codeur numérique selon la revendication 20, caractérisé en ce
que les première et seconde électrodes à motif sont coplanaires.
22. Codeur numérique selon la revendication 21, caractérisé en ce que le système de coordonnées est le système de coordonnées à axes orthogonaux X - Y, et l'une des première et seconde électrodes à motif comprend un ensemble de bandes conductrices reliées les unes aux autres le long d'une extrémité, les bandes ayant une largeur augmentant progressivement à partir d'un c8té de la tablette en direction du cSté opposé de la tablette, et l'autre électrode à motif comprenant un ensemble de dents de scie allongées intercalées entre les bandes, les dents de scie étant également reliées les unes aux autres à une de leurs extrémités, l'une des électrodes à motif fournissant un signal indicateur d'axe X à l'électrode de couplage du curseur et l'autre électrode à motif fournissant un signal indicateur d'axe Y à
l'électrode de couplage du curseur.
23. Codeur numérique selon la revendication 22 et comprenant en outre une électrode d'équilibrage coplanaire aux électrodes à motif en forme de bandes et en dents de scie et occupant l'espace situé entre elles, la somme des électrodes d'axe X, d'axe Y et d'équilibrage constituant le signal de sortie total de la tablette du codeur numérique et la coordonnée d'axe X du curseur étant proportionnelle au signal d'axe X divisé par la somme des électrodes en forme de bandes, en dents de scie et d'équilibrage, et la position de la coordonnée d'axe Y étant proportionnelle au signal d'axe Y divisé par la somme des signaux des électrodes en forme de bandes, en dents de scie et
d'équilibrage.
24. Codeur numérique selon la revendication 23, dans lequel l'entrée appliquée aux première et seconde électrodes à motif et à l'électrode d'équilibrage est un signal électrique en courant alternatif, et les signaux électriques de sortie provenant de l'électrode de couplage du curseur sont également des signaux alternatifs de même fréquence, caractérisé en ce que les signaux de sortie provenant de l'électrode de couplage du curseur sont détectés en
synchronisme avec les signaux d'entrée, réduisant ainsi les -
interférences et fournissant un rapport signal/bruit élevé dans la
sortie de la tablette du codeur numérique.
25. Codeur numérique caractérisé en ce qu'il comprend: - une tablette de codeur numérique comportant deux électrodes, la première électrode présentant un motif qui varie avec une première coordonnée dans un système à deux coordonnées, et la seconde électrode présentant un motif qui varie avec la seconde coordonnée du système à deux coordonnées; - un stylet mobile sur la tablette du codeur numérique, le stylet comprenant une électrode de couplage pour réaliser un couplage à champ électrostatique avec les première et seconde électrodes à motif de la tablette du codeur numérique; - des moyens de génération de signaux reliés de façon à appliquer un signal électrique à l'électrode de couplage du stylet, établissant ainsi un couplage à champ électrostatique avec, et appliquant des signaux électriques à chacune des première et seconde électrodes à motif, les signaux électriques sur les première et seconde électrodes à motif étant indicateurs de la position du stylet dans le système à deux coordonnées; et - des moyens électroniques pour calculer les coordonnées du stylet dans le système à deux coordonnées à partir des signaux
électriques sur les première et seconde électrodes à motif.
26. Codeur numérique caractérisé en ce qu'il comprend: - une tablette de codeur numérique comportant deux électrodes, la première électrode présentant un motif qui varie avec une première coordonnée dans un système à deux coordonnées, et la seconde électrode présentant un motif qui varie avec la seconde coordonnée du système à deux coordonnées; - un stylet mobile sur la tablette du codeur numérique, le stylet comprenant une électrode de couplage pour établir un couplage avec les première et seconde électrodes à motif de la tablette du codeur numérique; - des moyens de génération de signaux reliés de façon à appliquer un signal électrique alternativement sur les première et seconde électrodes à motif de la tablette du codeur numérique, établissant un couplage à champ électrostatique avec, et appliquant un signal électrique à l'électrode de couplage du stylet, le signal sur l'électrode de couplage du stylet étant alternativement indicateur de la position du stylet dans chaque coordonnée du système à deux coordonnées; et - des moyens électroniques pour calculer les coordonnées du stylet dans le système à deux coordonnées à partir des signaux couplés à l'électrode du stylet provenant des première et seconde
électrodes à motif.
27. Codeur numérique selon la revendication 26, caractérisé en ce
que les première et seconde électrodes à motif sont coplanaires.
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