FR2944351A1 - Device for detection of presence of user's finger at proximity of detection zone of capacitive-effect sensitive touch device, has conductive surface connected to conductive track using spacer that ensures electrical connection with surface - Google Patents
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Abstract
Description
10 La présente invention a pour objet un dispositif qui permet de détecter par effet capacitif la présence d'un corps conducteur à proximité d'une zone de détection déterminée. Elle concerne notamment, mais non exclusivement, un dispositif permettant de détecter la proximité de l'extrémité d'un doigt ou d'un stylet avec une zone de détection constituée par une surface conductrice 15 s'étendant sous un corps isolant dont la face supérieure constitue la partie visible d'une touche sensitive. The present invention relates to a device which makes it possible to detect, by capacitive effect, the presence of a conductive body in the vicinity of a determined detection zone. It relates in particular, but not exclusively, to a device for detecting the proximity of the end of a finger or a stylet with a detection zone consisting of a conductive surface 15 extending under an insulating body whose upper surface is the visible part of a touch pad.
On sait qu'il existe des touches sensitives qui comprennent chacune un corps isolant sous lequel s'étend une surface conductrice constituant une zone de 20 détection, qui est reliée à un circuit électronique de mesure de variation de capacité. De cette manière, le rapprochement d'un doigt ou plus généralement d'un corps conducteur de la surface conductrice provoque une variation de la capacité du condensateur dont les deux armatures et le diélectrique sont constitués respectivement par le doigt, la surface conductrice et le corps 25 isolant. It is known that there are sensitive keys each comprising an insulating body under which extends a conductive surface constituting a detection zone, which is connected to an electronic capacitance variation measuring circuit. In this way, the bringing together of a finger or more generally of a conducting body of the conductive surface causes a variation of the capacitance of the capacitor whose two armatures and the dielectric are constituted respectively by the finger, the conductive surface and the body. 25 insulation.
En outre, les claviers comportant des touches sensitives du type susdit sont souvent associés à un système d'affichage pouvant consister en des cellules à cristaux liquides éclairées par un moyen de rétroéclairage, ce système 30 d'affichage et ce moyen de rétroéclairage, qui ont généralement une épaisseur 1 de l'ordre de deux à dix millimètres, étant disposés sous ladite surface conductrice. In addition, keyboards with touch sensitive keys of the above type are often associated with a display system which may consist of backlight illuminated LCDs, this display system and backlit means, which generally a thickness 1 of the order of two to ten millimeters, being disposed under said conductive surface.
Cependant, la liaison électrique entre la surface conductrice constituant une zone de détection et le circuit électronique de mesure de variation de capacité doit être réalisée en tenant compte de la hauteur de ce système d'éclairage et de ce moyen de rétroéclairage, ainsi que de l'éventuelle déformation des touches sensitives lors du contact du doigt de l'utilisateur avec la face apparente dudit corps isolant. However, the electrical connection between the conductive surface constituting a detection zone and the electronic circuit for measuring capacitance variation must be realized taking into account the height of this lighting system and this backlighting means, as well as the possible deformation of the sensitive keys during the contact of the finger of the user with the apparent face of said insulating body.
L'invention a donc plus particulièrement pour but de résoudre ce problème en proposant un dispositif de détection par effet capacitif de la proximité d'un corps conducteur d'au moins une zone de détection déterminée, cette dernière étant reliée à un circuit électronique de mesure de variation de capacité de façon à garantir la continuité électrique et l'absence de contact entre le système d'affichage et le corps isolant sous lequel s'étend la zone de détection. The invention therefore more particularly aims to solve this problem by proposing a device for detecting by capacitive effect the proximity of a conductive body of at least one determined detection zone, the latter being connected to an electronic measuring circuit capacitance variation so as to guarantee the electrical continuity and the absence of contact between the display system and the insulating body under which the detection zone extends.
À cet effet, elle propose un dispositif de détection par effet capacitif de la proximité d'un corps conducteur d'une zone de détection déterminée, ce 20 dispositif de détection comprenant : • au moins une touche sensitive qui comporte un corps isolant sous lequel s'étend une surface conductrice constituant la zone de détection ; • un circuit électronique de mesure de variation de capacité relié à la surface conductrice, ce circuit électronique étant compris dans un 25 support ; et caractérisé en ce que : • la surface conductrice est solidaire du corps isolant ; • le support comprend au moins une piste conductrice reliée au circuit électronique ; 30 • la surface conductrice est connectée à une piste conductrice au moyen d'au moins une entretoise, distincte de ladite surface conductrice et de la piste conductrice, prenant appui sur ledit support, constituée au moins en partie d'une matière conductrice, compressible, et qui permet d'assurer une connexion électrique par contact avec au moins ladite surface conductrice tout en compensant les éventuelles différences de hauteur entre le corps isolant et ledit support. For this purpose, it proposes a device for detecting by capacitive effect the proximity of a conductive body to a determined detection zone, this detection device comprising: at least one touch pad which comprises an insulating body under which extends a conductive surface constituting the detection zone; An electronic circuit for measuring capacitance variation connected to the conductive surface, this electronic circuit being included in a support; and characterized in that: • the conductive surface is integral with the insulating body; The support comprises at least one conductive track connected to the electronic circuit; The conducting surface is connected to a conductive track by means of at least one spacer, distinct from said conductive surface and from the conductive track, bearing on said support, constituted at least in part by a compressible conductive material, and which provides an electrical connection by contact with at least said conductive surface while compensating for any height differences between the insulating body and said support.
De cette façon, la compressibilité de ce conducteur électrique permet d'assurer la connexion électrique entre la surface conductrice et le circuit électronique tout en garantissant l'absence de contact direct entre le corps isolant et un système d'affichage du type susdit. En outre, de manière avantageuse, la touche sensitive selon l'invention permet de satisfaire aux contraintes d'étanchéité et d'isolement électrique. In this way, the compressibility of this electrical conductor ensures the electrical connection between the conductive surface and the electronic circuit while ensuring the absence of direct contact between the insulating body and a display system of the aforementioned type. In addition, advantageously, the sensitive key according to the invention makes it possible to satisfy the sealing and electrical isolation constraints.
De plus, de manière avantageuse, ce dispositif selon l'invention permet de dissocier la fonction d'affichage de la fonction de détection de variation capacitive. En effet, les touches sensitives à effet capacitif comprennent généralement un dispositif d'affichage de type LCD ("Liquid Crystal Display") disposé sous le corps isolant, qui comporte des cellules qui sont chacune encadrées par deux surfaces conductrices s'étendant longitudinalement, l'une d'entre elles étant au contact du corps isolant. De cette façon, le contact d'un doigt ou d'un stylet conducteur avec la face apparente de la touche sensitive provoque une variation du champ électrique existant entre ces deux surfaces conductrices qui sont reliées à un circuit électronique apte à détecter cette variation. Ainsi, lorsque le dispositif selon l'invention comporte un système d'affichage compris dans l'espace délimité par le corps isolant et le circuit électronique, celui - ci ne participe pas à la fonction de détection de variation capacitive. In addition, advantageously, this device according to the invention makes it possible to separate the display function from the capacitive variation detection function. Indeed, the capacitive effect sensitive keys generally comprise a LCD (Liquid Crystal Display) type display device disposed under the insulating body, which comprises cells which are each framed by two longitudinally extending conductive surfaces, one of them being in contact with the insulating body. In this way, the contact of a finger or a conductive stylus with the apparent face of the sensitive key causes a variation of the electric field existing between these two conductive surfaces which are connected to an electronic circuit capable of detecting this variation. Thus, when the device according to the invention comprises a display system comprised in the space delimited by the insulating body and the electronic circuit, the latter does not participate in the capacitive variation detection function.
En outre, le dispositif selon l'invention permet avantageusement une meilleure 30 aération du système d'affichage qui n'est plus au contact direct du corps isolant. In addition, the device according to the invention advantageously allows a better ventilation of the display system which is no longer in direct contact with the insulating body.
Selon une variante d'exécution préférentielle de l'invention, l'armature constituée par ladite surface conductrice est réalisée par la sérigraphie d'une encre conductrice qui permet de supprimer la présence d'air entre le corps isolant et cette surface conductrice. According to a preferred embodiment of the invention, the armature constituted by said conductive surface is produced by the screen printing of a conductive ink which makes it possible to eliminate the presence of air between the insulating body and this conductive surface.
Avantageusement, la touche sensitive est considérée comme étant activée lorsque la variation de capacité est supérieure à un seuil prédéterminé dont la valeur a été définie de manière à ce que la variation de capacité résultant du contact d'un doigt de l'utilisateur avec la face apparente du corps isolant soit supérieure à ce dit seuil. Ainsi, préférentiellement, en l'absence de contact avec cette face apparente, cette valeur de seuil n'est pas dépassée, ce qui permet d'éviter l'activation intempestive des touches sensitives. La détermination de ce seuil est établie préférentiellement en fonction d'une valeur moyenne de capacité du condensateur, ce qui permet de compenser les dispersions dues à la fabrication, à l'évolution des composants dans le temps, et à l'environnement (la température et l'humidité). Advantageously, the touch pad is considered to be activated when the variation of capacity is greater than a predetermined threshold whose value has been defined so that the variation of capacity resulting from the contact of a finger of the user with the face apparent of the insulating body is greater than said threshold. Thus, preferentially, in the absence of contact with this apparent face, this threshold value is not exceeded, which makes it possible to avoid the inadvertent activation of the sensitive keys. The determination of this threshold is preferably established as a function of an average capacity value of the capacitor, which makes it possible to compensate for the dispersions due to the manufacture, to the evolution of the components over time, and to the environment (the temperature and humidity).
Des modes d'exécution de l'invention seront décrits ci-après, à titre d'exemples 20 non limitatifs, avec référence aux dessins annexés, dans lesquels : Embodiments of the invention will be described hereinafter by way of nonlimiting examples with reference to the accompanying drawings, in which:
La figure 1 est une représentation schématique, vue de côté, du dispositif selon l'invention. Figure 1 is a schematic representation, from the side, of the device according to the invention.
25 La figure 2 est une représentation schématique, vue de dessus, du dispositif selon une variante d'exécution de l'invention, la surface conductrice comportant plusieurs sous - parties. FIG. 2 is a diagrammatic representation, seen from above, of the device according to an alternative embodiment of the invention, the conductive surface comprising several sub-parts.
Dans cet exemple, tel que cela est représenté sur la figure 1, le dispositif selon 30 l'invention comporte : • au moins une touche sensitive 1 qui comporte un corps isolant 2 sous lequel s'étend une surface conductrice 3 constituant la zone de détection ; • un circuit électronique 4 de mesure de variation de capacité relié à la surface conductrice 3. In this example, as shown in FIG. 1, the device according to the invention comprises: at least one sensing key 1 which comprises an insulating body 2 under which extends a conductive surface 3 constituting the detection zone ; An electronic circuit 4 for measuring capacitance variation connected to the conductive surface 3.
Le corps isolant 2 peut être constitué par exemple de matière plastique telle que du polycarbonate, ou de verre, ce corps isolant 2 étant de préférence constitué d'une matière transparente. The insulating body 2 may consist for example of plastic material such as polycarbonate, or glass, the insulating body 2 being preferably made of a transparent material.
Selon une variante d'exécution préférentielle de l'invention, tel que cela est représenté sur la figure 2, des touches sensitives 1 comprennent chacune une surface conductrice 3 qui comporte au moins deux sous ù parties 3', 3" s'étendant sur la face inférieure du corps isolant 2. De cette façon, la touche sensitive 1 est considérée comme étant activée lorsque la variation de capacité des deux condensateurs correspondant respectivement aux deux sous ù parties 3', 3" est supérieure à un seuil déterminé, ce qui réduit les risques d'activation intempestive de cette touche 1. According to a preferred embodiment variant of the invention, as shown in FIG. 2, sensitive keys 1 each comprise a conductive surface 3 which comprises at least two sub-parts 3 ', 3 "extending over the In this way, the touch pad 1 is considered to be activated when the capacitance variation of the two capacitors corresponding respectively to the two sub-parts 3 ', 3 "is greater than a determined threshold, which reduces the risks of inadvertent activation of this key 1.
Avantageusement, tel que cela est représenté sur la figure 2, les touches sensitives 1 peuvent être disposées en étoile 20 de manière à constituer un potentiomètre. Advantageously, as shown in FIG. 2, the sensitive keys 1 can be arranged in a star 20 so as to constitute a potentiometer.
Selon une autre variante d'exécution de l'invention, tel que cela est représenté sur la figure 2, les touches sensitives 1 peuvent être disposées en colonne 21 à laquelle est associé un indicateur de niveau 22 adjacent (à chaque touche 1 correspond un niveau déterminé), cet ensemble constituant un barregraphe. According to another alternative embodiment of the invention, as shown in FIG. 2, the sensitive keys 1 can be arranged in column 21, to which is associated an adjacent level indicator 22 (at each key 1 corresponds a level determined), this set constituting a bargraph.
Avantageusement, la juxtaposition de touches sensitives 1 ou de sous ù parties 30 3', 3" du type susdit peut permettre de détecter le mouvement d'un corps conducteur 6, tel qu'un doigt. Advantageously, the juxtaposition of sensitive keys 1 or sub-parts 3 ', 3 "3 of the aforementioned type can detect the movement of a conductive body 6, such as a finger.
De manière préférentielle, cette surface conductrice 3 est réalisée par la sérigraphie d'une encre conductrice qui permet de supprimer la présence d'air entre le corps isolant 2 et cette surface conductrice 3, ce qui permet d'éviter une dégradation des performances du diélectrique 2 et de préserver l'étanchéité de la touche sensitive 1. Preferably, this conductive surface 3 is made by the screen printing of a conductive ink which makes it possible to eliminate the presence of air between the insulating body 2 and this conductive surface 3, which makes it possible to avoid deterioration of the performance of the dielectric 2 and to preserve the tightness of the touch pad 1.
De cette façon, lorsqu'un corps conducteur 6, tel qu'un doigt d'un utilisateur, s'approche ou se trouve au contact de la face apparente du corps isolant 2, l'ensemble comprenant la touche sensitive 1 et le corps conducteur 6 constitue un condensateur, les armatures et le diélectrique étant constitués respectivement par le corps conducteur 6, la surface conductrice 3 (ou une sous - partie 3', 3" de la surface conductrice) et le corps isolant 2, chacune des sous û parties 3', 3" constituant avec le corps conducteur 6 et le corps isolant 2, un condensateur. In this way, when a conducting body 6, such as a finger of a user, approaches or is in contact with the visible face of the insulating body 2, the assembly comprising the touch pad 1 and the conductive body 6 constitutes a capacitor, the armatures and the dielectric being constituted respectively by the conductive body 6, the conductive surface 3 (or a sub-portion 3 ', 3 "of the conductive surface) and the insulating body 2, each of the sub-portions 3 ', 3 "constituting with the conductive body 6 and the insulating body 2, a capacitor.
Ainsi, à titre d'exemple, le contact de l'extrémité d'un doigt avec une touche sensitive de 1 cm2 provoque, lorsque le corps isolant 2 a quelques millimètres d'épaisseur, une variation de capacité de l'ordre de 1 à 5 pico û Farads. Thus, for example, the contact of the end of a finger with a touch of 1 cm 2 causes, when the insulating body 2 has a few millimeters thick, a capacity variation of the order of 1 to 5 pics - Farads.
La variation de capacité résultant du contact ou de la proximité du corps conducteur 6 avec la face apparente du corps isolant 2 est mesurée par le circuit électronique 4 de mesure de variation de capacité qui est constitué par un circuit imprimé pouvant être compris dans un support 7, tel qu'un boîtier. The capacitance variation resulting from the contact or the proximity of the conductive body 6 with the apparent face of the insulating body 2 is measured by the electronic capacitance measurement measuring circuit 4 which is constituted by a printed circuit which can be included in a support 7 , such as a housing.
Ce support 7 comprend au moins une piste conductrice 11, en l'espèce deux pistes 11, reliée au circuit électronique 4, chacune de ces pistes 11 s'étendant de manière à être en regard de la surface conductrice 3 ou d'une sous û partie 3', 3" correspondante de la surface conductrice 3. This support 7 comprises at least one conductive track 11, in this case two tracks 11, connected to the electronic circuit 4, each of these tracks 11 extending so as to face the conductive surface 3 or a sub-surface. corresponding part 3 ', 3 "of the conductive surface 3.
Ce circuit électronique 4 peut comprendre notamment : • une unité centrale de traitement (UCT) ; • des moyens de mémoire tels que de la mémoire volatile (RAM) ; • une horloge. This electronic circuit 4 can comprise in particular: • a central processing unit (CPU); Memory means such as volatile memory (RAM); • a clock.
L'unité centrale de traitement du circuit électronique 4 calcule ladite variation de capacité et détermine si elle est supérieure à une valeur - seuil prédéfinie. Ainsi, la touche sensitive 1 est considérée comme étant activée lorsque la variation de capacité est supérieure audit seuil prédéterminé. The central processing unit of the electronic circuit 4 calculates said capacity variation and determines whether it is greater than a predefined threshold value. Thus, the sensitive key 1 is considered to be activated when the variation of capacity is greater than said predetermined threshold.
La valeur - seuil peut être prédéfinie de manière à ce que seul le contact du 10 doigt de l'utilisateur avec la face apparente du corps isolant 2 provoque une variation de capacité supérieure à cette valeur - seuil. The threshold value may be predefined so that only the user's finger contact with the apparent face of the insulating body 2 causes a capacitance variation greater than this threshold value.
En outre, le dispositif selon l'invention peut également comporter un système d'affichage 8 pouvant consister en des cellules à cristaux liquides (LCD : 15 "Liquid Crystal Display") éclairées par un moyen de rétroéclairage 10. Ce système d'affichage 8 et ce moyen de rétroéclairage 10, qui ont généralement une épaisseur de l'ordre de deux à dix millimètres, sont disposés dans l'espace compris entre le corps isolant 2 et le circuit électronique 4, le moyen de rétroéclairage 10 reposant en l'espèce sur le support 7 du circuit électronique 20 4. In addition, the device according to the invention may also comprise a display system 8 which may consist of liquid crystal cells (LCD: Liquid Crystal Display) illuminated by a backlighting means 10. This display system 8 and this backlighting means 10, which generally have a thickness of the order of two to ten millimeters, are arranged in the space between the insulating body 2 and the electronic circuit 4, the backlighting means 10 resting in the present case on the support 7 of the electronic circuit 20 4.
De plus, la surface conductrice 3 et le circuit électronique 4 sont reliés au moyen d'au moins une entretoise 5 constituée d'une matière conductrice et élastique. 25 En l'espèce, chaque surface conductrice 3 ou chaque sous ù partie 3', 3" de la surface conductrice 3 est reliée au circuit électronique 4 au moyen d'une entretoise 5 axée sensiblement perpendiculairement à l'axe longitudinal du corps isolant 2, l'extrémité supérieure et inférieure de chaque entretoise 5 étant 30 au contact respectivement de la surface conductrice 3 ou d'une sous û partie 3', 3" respective de la surface conductrice 3, et d'une piste conductrice 11 respective du support 7 du circuit électronique 4. In addition, the conductive surface 3 and the electronic circuit 4 are connected by means of at least one spacer 5 made of a conductive and elastic material. In this case, each conductive surface 3 or each sub-part 3 ', 3 "of the conductive surface 3 is connected to the electronic circuit 4 by means of a spacer 5 oriented substantially perpendicular to the longitudinal axis of the insulating body 2 the upper and lower ends of each spacer 5 being respectively in contact with the conductive surface 3 or a respective sub-portion 3 ', 3 "of the conductive surface 3, and a respective conductive track 11 of the support 7 of the electronic circuit 4.
Préférentiellement, chaque entretoise 5 est constituée d'un élastomère conducteur à bandes conductrices pouvant être de type ZEBRA , dont la compressibilité et l'élasticité permettent avantageusement de compenser les éventuelles différences de hauteur entre le circuit électronique 4 et le corps isolant 2, d'éviter tout contact entre le système d'affichage 8 et le corps isolant 2, et d'amortir les chocs résultant d'une frappe sur la touche sensitive 1. Preferably, each spacer 5 consists of a conductive elastomer with conductive strips that may be of the ZEBRA type, the compressibility and elasticity of which advantageously make it possible to compensate for any differences in height between the electronic circuit 4 and the insulating body 2, avoid any contact between the display system 8 and the insulating body 2, and dampen shocks resulting from a strike on the sensitive key 1.
En outre, l'utilisation d'une entretoise 5 conductrice du type susdit présente les avantages suivants : • l'assemblage de chaque entretoise 5 s'effectue par simple pression du support 7 contre les sous ù parties 3', 3" de la surface conductrice 3, les jeux étant rattrapés par la compression desdites bandes conductrices ; • aucune adjonction de capacité parasite n'est créée ; • le coût de réalisation du dispositif selon l'invention est optimisé. In addition, the use of a conductive spacer 5 of the aforesaid type has the following advantages: the assembly of each spacer 5 is carried out by simply pressing the support 7 against the sub-parts 3 ', 3 "of the surface 3, the games being caught by the compression of said conductive strips, no parasite capacitance addition is created, the cost of producing the device according to the invention is optimized.
Selon une variante d'exécution préférentielle, le dispositif selon l'invention peut également comporter des moyens de guidage et de fixation 12 permettant de maintenir en position les entretoises 5. Ces moyens de guidage et de fixation 12 peuvent ainsi être disposés de part et d'autre de chaque entretoise 5 et être reliés, à titre d'exemple non limitatif, au niveau de chacune de leurs extrémités au support 7 et à la face inférieure du corps isolant 2. Ces moyens de guidage et de fixation 12 qui sont constitués préférentiellement de matière plastique, ont une longueur inférieure à celle de l'entretoise 5 en position détendue et comprennent à chacune de leurs extrémités une cale (non représentée) venant en butée contre le support 7 et contre la face inférieure du corps isolant 2 lorsque l'entretoise 5 est comprimée, ce qui permet de contrôler la profondeur de l'enfoncement de la touche sensitive 1. According to a preferred embodiment variant, the device according to the invention may also comprise guiding and fixing means 12 making it possible to hold the spacers 5 in position. These guiding and fixing means 12 may thus be arranged on both sides. other of each spacer 5 and be connected, by way of non-limiting example, at each of their ends to the support 7 and to the underside of the insulating body 2. These guide and fixing means 12 which are preferably constituted of plastic material, have a length less than that of the spacer 5 in the relaxed position and comprise at each of their ends a wedge (not shown) abutting against the support 7 and against the underside of the insulating body 2 when the spacer 5 is compressed, which makes it possible to control the depth of depression of the touch pad 1.
En outre, le dispositif selon cette variante d'exécution de l'invention peut comprendre des moyens mécaniques d'assemblage 13 reliant le corps isolant 2 et le support 7, qui permettent d'exercer une pression entraînant la compression des entretoises 5, et assurant ainsi le contact électrique avec la surface conductrice 3. In addition, the device according to this alternative embodiment of the invention may comprise mechanical assembly means 13 connecting the insulating body 2 and the support 7, which make it possible to exert a pressure causing compression of the spacers 5, and ensuring thus the electrical contact with the conductive surface 3.
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