FR2958426A1 - Ecran interactif multi-points et multi-utilisateurs. - Google Patents

Abstract

Un écran interactif comprend une surface d'interaction (10) ; un dispositif de rayonnement infrarouge (22a, 22b) éclairant la surface d'interaction ; et un capteur matriciel infrarouge (16), agencé pour localiser des variations d'éclairage infrarouge en des points à proximité de la surface d'interaction. Le dispositif de rayonnement infrarouge est apte à émettre des rayonnements infrarouges de première et deuxième longueurs d'onde distinctes, et le capteur matriciel comprend des premier (24a) et deuxième (24b) jeux de détecteurs infrarouges, adaptés respectivement pour discriminer les première et deuxième longueurs d'onde. Un système interactif comprend un écran interactif du type susmentionné et des premier (20a) et deuxième (20b) éléments pointeurs de caractéristiques optiques adaptées respectivement aux première et deuxième longueurs d'onde.

Description

ECRAN INTERACTIF MULTI-POINTS ET MULTI-UTILISATEURS Domaine technique de l'invention L'invention est relative à une interface homme-machine permettant à un ou plusieurs utilisateurs de commander une machine par des gestes de la main ou par l'intermédiaire de pointeurs (passifs et/ou actifs). L'invention concerne plus particulièrement une telle interface sous la forme d'une surface d'interaction ou d'un écran interactif multi-points et multi-utilisateurs. Cette surface d'interaction peut également servir de surface de mesure de certaines caractéristiques des objets en interaction (en contact ou à proximité).

État de la technique Les écrans interactifs permettent aujourd'hui de réagir à des interactions multi-points, afin de générer des commandes complexes.

Par exemple, à l'aide de deux points de contact, on fait tourner ou on change l'échelle d'un objet affiché. Plusieurs utilisateurs peuvent agir sur un tel écran, mais l'écran ne fait alors qu'interpréter les déplacements des points de contact détectés. Par exemple, un utilisateur peut faire tourner un objet tandis qu'un autre utilisateur déplace un objet distinct. Si les deux utilisateurs agissent sur le même objet affiché, l'écran ne verra que de multiples points agissant sur le même objet et l'interprétation de la commande sera aléatoire. Il existe des écrans interactifs multi-utilisateurs permettant de discriminer les utilisateurs qui interagissent. Une solution simple, utilisée dans le Nard Rock Café de Las Vegas, Etats-Unis, consiste à associer des zones d'interaction distinctes aux différents utilisateurs. Cela ne permet pas la discrimination d'utilisateurs agissant sur un même espace.

Une autre solution, proposée dans la demande de brevet W02009045853, consiste à identifier un utilisateur par une puce RFID et à attribuer à l'utilisateur identifié les points d'interaction détectés au voisinage de l'émetteur-récepteur RF. Cela ne permet pas non plus la discrimination d'utilisateurs agissant sur un même espace, puisque l'émetteur-récepteur RF verra tous les utilisateurs dans son voisinage sans que l'on puisse attribuer des points d'interaction distincts à aux utilisateurs distincts. Une technique utilisée pour la détection des points d'interaction sur de tels écrans de grande taille consiste à utiliser une source de rayonnement infrarouge éclairant l'écran par derrière, et une caméra 10 infrarouge qui vise la surface de l'écran pour capter le rayonnement infrarouge réfléchi. L'image affichée sur l'écran est généralement produite par un vidéo projecteur. De tels écrans présentent un encombrement en profondeur important, afin que la caméra infrarouge puisse être placée à la bonne distance 15 de l'écran. La figure 1 représente une vue en coupe d'un écran interactif de faible encombrement. Il s'agit d'un écran dénommé « ThinSight », conçu par des chercheurs de Microsoft et révélé en 2007. L'écran comprend un afficheur de type LCD 10 disposé sur un module 20 de rétro-éclairage transparent 12. Une source de lumière blanche 14 éclaire la tranche du module 12. Le module 12 est configuré pour renvoyer la lumière de la source 14 perpendiculairement à l'écran, à travers l'afficheur LCD 10. Un circuit imprimé 16 disposé sous le module 12 comprend une matrice d'émetteurs-récepteurs infrarouges 25 18 tournés vers l'écran LCD 10. Chaque émetteur-récepteur 18 comprend une diode électroluminescente (LED) infrarouge (représentée en blanc), et une photodiode infrarouge représentée en noir). Le spectre de sensibilité des photodiodes infrarouges débordant 30 généralement sur le spectre visible, on prévoit un filtre en face arrière du module de rétro-éclairage 12, empêchant la lumière visible ou plus généralement toute lumière parasite, d'atteindre les photodiodes.

Un élément pointeur 20 (tel qu'un doigt ou un stylet) est placé en contact avec l'écran 10, ou à proximité de celui-ci. Il réfléchit vers les photodiodes le rayonnement infrarouge émis par les LEDs. La photodiode la plus proche de l'élément 20 fournit le signal le plus fort et localise ainsi la position de l'élément 20 sur l'écran. En absence d'élément en contact avec l'écran 10, le rayonnement infrarouge des LEDs traverse l'écran et n'est pas réfléchi vers les photodiodes. L'écran peut être aussi grand que l'on veut, dans les limites de ce que permet la technologie LCD, en juxtaposant au besoin des circuits 10 imprimés 16 avec des matrices d'émetteurs-récepteurs infrarouges.

Résumé de l'invention. On remarque qu'il existe un besoin de prévoir un écran interactif mufti-utilisateurs capable de différencier les interactions de plusieurs utilisateurs sur un même espace de l'écran. On souhaite par ailleurs 15 que l'écran soit de grande surface mais de faible épaisseur tout en ayant un coût raisonnable. On tend à satisfaire ces besoins en prévoyant un écran interactif comprenant une surface d'interaction ; un dispositif de rayonnement infrarouge éclairant la surface d'interaction ; et un capteur matriciel 20 infrarouge, agencé pour localiser des variations d'éclairage infrarouge en des points à proximité de la surface d'interaction. Le dispositif de rayonnement infrarouge est apte à émettre des rayonnements infrarouges de première et deuxième longueurs d'onde distinctes, et le capteur matriciel comprend des premier et deuxième jeux de 25 détecteurs infrarouges, adaptés respectivement pour discriminer les première et deuxième longueurs d'onde. Un système interactif comprend un écran interactif du type susmentionné et des premier et deuxième éléments pointeurs de caractéristiques optiques adaptées respectivement aux première et 30 deuxième longueurs d'onde. 2958426 Description sommaire des dessins D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation donnés à titre d'exemples non limitatifs et illustrés à l'aide des dessins annexés, 5 dans lesquels : la figure 1, précédemment décrite, représente schématiquement un écran interactif existant ; la figure 2 représente une vue en coupe schématique d'un premier mode de réalisation d'écran interactif multi-utilsateurs ; la figure 3 représente une vue en coupe schématique d'une variante d'écran interactif multi-utilsateurs ; la figure 4 représente une vue en coupe schématique d'une deuxième variante d'écran interactif multi-utilsateurs .; la figure 5 représente des spectres de sensibilité d'une 15 photodiode infrarouge en fonction de plusieurs diamètres de nanoparticule ; la figure 6 représente des spectres d'émission d'une diode électroluminescente infrarouge en fonction de plusieurs diamètres de nanoparticule ; 20 la figure 7 représente un exemple de matrice intégrant à la fois des émetteurs lumineux et infrarouges, et des photodiodes infrarouges ; la figure 8 représente une vue de dessus schématique d'un autre mode de réalisation d'écran interactif mufti-utilisateurs ; 25 - la figure 9 représente une vue en coupe de l'écran de la figure 9 ; et la figure 10 représente, en vue de coupe schématique, une variante de l'écran de la figure 9. 2958426 Description d'un mode de réalisation préféré de l'invention La figure 2 représente une vue en coupe schématique d'un mode de réalisation d'écran plat interactif multi-utilisateurs. On y retrouve des mêmes éléments qu'à la figure 1, désignés par des mêmes références, 5 notamment un afficheur de type LCD 10 disposé sur un module de rétro-éclairage 12, et une source de lumière blanche 14 éclairant une tranche du module 12. Disposé sous le module 12, un substrat 16, qui peut être un circuit imprimé comme à la figure 1, comprend une matrice d'émetteurs- 10 récepteurs infrarouges. Afin de différencier les utilisateurs, deux dans les exemples décrits ci-après, chaque émetteur infrarouge est prévu pour émettre au moins à deux longueurs d'onde de référence distinctes. Comme cela est représenté à titre d'exemple, un tel émetteur comprend deux diodes électroluminescentes (LEDs), 22a et 22b, dont chacune émet à l'une respective des deux longueurs d'onde de référence. Selon une alternative, chaque émetteur infrarouge pourrait comprendre une LED unique capable d'émettre dans un spectre infrarouge large couvrant les deux longueurs d'onde de référence.

Chaque récepteur infrarouge comprend deux photodiodes, 24a et 24b, dont les spectres de sensibilité sont adaptés respectivement pour discriminer les deux longueurs d'onde de référence. En d'autres termes, chaque photodiode est capable de détecter sa longueur d'onde de référence dans un rayonnement, malgré la présence de l'autre longueur d'onde de référence. Les spectres de sensibilité des photodiodes 24a et 24b, même s'ils ont été ajustés sur deux longueurs d'onde de référence, peuvent comporter, comme on le verra plus loin, une plage de sensibilité maximale commune. Pour un fonctionnement optimal du système, on prévoit un filtre entre le substrat 16 et le module de rétro-éclairage 12, atténuant le rayonnement des longueurs d'onde parasites, notamment celles pouvant nuire à l'effet de discrimination recherché.

Les éléments correspondant à une première longueur d'onde de référence sont représentés en pointillés, et les éléments correspondant à la deuxième longueur d'onde sont représentés en tirets. Les caractéristiques des photodiodes 24a et 24b et des LEDs 22a et 22b sont également adaptées dans le sens qu'elles permettent de discriminer de manière univoque des éléments pointeurs 20a et 20b. On a représenté ces deux éléments pointeurs à différencier en contact avec l'écran. L'un 20a ayant une signature différente de l'autre 20b dans l'espace des longueurs d'onde caractéristiques associées aux 10 LEDs 22a et photodiodes 24a d'un coté, et aux LEDs 22b et photodiodes 24b de l'autre. Dans le cas idéal, le pointeur 20a est associé à la longueur d'onde des LEDs 22a et photodiodes 24a, l'autre 20b est associé à la longueur d'onde des LEDs 22b et photodiodes 24b. 15 L'adaptation des éléments pointeurs 20a et 20b aux deux longueurs d'onde est réalisé en sélectionnant les propriétés optiques de ces éléments. Cette adaptation est réalisée ici en ajustant le spectre d'absorption de chaque élément pointeur à la longueur d'onde de référence qui lui est associée. Comme on le verra ultérieurement, cette 20 solution est plus simple que d'ajuster les propriétés de réflexion des éléments pointeurs. Ainsi dans un cas idéal, l'élément 20a absorbe le rayonnement des LEDs 22a, et réfléchit le rayonnement des LEDs 22b. Le rayonnement réfléchi par l'élément 20a est capté par des photodiodes 25 complémentaires 24b, tandis que les photodiodes associées 22a y sont relativement insensibles (ce qui est représenté par un rayon réfléchi se terminant par un trait en travers). La position de l'élément pointeur 20a est ainsi détectée par la photodiode complémentaire 24b la plus excitée, à proximité d'une 30 photodiode associée 24a moins excitée. Pour une détection de l'élément pointeur 20b, le fonctionnement est complémentaire de celui décrit pour l'élément 20a.

En l'absence d'élément pointeur, le rayonnement infrarouge produit par les LEDs 22 traverse l'écran sans être réfléchi vers les photodiodes 24. Les photodiodes 24a et 24b sont toutes non excitées.

Si on place sur l'écran un élément qui n'est adapté à aucune des deux longueurs d'onde, il réfléchit le rayonnement aux deux longueurs d'onde avec une signature différente des signatures des pointeurs 20, et sa position est détectée par le couple de photodiodes complémentaires 24a et 24b le plus excité. On s'aperçoit que l'on peut ainsi différencier un troisième élément pointeur ou utilisateur. De façon plus générale, si on souhaite un écran interactif permettant de différencier N éléments pointeurs ou utilisateurs, on prévoit N longueurs d'onde de référence distincts dans l'infrarouge correspondant respectivement aux N spectres d'absorption des objets, aux N spectres d'émission des LEDs, et aux N spectres de sensibilité des photodiodes. Alors, la présence d'un élément pointeur associé à une longueur d'onde de référence i est détectée par les N-i photodiodes complémentaires les plus excitées dans le voisinage d'une photodiode associée non excitée. Si N photodiodes complémentaires sont toutes excitées, c'est qu'on est en présence d'un N+1-ième élément pointeur qui n'est associé à aucun des N longueurs d'onde de référence. Par extension, on peut également envisager de différencier N éléments pointeurs ou utilisateurs, en prévoyant de distinguer de manière univoque leurs signatures spectrales avec un système de codage utilisant M longueurs d'onde de référence distincts dans l'infrarouge, associées aux M spectres d'émission des LEDs et aux M spectres de sensibilité des photodiodes. Dans ce cas, la présence d'un élément pointeur associé à une signature est détectée par un ensemble spatialement cohérent de photodiodes les plus excitées caractérisant cette signature. Suivant le nombre de longueurs d'onde caractéristiques, on peut utiliser ce principe pour caractériser plus ou moins finement les signatures spectrales de tout objet en contact ou à proximité de la surface interactive même si celui-ci n'est pas destiné à être utilisé comme un pointeur du système interactif. Les éléments pointeurs sont ainsi différenciés par leurs propriétés optiques. Pour interagir avec l'écran, les utilisateurs manipuleront des éléments pointeurs ayant les propriétés optiques requises, ces éléments pointeurs pouvant être sous la forme de stylets, de gants, ou autres objets fàcilement manipulables. La figure 3 représente une vue en coupe schématique d'une variante d'écran interactif multi-utilisateurs. Le substrat 16 de la figure 2 a été remplacé par un substrat 16' ne comprenant que les photodiodes infrarouges 24a et 24b, disposées en matrice. L'éclairage infrarouge est assuré par un module de rétro-éclairage infrarouge 26 disposé entre le substrat 16' et le module de rétro-éclairage en lumière blanche. 12. Une source de rayonnement infrarouge 22, comprenant une ou plusieurs LEDs émettant aux deux longueurs d'onde de référence, éclaire une tranche du module 26. Ce module de rétro-éclairage 26 est prévu pour renvoyer le rayonnement de la source 22 perpendiculairement à l'écran, à travers l'afficheur LCD 10. Le filtre 25 est placé entre le substrat 16' et le module 26.

Cette variante permet d'utiliser un nombre réduit de LEDs infrarouges, et d'augmenter la résolution de la matrice de photodiodes par rapport au mode de réalisation de la figure 2. La figure 4 représente une vue en coupe schématique d'une variante du mode de réalisation de la figure 3. Les modules de rétro-éclairage 12 et 26 de la figure 3 ont été fusionnés en un module de rétro-éclairage combiné unique 26'. La figure 5 représente différents spectres de sensibilité normalisés que l'on peut obtenir avec des photodiodes infrarouges organiques, tel que cela est décrit dans un article de Nature Photonics, intitulé « Near- infrared imaging with quantum-dot-sensitized organic photodiodes », paru en ligne le 17 mai 2009. On a représenté quatre spectres de sensibilité correspondant à quatre photodiodes infrarouges. Les photodiodes ont une même structure générale comprenant une couche d'hétérojonction à base de deux polymères semi-conducteurs de types opposés, disposée sur une couche intermédiaire destinée à favoriser le contact avec une électrode. La couche intermédiaire comprend ici un mélange de deux polymères conducteurs : le poly(3,4-ethylènedioxythiophène) (PEDOT en abrégé) et le poly(styrènesulphonate) (PSS en abrégé). Les polymères semi-conducteurs de la couche d'hétérojonction sont ici le [6,6]-phényl-C61-butyrate de méthyle (semi-conducteur de type n de dénomination abrégée PCBM), et le poly(3-hexylthiophène) (semi- 10 conducteur de type p de dénomination abrégée P3HT). Le réglage du spectre de sensibilité de la photodiode est obtenu en intégrant des nanoparticules (ou « quantum dots » en anglais) colloïdales en PbS dans la couche d'hétérojonction. Comme cela est représenté, la position spectrale d'un maximum local de sensibilité au- 15 dessus de 1 pm est réglé par le simple choix du diamètre des nanoparticules. On a représenté les spectres de sensibilité obtenus pour des diamètres de 4,4, 4,6, 4,8 et 5,2 nm. On remarque aussi dans cette figure que les photodiodes deviennent toutes sensibles à des longueurs d'onde inférieures à 1 pm. Dans le cas 20 où de telles longueurs d'onde seraient émises par les LEDs infrarouge, ou seraient présentes dans l'environnement de l'écran, on prévoit un filtre 25 atténuant les longueurs d'onde inférieures ou égales à 1 pm. De manière générale, le filtre 25 est de préférence prévu pour atténuer toute longueur d'onde parasite présente dans 25 l'environnement de l'écran et pouvant nuire à l'effet discriminant recherché. La figure 6 représente différents spectres d'émission que l'on peut obtenir avec des LEDs infrarouges, tel que cela est décrit dans un article de Pennsylvania State University, 16802, intitulé « Development 30 of Silicon Integrated Infrared Quantum Dot Light Emitting Diodes ». Les LEDs ont une même structure générale comprenant une couche luminophore en polymère semi-conducteur de type p, disposée sur une couche de PEDOT. Le polymère luminophore est ici le poly[2-méthoxy-5-(2-éthyl-hexyloxy)-1,4-phénylène-vinylène] (ou MEH-PPV en abrégé).

Le réglage de la longueur d'onde d'émission de la LED est obtenue en intégrant des nanocristaux (ou « nanocrystal quantum dots ») de PbSe dans la couche luminophore. Les nanocristaux provoquent un phénomène de photoluminescence dont le spectre est centré sur une longueur d'onde qui dépend du diamètre des nanocristaux. On a représenté les spectres d'émission obtenus pour des diamètres de 5, 6 et 7,8 nm. Les enseignements combinés des figures 5 et 6 démontrent qu'il est possible d'associer de manière précise des photodiodes et des LEDs 1 o dans un large spectre du domaine infrarouge. De préférence, afin que l'écran interactif soit utilisable à la lumière du jour, les longueurs d'onde seront choisies dans des plages où l'atmosphère absorbe le rayonnement infrarouge du soleil, par exemple autour de 1,4 pm et autour de 1,9 pm. 15 Afin d'adapter les caractéristiques optiques des éléments pointeurs aux longueurs d'onde de référence choisies pour les photodiodes et les LEDs, il est possible de revêtir les éléments pointeurs d'une couche présentant un spectre d'absorption dont le maximum se situe au niveau de la longueur d'onde choisie. 20 Comme le montrent les spectres de sensibilité de la figure 5, la sensibilité des photodétecteurs ne diminue pas significativement pour les longueurs d'onde inférieures à la longueur d'onde de référence choisie. Cela peut nuire à la précision de la détection des éléments pointeurs dans certaines circonstances. Pour améliorer la situation, 25 chaque photodiode est de préférence munie d'un filtre individuel, conçu pour atténuer les longueurs d'onde inférieures à la longueur d'onde de référence associée à la photodiode. On a décrit la réalisation d'une matrice de photodiodes et de LEDs infrarouges sur un substrat 16, 16', qui peut être un circuit imprimé 30 comme dans l'écran « ThinSight » de la figure 1. Toutefois, la technologie des circuits imprimés ne permet pas d'atteindre des résolutions fines, et elle devient coûteuse pour des écrans de grande surface.

De préférence les photodiodes infrarouges et, le cas échéant, les LEDs infrarouges sont réalisées par des techniques d'impression, par exemple à jet d'encre ou par d'autres techniques bas-coût de dépôt de matière. De telles technologies sont justement bien adaptées à la réalisation de photodiodes et LEDs organiques, telles que décrites dans les articles mentionnés en relation avec les figures 5 et 6. L'article de Nano Letters intitulé « Contact Printing of Quantum Dot Light-Emitting Devices », paru en ligne le 18 novembre 2008, décrit la réalisation de LEDs dans le spectre visible à base de nanoparticules par impression jet d'encre. Les enseignements de cet article sont transposables à la réalisation des photodiodes et LEDs infrarouges. Les photodiodes et LEDs peuvent ainsi être imprimées directement sur la face arrière du module de rétro-éclairage 12 ou 26, ou bien sur le filtre 25. On réduit l'encombrement par rapport à l'utilisation d'un circuit imprimé, ainsi que le coût surfacique de la matrice. En outre, on peut obtenir une résolution nettement plus fine qu'avec des éléments discrets montés sur un circuit imprimé. Jusqu'à maintenant on a décrit un écran interactif associé à un afficheur LCD. Bien entendu, le type d'affichage peut être autre, voire inexistant. S'il est inexistant, on peut prévoir une surface d'interaction sous forme d'une plaque transparente aux infrarouges, comportant des motifs fixes servant de repères pour saisir des commandes tactiles. L'afficheur 10 peut être de type à LEDs organiques, ou OLED, auquel cas les OLEDs peuvent elles aussi être réalisées par impression jet d'encre. Il en résulte que tous les éléments actifs de l'écran peuvent être réalisés par impression jet d'encre et que l'écran peut être de taille quelconque et de coût constant par unité de surface. La figure 7 représente un exemple de structure de matrice, réalisable par impression jet d'encre, regroupant tous les éléments actifs de l'écran interactif. La matrice comprend des rangées impaires et paires différentes. Une rangée impaire comprend successivement : • une OLED hybride émettant à la fois dans le rouge (R) et l'infrarouge (IR) dans un spectre incluant les deux longueurs d'onde de référence, • une photodiode 22a associée à la première longueur d'onde de référence, • une OLED verte (G), • de nouveau une photodiode 22a, • une OLED bleue (B), et • une troisième photodiode 22a. 10 Ce motif est répété de proche en proche le long de la rangée impaire. Une rangée paire comprend successivement : • une photodiode 22b associée à la deuxième longueur d'onde de référence, • une OLED bleue (B), 15 • de nouveau une photodiode 22b, ^ une OLED hybride R/IR, • une troisième photodiode 22b, • une OLED verte (G). Ce motif est répété de proche en proche le long de la rangée paire. 20 On choisit de faire une OLED hybride rouge/infrarouge, car les longueurs d'onde en question sont voisines. Il en résulte qu'il doit être possible de réaliser une OLED unique à spectre large couvrant les longueurs d'onde requises, ou du moins réaliser deux OLEDs adjacentes rouge et infrarouge qui n'interfèrent pas l'une sur l'autre. 25 La figure 8 représente, en vue de dessus schématique, un autre mode de réalisation d'écran interactif multi-utilisateurs. La figure 8 montre en particulier une matrice d'émetteurs et capteurs infrarouges, adaptable à un afficheur non représenté. Chaque rangée de la matrice comprend un guide d'onde 30 éclairé à une première extrémité par des LEDs 22 émettant aux deux longueurs d'onde de référence. Deux photodiodes 24, adaptées respectivement aux deux longueurs d'onde de référence, sont placées pour capter le rayonnement sortant par la deuxième extrémité du guide d'onde 30. Cette deuxième extrémité du guide d'onde est, le cas échéant, munie d'un filtre, dont le rôle a été décrit précédemment.

Un obturateur optique 32 est placé à chaque intersection d'un guide d'onde 30 avec une colonne de la matrice. Un tel obturateur optique est disposé au niveau de la paroi supérieure du guide d'onde et il modifie localement les propriétés optiques de la paroi du guide d'onde afin de permettre au rayonnement « emprisonné » dans le guide d'onde de sortir en réponse à un signal de basculement. Un même signal de basculement est fourni à tous les obturateurs d'une même colonne par un circuit de décodage de colonne 34. Le circuit de décodage 34 active une seule colonne à la fois, à tour de rôle. De tels obturateurs optiques sont classiquement utilisés pour des afficheurs matriciels. La société Unipixel propose un afficheur à obturateurs optiques réalisés en technologie MEMS. A l'ouverture d'un obturateur, un élément est mis en contact avec la paroi du guide d'onde, qui modifie l'incidence des rayons frappant la paroi au niveau de l'obturateur. La société Liquavista propose un afficheur à obturateurs optiques à électro-mouillage. La figure 9 représente une vue en coupe de la matrice de la figure 8, à l'aide de laquelle on comprendra mieux le fonctionnement de l'écran. On n'a pas représenté d'afficheur. Les obturateurs optiques 32 sont représentés schématiquement sous la forme de trappes fermées et ouvertes dans la paroi supérieure d'un guide d'onde 30. Les caractéristiques physiques et optiques du guide d'onde 30 sont telles que les rayonnements émis par les LEDs 22 sont en permanence réfléchis ,par les parois du guide. Un obturateur optique ouvert modifie localement les propriétés de la paroi de sorte qu'elle ne réfléchisse pas le rayonnement, mais permette au rayonnement de traverser la paroi, comme cela est représenté au centre et à la droite de la figure 9. Dans le cas où un obturateur ouvert (au centre de la figure) n'est pas recouvert par un objet, les rayonnements des deux longueurs d'onde de référence s'échappent du guide d'onde. II en résulte une diminution de l'éclairage des deux photodiodes 24. On détermine ainsi que le pixel correspondant à la rangée du guide d'onde et à la colonne de l'obturateur ouvert n'est pas en face d'un objet.

Dans le cas où un élément pointeur 20b, correspondant à une première des longueurs d'onde de référence, se trouve au-dessus de l'obturateur ouvert (à droite de la figure 9), cet élément absorbe la première longueur d'onde, et renvoie la deuxième longueur d'onde vers le guide d'onde. Il en résulte une plus forte diminution de l'intensité reçue par la photodiode 24 associée à la première longueur d'onde, et une diminution moindre de l'intensité reçue par la photodiode complémentaire. On détermine ainsi que le pixel correspondant à la rangée du guide d'onde et à la colonne de l'obturateur ouvert est en face d'un l'élément pointeur associé à la première longueur d'onde. Le fonctionnement est complémentaire pour un élément pointeur associé à la deuxième longueur d'onde de référence. Dans le cas où l'on place au niveau de l'obturateur ouvert un élément qui n'est associé à aucune des longueurs d'onde de référence, cet élément réfléchit les deux longueurs d'onde. Il en résulte que les deux photodiodes 24 ne voient aucune variation d'intensité, ce qui permet de déterminer que l'élément est d'un troisième type, sa position étant déterminée comme pour les cas précédents. Ce cas se produirait également si tous les obturateurs 32 du même guide d'onde étaient fermés, mais cela correspond à une situation transitoire à la mise sous tension de l'écran. A côté des LEDs infrarouges 22 éclairant une extrémité des guides d'onde 30, ou bien à côté des photodiodes 24, on peut prévoir des LEDs rouges, vertes et bleues destinées à former une image visible, conformément à la technologie Unipixel, par exemple. Ces LEDs dans le domaine visible n'interfèrent pas avec les LEDs et photodiodes infrarouges. Dans ce cas, à chaque ouverture d'un obturateur pour afficher un pixel dans le domaine visible, on opère en même temps une détection infrarouge de la présence d'un élément pointeur. La matrice à guides d'onde 30 et à obturateurs optiques 32 est utilisée ici à la fois comme émetteur matriciel infrarouge, voire comme afficheur dans le domaine visible, et comme capteur matriciel, ou imageur, infrarouge.

Du fait cette structure et de son mode opératoire, le nombre de LEDs et de photodiodes requis est nettement inférieur à celui d'une structure matricielle classique. Si l'on veut réduire davantage le nombre de LEDs et photodiodes, on peut envisager un guide d'onde unique occupant toute la surface de l'écran. On prévoit alors une seule LED et une seule photodiode de chaque type, disposées en bord du guide d'onde. On préférera en prévoir plusieurs pour mieux répartir l'éclairage et la détection. Les obturateurs 32 sont alors commandés de manière individuelle au lieu d'être commandés colonne par colonne. En d'autres termes, une image est analysée pixel par pixel au lieu d'être analysée colonne par colonne. La figure 10 représente une variante de l'écran interactif des figures 9 et 10. La matrice de guides d'onde 30 à obturateurs optiques 32 est utilisée seulement comme capteur infrarouge matriciel. On retrouve, sous les guides d'onde 30, comme aux figures 3 et 4, un substrat 16' comportant une matrice classique de photodiodes infrarouges 22a et 22b. Un afficheur LCD 10 est disposé sur les guides d'onde 30. Les obturateurs optiques 32 sont transparents. Dans la figure 9, les rayons restent prisonniers des guides d'onde 30 par le fait qu'ils ont un angle d'incidence avec les parois des guides d'onde tel qu'ils sont réfléchis (sauf au niveau d'un obturateur ouvert). Ici, l'incidence des rayons émis par les LEDs 22a et 22b est telle que les rayons traversent les guides d'onde 30 et les obturateurs 32. Un rayon réfléchi par un objet en contact avec l'écran 10 revient vers les guides d'onde 30 avec un angle d'incidence tel qu'il traverse les guides d'onde. En revanche, un obturateur 32 ouvert a des propriétés telles qu'un rayon pénétrant avec des caractéristiques d'incidence requises se retrouve prisonnier du guide d'onde et finit par parvenir aux photodiodes placées en bout du guide d'onde. Compte tenu de ce comportement, on comprend que la détection de la nature et de la position des éléments pointeurs en contact avec l'écran s'opère de la même manière qu'à la figure 9. En remplaçant les photodiodes infrarouges 24 par des photodiodes 1 o sensibles au rouge, au vert et au bleu, on réalise par ce principe un capteur d'image dans le domaine visible. En outre, la lumière captée par chaque pixel est renvoyée en bout de guide d'onde vers trois photodiodes de couleurs distinctes (RVB), d'où il résulte une précision de couleurs nettement supérieure à ce qu'on peut obtenir avec une 15 matrice classique, par exemple à motif Bayer, où chaque pixel est analysé par une photodiode d'une seule couleur. Par ailleurs, les photodiodes analysant les pixels d'une rangée étant les mêmes, il n'y a pas d'erreur de mesure provoquée par une dispersion des caractéristiques d'un pixel à l'autre. 20

Claims (7)

1. Revendications1. Ecran interactif comprenant : une surface d'interaction (10); un dispositif de rayonnement infrarouge (22) éclairant la surface d'interaction ; ^ un capteur matriciel infrarouge (16, 16'), agencé pour localiser des variations d'éclairage infrarouge en des points à proximité de la surface d'interaction ; caractérisé en ce que : le dispositif de rayonnement infrarouge est apte à émettre des rayonnements infrarouges de première et deuxième longueurs d'onde distinctes ; et ^ le capteur matriciel comprend des premier (24a) et deuxième (24b) jeux de détecteurs infrarouges, adaptés respectivement pour discriminer les première et deuxième longueurs d'onde.
2. 2. Système interactif caractérisé en ce qu'il comprend : un écran interactif selon la revendication 1 ; et ^ des premier (20a) et deuxième (20b) éléments pointeurs de caractéristiques optiques adaptées respectivement aux première et deuxième longueurs d'onde.
3. 3. Ecran selon la revendication 1, caractérisé en ce que le capteur matriciel comprend des photodiodes infrarouges agencées dans une matrice définissant la surface d'interaction.
4. 4. Ecran selon la revendication 3, caractérisé en ce que le dispositif de rayonnement infrarouge comprend des diodes électroluminescentes agencées dans une matrice définissant la surface d'interaction.
5. 5. Ecran selon la revendication 4, caractérisé en ce que la matrice comprend en outre des diodes électroluminescentes de spectre visible. 17
6. 6. Ecran selon la revendication 3, caractérisé en ce que le dispositif de rayonnement infrarouge comprend un module de rétro-éclairage (26), éclairé sur un bord par des diodes électroluminescentes.
7. 7. Ecran selon la revendication 1, caractérisé en ce que le capteur matriciel comprend : ^ un guide d'onde (30) sensiblement parallèle à la surface d'interaction ; deux photodiodes (24) adaptées respectivement aux première et deuxième longueurs d'onde, agencées pour capter un rayonnement sortant du guide d'onde ; et ^ une série d'obturateurs optiques (32) disposés sur une paroi du guide d'onde orientée vers la surface d'interaction, chaque obturateur ayant une position fermée n'affectant pas les propriétés optiques de la paroi, et une position ouverte affectant localement les propriétés optiques de la paroi. 10. Ecran selon la revendication 7, caractérisé en ce que le capteur matriciel comprend un guide d'onde (30) par rangée, chaque obturateur (32) du guide d'onde étant associé à une colonne respective du capteur matriciel. 11. Ecran selon la revendication 7, caractérisé en ce que le dispositif de rayonnement infrarouge comprend le guide d'onde et des diodes électroluminescentes agencées pour éclairer une extrémité du guide d'onde. 12. Ecran selon la revendication 1, caractérisé en ce que les détecteurs infrarouges (24) et le dispositif de rayonnement infrarouge (22) comprennent chacun des nanoparticules aptes à ajuster le spectre de sensibilité des détecteurs et le spectre d'émission du dispositif de rayonnement. 13. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que les éléments pointeurs (20) comprennent un revêtement présentant un spectre d'absorption dont le maximum se situe au niveau de la première et de la deuxième longueur d'onde, respectivement.