FR2971867A1

FR2971867A1 - Interface capacitive gestuelle a commutation de mode de mesure.

Info

Publication number: FR2971867A1
Application number: FR1151386A
Authority: FR
Inventors: Christophe Blondin; Christian Neel; Didier Roziere
Original assignee: Nanotec Solution SAS
Current assignee: Quickstep Technologies LLC
Priority date: 2011-02-21
Filing date: 2011-02-21
Publication date: 2012-08-24
Anticipated expiration: 2031-02-21
Also published as: FR2971867B1; EP2678763A1; WO2012114008A1

Abstract

L'invention concerne un dispositif d'interface de commande comprenant (i) une pluralité d'électrodes capacitives disposées de telle sorte à couvrir une surface de détection, (ii) des moyens électroniques de mesure capacitive aptes à produire des informations de distance et/ou de contact entre au moins un objet de commande et des électrodes capacitives, et (iii) des moyens de commutation aptes à configurer lesdits moyens électroniques de mesure capacitive de telle sorte à permettre des mesures directes de capacité, et des mesures de variation de capacités de couplage, les moyens électroniques de mesure capacitive étant au moins en partie référencés à un potentiel électrique de référence flottant lors des mesures directes de capacité. L'invention concerne aussi un procédé mis en œuvre dans ce dispositif ou cet appareil.

Description

-1- « Interface capacitive gestuelle à commutation de mode de mesure »

Domaine technique La présente invention concerne un dispositif d'interface de commande sensible au mouvement et/ou au contact d'au moins un objet de commande, telle qu'une interface gestuelle. Le domaine de l'invention est plus particulièrement mais de manière non limitative celui des surfaces tactiles et à détection de proximité capacitives 10 utilisées en particulier pour les commandes d'interface homme machine. Etat de la technique antérieure Un grand nombre d'interfaces tactiles et gestuelles utilisent des technologies capacitives. La surface tactile est équipée d'électrodes conductrices reliées à des moyens électroniques qui permettent de mesurer la 15 variation des capacités apparaissant entre des électrodes et l'objet à détecter pour effectuer une commande. Cet objet, ou objet de commande, peut être par exemple un doigt ou un stylet. Les techniques capacitives actuellement mises en oeuvre dans des 20 interfaces tactiles utilisent le plus souvent deux couches d'électrodes conductrices en forme de lignes et de colonnes. L'électronique mesure les capacités de couplage qui existent entre ces lignes et colonnes. Lorsqu'un doigt est très proche de la surface active, les capacités de couplage à proximité du doigt sont modifiées et l'électronique peut ainsi localiser la 25 position en 2D (XY), dans le plan de la surface active. Ces technologies basées sur des mesures de capacités de couplage sont souvent appelées en Anglais « mutual capacitance ». Elles permettent de détecter la présence et la position d'un doigt au travers d'un diélectrique de faible épaisseur. Elles ont l'avantage de permettre une très bonne résolution 30 pour la localisation dans le plan (XY) de la surface sensible d'un ou de plusieurs doigts ou autres objets de commande. Elles permettent également avec un logiciel de traitement approprié de gérer un grand nombre d'objets de commande si la surface de l'interface est suffisamment grande. Ces techniques ont toutefois l'inconvénient de générer par principe des 35 capacités de fuite importantes au niveau des électrodes de mesure et de -2- l'électronique. En effet la détection d'un doigt est réalisée en mesurant la variation de la capacité de couplage créée entre chaque ligne et colonne dont l'une est émettrice d'un signal électrique et l'autre réceptrice du signal à détecter. Ce signal est proportionnel à la capacité entre les lignes et les colonnes sélectionnées. Lorsque qu'un doigt est très proche de l'intersection du couple ligne et colonne concerné, la capacité de couplage est réduite et la détection du doigt est réalisée. Ces capacités de couplage importantes - même sans présence de l'objet à détecter - peuvent de plus dériver dans le temps du fait du vieillissement, de la déformation des matériaux, ou de l'effet de la variation de la température environnante. Ces variations peuvent dégrader la sensibilité des électrodes, voire déclencher intempestivement des commandes. C'est une des raisons pour lesquelles ces technologies ne peuvent détecter le plus souvent que le contact des objets de commande et non leur approche car il est nécessaire de créer de grandes variations de capacité, bien supérieures aux dérives, pour éviter tout artefact de détection. On connait également des techniques permettant de mesurer la capacité qui apparaît entre des électrodes réparties par exemple sur une surface active et un objet à détecter. Les électrodes sont scrutées séquentiellement par une électronique de mesure qui détermine la capacité, et donc une information de distance, entre les électrodes et le ou les objet(s) à détecter. Ces techniques dites de mesure directe de capacité sont souvent appelées en Anglais « self capacitance ». Ces techniques de mesure directe de capacité sont bien adaptées aux interfaces de commande capacitives nécessitant peu d'électrodes, comme par exemple des interfaces dont la surface active est de relativement petite taille. Par contre, pour des surfaces sensibles de plus grande taille, le nombre d'électrodes nécessaire pour recouvrir toute la surface devient en général trop important pour pouvoir être géré avec des temps de réaction raisonnables par un circuit électronique miniature. Il est également possible d'utiliser des électrodes en structure ligne et colonne avec des techniques de mesure directe de capacité. Les électrodes en lignes et colonnes sont alors utilisées comme électrodes indépendantes et permettent une mesure sans contact ou gestuelle à grande distance (détection d'un doigt à plusieurs centimètres). 2971867 -3- Toutefois, un autre problème apparait lorsque l'on souhaite détecter plus d'un objet. En effet, la mesure nécessite la scrutation de chaque ligne et chaque colonne, ce qui entraîne l'apparition dans la mesure d'objets virtuels appelés fantômes. Ces fantômes empêchent la localisation absolue de 5 plusieurs objets sur la surface sensible. Pour détecter plusieurs objets à distance (en 3D), l'idéal serait une solution qui permettrait de conserver sur le même système les avantages des deux principes de mesure directe de capacité (« self capacitance ») pour la détection de proximité et de mesure de capacités de couplage (« mutual 10 capacitance ») pour détecter plusieurs objets sans fantôme. On connaît le document US 2010/0328262 de Huang et al. qui divulgue un dispositif d'interface capacitive permettant de fonctionner selon les deux modes de mesure directe de capacité ou de mesure de capacités de couplage (« self capacitance » ou « mutual capacitance ») et de commuter entre les 15 deux. Le passage en mode de mesure de capacité de couplage est utilisé précisément pour lever l'ambigüité due aux fantômes lorsque deux objets sont détectés. De par la technologie de détection mise en oeuvre, le dispositif est toutefois limité aux mesures de contact. En outre, la présence des électrodes 20 croisées perturbe fortement les mesures dans le mode de mesure directe de capacité, car les capacités de couplage entre pistes demeurent présentes et deviennent des capacités parasites qui sont compensées électroniquement, avec tous les risques de dérive et de bruit électronique que cela entraîne. On connaît également le document US2011/0007021 de Bernstein et al. 25 qui divulgue une interface capacitive capable de détecter un doigt à proximité ou sur une surface sensible. Le dispositif comprend un réseau d'électrodes en lignes et colonnes pouvant fonctionner selon un mode de mesure directe de capacité et un mode de mesure de capacités de couplage. La portée du dispositif est améliorée par l'utilisation d'une électrode de garde soumise à un 30 potentiel alternatif. L'utilisation d'une telle garde active est une technique bien connue en métrologie capacitive pour diminuer les capacités parasites et en conséquence améliorer la sensibilité de mesure. Mais cette technique seule n'est pas suffisante pour permettre des mesures à grande distance. -4- On connaît par ailleurs le document FR 2 844 349 de Rozière qui divulgue un détecteur capacitif de proximité comprenant une pluralité d'électrodes indépendantes, qui permet de mesurer la capacité et la distance entre les électrodes et un objet à proximité.

Cette technique permet d'atteindre des portées ou des étendues de mesure importantes, tout en permettant des mesures de distance précises. Ces résultats sont atteints grâce à l'utilisation d'une électronique de détection flottante qui permet de maintenir les électrodes de mesure et de garde à un même potentiel flottant par rapport à la terre, et d'éliminer les capacités de couplage parasites. Cette électronique de détection flottante est décrite en détail dans le document FR 2 756 048 de Rozière. Le but de la présente invention est de proposer une solution qui permette de gérer des électrodes capacitives selon des modes de mesure directe de capacités et de mesure de capacités de couplage avec un même circuit électronique, tout en garantissant des performances optimales en termes de sensibilité de détection et de précision pour les mesures à distance, ainsi que de résolution. Exposé de l'invention Cet objectif est atteint avec un dispositif d'interface de commande 20 comprenant : - une surface de détection, - une pluralité d'électrodes capacitives disposées de telle sorte à couvrir sensiblement ladite surface de détection, - des moyens électroniques de mesure capacitive aptes à produire des 25 informations de distance et/ou de contact entre au moins un objet de commande et des électrodes capacitives, - des moyens de commutation aptes à configurer lesdits moyens électroniques de mesure capacitive de telle sorte à permettre soit des mesures directes de capacité entre des électrodes capacitives et un ou des 30 objet(s) de commande, et des mesures de variation de capacités de couplage entre des électrodes capacitives d'excitation et de mesure, caractérisé en ce que lesdits moyens électroniques de mesure capacitive sont au moins en partie référencés à un potentiel électrique de référence flottant par rapport à un potentiel de masse lors des mesures directes de 35 capacité. 2971867 -5- De préférence, le potentiel flottant est un potentiel alternatif. Il est dit flottant par rapport à un potentiel de masse dans la mesure où il n'est pas référencé (sur le plan électrique) à ce potentiel de masse, ou dans la mesure où il est variable (de manière définie ou indéfinie) par rapport à ce potentiel 5 de masse. Le potentiel de masse peut être la masse du dispositif, ou une terre, ou tout potentiel référencé électriquement à une masse du dispositif, mais éventuellement différent de celui-ci. Les objets de commande peuvent être par exemple un doigt ou un 10 stylet. Une action effectuée par un utilisateur avec deux ou plusieurs doigts est donc « vue » par le dispositif comme l'action de plusieurs objets de commande. Ces objets de commande peuvent, sans perte de généralité, être considérés comme référencés à la masse du dispositif ou à la terre. L'utilisation d'un circuit de détection à un potentiel électrique flottant 15 permet d'éliminer les capacités de couplage parasites entre éléments qui « flottent » tous sur le plan électrique à la même tension, et ainsi d'obtenir une sensibilité et une précision de mesure inatteignable avec un circuit de détection référencé à la terre. Cela permet notamment une détection précise d'objets de commande à des distances importantes.

Suivant un mode de réalisation ou de configuration du dispositif selon l'invention, les moyens de mesure capacitive peuvent être référencés à un potentiel électrique de référence fixé par rapport au potentiel de masse lors des mesures de capacités de couplage. Ce potentiel électrique de référence peut être aussi égal au potentiel de masse ou référencé à un potentiel de masse. Dans ce cas, le mode de mesure de capacités de couplage fonctionne selon un schéma plus classique mais suffisant pour détecter des contacts entre des objets de commande et la surface de détection par exemple. Suivant un autre mode de réalisation ou de configuration de dispositif selon l'invention, les moyens de mesure capacitive peuvent au moins en partie être référencés à un potentiel électrique de référence flottant par rapport au potentiel de masse lors des mesure de capacités de couplage. Dans ce cas, les moyens de mesure capacitive comprennent une partie référencée à un potentiel électrique de référence flottant dans les deux modes 2971867 -6- de mesure (mesures de capacités directes et mesures de capacité de couplage). Le dispositif selon l'invention peut comprendre en outre des moyens de commutation agencés de telle sorte à relier au moins une électrode capacitive 5 d'excitation à un potentiel électrique fixé par rapport au potentiel de masse lors des mesures de capacités de couplage. Dans ce cas, avec une partie de détection référencée à un potentiel électrique de référence flottant, un objet de commande et les électrodes d'excitations sont « vues » par la détection flottante comme des éléments 10 sensiblement à la masse dont on mesure des capacités de couplage en parallèle sur l'électrode de mesure. On obtient ainsi une meilleure sensibilité et une meilleure portée de détection dans ce mode de mesures de capacités de couplage. Le dispositif selon l'invention peut comprendre en outre des moyens de 15 commutation agencés de telle sorte à permettre un changement de potentiel électrique de référence, entre un potentiel flottant et un potentiel fixé par rapport au potentiel de masse. L'invention permet de mettre en oeuvre une électronique de détection flottante particulièrement efficace pour les mesures à grande distance, et de 20 la combiner avantageusement avec des modes de détection de capacités de couplage qui permettent une détection sans ambigüité de plusieurs objets de commande à courte distance. L'invention étend ainsi le champ d'application de cette technique de mesure par détection flottante dont l'un des objectifs tel que décrit dans l'art 25 antérieur est précisément d'éliminer les capacités de couplage entre électrodes voisines ou entre les électrodes et l'environnement. En outre, l'invention décrit un mode de mise en oeuvre d'une détection flottante pour des mesures de capacités de couplage original au vu de l'art antérieur. 30 Enfin, il est à noter que les différentes configurations de l'invention peuvent être mises en oeuvre dans un même dispositif, avec des moyens de commutation tels que des commutateurs ou switchs analogiques pour passer d'une configuration à l'autre. 2971867 -7- Bien entendu, un dispositif selon l'invention peut être aussi réalisé de telle sorte à n'implémenter qu'une partie des modes de fonctionnement possibles. Le dispositif selon l'invention peut comprendre en outre une électrode de 5 garde à un potentiel électrique de référence disposée à proximité des électrodes capacitives, selon leur face opposée à la surface de détection. Suivant les configurations, cette électrode de garde peut être au potentiel flottant ou au potentiel fixé par rapport au potentiel de masse. Elle permet de s'affranchir dans une large mesure des perturbations de 10 l'environnement en particulier de celles dues au dispositif comprenant l'interface. Le dispositif selon l'invention peut comprendre en outre des moyens de scrutation permettant : - lors des mesures directes de capacité, de sélectionner au moins une 15 électrode capacitive de mesure de telle sorte à permettre des mesures de capacité entre cette ou ces électrode(s) de mesure et le ou les objet(s) de commande, - lors des mesures de capacités de couplage, de sélectionner au moins une électrode capacitive d'excitation et au moins une électrode capacitive de 20 mesure, de telle sorte à permettre des mesures de variation de capacité de couplage entre lesdites électrodes capacitives d'excitation et de mesure, - de relier les électrodes capacitives non sélectionnées au potentiel de référence. Ainsi, les électrodes non sélectionnées contribuent à la garde, ce qui 25 permet en particulier dans le mode de mesure directe de capacité d'annuler les capacités parasites et d'optimiser la sensibilité. Suivant des modes de réalisation, le dispositif selon l'invention peut en outre comprendre : - des électrodes capacitives disposées sensiblement selon deux directions 30 croisées ; - des électrodes capacitives disposées selon deux couches superposées, lesquelles couches comprenant, respectivement, des électrodes selon une première direction et des électrodes selon une seconde direction ; 2971867 -8- - des électrodes capacitives disposées selon une couche, lesquelles électrodes comprenant des éléments reliés par des connexions en pont selon, respectivement, une première direction et une seconde direction ; - des électrodes capacitives agencées selon des lignes et des colonnes ; 5 - des électrodes capacitives comprenant une pluralité de surfaces reliées électriquement entre elles, lesquelles surfaces pouvant être sensiblement de l'une des formes suivantes : carrée, rectangulaire, en forme de losange, circulaire, elliptique ; - des électrodes sensiblement transparentes, à base d'ITO (« Indium Tin 10 Oxide »). Suivant une variante, le dispositif selon l'invention peut comprendre : - des électrodes capacitives de mesure indépendantes, réparties selon la surface de détection et reliées à des moyens de scrutation, - une électrode capacitive d'excitation disposée de telle sorte à 15 sensiblement entourer les électrodes capacitives de mesure. L'électrode capacitive d'excitation peut être disposée selon une même surface ou selon une surface sensiblement parallèle à celle des électrodes capacitives de mesure. La surface sensible est ainsi sensiblement couverte d'électrodes de 20 mesure indépendantes multiplexées, utilisables dans les deux modes de mesure directe de capacité et de mesures de capacités de couplage. Dans le mode de mesure directe de capacité, la ou les électrode(s) d'excitation ne sont pas utilisées et sont mises au potentiel de la garde à laquelle elles contribuent. 25 Les mesures de capacités de couplage se font entre la ou les électrode(s) d'excitation et des électrodes de mesure, à raison par exemple d'une mesure par électrode de mesure. Avec une surface sensible échantillonnée par des électrodes de mesure indépendantes, il n'y a à priori pas de problèmes de fantômes, contrairement 30 par exemple à des électrodes en lignes et colonnes. Toutefois, l'utilisation d'un mode de mesure de capacités de couplage tel que décrit permet d'améliorer sensiblement la résolution latérale à courte distance et ainsi de mieux discriminer des objets de commande proches. 2971867 -9- Suivant un autre aspect, il est proposé un procédé de contrôle d'interface de commande mettant en oeuvre un dispositif selon l'une des revendications précédentes, comprenant des étapes de : - configuration des moyens électroniques de mesure capacitive de telle 5 sorte à permettre des mesures directes de capacité, - scrutation des électrodes de mesure pour détecter des objets de commande supposés, - si une pluralité d'objets de commande est détectée, configuration des moyens électroniques de mesure capacitive de telle sorte à permettre des 10 mesures de variation de capacités de couplage, - scrutation des électrodes capacitives d'excitation et de mesure dont les zones de couplage se trouvent dans ou à proximité de zones de la surface de mesure dans lesquelles des objets de commande supposés ont été détectés, pour déterminer des mouvements et/ou des contacts d'objets de commande. 15 Description des figures et modes de réalisation D'autres avantages et particularités de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée de mises en oeuvre et de modes de réalisation nullement limitatifs, et des dessins annexés suivants : - la figure 1 présente un schéma du dispositif configuré selon un mode de 20 mesure directe de capacités, avec un potentiel électrique de référence flottant, - la figure 2 présente un schéma du dispositif configuré selon un mode de mesure de capacités de couplage, avec un potentiel électrique de référence flottant, 25 - la figure 3 présente un schéma du dispositif configuré selon un mode de mesure de capacités de couplage, avec un potentiel électrique de référence fixé par rapport au potentiel de masse - la figure 4 présente des variantes de modes de réalisation des électrodes capacitives, avec des électrodes capacitives de mesure indépendantes sur 30 toute la surface et, figure 4(a) et figure 4(b), une électrode d'excitation et figure 4(c) des colonnes d'électrodes d'excitation . On va décrire en référence aux figures 1, 2 et 3 un exemple de mode de réalisation de dispositif selon l'invention, qui est bien entendu non limitatif. Le dispositif comprend une surface de détection 1. Deux couches 35 d'électrodes croisées 3, 4 sont placées sur des surfaces superposées, en 2971867 -10- lignes et en colonnes, donc selon deux directions sensiblement perpendiculaires. Une électrode de garde 2 est placée à l'arrière des électrodes 3, 4, c'est-à dire selon leur face opposée à la surface de détection 1. Cette électrode de garde 2 permet d'éviter les fuites capacitives lors de 5 mesures directes de capacité et de réduire très fortement les capacités de couplage parasites en mode de mesure de capacités de couplage. Le dispositif selon l'invention peut fonctionner selon un mode de mesures directes de capacités, dans lequel on mesure des capacités (ou du moins des informations relatives à des capacités, qui peuvent être également par 10 exemple des inverses de capacité 1/C) entre un ou des objet(s) de commande et des électrodes 3, 4, dans le but d'en déduire des informations de distance ou d'approche. L'électronique de détection est configurée en mode flottant. Ce mode est illustré à la figure 1. Le dispositif peut également fonctionner selon des modes de mesures de 15 capacités de couplage, dans lesquels on mesure une variation de capacité de couplage entre des électrodes d'excitation 3 et de mesure 4 (ou du moins une information relative à une capacité, qui peut être également par exemple une inverse de capacité 1/C) suffisamment proches au moins en une zone de la surface de détection 1 pour interagir capacitivement. Dans ces modes on 20 détecte un objet de commande par les perturbations du couplage capacitif qu'il engendre lorsqu'il approche de la zone où les électrodes 3, 4 interagissent. Le dispositif selon l'invention peut fonctionner selon deux modes de mesure de capacité de couplage : 25 - dans un premier mode illustré à la figure 2, l'électronique de détection est une électronique flottante, référencée à un potentiel flottant ; - dans un second mode illustré à la figure 3, l'électronique de détection est une électronique référencée à un potentiel fixe par rapport à la masse du dispositif. 30 Bien entendu, il n'est pas forcément nécessaire en pratique d'implémenter les deux modes de mesure de capacité de couplage sur un même dispositif. Le dispositif comprend les mêmes composants dans tous les modes. Un ensemble de commutateurs analogiques S1 ... S13 permet de passer 35 d'une configuration permettant des mesures directes de capacité aux -11- configurations de mesure de capacités de couplage. Ces commutateurs S1 ... S13 sont choisis de telle sorte à minimiser toutes les capacités parasites qu'ils sont susceptibles d'engendrer. Avantageusement, l'invention permet une vitesse élevée de détection d'un ou plusieurs objets de commande (ou autres). On sait que les applications de commande sans contact doivent être simples afin que toute personne puisse facilement maitriser les commandes gestuelles. En effet, du fait que l'on ne touche pas la surface de commande ou de détection 1, il est plus difficile de maitriser le mouvement d'un ou plusieurs doigts.

Les commandes sans contact les plus classiques sont la détection d'approche pour activer un appareil, déplacer une image sur un écran, effectuer un grossissement ou une réduction d'une image.... Ces commandes peuvent être effectuées avec un ou deux doigts. Ces commandes peuvent être détectées avec l'invention en effectuant des mesures selon les lignes 3 et les colonnes 4 de capteurs dans le mode de mesure directe de capacité. Cette technique est rapide car il suffit de sélectionner séquentiellement au plus toutes les n lignes et m colonnes, ce qui représente n+m mesures. Par contre, pour effectuer des commandes plus complexes avec au moins deux doigts ou détecter leurs réelles positions, il est nécessaire d'utiliser un mode de mesure de capacités de couplage car le mode de mesure directe de capacité génèrerait des fantômes qui rendent ces commandes impossibles à interpréter correctement. Les modes de mesure de capacités de couplage nécessitent normalement de sélectionner séquentiellement toutes les capacités de couplage, c'est-à- dire tous les noeuds lignes-colonnes, ce qui représente n x m combinaisons. Il est possible de réduire significativement le nombre de combinaisons en exploitant les zones où les doigts et fantômes ont été précédemment repérés en mode de mesure directe de capacité. Dans ces conditions, la détection de position de plusieurs doigts peut être réalisée avec un nombre de mesures compris entre n + m et n x m. L'invention est plus particulièrement adaptée aux écrans tactiles de moyenne et grande taille où la fonction de détection d'approche d'un ou plusieurs doigts, ou d'une ou plusieurs mains, devient possible en utilisant un nombre d'électrodes 3, 4 limité, tout en conservant la fonction tactile et mufti- tactile qui existe sur le marché. 2971867 -12- Les électrodes capacitives 3, 4 et l'électrode de garde 2 peuvent être en matériau conducteur transparent comme l'ITO déposé sur un polymère tel que du PET ou sur du verre afin de pouvoir être utilisées sur des écrans. Les lignes et colonnes d'électrodes 3, 4 comprennent une succession de 5 surfaces en forme de carré ou losange. La distance séparant ces surfaces émettrices et réceptrices peut être avantageusement optimisée afin d'optimiser la portée de la mesure en distance par rapport à la surface de détection 1. En effet, en mode de mesure de capacités de couplage, la mesure a une 10 sensibilité assez faible et la portée de la détection de l'objet de commande est limitée à quelques millimètres dans l'air. On peut toutefois, grâce à la présence de la garde 2 et à un léger entrefer entre les électrodes émettrices 3 et réceptrices 4, augmenter la sensibilité à l'approche de l'objet. Cette technique permet en fait de projeter un peu plus loin les lignes de champ 15 émises par les électrodes émettrices 4 et de réagir plus tôt à l'approche d'un objet. On peut ainsi détecter un doigt en mode de mesure de capacités de couplage à plus de 5 mm de distance. Les lignes et les colonnes d'électrodes 3, 4 peuvent être complétées vers les bords de la surface de détection 1 par une dernière électrode sensiblement 20 en forme de triangle pour améliorer les capacités de détection du dispositif vers les bords. Dans le mode de mesure directe de capacité de la figure 1, la capacité mesurée augmente lorsque l'objet à détecter s'approche. Les capacités à mesurer dans ce cas sont en général comprises entre quelques femtofarads et 25 quelques picofarads. Dans le mode de mesure de capacités de couplage basé sur une électronique flottante de la figure 2, la capacité mesurée augmente également lorsque l'objet à détecter s'approche, car cet objet et les électrodes d'excitation 3 sont sensiblement au potentiel de masse M. 30 Dans le mode de mesure de capacités de couplage basé sur une électronique référencée à la masse de la figure 3, l'objet à détecter agit comme un élément perturbateur à la masse qui dérive une partie des lignes de champ entre l'électrode d'excitation 3 et l'électrode de mesure 4 et en diminue donc la capacité de couplage lorsqu'il s'approche. -13- Les capacités à mesurer dans les modes de mesure de capacités de couplage sont en général comprises entre quelques picofarads et quelques dixièmes de picofarads. L'électronique 8 est conçue pour pouvoir mesurer aussi bien les 5 capacités en mode de mesure directe de capacité et en mode de mesure de capacités de couplage. Le choix du mode de mesure des capacités de couplage (flottant ou non flottant) dépend de l'application. Le mode flottant de la figure 2 permet une meilleure sensibilité pour détecter des objets de commande, alors que dans 10 certains cas, selon les géométries d'électrodes, le mode non flottant de la figure 3 permet une meilleure résolution latérale. Le dispositif présenté aux figures 1, 2 et 3 comprend, de manière non limitative, quatre lignes d'électrodes 3 qui peuvent être utilisées en électrodes simples en mode de mesure directe de capacité et en électrodes émettrices ou 15 d'excitation en mode de mesure de capacités de couplage, et quatre colonnes d'électrodes 4 qui peuvent être utilisées en électrodes simples en mode de mesure directe de capacité et en électrodes réceptrices ou de mesure en mode de mesure de capacités de couplage. L'électronique mise en oeuvre est une électronique dite à alimentation 20 flottante pour le mode de mesure directe de capacité, présenté à la figure 1, ainsi que pour le mode de mesure de capacités de couplage présenté à la figure 2. Grace à un jeu de commutation des commutateurs S1 ... S13, cette électronique est transformée en électronique non flottante afin de pouvoir fonctionner dans le mode de mesure de capacités de couplage présenté à la 25 figure 3. En mode flottant, l'électronique excite en tension les électrodes 3, 4 concernées et la garde 9 de préférence à une fréquence fixe, par rapport à la masse M. La masse M a un potentiel proche de celui de la terre et de l'objet à détecter (environnement extérieur). 30 Les électrodes sont protégées par une électrode de garde 2 reliée au potentiel de la garde 9. Les lignes et colonnes d'électrodes de mesure 3, 4 et l'électrode de garde 2 sont reliées au circuit électronique 8 à l'aide de pistes conductrices 7 par exemple en cuivre ou en argent. Afin de minimiser les fuites capacitives, les 35 pistes de liaison entre les électrodes 3, 4 et l'électronique 8 sont blindées avec -14- le blindage BI relié au potentiel de la garde 9. Cette liaison peut être réalisée avec un câble, ou de préférence avec une limande multicouche souple comme par exemple un circuit souple à base de polyimide (Kapton) ou de PET. Les pistes reliées aux électrodes 4 qui ne possèdent que la fonction réceptrice sont légèrement éloignées des pistes reliées aux électrodes 3 possédant les deux fonctions émettrices et réceptrices afin de limiter les fuites capacitives en mode de mesure de capacités de couplage. L'utilisation de limande souple favorise cette protection grâce au faible entrefer entre les pistes 7 et le plan de garde.

On va maintenant décrire le principe de fonctionnement de la gestion des électrodes 3, 4 permettant de mettre en oeuvre les modes de mesure directe de capacité et de mesure de capacités de couplage tout en minimisant les capacités parasites. Dans le mode de mesure directe de capacité de la figure 1, les électrodes de mesures 3, 4 sont toutes réceptrices. Les commutateurs S1 à S8 sélectionnent séquentiellement l'électrode réceptrice de mesure (ou l'électrode active) 3, 4. Les électrodes réceptrices non sélectionnées pour chaque mesure séquentielle sont connectées à la garde 9 afin d'éviter toute fuite capacitive.

Les commutateurs S9 et S10 sont reliés au potentiel de référence ou de garde 9, flottant, afin d'éviter toute fuite capacitive avec le potentiel d'excitation généré par l'oscillateur OSC. L'oscillateur OSC fournit de préférence une tension électrique à fréquence fixe. Les commutateurs S11 et S12 relient les électrodes des lignes 3 à 25 l'amplificateur de charge A, qui permet de mesurer la capacité entre l'électrode active et le ou les objets. Le commutateur 13 relie la sortie de l'oscillateur OSC à la masse extérieure M et ainsi assure l'excitation de cette masse M afin de fixer la tension d'excitation des électrodes 3, 4 et du pont capacitif flottant.

30 L'ensemble de l'électronique flottante est alimentée par une alimentation flottante AF. La configuration de l'électronique mise en oeuvre dans ce mode, également appelée en pont flottant, est décrite dans le document FR 2 844 349 de Rozière. Plusieurs modes de réalisations sont applicables à l'invention, 35 notamment basés sur des mesures de capacité C ou de capacité inverse 1/C. -15- Ils sont décrits en détail dans le document FR 2 756 048 de Rozière et ne sont donc pas repris ici. Cette électronique en pont flottant permet de supprimer dans une large mesure les capacités parasites. Ainsi, les capacités mesurées sont directement celles créées entre l'objet visé et les électrodes 3, 4. La sensibilité du dispositif est optimisée et permet une mesure à grande distance très résolue. De plus, les capteurs capacitifs et l'électronique associée peuvent alors être optimisés pour atteindre une étendue de mesure, ou dynamique, importante. En effet, la gamme de capacités à mesurer avec chaque électrode peut s'étendre de moins d'un millième de picofarad à plusieurs picofarads, soit une dynamique en termes de capacité supérieure à 1000. Cette dynamique permet de détecter, avec sensiblement la même résolution latérale liée à la taille de l'électrode, la présence ou la position d'un objet lointain comme un doigt à plus de 5 cm de distance ainsi que le contact de ce doigt sur la surface de détection. Dans le mode de mesure de capacités de couplage « flottant » de la figure 2, l'électronique de détection est configurée de la même manière que pour la figure 1, avec un potentiel de référence 9 flottant. Les électrodes des lignes 3 sont des électrodes d'excitation émettrices, 20 tandis que les électrodes des colonnes 4 sont des électrodes de mesure réceptrices. Les commutateurs S9 et S1O ont pour fonction de connecter les lignes d'électrodes 3 émettrices à la masse M (qui est également sensiblement le potentiel d'un objet de commande).

25 La ligne émettrice 3 active est sélectionnée par les commutateurs S5 à S8. Les lignes émettrices 3 non utilisées sont mises au potentiel de référence 9 flottant pour limiter les capacités parasites. Les commutateurs S11 et S12 sont également reliés au potentiel de référence flottant 9 afin d'éviter toute fuite capacitive entre le signal 30 d'excitation et les électrodes 4 réceptrices. Les commutateurs S1 à S4 permettent de sélectionner une électrode réceptrice 4 parmi les électrodes des colonnes 4 et de la relier à l'amplificateur de charge A, pour mesurer la capacité de couplage (éventuellement affectée par la présence de l'objet de commande) entre 35 l'électrode émettrice 3 et l'électrode réceptrice 4 sélectionnées. 2971867 -16- Le potentiel de référence 9 reste toujours à la même valeur que le potentiel des électrodes réceptrices 4, ce qui garantie une bonne protection contre les capacités parasites. Dans le mode de mesure de capacités de couplage de la figure 3, 5 l'électronique est référencée à la masse M. De même que précédemment, les électrodes des lignes 3 sont émettrices, tandis que les électrodes des colonnes 4 sont réceptrices. Les commutateurs S9 et S10 ont pour fonction de connecter les lignes d'électrodes 3 émettrices, au signal d'excitation OSC. La ligne émettrice 3 10 active est sélectionnée par les commutateurs S5 à S8. Les commutateurs S11 et S12 sont reliés au potentiel de référence ou de garde 9 afin d'éviter toute fuite capacitive entre le signal d'excitation et les 4 colonnes réceptrices. Le commutateur 13 assure l'excitation des électrodes émettrices 3. La 15 masse M extérieure est cette fois reliée au potentiel de référence 9. Les commutateurs S1 à S4 permettent de sélectionner une électrode réceptrice 4 parmi les électrodes des colonnes 4 et de la relier à l'amplificateur de charge A, pour mesurer la capacité de couplage (éventuellement affectée par la présence de l'objet de commande) entre l'électrode émettrice 3 et l'électrode réceptrice 4 sélectionnées. Le potentiel de référence 9 reste toujours à la même valeur que le potentiel des électrodes réceptrices 4, ce qui garantie une bonne protection contre les capacités parasites. L'alimentation flottante AF ne joue plus qu'un rôle d'alimentation 25 classique où l'isolation électrique à la fréquence d'excitation n'est plus nécessaire. Dans tous les modes de détection, le signal de sortie de l'amplificateur de charge A est l'image de la capacité vue par l'électrode réceptrice 3, 4 sélectionnée. Ce signal est traité par le module de traitement Mod afin de 30 déterminer la position et le mouvement des objets détectés. Ces informations sont envoyées sous forme numérique au circuit extérieur qui gère et traite les fonctions de l'interface. Le dispositif selon l'invention peut être mis en oeuvre avec une grande variété de configurations d'électrodes. -17- En référence à la figure 4, le dispositif selon l'invention peut comprendre : - des électrodes capacitives de mesure 4 indépendantes réparties sur toute la surface de détection 1 et reliées à l'amplificateur de charge A par des scrutateurs tels que S1 à S4, mais en nombre égal au nombre d'électrodes ; - une ou un petit nombre d'électrode(s) capacitive(s) d'excitation 3 disposée(s) de telle sorte à sensiblement entourer les électrodes capacitives de mesure. Dans les variantes présentées aux figures 4(a) et 4(b), il n'y a qu'une seule électrode capacitive d'excitation 3 qui forme un maillage autour des électrodes de mesure 4. Dans la variante de la figure 4(b), cette électrode s'étend en outre le long des bords de la surface de détection 1. Dans la variante présentée à la figure 4(c), les électrodes capacitives d'excitation 3 sont disposées en colonne entre les électrodes de mesures 15 indépendantes 4. Les électrodes d'excitation 3 et de mesure 4 peuvent être séparées par des pistes de garde. Afin de pouvoir faire passer ces pistes sur une même surface, les mailles constituant l'électrode d'excitation 3 ne sont pas fermées sur les figures 4(a) et 4(b).

20 La ou les électrode(s) capacitive(s) d'excitation 3 peuvent être réalisées sur une même surface que les électrodes de mesure 4, ou sur une autre couche ou une surface sensiblement parallèle. Elles peuvent en particulier être réalisées sur une surface comprenant l'électrode de garde 2. La surface sensible est ainsi sensiblement couverte d'électrodes de 25 mesure 4 indépendantes multiplexées, utilisables dans les deux modes de mesure directe de capacité et de mesures de capacités de couplage. Dans le mode de mesure directe de capacité, la ou les électrode(s) d'excitation 3 ne sont pas utilisées et sont mises au potentiel de la garde 9 à laquelle elles contribuent.

30 Les mesures de capacités de couplage se font entre la ou les électrode(s) d'excitation 3 et des électrodes de mesure 4, à raison par exemple d'une mesure par électrode de mesure 4. Dans la variante de la figure 4(c), toutes les électrodes d'excitation 3 peuvent être interconnectées pour n'en faire qu'une, ou on peut utiliser des 35 scrutateurs S5 ... S8 pour n'exciter que les électrodes d'excitation 3 situées de 2971867 -18- part et d'autre des électrodes de mesures 4 en cours de scrutation, et mettre les autres électrodes d'excitation au potentiel de la garde 9.Suivant d'autres variantes de modes de réalisation : - Les électrodes 3, 4 peuvent être placées selon des lignes et des colonnes 5 ou des directions formant un angle quelconque entre elles ; - Les électrodes 3, 4 peuvent comprendre une succession de surfaces de toutes formes ; - Tout nombre de lignes 3 et colonnes 4 d'électrodes est envisageable ainsi que toute répartition des fonctions émettrice et réceptrice des 10 électrodes ; - Les lignes et colonnes d'électrodes 3, 4 peuvent être déposées sur la même couche avec des pontages électriques 5, 6 pour relier les surfaces sans court-circuiter les lignes et colonnes. Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être 15 décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS1. Dispositif d'interface de commande comprenant : - une surface de détection (1), - une pluralité d'électrodes capacitives (3, 4) disposées de telle sorte à couvrir sensiblement ladite surface de détection (1), - des moyens électroniques de mesure capacitive (8) aptes à produire des informations de distance et/ou de contact entre au moins un objet de 10 commande et des électrodes capacitives (3, 4), - des moyens de commutation (S9 à S13) aptes à configurer lesdits moyens électroniques de mesure capacitive (8) de telle sorte à permettre des mesures directes de capacité entre des électrodes capacitives (3, 4) et un ou des objet(s) de commande, et des mesures de variation de capacités de 15 couplage entre des électrodes capacitives d'excitation (3) et de mesure (4), caractérisé en ce que lesdits moyens électroniques de mesure capacitive (8) sont au moins en partie référencés à un potentiel électrique de référence (9) flottant par rapport à un potentiel de masse (M) lors des mesures directes de capacité. 20
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de mesure capacitive (8) sont référencés à un potentiel électrique de référence (9) fixé par rapport au potentiel de masse (M) lors des mesures de capacités de couplage.
3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de mesure capacitive (8) sont au moins en partie référencés à un potentiel électrique de référence (9) flottant par rapport au potentiel de masse (M) lors des mesure de capacités de couplage.
4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que qu'il comprend en outre des moyens de commutation (S13) agencés de telle sorte à relier au moins une électrode capacitive d'excitation (3) à un potentiel électrique fixé 25 30 2971867 -20- par rapport au potentiel de masse (M) lors des mesures de capacités de couplage.
5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce 5 qu'il comprend en outre des moyens de commutation (S9 à S13) agencés de telle sorte à permettre un changement de potentiel électrique de référence, entre un potentiel flottant et un potentiel fixé par rapport au potentiel de masse (M).
6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une électrode de garde (2) à un potentiel électrique de référence (9) disposée à proximité des électrodes capacitives (3, 4), selon leur face opposée à la surface de détection (1).
7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de scrutation (S1 à S8) permettant : - lors des mesures directes de capacité, de sélectionner au moins une électrode capacitive de mesure (3, 4) de telle sorte à permettre des mesures de capacité entre cette ou ces électrode(s) de mesure (3, 4) et le ou les objet(s) de commande, - lors des mesures de capacités de couplage, de sélectionner au moins une électrode capacitive d'excitation (3) et au moins une électrode capacitive de mesure (4), de telle sorte à permettre des mesures de variation de capacité de couplage entre lesdites électrodes capacitives d'excitation (3) et de mesure (4), - de relier les électrodes capacitives non sélectionnées (3, 4) au potentiel de référence (9).
8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce 30 qu'il comprend des électrodes capacitives (3, 4) disposées sensiblement selon deux directions croisées.
9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des électrodes capacitives (3, 4) disposées selon deux couches 35 superposées, lesquelles couches comprenant, respectivement, des électrodes 2971867 -21- selon une première direction (3) et des électrodes selon une seconde direction (4).
10. Dispositif selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce qu'il 5 comprend en outre des électrodes capacitives (3, 4) disposées selon une couche, lesquelles électrodes comprenant des éléments reliés par des connexions en pont (5, 6) selon, respectivement, une première direction et une seconde direction. 10
11. Dispositif selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des électrodes capacitives (3, 4) agencées selon des lignes et des colonnes.
12. Dispositif selon l'une des revendications 8 à 11, caractérisé en ce qu'il 15 comprend en outre des électrodes capacitives (3, 4) comprenant une pluralité de surfaces reliées électriquement entre elles.
13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que les surfaces sont sensiblement de l'une des formes suivantes : carrée, rectangulaire, en 20 forme de losange, circulaire, elliptique.
14. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend : - des électrodes capacitives de mesure indépendantes (4), réparties selon 25 la surface de détection (1) et reliées à des moyens de scrutation, - une électrode capacitive d'excitation (3) disposée de telle sorte à sensiblement entourer les électrodes capacitives de mesure. 17. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce 30 qu'il comprend en outre des électrodes (3, 4) sensiblement transparentes, à base d'ITO (« Indium Tin Oxide »). 18. Procédé de contrôle d'interface de commande mettant en oeuvre un dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il 35 comprend des étapes de : -22- - configuration des moyens électroniques de mesure capacitive (8) de telle sorte à permettre des mesures directes de capacité, - scrutation des électrodes de mesure (3, 4) pour détecter des objets de commande supposés, - si une pluralité d'objets de commande est détectée, configuration des moyens électroniques de mesure capacitive (8) de telle sorte à permettre des mesures de variation de capacités de couplage, - scrutation des électrodes capacitives d'excitation (3) et de mesure (4) dont les zones de couplage se trouvent dans ou à proximité de zones de la surface de mesure dans lesquelles des objets de commande supposés ont été détectés, pour déterminer des mouvements et/ou des contacts d'objets de commande.